Hồ sơ chuẩn hoá module đo vạn năng

Trang 1

TỔNG CÔNG TY CÔNG NGHIỆP TÀU THỦY VIỆT NAM CƠNG TY CƠ KHÍ - ĐIỆN - ĐIỆN TỬTÀU THỦY

Chương trình KHCN cấp nhà nước KC 06

"UNG DUNG CONG NGHE TIEN TIEN TRONG SAN XUAT SAN PHAM XUẤT KHAU VA SAN PHAM CHU LUC”

DỰ ÁN

CHẾ TẠO MỘT SỐ PHẦN TỬ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN, ĐO LƯỜNG QUAN TRỌNG TRÊN TÀU THỦY

BẰNG PHƯƠNG PHAP CHUAN MODULE VA UNG DỤNG CÁC CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

Mã số KC 06 DA.13.CN

Chuyên đẻ: HỒ SƠ CHUẨN HÓA:

MODULE DO VAN NANG

KS TRAN THITHU HA

5473-18

Trang 2

hạng Áy ot bed di - Lifes toi bat thease Module de ogn ning

Mục lực

LỠI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I: TONG QUAN CHUNG VỀ GÁC THIẾT BỊ ĐO

LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN

1.1 Cơ số lý thuyết chung của kỹ thuật đo lường

1.1.1 Các khái niệm cơ bản

1.1.3 Sơ đổ cấu trúc chung của dụng cụ đo

1.9 Đặc điểm, tính chất của môi trường Tàu Thuỷ

1.3 Yêu cầu về thiết bị đo trên tàu

CHƯƠNG II: ỨÍNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRONG THIẾT KẾ KỸ

-„12

THUAT MODULE DO VAN NANG

3.1 Đánh giá thực trạng chung về các thiết bị đo trên tàu 19

3.3 Các phương pháp đo các thông số điện .1B

3.3.1 Đo dòng điện xoay chiểu „1ð 2.2.1.1 Amperemeter điện từ 18 2.2.1.2 Amperemeter điện động, 16 3.3.1.3 Amperemeter chỉnh lưu .17 2.2.1.4 Amperemeter số 17 3.3.3 Đo điện áp „19

2.2.2.1 Do điện áp bằng phương pháp tương tự, 19

2.2.2.3 Cac Volmeter dién tit, 22

2.2.2.4 Volmeter chi thi sd .34

2.2.2.5 Volmeter dùng vi xử lý 96

9.2.3 Đo tần số .37

Trang 3

3.2.3.1 Tân số kế .28

2.2.3.2 Tan sé ké dém xung bằng mạch đếm dién t 29 2.2.3.3 Do tan sé bang phương pháp so sánh .80 2.2.3.4 Tân số kế điện dung dùng đổi nối điện tử .31 3.2.3.5 Tân số kế sử dụng vi xử lý 31

3.3.4 Đo công suất „481

3.3.5 Đo góc lệch pha 184

2.2.5.1 Đo góc lệch pha bằng phương pháp biến đổi thẳng 35 2.2.5.2 Đo góc lệch pha bằng phương pháp biến đổi kiểu bù 36

3.3 Ứng dụng vi xử lý trong Chuẩn hoá Module đo vạn năng 37 2.3.1 Ứng dụng vi xử lý trong kỹ thuật đo lường eSBT 2.3.2 Ung dung ky thuat vi xit lý trong Chuẩn hoa Module do van Al 2.4, Lua chon linh kién va giải pháp thiết kế 46

2.4.1 Lựa chọn linh kiện .46

2.4.3 Giải pháp tích hợp cho Module BO

3.4.3.1, Giải pháp tích hợp phần cứng, B0

3.4.3.3 Giải pháp phần mềm ð4

3.5 Nguyên lý làm việc của Module "-

2.6 Chuẩn hoá Module „ B8

2.6.1 Chuẩn hoá các đầu vào ra: .B9

2.6.2 Chuẩn giao tiếp mạng trên tàu thuỷ BI

CHUONG Ill: ANH GIA SAI 86 VA CAC BUGC THU

MODULE TRONG PHONG THI NGHIEM

Trang 4

3.1 Đánh giá sai số của Module đo vạn năng .69

3.1.1 Những sai số thường gặp trong quá trình thiết kế 63

3.1.3 Đánh giá những sai số trên .63 3.3 Nội dung chạy thử trong phòng thí nghiệm „84 3.3.1 Mục tiêu, nội dung thử nghiệm „84

3.3.3 Kết quả thử nghiệm tại phòng thí nghiệm 1 65 CHƯƠNG IV: HOÀN THIỆN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VA CONG NGHỆ CHẾ TẠO 68

4.1 Qui trinh bao vé mach in 68

4.1.1 Công nghệ phủ epoxy cho bằng mạch „170

4.1.3 Những quy tắc phủ epoxy cho bảng mạch «3

4.3 Thử nghiệm tại hiện trường TT 4.3 Bảo dưỡng và bảo trì 78

CHUONG V: QUA TRINH HOAN THIEN THIET KE MAU MA.80 5.1 Chuẩn về kích thước hộp và panel 81

5.2 Chuẩn vềjack đấu và ốc xiết cáp 81

5.3 Chuẩn về các thiết bị lắp đặt trên mặt panel 81

5.4 Chuẩn về Font chữ và các ký hiệu 82

KET LUAN 88

Trang 5

LOI NOI DAU

Trong giai đoạn hiện nay, theo đường lối đổi mới, phát triển cơng

nghiệp hố, hiện đại hoá Đất nước nói chung và chủ trương hiện đại hố ngành cơng nghiệp đóng tàu cũng như nội địa hoá các sản phẩm của ngành tàu thuỷ nói riêng Các cán bộ, nhân viên của ngành tàu thuỷ đã không ngừng nâng cao năng lực thiết kế, cải tạo chiều sâu, đổi mới công nghệ đóng mới hàng loạt tàu cỡ lớn Cùng với việc đóng mới là vấn để về trang bị kỹ thuật tự động hoá, hiện đại các hệ thống trên tàu Đây là vấn dé nay cần được xem xét một cách nghiêm túc và cần được sự ủng hộ của các ngành cáo cấp liên quan

Tuy nhiên, công nghệ đóng tàu của ta mới chỉ dừng lại ở trình độ tư vấn thiết kế, gia công phần vỏ tàu và lắp ráp các thiết bị mua của nước ngoài Trước đây, chúng ta đã có khả năng chế tạo được các sản

phẩm đơn lễ nhưng chất lượng chưa cao, chủ yếu để phục vụ nhu cầu

cấp thiết cho việc sửa chữa và bảo dưỡng tàu Một phần để sử dụng lắp đặt cho các tàu trước đây sử dụng công nghệ lạc hậu bây giờ cẩn cải tiến nâng cấp và một số tàu đóng mới hiện nay

Nhược điểm rõ nhất của các sản phẩm công nghiệp được chế tạo

không theo tiêu chuẩn, việc chế tạo chỉ nhằm đáp ứng cho như cầu đơn lẻ, không phục vụ cho quá trình sản xuất hàng loạt, khó sử dụng, khó thay thế và chất lượng, mẫu mã chưa đáp ứng được theo yêu cầu Hiện nay ngành đóng tàu nước ta chưa có được giải pháp toàn diện,

việc sản xuất các sản phẩm phục vụ cho ngành tàu thuỷ chưa thống

nhất, chưa tuân theo tiêu chuẩn nào, mạnh ai nấy làm Do vậy, các thiết bị, hệ thống khi ghép nối với nhau không tương thích

