Giáo trình Kỹ thuật điện điện tử (Nghề Điện công nghiệp Trung cấp)

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN- ĐIỆN TỬ NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Quảng Ninh, năm 2018 CHƯƠNG 1: AN TOÀN ĐIỆN Mục tiêu: - Trình bày xác ngun tắc tiêu chuẩn, biện pháp đảm bảo an toàn điện cho người - Phân tích phương pháp cấp cứu người bị tai nạn điện kỹ thuật, đảm bảo an tồn - Rèn luyện tính cẩn thận, tn thủ biện pháp an toàn Nội dung chương: An toàn điện Tác dụng dòng điện lên thể người; nguyên nhân gây tai nạn điện 1.1 Tác dụng nhiệt - Bị điện giật (electrical shock): Là tình trạng xuất dịng điện chạy qua người Nó gây nên hậu sinh học làm ảnh hưởng đến chức thần kinh, tuần hồn, hơ hấp gây bỏng cho người bị nạn Chạm trực tiếp: Xảy người tiếp xúc trực tiếp với dây dẫn trần mang điện tình trạng bình thường - Chạm gián tiếp: Xảy người tiếp xúc với phần mang điện mà lúc bình thường khơng có điện, lý trở nên mang điện (VD: chạm vào vỏ động điện, tủ điện bị hỏng cách điện, chạm vỏ, … mà khơng có biện pháp bảo vệ) - Khi người tiếp xúc với phần tử mang điện, có dịng điện chạy qua người làm cho thể bị tổn thương toàn bộ, nguy hiểm dòng điện qua tim hệ thống thần kinh Có thể chia tác dụng dòng điện thể người làm hai loại: 1.2 Tác dụng lên hệ - Phần lớn trường hợp chết người điện giật tác dụng kích thích, người tiếp xúc với điện áp thấp + Khi tác dụng kích thích, điện áp đặt vào người nhỏ nên dòng điện qua người nhỏ (25100)mA, thời gian dòng điện qua người tương đối ngắn (vài giây), khơng thấy rõ chỗ dịng điện vào người người bị nạn khơng có thương tích Khi người chạm vào điện, điện trở người cịn lớn, dịng điện qua người nhỏ, tác dụng làm cho bắp thịt, co quắp lại Nếu nạn nhân khơng rời khỏi vật mang điện, điện trở người giảm xuống làm dòng điện tăng lên, tượng co quắp tăng lên + Thời gian tiếp xúc với vật mang điện lâu nguy hiểm người khơng cịn khả tách rời khỏi vật mang điện đưa đến tê liệt tuần hồn hơ hấp 1.3 Tác dụng lên hệ thần kinh - Tác dụng gây chấn thương, thường xảy người tiếp xúc với điện áp cao Khi người đến gần vật mang điện ( 6kV) chưa tiếp xúc điện áp cao sinh hồ quang điện, dòng điện qua hồ quang chạy qua người tương đối lớn - Do phản xạ tự nhiên người nhanh, người có khuynh hướng tránh xa vật mang điện làm hồ quang điện chuyển qua vật có nối đất gần đấy, dịng điện qua người thời gian ngắn, tác dụng kích thích người bị nạn bị chấn thương hay chết hồ quang đốt cháy da thịt * Kết luận: Qua phân tích ta thấy: tác dụng chủ yếu tai nạn điện dòng điện chạy qqua người gây nên điện áp Khi phân tích an tồn mạng điện xét đến giá trị dòng điện qua người Tuy nhiên quy định an toàn điện thường lại dựa vào điện áp dùng khái niệm điện áp cho phép dễ xác định cụ thể Những yếu tố xác định tình trạng nguy hiểm bị điện giật + Giá trị dòng điện qua thể người Giá trị dòng điện qua người y\ếu tố quan trọng phụ thuộc vào: - Điện áp mà người phải chịu - Điện trở thể người tiếp xúc với phần có điện áp + Dịng điện cho phép: Qua thí nghiệm người ta rút mức độ phản ứng thể người dòng điện xoay chiều chiều (bảng): Cường độ Tác dụng dòng điện thể người dòng điện (mA) Dòng điện xoay chiều (50-60 Hz) Dòng điện chiều Bắt đầu có cảm giác, ngón tay run Khơng có cảm giác 0,61,5 nhẹ 23 Ngón tay bị tê mạnh Khơng có cảm giác Đau kim đâm, thấy Bắp thịt tay co lại rung 57 nóng Tay khó rời vật mang điện rời được, ngón tay, khớp Nóng tăng lên mạnh 810 tay, bàn tay cảm thấy đau Nóng tăng lên bắt Tay rời vật mang điện, đầu có tượng co 2025 đau tăng lên, khó thở quắp Rất nóng, bắp thịt co Hơ hấp bị tê liệt, tim đập mạnh 5080 quắp, khó thở Hô hấp bị tê liệt, kéo dài giây Hơ hấp bị tê liệt 90100 tim bị tê liệt ngừng đập Nhận xét: Giá trị lớn dịng điện khơng nguy hiểm người Ing 10 mA dịng điện xoay chiều có tần số cơng nghiệp Ing 50mA đối dịng điện chiều - Với dòng điện xoay chiều khoảng (1050)mA, người bị điện giật khó tự rời khỏi vật mang điện co giật bắp - Khi giá trị dòng điện vượt 50 mA, đưa đến tình trạng chết điện giật ổn định hệ thần kinh co giãn sợi tim làm tim ngừng đập + Các yếu tố ảnh hưởng đến dòng điện qua thể người - Điện trở người Hình 1.1: Sơ đồ điện trở thể người Trong đó: - C1, R1 điện dung điện trở lớp da vị trí dịng điện Ing vào người - R2 điện trở người - C3, R3 điện dung điện trở lớp da vị trí dịng điện Ing Ing Giá trị dòng điện qua thể người tiếp xúc với phần tử có điện áp phụ thuộc vào điện trở thể người tiếp xúc Đây yếu tố đặc biệt