Giáo trình đo lường điện (tái bản lần thứ nhất) phần 1

: : TS VÕ HUY HOÀN (Chủ biên) Ths VU HUU THICH — ThS NGUYEN THU HA ThS HÀ VĂN PHƯƠNG — ThS NGUYEN BA KHA GIAO TRINH DO LUONG ĐIỆN (Tái lần thứ nhất) G KTKT PHÚ LÂM TRƯỜNG6 CAO ĐẲN —————— THU VIEN M5 NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM &T- A06TE ‘ LOI NOI DAU Việc tổ chức biên soạn xuất giáo trình phù hợp với chuyên nghành đào tạo nghề cần thiết, nhằm mục đích trang bị cho người học kiến thức bản, ngắn gọn nhất, đáp ứng nhu cầu tự học, tự nghiên cứu tài liệu, giáo trình mơn học bạn học sinh, sinh viên Nội dung cuốn: “Giáo trình Do lường điện” dựng xây dựa chương trình khung mơn học Đo lường điện dành cho hệ Trung cấp nghề Cao đẳng nghề Tổng cục Dạy nghề ban hành Giáo trình nhóm tác giả có kinh nghiệm giảng dạy biên soạn, theo quan điểm ngắn gọn, dễ hiểu, nêu phạm vi ứng dụng thực tế, cách sử dụng thiết bị đo đánh giá sơ phương pháp đo Giáo trình đề cập đến nội dung bản, tuỳ theo tính chất ngành, nghề, hệ đào tạo mà có điều chỉnh, triển khai cụ thể vấn đề nêu Đây tài liệu tham khảo dùng chó sinh viên ngành Điện, Điện tử trường Đại học, Cao dang va THCN - đội ngũ kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật để nâng cao tay nghề Giáo trình bao gồm chương: Chương : Những khái niệm kỹ thuật đo lường; Chương Đo đại lượng điện bản; Chương Sử dụng loại máy đo bản; Chương Đo đại lượng không điện Chúng xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp Bộ môn Đo lường & Điều khiển khoa Điện trường Đại học Công nghiệp Hà Nội góp ý giúp đỡ chúng tơi hồn thành giáo trình Tuy tác giả có nhiều cố gắng trình biên soạn tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong khơng nhận góp ý từ đồng nghiệp, bạn đọc để giáo trình hoàn thiện lần tái sau Mọi góp ý xin gửi Cơng ty Cổ phần sách Đại học Dạy nghề — Nha xuất Giáo dục Việt Nam, 25 Hàn Thuyên, Hà Nội Hoặc gửi về: Bộ môn Đo lường & Điều khiển - Khoa Điện - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, email: dldk.haui@gmail.com Hà Nội, tháng năm 2010 CÁC TÁC GIÁ Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG 1.1 ĐỊNH NGHĨA VỀ ĐO LƯỜNG Do lường quú trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có giá trị kết số so uới đơn uỷ đo đại lượng Nếu có đại lượng cần đo X, đơn vị đại lượng X, thi két qua lường giá trị số đại lượng cần đo gợi Ax, tỷ số X Xạ Nghĩa A, rõ cho ta thấy đại lượng cần đo lớn hay nhỏ lần đơn vị X A, = x, hay ta có: § (1.1) X= Ay Xo Phương trình gọi phương trình phép đo, phương trình thể rõ so sánh đại lượng cần đo với mẫu phải cho kết số Từ đó, ta thấy không đại lượng đo khơng phải đại lượng cho phép so sánh giá trị Vì vậy, để đo chúng sánh phải biến đổi chúng thành đại lượng khác so luc co suy ngược lại đại lượng cần đo Ví dụ để đổi hoc, ta phai dung cam bién luc cang để biến đổi thành thay điện áp, sau đo điện áp rổi suy lực cần đo Khi thực trình đo lường, người thực phải biết chọn phương pháp đo phù hợp với đối tượng đo, điều kiện thực phép đo thiết bị đo để đạt kết có độ xác theo u cầu 4.2 PHẬN LOẠI CÁC CÁCH THỰC HIỆN PHÉP ĐO Trong đo lường, để thực phép đo thực tế dùng nhiều cách đo khác nhau, phân biệt cách đo sau: 1.2.1 Do truc tiếp Là cách đo mà kết nhận trực tiếp từ phép đo