Giáo trình mđ 12 đo lường điện điện tử đcn 2022

UBND TỈNH BẮC NINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP BẮC NINH GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN 12: ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGÀNH: Điện cơng nghiệp TRÌNH ĐỘ: Cao đẳng, Trung cấp Ban hành kèm theo Quyết định số 433a/QĐ-CĐCN ngày 12 tháng 10 năm 2022 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp Bắc Ninh Bắc Ninh, năm 2022 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Để thực biên soạn giáo trình đào tạo ngành Điện cơng nghiệp, Điện tử cơng nghiệp, Tự động hóa Cơng nghiệp, Kỹ thuật lắp đặt điện điều khiển Công nghiệp, Vận hành sửa chữa trạm bơm điện trình độ Cao đẳng Trung cấp, giáo trình Đo lường điện - điện tử giáo trình mơn học đào tạo chuyên ngành biên soạn theo nội dung chương trình trường ban hành Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với nhau, logíc Khi biên soạn, nhóm biên soạn cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 45 gồm có: Bài mở đầu: Đại cương đo lường điện Bài 1: Các loại cấu đo thông dụng Bài 2: Đo đại lượng điện Bài 3: Sử dụng loại máy đo thông dụng Trong trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu khoa học công nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiên thức cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập để người học cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường có thề sử dụng cho phù hợp Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hoàn thiện Các ý kiến đóng góp xin gửi Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Bắc Ninh Bắc Ninh, ngày tháng năm 2022 Tham gia biên soạn: Chủ biên: Ths Dương Văn Nhung Ths Trần Trung Hậu MỤC LỤC TRAN G TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC Bài mở đầu: Đại cương đo lường điện Khái niệm đo lường điện Các sai số tính sai số 10 f Sử dụng máy sóng: Khi chưa bật chuyển mạch nguồn cung cấp, đặt núm chức điều khiển độ hội tụ [focus], cường độ chùm tia [intensity] điều khiển hệ số khuyếch đại [V/div] vị trí thấp (tận bên trái), chức điều khiển vị trí dọc ngang vị trí gần điểm Tiếp theo bật chuyển mạch nguồn cung cấp máy sóng Sau khoảng thời gian khởi động máy sóng cathode cần phải đốt nóng hồn toàn, tạo cường độ chùm tia yêu cầu Điều chỉnh chức điều khiển cường độ chùm tia để có vệt sáng rõ ràng xuất hình Điều chỉnh chức điều khiển vị trí dọc ngang cần (Đôi hệ số khuyếch đại ngang biểu thành vệt sáng điểm sáng bắt đầu ngồi khung hình) Khi điểm sáng nhìn thấy, di chuyển điểm sáng vào trung tâm điều chỉnh độ hội tụ, độ nhoè để làm cho điểm sáng gọn Chức điều khiển cường độ tia cần phải điều chỉnh để điểm sáng khơng q chói, khơng q mờ Đặt chế độ quét theo vị trí quét [Int.], điều chỉnh hệ số khuyếch đại ngang để mở rộng điểm sáng thành đường sáng đầy đủ ngang hình Kiểm tra di chuyển theo chiều dọc đường sáng ngang Mạch khuyếch đại dọc định chuẩn có sẵn thiết bị đo Đặt đầu que đo vào hệ thống cần đo