quan trọng, giá trị đặc tính điện trở thể người khác phụ thuộc vào hệ bắp, vào quan nội tạng, hệ thần kinh Điện trở người không phụ thuộc vào tính chất vật lý, vào thích ứng thể mà phụ thuộc vào trạng thái sinh học phức tạp thể Do giá trị điện trở thể người khơng hồn tồn tất người Ngay người khơng thể có điện trở điều kiện khác nhau, hay thời điểm khác * Để đơn giản điện trở thể người phân thành phần: - Điện trở lớp da: phận quan trọng điện trở thể người, điện trở người phụ thuộc vào điện trở lớp sừng da dày khoảng (0,050,2)mm, lớp sừng da khơ có tác dụng chất cách điện - Điện trở phận bên thể: có giá trị khơng đáng kể có giá trị khoảng (5701000) Khi tiếp xúc với vật mang điện da người ngun vẹn khơ, điện trở người khoảng (40100) k chí đạt đến 500 k Nếu chỗ tiếp xúc, lớp ngồi da khơng cịn (do bị cắt, bị tổn thương ) tính dẫn điện da tăng lên điều kiện môi trường xung quanh lúc điện trở thể người giảm xuống nhỏ 1000 * Điện trở thể người bị điện giật phụ thuộc vào yếu tố sau: - Điện áp đặt lên người: giá trị phụ thuộc vào chiều dầy lớp sừng da Khi điện áp đặt lên người lớn xuất xuyên thủng da Khi da bắt đầu bị xuyên thủng điện trở người bắt đầu giảm, chấm dứt trình điện trở người có giá trị gần khơng đổi Sự xuyên thủng da điện áp khoảng (1050)V - Vị trí mà thể tiếp xúc với phần tử mang điện áp: biểu mức độ nguy hiểm điện giật, phụ thuộc vào độ nhạy cảm hệ thần kinh nơi tiếp xúc (có thể đầu, tay, chân ), phụ thuộc vào độ dầy lớp da - Diện tích tiếp xúc: giá trị lớn điện trở người nhỏ, nguy hiểm điện giật lớn - Áp lực tiếp xúc: giá trị lớn điện trở người nhỏ, nguy hiểm * Điều kiện môi trường: - Độ ẩm môi trường xung quanh tăng, tăng mức độ nguy hiểm Đại đa số trường hợp điện giật chết người, độ ẩm góp phần quan trọng việc tạo điều kiện tai nạn - Độ ẩm lớn độ dẫn điện lớp da tăng lên, tức điện trở người nhỏ Bên cạnh độ ẩm mồ hơi, chất hố học dẫn điện, bụi hay yếu tố khác tăng độ dẫn điện da, cuối đưa đến làm giảm điện trở người Một cách gián tiếp nhiệt độ mơi trường xung quanh ảnh hưởng đến điện trở người Khi nhiệt độ môi trường xung quanh tăng lên, tuyến mồ hôi hoạt động nhiều điện trở người giảm - Độ ẩm, nhiệt độ mức độ bẩn thể người làm giảm điện trở suất da ảnh hưởng đến mức độ nguy hiểm * Trong tính tốn thường lấy điện trở người khoảng 1000 Thời gian dòng điện tác dụng: yếu tố ảnh hưởng gián tiếp đến điện trở người Khi bắt đầu tiếp xúc với điện áp, lớp da với thể tạo nên điện trở có giá trị cao có điện áp nên xảy trình xuyên thủng da làm điện trở giảm đưa đến dòng qua người tăng, đồng thời dòng điện qua người tăng, nhiệt lượng thể toả tăng, tạo nên hoạt động tích cực tuyến mồ hơi, điều dẫn đến điện trở người giảm Kết dòng điện chạy qua người ngày tăng, điện trở người ngày giảm, tức thời gian dòng điện tác dụng lâu nguy hiểm 1.4 Chạm trực tiếp vào nguồn điện Trong thực tế qui trình qui phạm an tồn điện thường qui định theo điện áp, lấy điện áp cho phép làm tiêu chuẩn an tồn Vì điện áp dễ xác định Với điện trở người khoảng 1000 Điện áp < 40V xem điện áp an toàn Trường hợp đặc biệt: dụng cụ, thiết bị cầm tay làm việc hầm ngầm, cung cấp với điện áp nhỏ < 24V, khơng có phương tiện bảo hộ khác (cách điện để làm việc), xem nguy hiểm người trở thành vật tiếp xúc tốt thường xuyên với trang thiết bị dụng cụ điện, xảy cố thời gian tồn dòng qua người thường dài Theo tài liệu Liên Xơ, có 6,6% điện giật chết người điện áp nhỏ 24V Như không cho phép ta thiết lập giá trị giới hạn định điện áp nguy hiểm khơng nguy hiểm Vì nguy hiểm phụ thuộc trực tiếp vào giá trị dòng điện mà không phụ thuộc vào điện áp Mặt khác, ta khơng thể xác định mối quan hệ dịng điện điện áp điện giật điện trở thể người thay đổi không theo quy luật phạm vi rộng 1.5 Điện áp bước , điện áp tiếp xúc Nếu dòng điện qua tim hay vị trí có hệ thần kinh tập trung vị trí khớp nối tay mức độ nguy hiểm cao Những vị trí nguy hiểm là: vùng đầu (đặc biệt vùng: óc, gáy, cổ, thái dương), vùng ngực, vùng cuống phổi, vùng bụng thông thường vùng tập trung dây thần kinh đầu ngón tay, chân Bảng 3.2 Đường dòng điện qua người Phân lượng dòng điện qua tim (%) Từ chân qua chân Từ tay qua tay Từ tay trái qua chân 0,4 3,3 3,7 Từ tay phải qua chân 6,7 Người ta thường đo phân lượng dòng điện qua tim để đánh giá mức độ nguy hiểm dòng điện qua người Bằng thực nghiệm, phân lượng dòng điện qua tim theo đường dòng điện qua người (bảng 3-2) Từ bảng ta thấy: - Dòng điện từ chân qua chân nguy hiểm - Dịng điện từ tay