Trang 6

bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là công nghệ bán dẫn, vi xử lý và công nghệ thông tin đang có những bước tiến vững trãi Chúng đã được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp và các dịch vụ khác nhau và đây là thời điểm mà ngành công nghiệp tàu thuỷ nước ta cần phải có những bước đi quyết định để từng bước nội địa hoá trong đóng mới tàu thuỷ Trước những nhu cẩu và thách thức đó, vấn dé nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, ứng dụng kỹ thuật tự động hoá và vi xử lý trên tàu thuỷ, đặc biệt là vào các hệ thống đo lường điều kiến là rất quan trọng đòi hỏi khoa học công nghệ cao Nhà nước đã có chủ trương giao cho Tổng công ty Tàu thuỷ Việt Nam từng bước nội địa hoá các trang thiết bị trên tàu với mục tiêu là đến năm

9010 nội dia hoa 60% dé thay thé các thiết bị nhập ngoại Để đáp ứng

nhu cầu đó Công ty Cơ Khí Điện - Điện Tử Tàu Thuỷ (Vinamarel) được giao cho nghiên cứu dự án nghiên cứu khoa học KC06.DA.13.MDL Dự án này nhầm chuẩn hoá các thiết bị đo lường, điểu khiển và tự động phục vụ trên tàu Mục tiêu để ra của dự án là hoàn thiện công nghệ vốn có trên các tàu thuỷ cùng với chế tạo mới các thiết bị đã lạc hậu Yêu cầu để ra của các sản phẩm này phải có tuổi thọ và độ tín cậy cao đáp ứng nhu cầu của ngành đồng thời phải có giá thành thấp hơn nhiều so với nhập ngoại

Trong chuyên để này đưa ra giải pháp xây dựng và thiết kế Module đo vạn năng (Multimeter) với các thông số và đải đo như sau:

Trang 7

CHUONG I

TONG QUAN CHUNG V& CAC THIET BI

DO LƯỜNG ĐIỂU KHIỂN

1.1 Cơ số lý thuyết chung của kỹ thuật đo lường 1.1.1 Các khái niệm cơ bản

Trong bất kỳ một hệ thống điện, một nhà máy hay một xí nghiệp sản xuất nào muốn đạt được năng suất, hiệu quả cao thì yếu tố đo lường, điểu khiển phải được đặt lên hàng đầu Thực vậy ngành kỹ thuật đo lường ngày nay đang được sử dụng rộng rãi trong các nhiệm vụ kiểm tra tự động, tự động hoá các quá trình sản xuất và công nghệ cũng như trong các công tác nghiên cứu khoa học của tất cả cáo lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau Để thực hiện nhiệm vụ đó cần thiết phải tiến hành đo các đại lượng vật lý khác nhau, đó là cáo đại lượng điện, các đại lượng hình học đích thước), cơ học, nhiệt học, hóa học, các đại lượng từ, các đại lượng hạt nhân nguyên tử Trước hết, ta phải

hiểu đo lường là một quá trình đánh giá đại lượng cân đo để có kết quả

bằng số so với đơn vị đo Do đó để thực hiện quá trình đo lường ta phải biết cách chọn các cách đo khác nhau phụ thuộc vào đối tượng đo và độ

chính xác yêu cầu của phép đo

Để thực hiện việc đo bằng phương pháp điện, điện tử các đại lượng vật lý khác nhau, trước tiên chúng phải được biến đổi thành đại

lượng điện thông qua các chuyển đổi sơ cấp và sau đó chúng được đo

Trang 8

đo không phải bằng điện như: Độ tác động nhanh cao, độ chính xác tốt

hơn, có thể đo ở khoảng cách xa, thiết bị gọn nhẹ hơn và có thể đưa vào máy tính để xử lý và lưu giữ kết quả đo

Thiết bị đo và hệ thống đo lường có sử dụng kỹ thuật vi điện tử, vi xử lý và vi tính ngày càng hiện đại và có hiệu quả: người ta đã tạo xa các thiết bị đo thông minh nhờ cài đặt vào chúng các bộ ví xử lý hay vi tính chuyên dụng Chúng có những tính năng hơn hẳn thiết bị đo thông thường đó là: tự xử lý và lưu giữ kết quả đo, làm việc theo chương trình, tự động thu thập số liệu đo và có khả năng truyền số liệu đi xa

Thiết bị đo là sự thể hiện phương pháp đo bằng các khâu chức

năng cụ thể đối với một họ đại lượng đo cụ thể Người ta phân loại

thiết bị đo theo tính chất của hệ thống: Thiết bị do nim trong hé thống (như các Transmitter và transducer) và các thiết bị đo rời rạc (như các Multimeter, máy đếm vạn năng, tần số kế, máy hiện sóng, các thiết bị dùng HP .)

Các thông số kỹ thuật của thiết bị đo ta cần phải quan tâm là: Độ nhạy, khoảng đo, ngưỡng nhạy, khả năng phân ly, tính tuyến tính của thiết bị, đặc tính động và một số thông số khác như công suất tiêu thụ, kích thước, trọng lượng của thiết bị đo

1.12 Sơ đồ cấu trúc chung của dựng cụ đo

Một dụng cụ đo cơ bản có ba bộ phận đó là: Chuyển đổi sơ cấp,

Trang 9

hạng Áy ot bed di - Lifes toi bat thease Module de ogn ning Chuyển đổi Sơ cấp > Mạch đo Chỉ thị

Hình 1.1 Sơ đổ cấu trúc chung của dụng cụ đo

* Chuyển đổi sơ cấp làm nhiệm vụ biến đổi các đại lượng đo thành

tín hiệu điện Đây là khâu quan trọng nhất của một thiết bị đo Độ chính xác hay độ nhạy của thiết bị đo đều quyết định bởi khâu này Có

nhiều loại chuyển đổi sơ cấp khác nhau tuỳ thuộc vào đại lượng đo và đại lượng biến thiên ở đầu ra của chuyển đổi

* Mach đo là khâu thu thập, gia công thông tin đo sau các chuyển sơ cấp Mạch đo là khâu tính toán, thực hiện cáo phép tính trên so dé

mach Tuỳ thuộc vào dụng cụ đo biến đổi thẳng hay dụng cụ đo so

sánh mà mạch đo có cấu trúc khác nhau Các đặc tính của mạch đo như độ chính xác, độ nhạy, đặc tính động, công suất tiêu thụ và phạm vi làm việc phải được xét cụ thể cho mỗi loại mạch đo khi thiết kế chúng Mạch đo thường sử dụng kỹ thuật vi điện tử và vi xử lý để nang cao cae dic tinh kỹ thuật của dụng cụ đo

* Cơ cấu chỉ thị là khâu cuối cùng của dụng cụ đo, nó làm nhiệm vụ thể hiện kết quả đo lường dưới dang con số so với đơn vị sau khi qua mạch đo Ta có thể phân biệt ba cách chỉ thị kết quả đo:

- Chi thi bang kim chi trên bảng đã khắc độ sẵn, việc so sánh do con người thực hiện

- Chi thi bang dung cu tu ghi, để ghi lại các tín hiệu thay đổi theo

Trang 10

- Ghỉ thị số có kết quả đo dưới dạng con số đọc trực tiếp hoặc tự động ghí lại, việc so sánh được tiến hành tự động