Trong cách đo này, tên thiết bị đo thườn g tương ứng với đại lượng đo Ví dụ đo dong dién dùng ampemét, đo điện áp dùng vơnmét Trong thực tế, cách sử dụng phổ biến 1.2.2 Đo gián tiếp Là phép có kết hợp kết nhiều phép đo trực tiếp suy kết đại lượng cần đo Ví dụ, để đo điện trở Ry ta dùng ampemét đo dong qua Rx, ding vénmét đo Ap roi trén Rx sau suy gia tri cua R, theo dinh luật 6m R = T ` 1.2.3 Đo hợp Là cách đo theo cách qua việc giải biết đo gần giống với cách đo gián tiếp, số lượng phép trực tiếp nhiều để có kết đo phải thơng phương trình hệ phương trình mà thơng số kết nhận từ phép đo trực tiếp Ví dụ: điện trở dây dẫn tính từ phương trình: % =n [1+a(t ~20)+Bt -20Ÿ | (1.2) Trong œ, B hệ số chưa biết Để xác định ơ, B cần phải đo r ba điểm có nhiệt độ khác Tạo, Tị, r sau đố thay vào (1.9) ta có hệ phương trình: tụ = Yo] 14 a(t, =20)+ Ít, - 20} | Tạ = hạ [1+ œ(ty ~20) + B(t, ~20)'] Giai phuong trinh tim a, B 1.2.4 Do thống kê Cách thống kê cách thực đo nhiều lần, với phép đo đại lượng đo Sau lấy giá trị trung bình kết lần đo: DX Xi< = i (1.3) Trong đó: X 1a két qua cia dai lugng phép théng ké; X, kết qua đo đại lượng lần thứ i; n số lần thực đo đại lượng X Phương pháp đặc biệt hữu hiệu tín hiệu nhiên kiểm tra độ xác dụng cụ đo đo ngẫu 1.3 CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA KỸ THUẬT DO LUGNG Các đặc trưng kỹ thuật đo lường bao gồm: đại lượng cần đo, phương pháp đo, đơn vị đo, thiết bị đo, điều kiện đo, người quan sát thực hiện, kết đo Các đặc trưng quan trọng, thiếu kỹ thuật đo lường 1.3.1 Đại lượng đo hay cịn gọi tín hiệu đo " Theo tính chất quy luật đại lượng đo người ta chia thành hai loại tín hiệu là: £í hiệu đo tiền định tín hiệu đo ngẫu nhiên Trong tín hiệu đo tiền định tín hiệu đo biết trước quy luật biến đổi theo thời gian tín hiệu, cịn nhiều thơng số tín hiệu ta chưa biết cần phải đo 'Tín hiệu đo tiền định thường tín hiệu xoay chiều hình sin xung vng, xung tam giác thông số cần đo thường biên độ, tần số, góc pha, tín hiệu Cịn tín hiệu đo ngẫu nhiên tín hiệu đo mà biến đổi theo thời gian khơng có quy luật Trong thực tế đa số tín hiệu đo tín hiệu ngẫu nhiên Tuy nhiên, chừng mực đó, ta giả thiết suốt thời gian thực phép đo tín hiệu đo phải khơng đổi thay đổi có quy luật biết trước, tín hiệu phải thay đổi chậm Do vậy, tín hiệu đo ngẫu nhiên có tần số thay đổi nhanh khơng thể đo phép phải thực phép đo thống kê đo thông thường mà " Theo cách biến đổi tín hiệu đo, người ta chia thành hai loại: tín _ “hiệu đo tương tự (Analog) tín hiệu đo số (Digital) Trong tín hiệu đo tương tự tín hiệu có thay đổi theo thời gian liên tục, thực tế đa số trường hợp tín hiệu đo tín hiệu Analog Cịn tín hiệu số tín hiệu rời rạc theo thời gian, thực tế đo lường người ta hay biến đổi qua lại hai loại tín hiệu nhờ biến đổi tương tự sang Convertor) từ số sang tương tự DAC sé ADC (Analog Digital (Đigital Analog Convertor) tuỳ thuộc yêu cầu thực tế = Theo chất tín hiệu đo người ta chia thành: + Tín hiệu đo lượng tín hiệu đo mà thân mang lượng sức điện động, điện áp, dịng điện, cơng suất, lượng, từ thông, cường độ từ trường + Các đại lượng đo thông số thông số mạch điện điện trở, điện cảm, điện dung, hệ số từ trường + Các đại lượng đo phụ thuộc thời gian tần