phải qua chân nguy hiểm với phân lượng dịng điện qua tim 6,7% Bởi vì, phần lớn dòng điện qua tim theo trục dọc mà trục nằm nằm đường từ tay phải đến chân 1.6 Hồ quang điện Dòng điện xoay chiều nguy hiểm dòng điện chiều Mức độ nguy hiểm phụ thuộc vào tần số dòng điện * Nguyên nhân: - Khi dòng điện chiều vào thể Ion tế bào phân cực tạo thành Ion tạo dấu bị hút phía tế bào tạo thành ngẫu cực nên tác dụng kích thích nhỏ, mức độ nguy hiểm nhỏ - Khi dòng điện xoay chiều vào thể Ion chạy phía tế bào, dịng điện đổi chiều hướng chuyển động Ion đổi chiều, chuyển động ngược lại Do tác dụng kích thích mạnh, mức độ nguy hiểm tăng Khi tần số nhỏ Ion di chuyển tần số cao dòng điện đổi chiều liên tục Ion di chuyển nên mức độ nguy hiểm nhỏ Nguy hiểm chu kỳ Ion chạy lần bề rộng tế bào - Bằng thực nghiệm thấy rằng, tần số (50-60)Hz nguy hiểm tần số cao nguy hiểm điện giật Nhưng đốt cháy tần số cao lại trầm trọng hơn, tức nguy hiểm nhiệt cao + Trạng thái sức khoẻ người Khi bị điện giật, thể người bị mệt mỏi hay tình trạng say rượu dễ xảy tượng chống điện (cịn gọi sốc điện) Hiện tượng chống điện nhạy cảm với phụ nữ trẻ em nam giới Với người bị đau tim thể bị suy nhược nhạy cảm có dịng điện chạy qua thể 1.7 Phóng điện a) Các chấn thương điện: Chấn thương điện phá huỷ cục mô thể dòng điện hồ quang điện - Bỏng điện: bỏng gây nên dòng điện qua thể người tác động hồ quang điện, phần bột kim loại nóng bắn vào gây bỏng - Co giật cơ: có dịng điện qua người, bị co giật - Viêm mắt tác dụng tia cực tím b) Điện giật - Điện giật chiếm tỷ lệ lớn, khoảng 80% tai nạn điện 85% số vụ tai nạn điện chết người điện giật Dòng điện qua thể gây kích thích mơ kèm theo co giật mức độ khác nhau: + Cơ bị co giật không bị ngạt + Cơ bị co giật, người bị ngất trì hơ hấp tuần hoàn + Người bị ngất, hoạt động tim hệ hô hấp bị rối loạn + Chết lâm sàng (khơng thở, hệ tuần hồn khơng hoạt động) * Cách ly nạn nhân khỏi nguồn điện - Khi có người bị điện giật phải nhanh chóng cắt cầu dao điện nơi gần để cô lập nguồn điện chạy qua thể nạn nhân, dùng gỗ khô gạt dây điện khỏi người bị điện giật - Tiếp theo đứng bàn, ván gỗ khô loại vật liệu cách điện (nhựa, cao su ) nắm lấy quần áo người bị điện giật (không chạm vào người) kéo nạn nhân khỏi nguồn điện - Trường hợp tai nạn điện xảy nước người xử lý phải đứng cao, tìm cách cách ly với nước nước chất dẫn điện xử lý theo bước * Sơ cứu điện giật Điện giật gây ngưng tim, ngưng thở, làm nạn nhân tử vong đột ngột Cấp cứu nạn nhân chỗ phút quan trọng nên xem thời gian vàng - Tách nạn nhân khỏi nguồn điện - Làm hô hấp nhân tạo - Xoa bóp tim ngồi lồng ngực Khi phát nạn nhân bị điện giật, cần nhanh chóng tách nạn nhân khỏi nguồn điện Xác định xem nạn nhân có bị ngưng tim, ngưng thở để cấp cứu kịp thời Bảo vệ vết bỏng cho gọi xe cấp cứu Khi nạn nhân bị ngưng thở (quan sát thấy lồng ngực nạn nhân không phập phồng), phải tiến hành hô hấp nhân tạo chỗ nạn nhân tự thở được, xác định nạn nhân chắn chết dừng lại Tiêu chuẩn an toàn điện 2.1 Tiêu chuẩn dòng điện QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ AN TOÀN ĐIỆN (Ban hành kèm theo Quyết định số 12/2008/QĐ-BCT ngày 17 tháng năm 2008 Bộ trưởng Bộ Công Thương) Điều Đặt rào chắn tạo vùng làm việc cho đơn vị công tác Khi vùng làm việc đơn vị công tác mà khoảng cách đến phần mang điện xung quanh không đạt khoảng cách quy định bảng phải làm rào chắn để ngăn cách vùng làm việc đơn vị công tác với phần mang điện Cấp điện áp (kV) Khoảng cách (m) Đến 15 0,7 Trên 15 đến 35 1,0 Trên 35 đến 110 1,5 220 2,5 500 4,5 Khoảng cách từ rào chắn đến phần mang điện quy định bảng sau: Cấp điện áp (kV) Đến 15 Trên 15 đến 35 Trên 35 đến 110 220 500 Khoảng cách (m) 0,35 0,6 1,5 2,5 4,5 Điều 65 Cắt điện để làm việc Khi thực thao tác đóng cắt mạch điện cấp điện cho thiết bị, người thực phải sử dụng trang bị an toàn phù hợp Cắt điện để làm việc phải thực cho sau cắt điện phải nhìn thấy phần thiết bị dự định tiến hành công việc cách ly khỏi phần có điện từ phía (trừ thiết bị GIS) Điều 66 Làm việc với máy phát, trạm biến áp Khi công việc thực thiết bị ngừng máy phát điện, thiết bị bù đồng máy biến áp phải cắt tất thiết bị đóng cắt nối với đường dây thiết bị điện nhằm ngăn ngừa có điện bất ngờ thiết bị Cho phép tiến hành cơng việc thí nghiệm máy phát điện máy phát quay khơng có kích từ phải thực theo quy trình thí nghiệm phê duyệt Điều 68 Làm việc với động điện Khi tiến hành làm việc động mà không tháo dỡ động khỏi mạch điện phải