Chuyển mạch nguồn hệ thống cần đo bật [ON] Điều chỉnh chức điều khiển hệ số khuyếch đại dọc để có độ cao dạng sóng u cầu hình Điều chỉnh dao động quét (gốc thời gian) để có số chu kỳ cần thiết hình Đối với máy sóng kích khởi, chu kỳ cần phải ổn định 10 Khảo sát dạng sóng, đo biên độ kiểm tra đặc tính tín hiệu 11 Để có mẫu hình Lissajous, đưa tín hiệu ngồi cung cấp từ máy tạo sóng đến đầu vào quét ngoài, dùng cho phép đo tần số pha g Các phép đo với máy sóng: Đo điện áp tín hiệu vào: Giá trị đỉnh - đỉnh điện áp đo cách đếm số vạch chia theo chiều dọc hai đỉnh Chẳng hạn, biên độ đỉnh - đỉnh dạng sóng chiếm vạch chia thang độ nhạy 500mV/div, trị số đỉnh - đỉnh 500mV/div x 4div = 2V, biên độ đỉnh 1V 101 Đo khoảng thời gian chu kỳ: Chu kỳ tín hiệu đo cách tính số chu kỳ gốc thời gian Giá trị gốc thời gian có chu kỳ chu kỳ tín hiệu Ví dụ:Trên thang đo 50µs/div, có chu kỳ tín hiệu chiếm vạch chia, số vạch chia chiếm chu kỳ vạch chia, nên chu kỳ tín hiệu 100µs Tính nghịch đảo chu kỳ cho tần số tín hiệu, ví dụ tính 1/100µs = 10kHz Đo tần số theo mẫu hình Lissajous: Đo tần số tín hiệu theo mẫu hình Lissajous thực cách đưa tín hiệu có tần số cần đo vào đầu vào dọc, nối tín hiệu có tần số biết vào đầu vào qt ngồi, thu mẫu hình khác hình tuỳ thuộc vào tỷ số hai tần số độ lệch pha hai tín hiệu Các mẫu hình Lissajous hình 7.3 Khi hai tần số nhau, độ lệch pha 0o tạo đường thẳng nghiêng 45o so với đường ngang; với độ lệch pha 180o, đường thẳng tạo gốc 135o so với đường ngang Khi độ lệch pha 90o, tạo đường tròn Đối với độ lệch pha khác tạo hình ellipse Khi hai tần số tín hiệu khơng nhau, tỷ số tần số chưa biết (fv) tần số biết (đọc tần số máy tạo sóng) (fh) xác định tỷ số số lượng vòng theo đường ngang số lượng vòng theo đường dọc Hình 7.4: Các mẫu hình Lissajous Đo số điều chế tín hiệu AM: Khi tín hiệu điều chế áp đặt làm tín hiệu qt ngồi, tín hiệu điều chế làm tín hiệu dọc (Y) thể hình 7.5a Mẫu hình hiển thị hình 7.5b Chỉ số điều chế tính (p – q)/(p + q) Hình 7.5 103 Đo độ méo xung: Xung vào xung hiển thị máy sóng hai vệt Độ võng độ vượt phần nằm ngang, độ tăng hay độ giảm cạnh xung quan sát hình Thời gian tăng (ứng với mức thay đổi từ 10% đến 90% biên độ xung) khoảng thời gian giảm (ứng với mức thay đổi từ 90% đến 10% biên độ xung) đo mẫu xung Độ rộng xung đo khoảng từ từ mức 50% cạnh tăng đến mức 50% cạnh giảm h Các điểm lưu ý sử dụng máy sóng: Nối vỏ máy sóng với đất Cường độ chùm tia điện tử cần phải giữ mức thấp quan sát thuận lợi Điểm sáng không để lâu vị trí hình Trong trường hợp cần phải giữ lý đó, để mức cường độ thấp Nên bắt đầu phép đo với mức độ nhạy nhỏ mạch khuyếch đại dọc tăng dần đạt mức thiết lập thích hợp Định chuẩn độ lệch dọc trước thực phép đo Có sẳn nguồn điện áp máy sóng cho việc định chuẩn Sử dụng que đo phù hợp thực phép đo tín hiệu tần số cao, hay tín hiệu vào lớn Khi tháo máy sóng để sửa chữa, cẩn thận có điện áp cao khoảng vài kilovolt Ngay trạng thái ngắt chuyển