Ngoài ra đối với các dụng cụ đo hiện đại còn có phần giao diện

với người sử dụng như bàn phím điều khiển, màn hình LCD, cổng

truyền thông, card nhớ Tuy nhiên trong thực tế các khâu trên đây có

thể gắn với nhau, có sự liên hệ chặt chẽ bằng các mạch phản hải giữa

cáo khâu với nhau

1⁄3 Đặc điểm, tính chất của môi trường Tàu Thuỷ

Đối với ngành công nghiệp đặc thù trên sông biển thì các thiết bị

đo lường lắp đặt trên tàu cân phải có những đặc trưng riêng để đáp ứng các đặc điểm khắt khe của môi trường, đó là những đặc điểm sau:

-_ Đặe điểm khí hậu thường xuyên thay đổi do phải di chuyển trên nhiều vùng khác nhau trên biển

-_ Môi trường làm việc nhiễm mặn cao

- Tác động cơ học do lắc của thân tàu, dao động của sóng cơ học tác động trên tàu

-_ Do hoạt động hoàn toàn độc lập trên biển nên dé tin cậy trong vùng phục vụ thấp, luôn phải có thiết bị dự trữ

- Diéu kiện về giới hạn không gian, tập trung thiết bị trong điện tích hẹp

-_ Điểu kiện về công tác an toàn, phòng chống cháy nổ cũng ở mức cao hơn bất kỳ một phương tiện hay một nhà máy xí nghiệp nào Với những điểu kiện trên thì việc ứng dung đo lường, điều khiển

và tự động cũng có những điểm chung nhưng cũng mang nhiều đặc điểm riêng Đặc biệt các thông số đo này càng cần phải khắt khe hơn

Trang 11

Các thông số về điện trên tàu như: Điện áp, dòng điện, tan sé, công suất của máy phát điện trên tàu

- C&e thông số của máy chính và máy phụ: Nhiệt độ dâu bôi trơn, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí xả, áp suất dầu bôi trơn, tốc

độ động cơ

- C&e thông số về mức các két: két nước thải, két dầu thải, két dầu máy, két ballast, két nước ngọt

-_ Ơáo thông số về khí hậu, môi trường như nhiệt độ không khí, độ

ẩm, nông độ muối trong không khí

-_ Thông số mơi trường tồn bộ tàu như độ ẩm, nhiệt độ của buồng lái, phòng làm việc, nhiệt độ phòng máy chính

-_ Đo thông số khói, nhiệt độ phòng để kiểm tra cháy nổ

Những thông số này rất quan trọng và cần được giám sát thường

xuyên để vận hành điểu khiển hệ thống toàn tàu một cách trơn tru

Đặc biệt các thông số này lại nằm rải rác trên tàu, vì vậy cần điểu

khiển tức thời tại nhiều vị trí quan trọng Nhiều nhà thiết kế đã đưa ra hệ thống giám sát và báo động tập trung trên toàn bộ tàu, chẳng hạn hệ thống CSADA là hệ thống thu thập, xử lý thông tin và báo động tại các cấp khác nhau thông qua mạng truyền tin toàn tàu Đây là một giải pháp khả thi và đang được ứng dụng rộng rãi

1.8 Yêu cầu oề thiết bị đo trên tàu

Cáo thiết bị đo lắp đặt trên tàu phải đảm bảo làm việc ổn định trong môi trường khắc nhiệt nhất, kể cả trong điều kiện có thiên tai Do đó các sản phẩm được chế tạo trên tàu và lắp đặt trên tàu phải

Trang 12

- ác thiết bị có kích thước nhỏ gọn, chắc chắn và đảm bảo mỹ

quan công nghiệp

-_ ác linh kiện sử dụng trong mạch đo trên tàu phải có tuổi thọ cao, có khả năng thay thế Các mối hàn phải đảm bảo tính chắc

chắn, bẩn vững, mạch in phải được bảo vệ trách sự tiếp xúc của độ ẩm, độ mặn trên biển

- Các thiết bị đo này phải an toàn và bẩn vững với môi trường nước biển, điện từ trường cao, sự dao động lớn của thần tàu

- Tính chuẩn hoá cao, xây dựng theo một tiêu chuẩn nhằm sản xuất hàng loạt và lắp ghép các module theo một chuẩn

-_ Độ tin cậy cao, có tính mổ, tích hợp cao Đối với các vị trí đo quan trọng can phải có thiết bị dự trữ để phòng hoặc có thiết bị thay

thế

- Giá thành phải thấp hơn nhiều so với sản phẩm cùng loại được nhập từ các nước tiên tiến mà chất lượng không thua kém

-_ Đặe biệt phải có hướng dẫn lắp đặt cụ thể và có chế độ theo đối

Trang 13

CHƯƠNG II

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRONG THIẾT KẾ KY THUAT

MODULE DO VAN NANG

9.1 Đánh giá thực trang chung vé cdc thiét bi do trén tau

Qua tìm hiểu, khảo sát thực trạng chung của ngành tàu thuỷ cho thấy còn tổn tại khá nhiều vấn để chẳng hạn như:

-_ Tên tại nhiều thế hệ tàu thuỷ khác nhau, chất lượng khác nhau, khó đồng bộ hoá trong sửa chữa và thay thế với nhiều tàu có độ

an toàn thấp, hiệu quả hoạt động kém

-_ Chưa có nhiều cơ sổ trong nước cung cấp thiết bị phục vụ tàu thuỷ, ít cơ số tham gia nghiên cứu chế tạo các hệ thống thiết bị trên tàu

-_ Khả năng đóng mới các tàu trọng tải lớn còn hạn chế

-_ Cáo tàu đóng mới chất lượng còn thấp so với các nước trong khu

vực

Nguyên nhân chủ yếu là do ứng dụng chậm trễ Khoa học Công nghệ vào hiện đại hoá tàu thuỷ

Đối với cáo thiết bị đo, hiện tại chủ yếu vẫn sử dụng các loại linh

kiện cơ bản như các bóng trường, transistor, tụ, trở để thiết kế các

mạch điện tử tương tự Cáo thiết bị đo lắp đặt trên tàu chủ yếu là của Liên Xô cũ Với những mạch điện như thế này ta có thể thực hiện đo

Trang 14

áp, dòng điện, tân số làm việc của mạng điện trên tàu đã trổ nên dễ dàng hơn Những công nghệ này đã được triển khai rất nhiều trên các tàu thuỷ của thập niên 60 và 70 thế kỷ trước, tuy nhiên các thiết bị đo này còn tôn tại khá nhiễu mặt, kém hiệu quả và không còn thích hợp với việc điểu khiển tự động hoàn toàn trên tàu, đó là:

+ Các thiết bị đo này nhìn chung đều là các thiết bị đo chuyên dụng cho từng thông số, không thể tích hợp lại được

+ Các thiết bị đo đều không có khả năng truyền xa hoặc kết nối với máy tính

+ Khi có sự cố thì khó có linh kiện thay thế

+ Độ chính xác không cao, chủ yếu hiển thị dạng kim chỉ quán tính lớn + Vấn để xử lý sai số và bù sai số kém + Khả năng chống nhiễm kém +Khi tín hiệu được truyền di xa thi hay bị suy hao trên đường dây

+ Chưa chuẩn hoá thành các Module chuẩn, không có các chuẩn vào ra để tích hợp thành hệ thống đo lường điều khiển hiện đại

+ Tính linh động chưa cao, các thiết bị này thường là rồi rac + Kích thước lớn, khả năng quan sát kém