khóa cấu truyền động cấp điện cho động cơ, khóa nguồn điều khiển động treo biển báo để tránh đóng nhầm điện trở lại Khi tiến hành làm việc động mà phải tháo cực động khỏi mạch cung cấp điện, phải nối ngắn mạch pha đặt nối đất di động ba đầu cực cấp điện cho động phía nguồn cung cấp Các đầu phễu cáp động phải có che chắn, bắt chặt bu lông Cấm tháo che chắn động làm việc Các phần quay động vòng tiếp điện, bánh đà, khớp nối trục, quạt gió phải che chắn Trước tiến hành công việc động bơm quạt gió phải thực biện pháp chống động quay ngược 2.2 Tiêu chuẩn dòng điện Điều 69 Làm việc với thiết bị đóng cắt Trước làm việc với thiết bị đóng cắt có cấu khởi động tự động điều khiển từ xa cần thực biện pháp sau: - Tách mạch điện nguồn điều khiển; - Đóng van dẫn khí nén đến khoang máy cắt cấu khởi động xả tồn khí ngồi; - Treo biển báo an tồn; - Khố van dẫn khí nén đến khoang máy cắt tháo rời tay van trường hợp phải làm việc bên khoang Để đóng cắt thử phục vụ hiệu chỉnh thiết bị đóng cắt cho phép tạm thời đóng điện vào mạch thao tác, mạch động lực truyền động, mạch tín hiệu mà chưa phải làm thủ tục bàn giao Trong thời gian thử, việc cấp điện mạch điều khiển, mở van khí, tháo biển báo nhân viên vận hành người huy trực tiếp (khi nhân viên vận hành đồng ý) thực Sau thử xong, cần tiếp tục cơng việc thiết bị đóng cắt nhân viên vận hành người huy trực tiếp (khi nhân viên vận hành đồng ý) phải thực biện pháp kỹ thuật cần thiết phép đơn vị công tác vào làm việc Trước làm việc bình chứa khí, cơng nhân phải thực biện pháp sau: Đóng tất van đường ống dẫn khí, khố van tháo rời tay van, treo biển báo cấm thao tác; Xả tồn khí khỏi bình chứa mở van khí Trong vận hành thao tác đóng cắt máy cắt phải điều khiển từ xa Cấm ấn nút thao tác hộp điều khiển máy cắt Chỉ cho phép cắt máy cắt nút thao tác trường hợp cần ngăn ngừa cố cứu người bị tai nạn điện Cấm cắt máy cắt nút thao tác chỗ trường hợp cắt từ xa máy cắt không cắt không cắt hết cực Điều 73 Máy biến áp đo lường Khi làm việc với mạch đo lường bảo vệ, nhân viên đơn vị công tác phải ý không làm ảnh hưởng đến phận nối đất phía thứ cấp máy biến điện áp, biến dòng điện Riêng máy biến dịng điện khơng để hở mạch phía thứ cấp Điều 74 Làm việc với hệ thống Ắc quy Phải chuẩn bị chất trung hoà phù hợp với hệ thống Ắc quy Khi làm việc với Axit Kiềm phải thực biện pháp thích hợp mặc quần áo chuyên dụng, đeo kính bảo vệ mắt găng tay cao su để bảo vệ thể khỏi bị ảnh hưởng Axit Kiềm Cấm hút thuốc đem lửa vào phịng Ắc quy Ngồi cửa phòng Ắc quy phải đề rõ “Phòng Ắc quy - cấm lửa - cấm hút thuốc” Phòng Ắc quy phải thơng gió để phịng ngừa bị ngộ độc cháy nổ khí phát sinh từ hệ thống Ắc quy Điều 88 Các biện pháp với công việc có điện áp từ 1000V trở lên Khi làm việc với mạch điện có điện áp từ 1000V trở lên kiểm tra, sửa chữa vệ sinh phần mang điện sứ cách điện mà có nguy bị điện giật cho nhân viên đơn vị công tác, người sử dụng lao động phải yêu cầu nhân viên đơn vị công tác sử dụng trang bị, dụng cụ cho làm việc có điện, trường hợp khoảng cách cho phép nhỏ thân thể nhân viên đơn vị công tác phải bảo đảm tương ứng theo cấp điện áp công tác mạch điện quy định bảng sau: Cấp điện áp đường dây (kV) Đến 35 Trên 35 đến 110 220 500 Khoảng cách cho phép nhỏ (m) 0,6 1,0 2,0 4,0 Điều 94 Làm việc gần đường dây có điện áp từ 1000V trở lên Nhân viên đơn vị công tác phải trang bị sử dụng trang bị an toàn bảo hộ lao động phù hợp Nhân viên đơn vị công tác phải đảm bảo khoảng cách an toàn đường dây mang điện Khoảng cách an toàn theo cấp điện áp quy định sau: Điện áp đường dây (kV) Đến 35 Trên 35 Trên 66 Trên 110 đến 220 Trên 220 đến 500 Khoảng cách nhỏ cho phép (m) 0,6 0,8 1,0 2,0 4,0 Điều 98 Sử dụng dây cáp thép Khoảng cách nhỏ cho phép dây cáp thép (cáp hãm, kéo) dây chằng thép tới dây dẫn đường dây có điện quy định sau: Điện áp làm việc (kV) Đến 35 Trên 35 đến 110 Trên 110 đến 220 Trên 220 đến 500 Khoảng cách nhỏ cho phép (m) 2,5 3,0 4,0 6,0 Điều 99 Làm việc đường dây cắt điện chung cột với đường dây mang điện Những cơng việc có trèo lên cột mạch cắt điện đường dây hai mạch mạch có điện phép tiến hành với điều kiện khoảng cách hai dây dẫn gần hai mạch không nhỏ khoảng cách quy định sau: Điện áp làm việc (kV) Đến 35 66 Khoảng cách không nhỏ (m) 3,0 3,5 10 + Đưa tất nút bấm vị trí OUT + Đưa tất trượt vị trí UP + Đưa tất núm xoay vị trí CENTRED + Đưa nút giảm VOLTS/DIV, TIME/DIV, HOLD OFF vị trí CAL (cân chỉnh) Vặn VOLTS/DIV TIME/DIV vị trí 1V/DIV 2s/DIV