số, chu kỳ, góc pha + Các tín hiệu đọ không điện trọng lượng, vận tốc, lưu lượng, áp suất Để đo chúng phương pháp điện ta phải chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện nhờ chuyển đổi đo lường sơ cấp, sau tiến hành đo tín hiệu điện đó, suy tín hiệu khơng điện 1.3.2 Phương pháp đo thiết bị đo Có thể thực: phép đo theo cách đo khác tuỳ thuộc vào yêu cầu độ xác, điều kiện đo thiết bị đo có Theo người ta chia thành thiết bị đo sau: hai phương a) Phương pháp đo biến đổi thẳng pháp đo cho Là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, tức tín hiệu cần đo biến đổi theo đường thẳng khơng có khâu phản hồi hình 1.1 đây: X&X, „| Biến đổi ` A/D : < } So sanh Hình 1.1 Phương pháp đo biến đối thắng „ị Hiển thi Đại lượng cần X đơn vị đo X¿ đưa vào biến đổi (có khâu nhiều khâu biến đổi), sau tín hiệu đưa qua biến đổi tương tự - số A/D (Anal og Digital Convertor) để biến đổi thành số N N, tudng ứng, người ta gọi trình trình khắc độ Sau ta đưa N Nụ; đến so sánh, đại lượng cần do:(tín hiệu cần đo) so sánh với đơn vị nó, cơng việc thực NÓ CÁ NX ie 2, e : phép chia ta kết phép đo sau: „Xe no (1.4) Quá trình gọi guớ trình biến đổi thẳng Thiết bị đo thực trình gọi lA thiét bị đo biến đổi thẳng Thiết bị đo biến đổi thẳng có sai số tương đối lớn Chính thiết bị thường dùng xí nghiệp, nhà máy cơng nghiệp để đo kiểm tra q trình sản xuất với độ xác yêu cầu - - không cao b) Phương Phương pháp đo so sánh pháp đo so sánh phương pháp đo mà sơ đồ So sánh Xk Biến đối Ỳ Si ¥ cấu trúc mạch đo có khâu phản hồi r tả hình 1.2 đây: AID Hién thi A DIA Hình 1.2 Phương pháp đo so sánh Trước tiên, đại lượng đo X đại lượng mẫu X„ biến đổi thành đại lượng vật lý để dễ đàng cho việc so sánh (ví : dụ điện áp) Q trình so sánh diễn suốt trình Khi hai đại lượng nhau, ta đọc kết mẫu suy giá trị đại lượng cần đo Quá trình gọi trình đo so sánh thiết bị đo thực trình gọi thiết bị đo kiểu so sánh 2.GT ĐO LƯỜNG ĐIỆN.A e) Thiết bị đo Thiết bị đo thực trình đánh giá định lượng đo Thiết bị đo thể phương pháp chức cụ thể (các môđun chức năng), lượng đại đo khâu môđun chức chế tạo sẵn phong phú đa dạng Người ta chia thiết bị đo thành nhiều loại tuỳ theo chức Bao gồm loại là: mẫu, thiết bị đo điện, chuyển đổi đo lường, hệ thống thông tin đo lường 1.3.3 Đơn vị đo l Đơn vị đo giá trị đơn vị tiêu chuẩn đại lượng đo quốc tế quy định mà quốc gia phải tuân thủ Thế giới đưa đơn vị tiêu chuẩn gọi chuẩn vào năm Các chuẩn 1960 quy định theo hệ thống đơn vị ST “Hệ thống đơn vị quốc tế” thống Hệ thống đơn vị quốo tế SI bao gầm hai nhóm đơn vị: - Đơn vị thể đơn vị chuẩn với độ xác cao mà khoa học kỹ thuật thời thực Trong hệ thống đơn vị SI có đơn vị bản: + Don vị đo chiều dài mét, (m); + Đơn vị đo khối lượng kilôgam, (kg); + Don vị đo thời gian giây, (s); + Đơn vị đo cường độ dòng điện ampe, (A); + Don vi nhiét dé 14 kelvin, °K); + Don vi đo số lượng vật chất mol, (mol); + Đơn vị đo cường độ ánh sáng canđenla (cd) — Đơn vị kéo theo đơn vị mà có liên quan đến đơn vị quy luật thể biểu thức Các đơn vị kéo theo nhiều như: m/s (mét giây), NÑ (niutơn), V/m (vộn mét) 1.3.4 Điều kiện đo Các thông tin đo lường gắn chặt với môi trường sinh đại lượng đo Khi tiến hành phép đo, phải tính ảnh 10 2.GT ĐO LƯỜNG ĐIỆN.B