Từ những nhược điểm cơ bản trên, tác giả cho rằng đã đến lúc

chúng ta phải có những bước đi mạnh mẽ để đẩy mạnh việc ứng dụng

Trang 15

thống đo lường và điểu khiển bằng phương pháp số có độ chính xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn, đặc biệt là mức độ tự động hoá trong việc thu thập và xử lý các kết quả đo, kể cả việc lưu giữ số liệu, lập bảng biểu thống kẻ số liệu đo, đổ thị kết quả đã cho người dùng

ag ear gah Ree TE

Với sự phát triển nhảy vọt của công nghệ vi điện tử và công nghệ

thông tin, hầu hết ở các nước phát triển đều cho ra đời các sản phẩm

tự động hóa có chất lượng cao với các thiết bị trung tâm là các bộ vi xử lý đa năng đơn chip hoặc các bộ Logic điều khiển khả trình PLƠ Các

thiết ¡ trung tâm được xây dựng trên cơ sổ kỹ thuật don chip mang

tính ổn định cao, có khả năng mềm do trong việc lập trình điểu khiển, đặc biệt là khâu bảo mật chương trình điểu khiển- linh hồn của

hệ thống Linh kiện vi điểu khiển da năng đơn chip là một loại linh kiện thông minh, có độ tích hợp cao, có kích thước gọn nhẹ, cho phép

giảm thể tích lắp đặt, điểu này mỏ ra khả năng ứng dụng lớn trong

việc sửa chữa, cải tiến nâng cấp các thiết bị điểu khiển đã xuống cấp trên hệ thống tàu thuỷ hiện tại ở nước ta Việc ứng dụng cơng nghệ số hố có thuận tiện là chủ động được công nghệ, không phụ thuộc vào các hãng sản xuất thiết bị đo lường điều khiển trên thế giới Thông thường mỗi khi nhập một thiết bị từ các hãng sản xuất trên thế giới ta đều phải nhập cả hệ thống đồng bộ, khi sẩy ra sự cố thì khắc phục rất khó Chúng ta lại thuê chuyên gia sửa chữa hoặc mua các module để thay thế với giá thành cao, thời gian khắc phục lại chậm trễ Do đó,

mục đích của để tài này là xây dựng các Module chuẩn lắp đặt trên

Trang 16

đồng bộ, phù hợp với điểu kiện ở Việt Nam Bằng cách chúng ta áp dụng các lĩnh vực khoa học công nghệ mới nhất, nhằm hoàn thiện các

sản phẩm chưa đạt yêu cầu và chế tạo những sản phẩm đảm bảo chức

năng nhưng hơn về công nghệ

2.2 Các phương pháp đo các thông số điện

Trong các thông số điện, dòng điện, điện áp, tần số, công suất, pha là các đại lượng cơ bản nhất Vì vậy trong công nghiệp cũng như trong các công trình nghiên cứu khoa học người ta cũng luôn quan tâm tới các phương pháp và thiết bị đo các thông số này Sau đây ta sẽ giới thiệu cụ thể các phương pháp đo các đại lượng này

3.9.1 Đo dòng điện xoay chiều

Nguyên tấc cơ bản khi đo dòng điện ta mắc nối tiếp

Amperemeter với mạch điện cần đo Amperemeter này lấy một phẩn năng lượng của mạch đo, gây sai số phương pháp cho phép đo lường Phần năng lượng này còn gọi là công suất tiêu thụ của Amperemeter, nó được tính:

Pạ=L/2.R¿

Trong phép đo dòng điện yêu cầu công suất tiêu thụ P„ càng nhỏ càng tốt Tức là yêu cầu R„ càng nhỏ càng tốt Khi đo đồng xoay chiều,

điện trổ của Amperemeter còn ảnh huéng cua tén sé (X=oL: thanh

Trang 17

đòng ở tân số khác miền tân số thiết kế, sẽ gây ra sai số do tần số Để

đo dòng điện xoay chiểu miền tấn số công nghiệp người ta thường dùng cáo Amperemeter điện từ, điện động và sắt điện động Do dòng điện ở miền tần số âm tân và có thể dùng ở nhiều thang đo khác nhau, người ta thường sử dụng Ampe vòng từ điện chỉnh lưu Amperemeter nhiệt điện được dùng để đo dòng xoay chiều có tần số cao và siêu cao

2.2.1.1 Amperemeter điện từ

Amperemeter điện từ được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ Mỗi cơ cấu điện từ được chế tạo với số ampe vòng nhất định (.W) Amperemeter điện từ nhiều thang đo được chế tạo bằng cách chia cuộn dây tĩnh thành nhiều công đoạn bằng nhau, thay đối cách nối ghép các phân đoạn này (song song hoặc nối tiếp) để tạo các thang đo khác nhau Tuy nhiên, phương pháp phân đoạn cuộn dây tĩnh của cơ

cấu điện từ cũng chỉ áp dụng để chế tạo Amperemeter điện từ có nhiều

nhất là 3 thang đo, vì tăng số lượng thang đo, bố trí mạch chuyển thang đo phức tạp không thể thực hiện được Người ta thường dùng biến dong kết hợp với Amperemeter điện từ để mở rộng thang do dòng xoay chiều

3.3.1.2 Amperemeter điện động

Amperemeter điện động thường dùng để đo dòng điện ở miền tần số cao hơn tần số công nghiép (cd 400-2000Hz) Đồng thời như đã biết cơ cấu điện động là cơ cấu chính xác cao đối với tín hiệu xoay chiều vì vậy Amperemeter điện động cũng có độ chính xác cao nên được sử

Trang 18

3.3.1.3 Amperemeter chỉnh lưu

Amperemeter chỉnh lưu là Amperemeter kết hợp cơ cấu chỉ thị từ điện và mạch chỉnh lưu bang diode hoặc chỉnh lưu bằng cặp nhiệt điện ngẫu Ngày nay, người ta thường chế tạo các dụng cụ chỉnh lưu

tổng hợp: vừa đo dòng, vừa đo áp một chiểu và xoay chiều nhờ bộ đổi

nối Ưu điểm cơ bản của dụng cụ chỉnh lưu bằng diode là độ nhạy cao,

tiêu thụ công suất nhỏ, có thể làm việc ở tần số cao Nhược điểm là độ

chính xác không cao, các Amperemetker chỉnh lưu thường khắc độ theo tín hiệu sin Nếu dùng các Amperemeter này đo dòng điện không sin thì sẽ xuất hiện sai số hình dáng Dụng cụ này có nhiều sai số phụ chẳng hạn như : sai số nhiệt độ do hệ số chỉnh lưu, sai số về tần số ảnh hưởng của cáo tụ ký sinh, sai số phi tuyến do đặc tính Vol-Ampe

của diode

9.9.1.4 Amperemeter số

Để khắc phục những nhược điểm của Amperemeter chỉnh lưu,

người ta thiết kế Amperemeter số Với phương pháp này dòng điện cẩn do được chỉnh lưu qua mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ hay hai nửa chu kỳ hoặc mạch chỉnh liu đỉnh dùng khuyếch đại thuật toán Giá trị đưa ra là giá trị trung bình của dòng xoay chiều và được đưa vào

mạch hiển thị số Để nâng độ chính xác của dụng cụ đo, người ta chia

Trang 19

hạng Áy ot bed di - Lifes toi bat thease Module de ogn ning tra |” | Ñ 12 | R R5 R4 R3 R2 R1

Hình 3.1 Sơ đổ nguyên lý Amperemeter số

Với công nghệ hiện nay người ta có thể tạo ra lưới điện điện trổ

có thể điều khiển được chính xác như ở các D/A Vì vậy việc tự động

định thang đo (Auto Ranging) và tự động chọn thang đo có thể thực hiện một cách để dàng Do đó vấn để chọn thang đo trong Amperemeter số không còn là vấn dé đáng quan tâm nhiều, trong các thiết bị thông mính sử dụng vi xử lý thì việc định thang đo được xác định một cách hoàn toàn tự động