mạch nguồn điện lưới, tụ lọc có điện áp cao gây nguy hiểm cho người sử dụng, tụ cần phải xã tiến hành cơng việc máy sóng trạng thái cắt nguồn Phải cẩn thận sử dụng ống tia, hư hỏng ngẫu nhiên dẫn đến hõng hình Màn hình phát quang phát xạ tia - x nhẹ, cần thay nên mua CRT tiêu chuẩn từ nhà sản xuất có uy tín k Đo lường AC: - Mục tiêu: Xác định đọc giá trị biên độ, điện áp thơng qua dạng tín hiệu ngõ vào * Đọc giá trị đỉnh biên độ: Biên độ đỉnh – đỉnh dạng sóng (hình 7.5) đo dễ dàng nhờ xuất hình thơng qua kích thước đồ thị hình Trên hình 7.5 minh họa sóng sin với biên độ chu kỳ khác hình Vị trí núm điều khiển thang độ VOLT/DIV núm chọn thời gian TIME/DIV hình vẽ 7.5 Hình 7.5: Đo biên độ đỉnh – đỉnh chu kỳ sóng sin Việc tính giá trị điện áp tín hiệu đuợc thực cách đếm số hình nhân với giá trị VOLTS/DIV (hình7.6) Hình 7.6: Giá trị đỉnh – đỉnh tính hiệu Ví dụ: VOLTS/DIV 1V tín hiệu cho hình 7.6 có: Vp = 2,7ơ x 1V = 2,7V 105 Vpp = 5,4ô x 1V = 5,4V Vrms = 0,707Vp = l,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 ( H.7.7) Hình 7.7: Giá trị biện độ xung tín hiệu Ví dụ: Như hình 7.5: biên độ đỉnh tín hiệu: A: VA = 450mV (p-p) B: VB = 200mV(p-p) Đo chu kỳ: Phụ thuộc vào nút chu kỳ tín hiệu quét cưa (đơn vị µsec / DIV) Ta thấy sóng A có biên độ 4,6 vạch chia, cịn sóng B tương ứng với vạch chia Như vậy, theo vị trí thang độ núm điều khiển VOLT/DIV 100 mV ta có biên độ đỉnh – đỉnh điện áp là: - Sóng A: VApp = 4,5 vạch x 100 mV = 450 mV - Sóng B: VBpp = vạch x 100 mV = 200 mV Hiệu số pha hai sóng hình sin ∆ đo phương pháp minh họa hình 7.8 Mỗi sóng có chu kỳ ứng với vạch ngang thời gian thời điểm bắt đầu chu trình 1,4 vạch Ta có chu trình = 3600, vậy, giá trị vạch chia là: vạch chia = 3600/8 = 450 Hiệu số pha điện áp là: ∆ = 1,4 vạch x 450/vạch = 630 Hình 7.8: Đo hiệu số pha sóng sin * Quan sát đánh giá dạng sóng: Khi ngắt quét máy sóng đưa sóng sin vào hai đầu vào đứng ngang hình phụ thuộc vào quan hệ hai sóng sin Những hình đơn giản xuất dạng sóng có tần số Những hình phức tạp tạo với sóng sin có tần số khác Dùng hình Lissajous để đo chênh lệch pha hai tín hiệu (H.7.6) 107 Tín hiệu A đưa vào ngõ quét dọc, tín hiệu B đưa vào ngõ quét ngang - A, B pha: hình Lissajous đường thẳng (H.7.6c) - A, B trái pha (H.7.6d) - A, B lệch pha 900 (H.7.6e) - A, B lệch pha (H.7.6f,g) Hình 7.9: Hình Lissajous hiển thị dạng sóng p Đo thời gian tần số: - Mục tiêu: Trình bày khái niệm, cách tính thời gian tần số tín hiệu * Khái niệm: Là khoảng thời gian hai điểm tín hiệu tính cách đếm số theo chiều ngang hai điểm nhận với giá trị TIME/DIV Việc xác định tần số tín hiệu thực cách tính chu kỳ theo cách trên, sau nghịch đảo giá trị chu kỳ ta tính tần số Trong kỹ thuật điện tử, thường hay dùng tín hiệu có phổ tần số rộng Dải phổ tần số tần số vài phần trăm Hz đến 1015Hz.Toàn tần phổ chia làm hai dải tần số có tính chất khác nhau: dải tần số thấp (tần số âm ) dải tần số cao (tần số sóng vơ tuyến ) Dải tần số âm