Bật nguồn Xoay Y-POS để điều chỉnh điểm sáng theo chiều đứng (điểm sáng chạy ngang qua hình với tốc độ chậm) Nếu vặn TIME/DIV ngược chiều kim đồng hồ (theo chiều giảm) điểm sáng di chuyển nhanh vị trí cở µs hình vạch sáng thay cho điểm sáng Điều chỉnh INTENS để thay đổi độ chói vệt FOCUS để thay đổi độ nét vạch sáng hình Đưa tín hiệu chuẩn để kiểm tra độ xác máy đưa đầu đo tới vị trí lấy chuẩn (hoặc từ máy phát chuẩn máy sóng vị trí CAL 1Vpp, 1kHz) Với giá trị chuẩn VOLTS/DIV vị trí 1V/DIV TIME/DIV vị trí 1ms/DIV hình xuất sóng vng có biên độ đỉnh đỉnh hình độ rộng xung hình (xoay Y - POS X - POS để đếm cách xác) Sau lấy lại giá trị chuẩn trên, tuỳ thuộc chế độ làm việc mà ta sử 100 dụng nút điều khiển tương ưng Các phần điều khiển * Điều khiển hình Phần bao gồm: + Điều chỉnh độ sáng - INTENSITY - dạng sóng Thông thương tăng tần số quét cần tăng thêm độ sáng để tiện quan sát Thực chất điều chỉnh điện áp lưới + Điều chỉnh độ nét – FOCUS - dạng sóng Thực chất điều chỉnh điện áp anot A1, A2 A3 + Điều chỉnh độ lệch trục ngang – TRACE - (khi vị trí máy điểm khác tác dụng từ trường trái đất khác nên đơi phải điều chỉnh để có vị trí cân bằng) Điều khiển theo trục đứng Phần điều khiển vị trí tỉ lệ dạng sóng theo chiều đứng Khi tín hiệu đưa vào lớn VOLTS/DIV phải vị trí lớn ngược lại Ngồi cịn số phần INVERT: Đảo dạng sóng DC/AC/GD: hiển thị phần chiều/xoay chiều/đất dạng sóng CH I/II: Chỉnh kênh kênh DUAL: Chỉnh kênh ADD: Cộng tín hiệu hai kênh Khi bấm nút INVERT dạng sóng tín hiệu bị đảo ngược lại đảo pha 1800) Khi gạt cơng tắc vị trí GD hình xuất vệt ngang, dịch chuyển vị trí đường để xác định vị trí đất tín hiệu 101 Gạt cơng tắc vị trí DC nghĩa tín hiệu bao gồm thành phần chiều xoay chiều, gạt vị trí AC dạng sóng tách thành phần chiều Xem hình đây: (bên trái chế độ DC bên phải chế độ AC) Khi ấn nút DUAL để chọn hai kênh hình xuất đồ thị dạng sóng ứng với đầu đo ADD để cộng sóng với Nói chung vị trí nút CH I/II, DUAl ADD cho chế độ hiển thị khác tuỳ thuộc vào loại máy Điều khiển theo trục ngang Phần điều khiển vị trí tỉ lệ dạng sóng theo chiều ngang Khi tín hiệu đưa vào có tần số cao TIME/DIV phải nhỏ ngược lại Ngòai số phần sau: X - Y: chế độ kênh thứ sẻ làm trục X thay cho thời gian chế độ thường Chú ý: Khi máy hoạt động chế độ nhiều kênh có phần điều khiển theo trục ngang nên tần số quét tần số quét chung cho dạng sóng Ứng dụng máy sóng kỹ thuật đo lường Máy sóng gọi máy sóng vạn khơng đơn hiển thị dạng sóng mà cịn thực nhiều kỹ thuật khác thực hàm toán học, thu nhận thông tin xử lý số liệu chí cịn phân tích phổ tín hiệu Trong phần nói tới ứng dụng máy sóng Quan sát tín hiệu 102 Để quan sát tín hiệu cần thiết lập máy chế độ đồng điều chỉnh tần số quét trigo để dạng sóng đứng n hình Khi xác định biến thiên tín hiệu theo thời gian Các máy sóng đại cho phép lúc 2, tín hiệu dạng lúc tần số quan sát lên tới 400MHz * Đo điện áp Việc tính giá trị điện áp tín hiệu thực cách đếm số hình nhân với giá trị VOLTS/DIV Ví dụ: VOLTS/DIV 1V tín hiệu cho hình có: Vp = 2,7 x 1V = 2,8V Vpp = 5,4 ô x 1V = 5,4V Vrms = 0,707Vp = 1.98V Ngồi ra, với tín hiệu xung người ta cịn sử dụng máy sóng để xác định thời gian tăng sườn xung (rise time), giảm sườn xung (fall time) độ rộng xung (pulse width) với cách tính hình 103 * Đo tần số khoảng thời gian Khoảng thời gian hai điểm tín hiệu tính cách đếm số ô theo chiều ngang hai điểm nhân với giá trị TIME/DIV Việc xác định tần số tín hiệu thực cách tính chu kỳ theo cách Sau nghịch đảo giá trị chu kỳ ta tính tần số Ví dụ: hình bên s/div 1ms Chu kỳ tín hiệu điện dài 16 ơ, chu kỳ 16ms → f=1/16ms=62,5Hz * Đo tần số độ lệch pha phương pháp so sánh Ngoài cách đo tần số thông qua việc đo chu kỳ trên, đo tần số máy sóng sau: so sánh tần số tín hiệu cần đo fx với tần số chuẩn fo Tín hiệu cần đo đưa vào cực Y, tín hiệu tần số chuẩn đưa vào cực X Chế độ làm việc máy sóng gọi chế độ X-Y mode sóng có dạng hình sin Khi hình đường cong phức tạp gọi đường cong Lissajou Điều chỉnh tần số chuẩn tới tần số cần đo bội ước nguyên tần số chuẩn hình có đương Lissajou đứng n Hình dạng đường Lissajou khác tùy thuộc vào tần số hai tín hiệu độ lệch pha chúng Xem hình bên Với n số múi theo chiều ngang m số múi theo chiều dọc (hoặc lấy số điểm cắt lớn theo trục số điểm tiếp tuyến với hình Lissajou trục) Phương pháp hình Lissajou cho phép đo tần số khoảng từ 10Hz tới tần số giới hạn máy 104 Nếu muốn đo độ lệch pha ta cho tần số hai tín hiệu nhau, đường