Đối với mạch đo sử dụng vi xử lý để đo dòng điện thì chỉ cẩn

chỉnh lưu và lọc, sau đó qua bộ chuyển đổi ADC rồi được đưa vào bộ vi điều khiển và đưa ra hiển thị số trên LED hoặc LCD, việc xử lý kết

quả đo hoàn toàn bằng phần mềm

Trang 20

2.2.2 Do điện áp

Khi đo điện áp, Volmeter được nối song song với tải trong mạch đo Volmeter đã lấy một phần năng lượng của đối tượng đo nên gây ra

sai số như sau:

TuERu/fyurzse

Ta nhận thấy rằng, muốn sai số nhỏ thì yêu cầu Ry,„„„, phải lớn Điều này rất quan trọng đối với phép đo điện áp có điện trổ trong lớn Vì vậy trên các dụng cụ đo điện áp chính xác cao hoặc dụng cụ đo vạn năng thường ghi giá trị điện trổ trong của nó

Trong các mạch xoay chiểu, khi đo điện áp cẩn phải lưu ý đến miền tần số làm việc của Volmeter phù hợp với tân số của tín hiệu đo Nếu dùng Volmeter xoay chiều có dải tần làm việc không phù hợp với tân số tín hiệu cần đo thì sẽ gây sai số cho phép đo, gọi là sai số do tân số Sai số này tính đến ảnh hưởng của các mạch và phần tử đo lường như các điện trổ phụ, biến dòng, biến áp, chỉnh lưu, khuyéch dai Trên các Volmeter thường ghí dải tần làm việc của Volmeter đó Trong thực tế, người ta có thể dùng nhiều phương pháp và thiết bị đo điện áp khác nhau

2.2.2.1 Đo điện áp bằng phương pháp tương tự

a Volmeter tit dién: Co c&u từ điện có điện áp định mức khoảng 50mV- 70mV Muốn tạo ra các volmeter đo điện áp lớn hơn phạm vi nay, phải

mắc nối tiếp với cơ cấu từ điện những điện trở phụ khác nhau để tạo

Trang 21

Hình 2.2 Volmeter tit điện

Cáo Volmeter từ điện đo trực tiếp tín hiệu một chiều có sai số do nhiệt độ không đáng kể vì hệ số của mạch Volmeter được xác định không chỉ hệ số nhiệt độ đây đồng của cơ cấu từ điện mà cả hệ số nhiệt độ của điện trổ phụ Chú ý rằng điện trổ phụ này là loại Managin ít

thay đối theo nhiệt độ Để đo điện áp xoay chiểu, ta phối hợp mạch

chỉnh lưu với cơ cấu từ điện để tạo ra các Volmeter từ điện đo điện ấp xoay chiều

b Volmeter điện từ: thường để đo điện áp xoay chiều ở tần số công nghiệp Vì yêu cầu của điện trổ trong lớn nên dòng điện chạy trong cuộn dây nhỏ, số lượng vòng dây trên cuộn tĩnh rất lớn Để mổ rộng và tạo ra Volmeter nhiều thang đo, người ta mắc nối tiếp cuộn dây với các điện trổ phụ (tương tự như đối với volmeter từ điện) Khi đo điện áp xoay chiéu ở miền tần số cao hơn tần số công nghiệp sẽ xuất hiện sai

số do tân số Để khắc phục sai số này người ta mắc tụ điện song song

với các điện trổ phụ

Trang 22

thang đo, người ta mắc song song hoặc nối tiếp hai phân đoạn cuộn

dây tĩnh và nối tiếp với các điện trở phụ

2.2.2.2 Đo điện áp bằng phương pháp so sânh

Các dụng cụ đo điện áp trên sử dụng cơ cấu cơ điện để biểu điễn kết quả đo (dụng cụ đọc thẳng), vì vậy cấp chính xác của dụng cụ

không thể vượt quá cấp chính xác của chỉ thị Muốn đo chính xác hơn phải dùng phương pháp so sánh với mẫu (tức là so sánh điện áp cẩn đo với điện áp rơi trên điện trở mẫu); phương pháp này gọi là phương pháp bù Nguyên lý cơ bản của phương pháp được mô tả như sau: Hình 3.3 Đo điện áp bằng phương pháp so Ta có: Uk=I.Rk

Uk là điện áp mẫu chính xác cao được tao bổi dòng dién I én định chạy qua điện trở mẫu Rk khá chính xác

Trang 23

trổ mẫu sao cho Ux = Uk tức là AU=0, sẽ đọc kết quả trên điện trở mẫu Rk đã được khắc độ theo thứ nguyên điện áp

3.3.2.3 Các Votmeter điện tử

Trong đo lường khi đo điện áp nguồn công suất nhỏ hay đo dòng nhỏ hơn dòng qua cơ cấu chỉ thị, người ta phải tìm cách tăng độ nhạy của thiết bị đo Một trong những biện pháp tăng độ nhạy là khuyếch đại tín hiệu đo Ngoài ra do yêu cầu về điện trổ của phép đo áp là điện

trổ trong của các Volmeter càng lớn càng tốt Để thoả mãn các yêu cầu

trên người ta chế tạo ra các Volmeter điện tử Về cấu trúc, volmeter điện tử là tập hợp của các bộ chỉnh lưu và cơ cấu chỉ thị từ điện Để đo điện áp xoay chiểu ở miền tấn số rộng thường dùng volmeter tĩnh điện, volmeter nhiệt điện và các volmeter điện tử xoay chiểu Các dụng cụ này có nhiều ưu điểm: Độ nhạy cao, dải đo rộng, điện dung vào nhỏ, thuần trổ vào lớn, đải tần làm việc rộng, khả năng chịu quá

tải cao Tuy nhiên vẫn còn một số nhược điểm như cần có nguồn cung cấp một chiểu hoặc xoay chiểu ổn định, trước khi đo phải chỉnh zêrô

và chuẩn thang đo, sai số tương đối lớn Về nguyên lý làm việc, volmeter xoay chiểu chia thành hai loại Volmeter điện tử loại khuyếch đại-tách sóng và loại tách sóng-khuyếch đại

a.Volmeter điện tử xoay chiều loại khuyếch đại - tách sóng

Trang 24

các dụng cụ đo điện áp có nhiều giới hạn đo với phạm vi do kha rộng đó là milivolmeter điện tử khuyếch đại - tách sóng

Phân áp Bộ lập Phân áp Khuyếch So đổ © vào [+ lại >) coban [dai dai ®* chỉnh

4 rộng lưu

Hình 3.4 Volmeter điện tử kiểu khuyếch đại- tách sóng

Khối phân áp bao gồm: Phân áp vào, bộ lặp lại và phân áp cơ bản dùng để tăng điện trổ vào chung cả volmeter ở các thang đo khác nhau và làm nhiệm vụ bù tân số cho volmeter ở các dải tân khác nhau Để mé rộng dải tần làm việc vẫn đảm bảo độ ổn định của hệ số khuyếch đại người ta dùng khối khuyếch đại dải rộng

Khếi đo của volmeter là sơ đổ chỉnh lưu và tải của nó là cơ cấu chỉ thị từ điện Vì bộ phận chỉnh lưu được nối với đầu ra của khuyếch đại xoay chiều bởi một tụ điện, nên khi không có điện áp vào thì cũng không có dòng qua bộ chỉ thị, nên không cẩn thiết phải chỉnh “zero” chỉ thị trước khi đo

