Giáo trình đo lường điện lạnh

LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay trong công cuộc cải cách kinh tế xã hôi, đất nước ta đang trên đà phát triển, nhu cầu của con người sở hữu những thiết bị hiện đại thông minh mang tốt cho sức khỏe ngày càng nhiều. Các thiết bị điện lạnh đã và đang phát triển mạnh mẽ nhờ những ưu điểm mà chúng mang lại. Đi cùng với đó là các công nghệ chế tạo, sửa chữa cũng phát triển theo. Hiện nay nhiều nhà xuất bản đã có giáo trình phục vụ trong quá trình giảng dạy nghề điện – điện lạnh. Tuy nhiên chưa có sự cập nhật những kiến thức mới. Để tiếp tục bổ xung nguồn giáo trình đang còn thiếu, chúng tôi tiếp tục bổ xung nguồn giáo trình, sách tham khảo phục vụ giảng dạy và đào tạo nghề điện – điện lạnh. Những giáo trình này trước khi được biên soạn chúng tôi đã gửi đề cương về trên 20 trung tâm sửa chữa có uy tín khác nhau để lây ý kiến phản hồi vầ nội dung đề cương chương trình nói trên. Trên cơ sở nghiên cứu ý kiến đóng góp của các trung tâm, các chuyên gia chuyên ngành điện điện lạnh, các nghệ nhân, tổ chức doanh nghiệpn nhóm tác giả đã điều chỉnh các nội dung trong giáo trình cho phù hợp với yêu cầu thực tiễn hơn. Giáo trình được biên soạn theo hướng mở, kiến thức rộng, sâu và cố gắng chỉ ra những tính ứng dụng vào thực tế sản xuất của nội dung được trình bày. Trên cơ sở đó tạo điều kiện để các trường, doanh nghiệp sử dụng một cách phù hợp với cơ sở vật chất phục vụ thực hành, thực tập và đặc điểm của các ngành, chuyên ngành đào tạo, chương trình có các nội dun chính như sau. Chương 1: Những khái niệm cơ bản về đo lường Chương 2: Đo lường điện Chương 3: Đo nhiệt độ Chương 4: Đo áp suất và chân không Chương 5: Đo lưu lượng Chương 6: Đo độ ẩm Giáo trình này là tài liệu tham khảo tốt cho học sinh, sinh viên nghề điện – lạnh, nhân viện kỹ thuật đang trực tiếp sản xuất, các thợ sửa chữa, các kỹ thuật viên, giáo viên, giảng viên trong các trường Đại học cao đẳng có cùng chuyên ngành. Trong quá trình biện soạn giáo trình này chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự đóng góp và giúp đỡ nhiệt tình của các bạn đồng ngiệp, các tổ chức doanh nghiệp, các trung tâm sửa chữa điện lạnh mà chúng tôi đã hợp tác trên cả nước. Giáo trình này khi suất bản không thể chánh được những sai sót. Rất mông quý thầy cô và các bạn độc giả góp ý để lần xuất bản sau được tốt hơn. Chủ biên: ThS. Trần Xuân Hiệu

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI ***** - GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN – LẠNH NGHỀ: ĐIỆN LẠNH TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP HỒ CHÍ MINH NĂM 2023 LỜI MỞ ĐẦU Hiện công cải cách kinh tế xã hôi, đất nước ta đà phát triển, nhu cầu người sở hữu thiết bị đại thông minh mang tốt cho sức khỏe ngày nhiều Các thiết bị điện lạnh phát triển mạnh mẽ nhờ ưu điểm mà chúng mang lại Đi với cơng nghệ chế tạo, sửa chữa phát triển theo Hiện nhiều nhà xuất có giáo trình phục vụ trình giảng dạy nghề điện – điện lạnh Tuy nhiên chưa có cập nhật kiến thức Để tiếp tục bổ xung nguồn giáo trình cịn thiếu, chúng tơi tiếp tục bổ xung nguồn giáo trình, sách tham khảo phục vụ giảng dạy đào tạo nghề điện – điện lạnh Những giáo trình trước biên soạn gửi đề cương 20 trung tâm sửa chữa có uy tín khác để lây ý kiến phản hồi vầ nội dung đề cương