Lissajou có dạng elip Điều chỉnh Y - POS X - POS cho tâm elip trùng với tâm hình hình (gốc toạ độ) Khi góc lệch pha tính bằng: A với A, B đường kính trục dài đường kính trục ngắn elip Nhược điểm phương pháp khơng xác định dấu góc pha sai số phép đo lớn (5 – 10%) Cảm biến 8.1 Khái niệm chung Khái niệm: Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng tính chất điện cần đo thành đại lượng điện đo xử lý Các đại lượng cần đo (m) thường khơng có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất ) tác động lên cảm biến cho ta đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp, dịng điện trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lượng đo Đặc trưng (s) hàm đại lượng cần đo (m): 𝑠 = 𝐹(𝑚) (1.1) Người ta gọi (s) đại lượng đầu phản ứng cảm biến, (m) đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc đại lượng cần đo) Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị (m) 8.2 Phân loại Các cảm biến phân loại theo đặc trưng sau đây: Phân loại theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích Hiện tượng Chuyển đổi đáp ứng kích thích Hiện tượng vật lý Nhiệt điện - Quang điện - Quang từ - Điện từ - Quang đàn hồi - Từ điện - Nhiệt từ Hoá học Biến đổi hoá học - Biến đổi điện hố Phân tích phổ Sinh học Biến đổi sinh hoá - Biến đổi vật lý - Hiệu ứng thể sống… Phân loại theo dạng kích thích 105 - Âm - Biên pha, phân cực - Phổ - Tốc độ truyền sóng Điện - Điện tích, dịng điện - Điện thế, điện áp Điện trường (biên, pha, phân cực, phổ) Điện dẫn, số điện môi Từ - Từ trường (biên, pha, phân cực, phổ) - Từ thông, cường độ từ trường - Độ từ thẩm Quang - Biên, pha, phân cực, phổ - Tốc độ truyền - Hệ số phát xạ, khúc xạ - Hệ số hấp thụ, hệ số xạ Cơ - Vị trí - Lực, áp suất - Gia tốc, vận tốc ứng suất, độ cứng - Mô men - Khối lượng, tỉ trọng - Vận tốc chất lưu, độ nhớt Nhiệt - Nhiệt độ - Thông lượng - Nhiệt dung, tỉ nhiệt Bức xạ - Kiểu - Năng lượng - Cường độ Phân loại theo tính cảm biến Độ nhạy - Độ xác - Độ phân giải - Độ Khả tải - Tốc độ đáp ứng - Độ ổn chọn lọc - Độ tuyến tính - Cơng suất tiêu định - Tuổi thọ - Điều kiện môi trường thụ - Dải tần - Độ trễ Kích thước, trọng lượng Phân loại theo phạm vi sử dụng: - Công nghiệp - Nghiên cứu khoa học - Mơi trường, khí tượng - Thông tin, viễn thông - Nông nghiệp - Giao thông - Quân Phân loại theo thông số mơ hình mạch thay : - Cảm biến tích cực có đầu nguồn áp nguồn dòng - Cảm biến thụ động đặc trưng thơng số R, L, C, M tuyến tính phi tuyến 8.3 Một số cảm biến thông dụng 8.3.1 Cảm biến nhiệt a Khái niệm, ký hiệu - Cảm biến nhiệt sử dụng để đo biến đổi nhiệt đại lượng cần đo, nhiệt độ thay đổi cảm biến đưa dạng tín hiệu mà từ tín hiệu quy nhiệt độ b Phạm vi ứng dụng 106 - Nhiêt kế điện tử, bán dẫn, can nhiệt loại T sử dụng nghiên cứu nông nghiệp - Nhiệt kế điện tử, PT100 sử dung xe - Điện trở oxit kim loại sử dụng nhiệt lạnh - Cặp nhiệt điện loại K, T, R, S, B PT100 sử dụng gia cơng vật liệu, hố chất c Cấu tạo, nguyên lý làm việc Cảm biến nhiệt độ có phận sau: Là phận cảm biến (thường gọi đầu dò) nơi tiếp xúc với vật liệu cần đo Là cổng kết nối dùng để đấu dây nguồn hay đấu dây sang chuyển đổi tín hiệu analog 4-20mA, vv… Là phận bảo vệ đầu đo cảm biến, thường làm INOX Có nhiều kích thước để lựa chọn 6mm, 8mm, 10mm, 15mm, vv… Là nắp bảo vệ mối đấu dây điện giúp chống tác nhân gây hại nước, bụi, vv… Nguyên lý hoạt động hoạt động cách đo điện dung điện trở mẫu khơng khí phịng hay ngồi trời Trong cảm biến có ẩm kế điện dung, khơng khí chảy vào hai kim loại Sự thay đổi độ ẩm khơng khí tỷ lệ thuận với thay đổi điện dung Cách khác nguyên lý đo độ ẩm điện trở, polymer gốm sứ hấp thụ độ ẩm sau ảnh hưởng đến điện trở suất Và kết nối với mạch độ ẩm ảnh hưởng đến điện trở vật liệu Từ độ ẩm tương đối sau xác định dựa thay đổi dòng điện Dãy đo độ ẩm 0÷100%, tất ứng dụng điều sử dụng dãy đo Tín hiệu ngõ dịng thiết bị dạng analog 4-20ma hay 010v để kết nối với loại thiết bị điều khiển khác hình hay PLC chẳng hạn d Thông số kỹ thuật Tùy vào phân loại phần thông số kỹ thuật khác 8.3.2 Cảm biến áp suất a Khái niệm, ký hiệu Cảm biến áp suất thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện, thường dùng để đo áp suất ứng dụng có liên quan đến áp suất b Phạm vi ứng dụng Đo áp suất nước, Đo áp suất khí nén, Dùng để đo áp suất thuỷ lực, Dùng đo áp suất gas, Đo áp suất chất lỏng khác… Cảm biến áp suất dùng để đo hệ thống lò hơi, thường đo trực tiếp lò Khu vực cần đo xác cao & phải chịu