Trang 25

b Volmeter điện tử xoay chiều loại tách sóng - khuyếch đợi

Để đo điện áp không nhỏ lắm (Gỡ vôn trở lên) có dải tần rộng

thường dùng các volmeter xoay chiểu được chế tạo theo sơ đổ tách sóng — khuyéch đại tach LJ Phân | gj Lọc | „| Khuyến bo) ue sóng áp đại một Hình 3.5 Volmeter kiểu tách sóng — khuyếch đại

Điện áp xoay chiểu qua tách sóng bằng bán dẫn hay IC đến bộ phận áp được tạo bổi các điện trổ rồi qua bộ lọc RƠ để một lần nữa loại trừ nốt thành phần xoay chiểu dẫn vào khuyéch đại một chiều đến chỉ thị Thang đo của chỉ thị được khắc độ theo giá trị hiệu dụng hoặc trị biên độ của áp cẩn đo Thực chất từ khâu phân áp, lọc, khuyếch đại một chiều và chỉ thị là Volmeter điện tử một chiểu nhiều thang đo có điện trổ vào khá lớn Vì vậy khâu quan trọng của loại Volmeter này là tách sóng Khâu này tương tự như khâu chỉnh lưu trong volmeter chỉnh lưu đo giá trị biên độ thường dùng chỉnh lưu hai nửa chu kỳ và lấy giá trị trung bình của áp cân đo Do đó có thể coi volmeter điện tử xoay chiều loại tách sóng - khuyếch đại là Volmeter chỉnh lưu mà chỉ thị của nó là Volmeter điện tử một chiều

2.2.2.4 Volmeter chi thi sé

Nguyên tắc chung của loại Volmeter chỉ thị số này là biến đổi sơ bộ điện áp cân đo thành khoảng thời gian t nhỏ bộ chuyển đổi A/D, từ

Trang 26

a Các Voimeter số chuyển đối thời gian

Nguyên lý chung của Volmeter số loại này là biến đối sơ bộ điện áp cẩn do (U,) thành khoảng thời gian t sau đó lấp đẩy khoảng thời

gian t bằng các xung mang tần số chuẩn f,; dùng bộ đếm để đếm lượng xung N tỉ lệ với U, để suy ra U,

b Các uolmeter chỉ thị số chuyển đối tần sốc

Volmeter loại này dựa trên cơ sở biến đổi điện áp thành tần số rồi dùng các máy đo tân số chỉ thị số khắc độ theo điện áp

e Các Volmeter chỉ thị số chuyển đổi trực tiếp điện áp thành con số

Trong các Volmeter chỉ thị số loại này, người ta so sánh đại lượng cẩn đo U, với điện áp chuẩn U, Phụ thuộc vào việc gia công đại lượng bù U, và quy trình so sánh U, và U, người ta chia ra thành Volmeter số bù quét và Volmeter số bù tuỳ động

Volmeter chỉ thị số bù quét có điện áp bà U, thay đổi lặp lại theo chu kỳ Trong mỗi chu kỳ biến thiên của U, ta lấy số đo một lần tức là

tại thời điểm U,~ U, ta đọc kết quả của phép đo Điện áp U, có thể thay đối tuyến tính hoặc thay đối theo bậc thang Qua quá trình gia

công điện áp bù U, theo các hệ đếm thấy rằng số nhịp gia công trong hệ đếm nhị phân và BƠD giảm nhiều so với hệ đếm thập phân Song nói chung sơ đổ Volmeter loại này tương đối phức tạp, phối hợp hệ thống điều khiển cổng kểnh — Nếu dùng HP thì sẽ cải thiện được các đặc tính đo lường

Volmeter chỉ thị số bù tuỳ động có đại lượng bù U, thay đối luôn bám theo sự biến thiên của đại lượng cần đo U, Vì vậy trong cấu trúc

của nó có bộ chuyển đổi A/D, D/A tác động theo hai chiểu (thuận,

Trang 27

lượng đo Đặc điểm cơ bản của dung cụ là khả năng cho kết quả liên

tục ở bất kỳ thời điểm nào Ưu điểm của phương pháp này là sơ đổ điều khiển tương đối đơn giản nhưng nhược điểm là thời gian gia công

2.2.25 Volmeter dimg vi xt ly

Như đã để cập ở trên, việc sử dụng HP - LƠ trong đo lường và các thiết bị ghép nối đã mổ ra những tiến bộ vượt bậc trong việc chế tạo dụng cụ đo lường và hệ thống thông tin đo lường Sơ đổ nguyên lý có bản của volmeter sử dụng vi xử lý được nên ra ở hình dưới: Bộ ĐK Bộ vào- ra Bộ Mạch Bộ Vi giã nà KD chuẩn chuyển HỆ hen: — Hì >| iể : tis hoa đổi A/D Khien Ly thi [ to | Hình 2.6 Volmeter dùng vi xử lý

Điện áp cần đo sau khi qua bộ khuyếch đại được chuẩn hoá để thích hợp với đải so sánh của bộ biến đổi ADC (chẳng hạn điện áp từ 0-5V hoặc 0-10V), tín hiệu đi ra khỏi bộ chuyển đổi ADC là các tín

Trang 28

vào bộ vi điểu khiển để xử lý kết quả đã đo được theo một thuật toán đã định sẵn và đưa ra hiển thị kết quả đo Ngoài ra bộ vi điểu khiển còn có nhiệm vụ điểu khiển hoạt động của các mạch chuẩn hoá, bộ chuyển đổi và hiển thị Để điểu khiển LC ta lấy tín hiệu xung nhịp từ bộ ĐK (điều khién, clock) Bộ vi điều khiển HƠ có thể làm việc với các

thiết bị ghép nối vào — ra (interface) qua đó có thể đưa ra thông tin ra màn hình hay máy in hoặc đưa thông tin điểu khiển vào từ bàn phím

Ưu điểm của volmeter loại này hơn hẳn các loại trên, chẳng hạn như:

Việc khắc độ được thực hiện tự động sau mỗi lần đo, việc bù sai số thực biện với độ chính xác cao, thời gian đo và xử lý nhanh ta sẽ nói

rõ hơn ưu điểm của nó ở phần sau

3.9.3 Đo tần số

Tần số là một trong các thông số quan trọng nhất của quá trình

dao động có chu kỳ Tân số được xác định bởi số các chu kỳ lặp lại của sự thay đổi tín hiệu trong một đơn vị thời gian Khoảng tân số được sử dụng trong các lĩnh vực kháe nhau như: vô tuyến điện tử, tự động hoá, vật lý thực nghiệm, thông tin liên lạc từ một phần Hz đến hàng nghin GHz

Việc lựa chọn phương pháp đo tần số được xác định theo khoảng đo, theo độ chính xác yêu cầu, theo dạng đường cong và công suất tín hiệu có tần số đo và một số yếu tố khác Để đo tần số của tín hiệu ta có

các phương pháp cơ bản sau

Trang 29

Ctinegy boy ext hhed - clijra - lojra tei tater these Module de ogn ning

2.2.3.1 Tân số kế

Tần số kế là dụng cụ để đo tần số bằng phương pháp biến đổi

thẳng được tiến hành bằng các loại tân số kế cộng hưởng, tân số kế cơ

điện, tần số kế tụ điện, tần số kế chỉ thị số

Tân số kế cộng hưởng điện từ thường để đo tân số của lưới điện công nghiệp ấu tạo của tần số kế điện từ bao gồm một nam châm