gồm tần số mà tai người nghe được, tần số thấp 20MHz gọi ngoại âm tần (hạ âm), tần số cao 20kHz gọi siêu âm Những tần số dao động điện cao 10kHz thuộc tần số vô tuyến Giới hạn dùng kỹ thuật đo lường tần số cao tần tăng lên với phát triển kỹ thuật điện tử ngày xác định tần số chừng độ 3.1015 Hz Phổ tần số sử dụng kỹ thuật điện tử chia thành nhiều dải tần số khác nhau, tính chất dải mà yêu cầu phép đo tần số có mức độ xác khác nhau, phương pháp đo khác Các phương pháp đo tần số thông dụng kỹ thuật điện tử là: phương pháp cầu,phương pháp so sánh phương pháp đếm Tuỳ theo tần đoạn khác mà phương pháp đo dùng nhiều hay khác đặc tính tần số Trong kỹ thuật điện tử, đo tần số dùng nhiều trường hợp như: cần khắc độ chuẩn lại máy tạo tín hiệu đo lường, máy phát, máy thu; cần xác định tần số cộng hưởng mạch dao động; cần xác định dải thông lọc, mạng bốn cực, cần kiểm tra mức độ lệch tần số thiết bị làm việc 109 * Cách tính đo thời gian tần số: Khoảng thời gian hai điểm tín hiệu tính cách đếm số ô theo chiều ngang hai điểm nhân với giá trị TIME/DIV Chu kỳ sóng sin xác định cách đo số vạch ngang ứng với chu kỳ nhân với giá trị ô đặt núm điều khiển TIME/DIV Theo số liệu hình 7.2, ta có chu kỳ tần số sóng là: - Sóng A: - Sóng B: 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: Ở hình s/div 1ms Chu kỳ tín hiệu dài 16 ô, chu kỳ 16ms => f = 1/16ms = 62,5Hz Các núm chức điều khiển máy sóng: Model GOS-652G Vị trí tên núm Chức [ POWER ] Mở tắt dao động ký [ ILLUM ] Thay đổi độ chiếu sáng tọa độ hình [“ON” Led] Đèn Led sáng núm [POWER] bật [ INTENSITY] Điều chỉnh cường độ sáng tia sáng hình hiển thị [ TRACE ROT ] Điều chỉnh tia sáng nằm ngang hình [ FOCUS ] Điều chỉnh độ rọi tia sáng cho hiển thị sắc nét [ GND ] Nối đất vỏ máy [ CAL 2VP-P ] Cho tín hiệu sóng vng, tần số 1KHz, tiện ích cho hiệu chỉnh tần số đầu dò hay kiểm tra độ lợi mạch khuếch đại 111 [ BEAM FIND ] Ấn vào để dò tìm tia sáng đưa tia sáng trung tâm hình hiển thị 11 [ POSITION ] Điều chỉnh vị trí tia sáng theo trục đứng hình hiển thị cho kênh [A/B], lưu ý điều khiển không làm việc chế độ [X-Y] 12 [ VOLTS/DIV ] Công tắc suy giảm cho biết điện áp đỉnh đỉnh ngõ vào tương ứng với độ chia (1cm) hình toạ độ hiển thị 13.[VARPULLx5MAG] Khi núm vị trí kéo phía ngồi, dộ nhạy khuếch đại cột dọc tăng lên lần 14 [AC-GND-DC] Cơng tắc có vị trí [AC] [GND] [ DC ] 15 [ VERT MODE ]: Tín hiệu ngõ vào AC, có khả khuếch đại lên đại theo cột dọc tần số giới hạn khoảng 10Hz (ở -3dB), thành phần tín hiệu DC bị chốt lại Cách ly mạch ngõ vào mạch ngõ vào máy nối đất Vị trí thường dùng để chỉnh vệt sáng số cân chỉnh khác Cả hai thành phần AC DC tín hiệu ngõ vào áp dụng cho ngõ vào khuếch đại theo cột dọc Cơng tắc có vị trí [ CHA ] Hiển thị tia sáng kênh A [ CHB ] Hiển thị tia sáng kênh B [ DUAL ] Hiển thị hai tia kênh A B Hai tia thường hoạt động chế độ luân phiên thay Khi chế độ rẽ mạch cách kéo núm [HOLD OFF], tia sáng hiển thị hai ngõ vào kênh A kênh B