nhiệt độ cao 107 Các máy nên khí cần phải đo áp suất để giới hạn áp suất đầu ra, tránh trường hợp áp dẩn đến hư hỏng & cháy nổ Trên trạm bơm nước cần cảm biến áp suất để giám sát áp suất đưa PLC biến tần để điều khiển bơm nước Để điều áp điều khiển áp suất sau van điều khiển cảm biến áp suất đóng vai trị quan trọng ảnh hưởng trực tiếp áp suất đầu sau van điều khiển Trên xe cẩu thường có ben thuỷ lực, yêu cầu giám sát ben thuỷ lực quan trọng ảnh hưởng đến lực kéo ben Vì họ lắp cảm biến áp suất để giám sát áp suất ben thuỷ lực Các tank chứa nước nguyên vật liệu thường dùng cảm biến áp suất để đo mức tank c Cấu tạo, nguyên lý làm việc Cấu tạo cảm biến áp suất gồm phần chính: Cảm biến: phận nhận tín hiệu từ áp suất truyền tín hiệu khối xử lý Tùy thuộc vào loại cảm biến mà chuyển từ tín hiệu áp suất sang dạng tín hiệu điện trở, điện dung, điện cảm, dịng điện… khối xử lý Khối xử lý: có chức nhận tính hiệu từ khối cảm biến thực xử lý để chuyển đổi tín hiệu sang dạng tín hiệu tiêu chuẩn lĩnh vực đo áp suất tín hiệu ngõ điện áp ~ 20 mA (tín hiệu thường sử dụng nhất) , ~ VDC, ~ 10 VDC, ~ VDC) Tùy vào loại cảm biến cách thức hoạt động khác nhau, có loại hoạt động dựa biến dạng vật liệu để làm thay đổi điện trở, loại thay đổi điện dung, loại sử dụng vật liệu áp điện, dạng áp điện trở kiểu điện dung sử dụng nhiều Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất gần giống loại cảm biến khác cần nguồn tác động (nguồn áp suất, nguồn nhiệt,… nguồn cần đo cảm biến loại đó) tác động lên cảm biến, cảm biến đưa giá trị vi xử lý, vi xử lý tín hiệu đưa tín hiệu Sơ đồ khối cảm biến áp suất Sơ đồ khối cảm biến áp suất Áp suất: nguồn áp suất cần kiểm tra áp suất khí, hơi, chất lỏng d Thơng số kỹ thuật – Thông số kỹ thuật chi tiết cảm biến cần dùng – Tín hiệu ngõ cảm biến áp suất ( thông thường 4-20mA ) – Môi trường làm việc cảm biến áp lực – Sai số cho phép cảm biến áp suất cần đo – Thời gian đáp ứng – Chỉnh thông số cảm biến hay không – Loại kết nối cảm biến 108 – Nguồn cấp 8.3.3 Cảm biến quang a Khái niệm Cảm biến quang (tên tiếng anh Photoelectric Sensor) tổ hợp linh kiện quang điện Khi tiếp xúc với ánh sáng chúng thay đổi trạng thái, cảm biến quang sử dụng ánh sáng phát từ phận phát để phát diện vật thể Khi có thay đổi phận thu mạch điều khiển cảm biến quang cho tín hiệu ngõ OUT Cảm biến quang thiết bị đóng vai trị quan trọng lĩnh vực cơng nghiệp tự động hóa b Phạm vi ứng dụng Kiểm tra sản phẩm qua q trình rửa, sơ chế, đóng gói, thành phẩm,… Kiểm tra đường xe tơ, thực phẩm đóng hộp, nước đóng chai,… băng tải Xác định mức độ cao mực cà phê, nước ngọt, chất lỏng, lon, hộp,… Đếm chai di chuyển băng tải tốc độ cao Phát nhãn bị thiếu chai Đảm bảo kiểm soát an tồn mở đóng cửa nhà xe Bật vịi nước rửa sóng bàn tay Phát người vật qua cửa Phát xe bãi giữ xe Và nhiều ứng dụng khác nữa,… c Cấu tạo, nguyên lý làm việc Cấu tạo: Bộ phận phát sáng: Hầu hết loại cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED anh sáng phát theo xung Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt ánh sáng cảm biến ánh sáng từ nguồn khác (như ánh nắng mặt trời ánh sáng phòng) Các loại LED thông dụng LED đỏ, LED hồng ngoại LED lazer Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng xanh Ngoài số trường hợp thấy loại LED vàng Bộ phận thu sáng: Thông thường cảm biến quang thu sáng phototransistor (tranzito quang) Bộ phận cảm nhận ánh sáng chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Hiện nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC 109 (Application Specific Integrated Circuit) Mạch tích hợp tất phận quang, khuếch đại, mạch xử lý chức vào vi mạch (IC) Bộ phận thu nhận ánh sáng trực tiếp từ phát (như trường hợp loại thu-phát), ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát (trường hợp phản xạ khuếch tán) Mạch xử lý tín hiệu đầu ra: Mạch đầu chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON/OFF khuếch đại Khi lượng ánh sáng thu vượt mức ngưỡng xác định, tín hiệu cảm biến kích hoạt Mặc dù số loại cảm biến hệ trước tích hợp mạch nguồn dùng tín hiệu tiếp điểm rơ-le (relay) phổ biến, ngày loại cảm biến chủ yếu dùng tín hiệu bán dẫn (PNP/NPN) Một số cảm biến quang cịn có tín hiệu tỉ lệ phục vụ cho ứng dụng đo đếm Nguyên lý làm việc Trạng thái khơng có vật cản: cảm biến phát ánh sáng cảm biến thu ánh sáng Quá trình phát thu ánh sáng liên tục với Trạng thái có vật cản: cảm biến phát phát ánh sáng cảm biến thu ánh sáng không thu ánh sáng (bị