điện, các thanh thép được gắn chặt một đầu còn đầu kia dao động tự

do — cáo thanh thép có tân số riêng khác nhau, tân số riêng của mỗi thanh bằng hai lần tần số của nguồn điện cẩn đo Dưới tác dụng của từ trường nam châm điện các thanh kim loại hai lân trong một chu ky được hút vào nam châm và do đó mà dao động Thanh nào có biên độ lớn nhất thì thanh đó có tần số riêng bằng hai lần tân số đo Trên mặt dụng cụ đo ta thấy biên độ dao động của thanh kim loại lớn nhất ứng

với tân số đã khắc độ trên mặt số Ưu điểm của phương pháp này là

cấu tạo đơn giản, bền nhưng có giới han dải đo hẹp sai số lớn và không

sử dụng ở nơi có độ rung lớn

Trang 30

9.9.3.9 Tân số kế đếm xung bằng mạch đếm điện tit

Nguyên lý cơ bản của tần số kế này là đếm số xung N tương ứng với số chu kỳ của tân số cần đo f, trong khoảng thời gian gọi là thời gian đo T¿,, số xung N này tỉ lệ với tần số cần đo £, + 3| Bộ vào »| Be tạo 4 Bo vào > Hiển thi xung Điều khiển Xeanä 7 + Máy phát Bộ chia tấn số >>} tân chuẩn f, Hình 3.7 Tần số kế đếm xung bằng mạch điện tử

Bộ vào ở đây bao gồm một bộ khuyếch đại đải rộng với dải tần từ 10Hz-3.5MHz và một bộ suy giảm tín hiệu mục đích là để hoà hợp tần số kế với nguồn tín hiệu có tấn số cần đo Mạch tạo xung có nhiệm vụ biến tín hiệu hình sin hoặc tín hiệu có chu kỳ thành một day xung có biên độ không đổi Œhông phụ thuộc vào biên độ của tín hiệu vào) nhưng tấn số của nó lại bằng tấn số của tín hiệu vào Máy phát xung

chuẩn được ổn định bằng thạch anh có tần số là @=1MHz Tín hiệu có

tấn số f, được đưa qua bộ chia tân theo các nấc với hệ số chia là 10", Tân số chuẩn f, được chia đến 0.01Hz Nghĩa là ở đầu ra của mạch

Trang 31

T¿=10°, 105, 10% 107,1,10,100s Théi gian nay sé dude mé khoa K

(khoá có hai đâu vào) Tín hiệu f, theo đầu vào thứ hai sẽ đi vào bộ

đếm ra cơ cấu chỉ thị Mạch điều khiển phụ trách việc điểu khiển quá

trình đo, đảm bảo thời gian biểu thị kết quả đo cõ từ 0.3-5s trên chỉ thị

Số

Sai số cơ bản của phép đo tân số là sai số lượng tử theo thời gian,

đó là quá trình không trùng nhau giữa thời điểm bắt đầu thời gian đo Tạ, và thời điểm bắt đầu chu kỳ T, Nếu Tạ, và T, là bội số của nhau

(tức là trùng nhau tại các điểm đầu của hai khoảng thời gian) thì sai số AN=0, còn nếu như Tạ, và T, không phải là bội số của nhau thì sai số lớn nhất của quá trình lượng tử hoá là AN=+1 xung thuộc day bé nhất của bộ đếm

Đối với tần số thấp để giảm sai số có tăng N ta có các cách sau: Tang thời gian đếm, nhân tần số f, với hệ số K hoặc chuyển việc đo tân số sang đo chủ kỳ

9.9.3.3 Đo tân số bằng phương pháp so sánh

Trang 32

3.9.3.4 Tân số kế điện dung dùng đổi nối điện tử

Nguyên lý của tân số kế điện dung dựa trên việc đo giá trị trung bình của đồng phóng nạp của tụ điện, việc phóng nạp này có chu kỳ cùng nhịp với tần số cần đo

3.9.3.5 Tân số kế sử dụng oi xử lý

Tương tự như tần số kế đếm xung bằng mạch điện tử, bộ diéu

khiển và khoá K được thay bằng hệ vi xử lý Để tạo bộ chia tần số với hệ số chia thay đổi người ta sử dụng các timer trong vi điều khiển đã

được lập trình sẵn Việc xác định thời điểm đo bằng cách tác động

sườn hoặc mức của tín hiệu cần đo được đưa vào ngắt của vi xử lý sẽ

làm cho thời gian tính toán và hiệu chỉnh nhanh hơn, do đó làm giảm sai số lượng tử theo thời gian Để nâng cao độ chính xác của phép đo tấn số và thời gian LƠ làm nhiệm vụ tự động chọn khoảng thời gian do tuỳ theo đải tần số cẩn đo và độ dài của thời gian cần đo Đồng thời sử dụng phương pháp đo thống kê để lấy giá trị trung bình của nhiều giá trị trung bình của nhiều giá trị Chính vì vậy việc sử dung WC trong dụng cụ đo lường đang ngày càng hoàn thiện và phổ biến Ta sẽ nói rõ

hơn ưu điểm của phương pháp này ở phần sau

9.9.4 Đo công suất

Trang 33

công suất cân phải được đo trong dai tần rộng từ không (một chiểu) đến 10°Hz và lớn hơn

Công suất tức thời được tính như sau:

p=u@)4@)

Từ đó công suất tác dụng trong mạch xoay chiều được xác định như là giá trị trung bình của công suất trong một chu kỳ T: m ly P= = pat = rl ọ Đối với trường hợp khi đồng và áp có đạng hình sin thì công suất tác dụng được tính là: p =ui = UI[eospteos(2@t+q)] P=U.Leoso

Khi tính toán các thiết bị điện để đánh giá hiệu quả của chúng, người ta còn sử dụng công suất phản kháng Đối với dòng và áp hình sin thì công suất phản kháng được tính theo:

Q=U.Lsing

Từ đó để đo công suất người ta dùng các phương pháp sau:

Trang 34

quay œ của phần động là hàm của công suất cần đo Đặc điểm

của các cơ cấu này: có độ nhạy thấp, độ chính xác cao vì không có

tổn hao trong lõi thép, chịu ảnh hưởng nhiều của từ trường

ngoài, ít khả năng chịu quá tải, cơ cấu có tính cực tính

-_ Phương pháp điện: phép nhân được thực hiện bởi các mạch nhân tương tự cũng như nhân số điện tử, tín hiệu ra của nó là hàm của công suất cần đo Người ta đã dùng các bộ nhân sau để thực hiện đo công suất:

+ Dùng cảm biến Hall là tấm mỏng bằng bán dẫn; Điện áp ra e,=kP; Ưu điểm của loại này là không có quán tính, có cấu tạo đơn giản, tin cậy, dải đo có thể lên đến hàng tram MHz

+ Nhân bằng logarithm và anti-logarithm + Nhân bằng các phần tử bình phương + Nhân bằng điều chế độ rộng xung + Nhân bằng phần tử A/D và D/A

+ Mạch nhân tức thời dùng vi xử lý: ở mạch này vi xử lý thực hiện việc nhân các giá trị tức thời uŒ) va i(t) Cac gid tri u(t) va id)

Trang 35

-_ Phương pháp nhiệt điện thì sử dụng phương pháp biến đối thẳng

công suất điện thành nhiệt Phương pháp này thường được ứng

dụng khi cần đo công suất và năng lượng trong mạch tần số cao cũng như của nguồn laze