với tốc độ [500KHz] để tăng cường tầm nhìn tín hiệu với tốc độ qt thấp [ ADD ] Hiển thị tổng đại số hai tín hiệu kênh A kênh B 16 [ TRIG LEVEL ] Điều chỉnh cho tin hiệu ổn định 17 [ COUPLING ] Chọn chế độ kích [ AUTO ] Đối với mạch kích tự động, tia sáng chạy tự chưa có tín hiệu kích đầy đủ [ NORM ] Đối với mạch kích bình thường, khơng có tia qt xuất tín hiệu kích khơng gặp biên độ [TRI LEVEL] ấn định độ dốc [ TV-V ] Loại bỏ tín hiệu DC tín hiệu đồng tần số cao tín hiệu hình ảnh kết hợp [ TV-H ] Loại bỏ tín hiệu DC tín hiệu đồng tần số thấp tín hiệu hình ảnh kết hợp 18 [ SOURCE ] Chọn tín hiệu nguồn kích sau: [ CHA ] Tín hiệu kênh A [ CHB ] Tín hiệu kênh B [ LINE ] Tần số tín hiệu xoay chiều [ EXIT ] Tín hiệu áp dụng cho phần nối vào {EXT TRIG] từ 19 [HOLD –OFF] [ PULL CHOP ] Điều chỉnh sóng tín hiệu đo lường hiển thị dạng sóng phức tạp Nút thường kết hợp núm [TRIG LEVEL] để hiển thị dạng sóng ổn định đứng yên Khi núm kéo phía ngồi, dao động ký hiển thị tín hiệu hai tia bị phần lúc quét (đóng –mở cho hiển thị hai tia) Hầu hết thường sử dụng tần số quét thấp Khi núm đẩy 113 vào trong, dao động ký làm việc chế độ luân phiên Khi tia sáng kênh A nằm tia quét vệt sáng kênh B nằm tia quét lại.Hầu hết sử dụng tốc độ quét cao 20 [ EXT TRIG ] Kết nối với tín hiệu kích bên ngồi đưa đến cổng giao tiếp Để sử dụng trước tiên đặt cơng tắt [SOURCE] (24)đến vị trí [EXT] 21 [ POSITION] Đẩy vị trí tia sáng nằm ngang màng hình ống Catot, điều chỉnh làm viêc chế độ [XY} [ PULL x10 MAG ] Khi nùm kéo phía ngồi, tia sáng nằm ngang trải với hệ số nhân 10 22 [ TIME/DIV ] Núm chọn mức thời gian cho chùm tia để quét độ chia chuẩn định (1cm) hình 23 [ VAR ] Điều chỉnh liên tục thời gian quét vùng chọn vùng thấp kế bên Chu kỳ quét chuẩn định cách xoay núm [CAR] tới vị trí [CAL’d] 24 [ X-Y ] Khi cơng tắc đẩy vào trong, công tắc [SOURCE] đặt tới [CHA], công tắc [VERT MODE] đặt [CHB], máy hoạt động dao động ký hai tia [X-Y] TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kỹ Thuât Đo Điện, Nguyễn Ngọc Tân - Ngô Văn Kỳ, Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh [2] Cơ Sở Kỹ Thuật Đo Lường Điện Tử, Vũ Quý Điềm, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật [3] Giáo Trình Đo Lường Điện Tử, Dư Quang Bình, Đại Học Đà Nẵng [4] Dụng cụ đo điện, Nguyễn Trọng Quế, NXB KHKT, Hà Nội [5] Đo lường điện cảm biến đo lường, Nguyễn Văn Hịa - Bùi Đăng Thanh - Hồng sỹ Hồng, NXB Giáo Dục, 2005 [6] Kỹ thuật đo lường điện điện tử, Lưu Thế Vinh, Đại học Đà Lạt [7] Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, Lê Văn Doanh, NXB KH&KT 2001 [8] Kỹ thuật đo, Nguyễn Ngọc Tân (chủ biên) - - NXB KH&KT 2000 [9] Giáo trình cảm biến, Phan Quốc Phơ (chủ biên) - - NXB KH&KT 2005 [10] Measurement Systems-Application and Design, Ernest O Doebelin, 5st edition, McGraw-Hill [11] http://www.hieuchuan.vn/2010/10/cac-on-vi-o-luong-co-ban-theo-hesi.html [12] http://lqv77.com/2009/02/15/co-ban-su-dung-dong-ho-vom/ 115