vật cản che chắn) d Thông số kỹ thuật Loại cảm biến: thu – phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán Nguồn cấp: cảm biến sử dụng nguồn 12-24VDC, 24-240VAC ±10% 50/60Hz, 24240VDC ±10%(Ripple P-P:Max 10%) Khoảng cách phát hiện: 15m (Loại thu – phát); 0.1~3m, 0.1~5m (phản xạ gương); 700mm (phản xạ khuếch tán) Độ trễ: lớn 20% khoảng cách cài đặt định mức (phản xạ khuếch tán) Vật phát chuẩn: vật mờ đục Ø15 mm (thu-phát), vật mờ đục Ø60 mm (phản xạ gương), vật mờ đục – mờ (phản xạ khuếch tán) 110 Nguồn sáng: sử dụng LED hồng ngoại (940nm), LED hồng ngoại ( 850nm), LED đỏ (660 nm) Chế độ hoạt động: lựa chọn Light ON hay Dark ON công tắc Ngõ ra: ngõ tiếp điểm relay 30VDC 3A, 250VAC 3A tải trở, cấu tạo tiếp điểm: 1c Chỉ thị hoạt động: đèn led xanh (chỉ thị nguồn, ổn định), led vàng (chỉ thị hoạt động) Thời gian đáp ứng: Max.1ms, 20ms Điều chỉnh độ nhạy: biến trở điều chỉnh 8.3.4 Cảm biến vị trí a Khái niệm Cảm biến vị trí cảm biến sử dụng thiết bị nhằm đo khoảng cách di chuyển vật thể tới vị trí tham chiếu Cảm biến xác định vị trí cách đo vị trí tuyến tính góc tham chiếu đến điểm cố định tham chiếu tùy ý Cảm biến sử dụng để phát diện hay vắng mặt vật thể Nếu thơng tin vị trí khoảng cách kết hợp với phép đo thời gian, tốc độ, vận tốc gia tốc tính cho điều khiển chuyển động b Phạm vi ứng dụng - Thiết bị y tế - Máy đóng gói - Máy ép phun - Tàu cao tốc lấy đường cong trịn - Xe tơ c Cấu tạo, ngun lý làm việc Cấu tạo: Cảm biến vị trí trục khuỷu cấu thành từ phận là: Một cực nam châm vĩnh cửu, cuộn cảm ứng rotor Riêng roto có nhiệm vụ khép mạch từ thông nam châm quay cuộn cảm ứng Trên phận thiết kế với bánh lượng bánh tùy thuộc theo loại động khác Nguyên lý làm việc: Do cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu, mà vị trí trục khuỷu ln có từ trường ổn định sinh Các chân thép xoay từ trường trục khuỷu quay Điều dẫn đến dao động từ trường, đồng thời phận điều khiển động (EMU) sử dụng để tính tốc độ quay tạo dịng điện xoay chiều (AC) Nhờ có dao động từ mà đem lại nhiều hữu ích việc xác định tốc độ vị trí trục cam d Thông số kỹ thuật Điện trở cuộn dây loại điện cảm biến trục cam sấp xỉ khoảng 100 – 1.000 Ω Điện trở loại cảm biến điện từ nằm denco (những mẫu xe đời cũ) có điện trở khoảng 200 – 300 Ω Điện trở loại cảm biến Hall xe khơng giống Khe hở khơng khí đầy cảm biến vấu cực tạo xung khoảng 0.5 – mm 111 8.3.5 Cảm biến rung a Khái niệm Cảm biến rung có chức đo rung động thiết bị đó.Và lúc độ rung động đặc trưng độ dịch chuyển,tốc độ gia tốc vật thể Cảm biến rung dòng cảm biến, ứng dụng nhiều lĩnh vực sống.Một ứng dụng phổ biến sống cảm biến rung smartphone b Phạm vi ứng dụng Chính ngun lý hoạt động mà cảm biến rung dùng tác vụ rung smartphone rung để mở,rung để chơi nhạc,rung để làm hành động bất kỳ,một tác vụ c Cấu tạo, nguyên lý làm việc Trong cảm biến rung gồm có cuộn dây nam châm.2 thành phần đặt cho di chuyển phần khung nam châm có xu hướng cố định qn tính Khi chuyển động nam châm cuộn dây tạo dòng điện tỉ lệ với vận tốc rung.Các phần tử hoạt động độc lập không cần đùng đến nguồn điện hay mạch biến đổi tín hiệu từ bên ngồi d Thơng số kỹ thuật Điện áp hoạt động: 3.3V-5V Tín hiệu ngõ ra: Digital Trạng thái ngõ mặc định: LOW Tích hợp LED báo nguồn LED báo trạng thái cảm biến Kích thướt board 32x14mm Khi khơng có rung động, ngõ (DO) xuất tín hiệu mức thấp đồng thời LED tín hiệu ngõ sáng 112 Tài liệu cần tham khảo: [1] Nguyễn Xuân Phú, Trần Thành Tâm – Kỹ thuật an toàn cung cấp sử dụng điện – NXB Khoa học kỹ thuật – 1998 [2] Đặng Văn Đào, Lê văn Doanh – Kỹ thuật điện – Nhà xuất Giáo dục – 1999 [3] Phạm Đình Bảo – Điện tử – NXB Khoa học Kỹ thuật – 2004 [4] Đỗ Xuân Thụ, Đặng Văn Chuyết, Nguyễn Viết Nguyên – Kỹ thuật điện tử – NXB Giáo dục – 1998 [5] Nguyễn Văn Hòa – Giáo trình đo lường đại lượng điện khơng điện – NXB Giáo dục – 2002 113 114 ... khí chất cách điện tốt Nếu lý khơng khí xuất điện tử tự khơng khí đặt điện áp đủ lớn để điện tử tự bắn phá ngun tử khí, khơng khí bị ion hoá Dưới tác dụng lực điện trường ion điện tử tự chuyển... áp mạng điện: * Đối với mạng điện 1000[V] điện trở cách điện phải lớn 1000 [Ôm/V], tức [kΩ/V] * Đối với thiết bị điện có điện áp tới 500[V]: Quy phạm an toàn điện quy định điện trở cách điện 0,5... Lưới điện trung tính nối đất: Dịng điện cố khép mạch qua hệ thống nối đất vận hành nguồn cung cấp điện (hình 3-2a) - Lưới có trung tính cách điện đất: Dịng điện cố khép mạch qua điện trở cách điện