-_ Phương pháp so sánh là phương pháp chính xác vì thế nó thường

được sử dụng để đo công suất trong mạch xoay chiều tần số cao

9.95 Đo góc lệch pha

Góc pha cùng với tần số và biên độ là một thông số cơ bản của quá trình dao động: x()=X„cos(Etg)

Trong dé X,, là biên độ của dao động; œ - tần số góc của dao động; (@-góc lệch pha ban đầu Thông thường người ta đo góc lệch pha giữa hai dao động X, và X; có tần số như nhau:

X= X,,cos(ott+@,)

Xe X;¿„cos(0E+@,)

Trong trường hợp này góc lệch pha sẽ bằng hiệu giữa hai thành

phần pha ban đầu không đối của tín hiệu

FOr

Trang 36

2.25.1 Đo góc lệch pha bằng phương pháp biến đổi thẳng

a Phazometer dién déng

Loại Phazometer điện động này thường được dùng để đo góc lệch pha của lưới điện Nó bao gồm 9 cuộn động: cuộn 1 được mắc nối tiếp một điện cảm, cuộn động 2 được mắc nối tiếp với một thuần trở Dòng qua điện trổ R và L lệch pha nhau một góc Z/2 Sau đó viết phương

trình cân bằng moment, góc quay của cơ cấu là:

tang=LoyR.tang

Vậy độ góc œ của cơ cấu chỉ thị được xác định bởi góc lệch pha 9

Nhược điểm của loại Phazometer này là nó chỉ được tính cho một

cấp điện áp Nếu thay đổi cấp điện áp thì phải thay đổi điện trổ và

điện cảm do đó dẫn đến thay đổi góc ơ Ngoài ra sai số còn phụ thuộc

vào tần số vì trong mạch có cuộn cảm b Phazometer điện tử

Trang 37

c Phazometer chi thi số

Nó dựa trên nguyên tắc biến đối góc lệch pha thành mã Trước

tiên góc lệch pha cần đo giữa hai tín hiệu được biến thành khoảng thời gian như Phazometer điện tử Sau đó lấp đây khoảng thời gian đó

bằng các xung với tần số đã biết trước Cáo Phazometer xây dựng trên

nguyên tắc này bao gồm bộ biến đổi góc lệch pha thành khoảng thời

gian, bộ biến đối thời gian - xung, bộ đếm và chỉ thị Sai số của phương pháp này chủ yếu phụ thuộc vào độ không ổn định của f, và f, Ngoài ra còn sai số của việc hình thành và truyền đi khoảng thời gian +, và sai số do lượng tử hoá khoảng thời gian t„ đó

2.25.2 Đo góc lệch pha bằng phương pháp biến đổi kiểu bù

Trang 38

Cling beg et bed - ii - Mf bod Uae theese Module de ogn ning 2.3 Ung dung vi xt ly trong Chutin hod Module do van năng

9.3.1 Ứng dụng oi xử lý trong kỹ thuật đo lường

a Khái niệm chung uê các ứng đụng MP trong kỹ thuật đo lường

Ngày nay vi xử lý được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và đời sống xã hội khác nhau, đặc biệt là lĩnh vực đo

lường và điều khiển tự động

Trong kỹ thuật đo lường việc sử dụng HP và thiết bị ghép nối đã mổ ra những tiến bộ vượt bậc trong việc chế tạo dụng cụ đo, từ dụng cu đo đơn giản nhất cho đến dụng cụ đo phức tạp nhất, và hệ thống thông tín đo lường Các mach ví xử lý thường được sử dụng trong các Volmeter số, các dụng cụ tự ghí, các máy phát tín hiệu, các dao động điện tử, các máy vẽ đổ thị, các dung cu do vạn năng tự động, các dung

cụ đo trong y tế

Vi xử lý được sử dụng trong các loại dụng cụ đo đòi hỏi áp dụng các thuật toán phức tạp như: các volmeter tích phân, các tương quan kế, các máy phân tích phổ, đo các thông số của điện áp xoay chiểu, đo

các đại lượng phức, các nguồn ổn áp nhiều giá trị, những bộ chuyển

đổi tương tự số và số tương tự, cáo thiết bị đo thông mính mà từ trước chưa thể thực hiện bằng các mạch đo thông thường

Trang 39

hạng Áy ot bed di - Lifes toi bat thease Module de ogn ning ĐK TB VR ¥ x(t) —>»| Kp Lạ| coc > aD Ly HP chi

Hình 3.9 Sơ đổ khối của dụng cụ đo dùng vi xử lý

Tín hiệu đo sau khi qua bộ khuyếch đại ở đầu vào đượe đưa đến

chuyển đổi chuẩn hoá biến thành tín hiệu chuẩn (điện áp từ 0 — 5 V) sau đó qua bộ chuyển đổi A/D thành tín hiệu số đưa vào HP Để điểu khiển HP ta lấy tín hiệu xung nhịp từ bộ điều khiển ĐK Bộ điểu khiển

HP có thể làm việc với thiết bị ghép nối vào - ra (interface) qua đó có thể đưa thông tin đo ra màn hình hay máy ín hoặc thông tin điểu khiển vào từ bàn phím Bộ chỉ thị số cho ra kết quả đo đều đo HP đảm

nhận theo một thuật toán algorithm đã định sẵn

Một dụng cụ đo phức tạp sẽ tiến dẫn đến như một máy tính trong đó có sử dụng các kênh chung (BUS) thực hiện việc liên hệ lẫn nhau, quản lý, ra lệnh và làm việc theo một chương trình Trong tương lai không xa một thiết bị đo sẽ là một máy tính thực sự, việc đo, gia công, xử lý sẽ được thực hiện bằng phần mềm một cách linh hoạt đảm

Trang 40

Vi xử lý được sử dụng rất hiệu quả trong hệ thống thông tín do

lường cụ thể là trong các hệ thống đo lường nhiều kênh dé do nhiém điểm đo một cách tự động, trong các hệ thống kiểm tra tự động các thông số của đối tượng, kiểm tra phân loại sản phẩm, hệ thống chuẩn

đoán kỹ thuật, chuẩn đoán bệnh (hệ chuyên gia) và hệ thống đo lường từ xa Trong cáo hệ thống này việc xử lý thông tín đo đồi hỏi phải sử dụng các thuật toán phức tạp Trong các hệ thống thông tin đo lường việc sử dụng HP đã giúp ta chế tạo được các cảm biến thông mính

(ntelligent sensor), đó là thiết bị kết hợp giữa chuyển đối sơ cấp với

HP hay máy tính đơn phiếm làm nhiệm vụ gia công sơ bộ tín hiệu đo theo các thuật toán algorithm định sẵn, cắt giảm thông tin thừa trước khi truyền vào kênh liên lạc và tạo ra khả năng thiết lập các hệ thống phân tần

Các tổ hợp đo lường tính toán ra đời là sự kết hợp giữa thiết bị đo và hệ thu thập số liệu (Data Acquisition) với HP cũng như máy vi tính

b Các ưu điểm khi sử dụng ui xử lý trong kỹ thuật đo lường

Việc sử dụng vi xử lý trong kỹ thuật đo lường đã mang lại một loạt những ưu thế cho dụng cụ đo và hệ thống thông tín đo lường:

- Ởó thể ghép nối thiết bị đo với bàn phím cho phép đưa thông tin vào bằng bàn phím hoặc đặt trước giá trị đo lường hay kiểm tra của một thông số nào đó

-_ Ởó thể ghép nối với màn hình để đọc kết quả đo và cả sai số