chương trình nói Trên sở nghiên cứu ý kiến đóng góp trung tâm, chuyên gia chuyên ngành điện - điện lạnh, nghệ nhân, tổ chức doanh nghiệpn nhóm tác giả điều chỉnh nội dung giáo trình cho phù hợp với yêu cầu thực tiễn Giáo trình biên soạn theo hướng mở, kiến thức rộng, sâu cố gắng tính ứng dụng vào thực tế sản xuất nội dung trình bày Trên sở tạo điều kiện để trường, doanh nghiệp sử dụng cách phù hợp với sở vật chất phục vụ thực hành, thực tập đặc điểm ngành, chuyên ngành đào tạo, chương trình có nội dun sau Chương 1: Những khái niệm đo lường Chương 2: Đo lường điện Chương 3: Đo nhiệt độ Chương 4: Đo áp suất chân không Chương 5: Đo lưu lượng Chương 6: Đo độ ẩm Giáo trình tài liệu tham khảo tốt cho học sinh, sinh viên nghề điện – lạnh, nhân viện kỹ thuật trực tiếp sản xuất, thợ sửa chữa, kỹ thuật viên, giáo viên, giảng viên trường Đại học cao đẳng có chun ngành Trong q trình biện soạn giáo trình chúng tơi xin chân thành cảm ơn đóng góp giúp đỡ nhiệt tình bạn đồng ngiệp, tổ chức doanh nghiệp, trung tâm sửa chữa điện lạnh mà hợp tác nước Giáo trình suất khơng thể chánh sai sót Rất mơng q thầy bạn độc giả góp ý để lần xuất sau tốt Chủ biên: ThS Trần Xuân Hiệu MỤC LỤC CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG Định nghĩa phân loại phép đo 1.1 Định nghĩa đo lường .4 1.2 Phân loại đo lường .4 Những tham số đặc trưng cho phẩm chất dụng cụ đo: Các loại sai số Sơ lược sai số đo lường .8 CHƯƠNG 2: ĐO LƯỜNG ĐIỆN 13 Khái niệm chung – cấu đo điện thông dụng .13 Đo dòng điện 18 Đo điện áp 22 Đo công suất .27 Đo điện trở 30 CHƯƠNG 3: ĐO NHIỆT ĐỘ 44 Khái niệm - phân loại dụng cụ đo nhiệt độ 44 Đo nhiệt độ nhiệt kế dãn nở 52 Đo nhiệt độ nhiệt kế kiểu áp kế 55 Đo nhiệt độ cặp nhiệt 58 Đo nhiệt độ nhiệt kế điện trở .62 CHƯƠNG ĐO ÁP SUẤT VÀ CHÂN KHÔNG 66 Khái niệm thang đo áp suất .66 Phân loại dụng cụ đo áp suất 67 Đo áp suất áp kế chất lỏng 67 Đo áp suất áp kế đàn hồi .69 CHƯƠNG ĐO LƯU LƯỢNG .72 Khái niệm phân loại dụng cụ đo lưu lượng 72 Đo lưu lượng công tơ đo lượng chất lỏng 73 Đo lưu lượng theo áp suất động dòng chảy 74 Đo lưu lượng phương pháp tiết lưu 75 CHƯƠNG : ĐO ĐỘ ẨM 77 Khái niệm chung 77 Các dụng cụ dùng để đo ẩm 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .82 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG Định nghĩa phân loại phép đo 1.1 Định nghĩa đo lường Đo lường hành động cụ thể thực công cụ đo lường để tìm trị số đại lượng chưa biết biểu thị đơn vị đo lường Kết đo lường giá trị số đại lượng cần đo AX tỷ số đại lượng cần đo X đơn vị đo Xo  AX  X  X  AX X o Xo (1.1) Ví dụ: Ta đo U = 50 V xem U = 50 u 50 – kết đo lường đại lượng bị đo u – lượng đơn vị Mục đích đo lường: lượng chưa biết mà ta cần xác định Đối tượng đo lường: lượng trực tiếp bị đo dùng để tính tốn tìm lượng chưa biết Ví dụ: S = a.b mục đích m2 cịn đối tượng m 1.2 Phân loại đo lường Dựa theo cách nhận kết đo lường: 1.2.1 Phép đo trực tiếp Là đem lượng cần đo so sánh với lượng đơn vị dụng cụ đo hay đồng hồ chia độ theo đơn vị đo Các phép đo trực tiếp: - Phép đọc trực tiếp: đo chiều dài mét, đo dòng điện ampe mét, đo điện áp vôn mét, đo nhiệt độ nhiệt kế… - Phép không: đem lượng chưa biết cân với lượng đo biết có cân đồng hồ khơng Ví dụ: cân, đo điện áp - Phép trùng hợp: theo nguyên tắc thước cặp để xác định lượng chưa biết - Phép thay thế: thay đại lượng cần đo đại lượng biết Ví dụ: Tìm R chưa biết nhờ thay điện trở hộp R biết mà giữ nguyên I U - Phép cầu sai: dùng đại lượng gần để suy đại lượng cần tìm (thường để hiệu chỉnh dụng cụ đo độ dài) 1.2.2 Phép đo gián tiếp Lượng cần đo xác định tính tốn theo quan hệ hàm biết lượng bị đo trực tiếp có liên quan (trong nhiều trường hợp dùng loại đơn giản so với đo trực tiếp, đo gián tiếp thường mắc sai số tổng hợp sai số phép đo trực tiếp) Ví dụ : đo diện tích , đo cơng suất 1.2.3 Phép đo tổng hợp Tiến hành đo nhiều lần điều kiện khác để xác định hệ phương trình biểu thị quan hệ đại lượng chưa biết đại lượng bị đo trực tiếp, từ tìm lượng chưa biết Ví dụ :đã biết qui luật giản nở dài ảnh hưởng nhiệt độ là: L = L0(1+αt + βt2) Muốn tìm hệ số α, β chiều dài vật 00c L0 ta đo trực tiếp chiều dài nhiệt độ t Lt , tiến hành đo lần nhiệt độ khác ta có hệ phương trình từ xác định lượng chưa biết tính tốn Những tham số đặc trưng cho phẩm chất dụng cụ đo: 2.1 Lý thuyết tham số đặc trưng cho phẩm chất dụng cụ đo Trong tiến hành đo lường, trị số mà người xem, đo nhận khơng hồn tồn với trị số thật tham số cần đo, sai lệch hai trị số gọi sai số đo lường Dù tiến hành đo lường cẩn thận dùng công cụ đo lường tinh vi làm sai số đo lường, thực tế khơng thể có cơng cụ đo lường tuyệt đối hoàn thiện, người xem đo tuyệt đối khơng mắc thiếu sót điều kiện đo lường tuyệt đối không thay đổi Trị số đo lường trị số gần tham số cần đo, biểu thị số có hạn chữ số đáng tin cậy tùy theo mức độ xác việc đo lường Khơng thể làm sai số đo lường khơng nên tìm cách giảm nhỏ tới mức độ cho phép thực tốn Do người ta thừa nhận tồn sai số đo lường tìm cách hạn chế sai số phạm vi cần thiết dùng tính tốn để đánh giá sai số mắc phải đánh giá kết đo lường Người làm công tác đo lường, thí nghiệm, cần phải sâu tìm hiểu dạng sai số, nguyên nhân gây sai số để tìm cách khắc phục biết cách làm ảnh hưởng sai số kết đo lường Các loại sai số Tùy theo nguyên nhân gây sai số trình đo lường mà người ta chia sai số thành loại sai số sau: - Sai số nhầm lẫn - Sai số hệ thống - sai số ngẫu nhiên Sai số nhầm lẫn: Trong trình đo lường, sai số người xem đo đọc sai, ghi chép sai, thao tác sai, tính sai, vơ ý làm sai gọi sai sốnhầm lẫn Sai số làm cho số đo khác hẳn với số đo khác, sai số nhầm lẫn thường có trị số lớn hồn tồn khơng có quy luật khơng biết có xuất hay khơng, nên khó định tiêu chuẩn để tìm loại bỏ số đo có mắc sai số nhầm lẫn Cách tốt tiến hành đo lường cách cẩn thận để tránh mắc phải sai số nhầm lẫn Trong thực tế có người ta xem số đo có mắc sai số nhầm lẫn số đo có sai số lớn lần sai số trung bình mắc phải đo nhiều lần tham số cần đo 2Sai số hệ thống: Sai số hệ thống thường xuất cách sử dụng đồng hồ đo không hợp lý, thân đồng hồ đo có khuyết điểm, hay điều kiện đo lường biến đổi khơng thích hợp đặc biệt khơng hiểu biết kỹ lưỡng tính chất đối tượng đo lường Trị số sai số hệ thống thường cố định biến đổi theo quy luật nói chung ngun nhân tạo nên nguyên nhân cố định biến đổi theo quy luật Vì mà làm sai số hệ thống số đo cách tìm trị số bổ xếp đo lường cách thích đáng Nếu xếp theo ngun nhân chia sai số hệ thống thành loại sau : 1- a Sai số công cụ : thiếu sót cơng cụ đo lường gây nên Ví dụ : - Chia độ sai - Kim không nằm vị trí ban đầu - tay địn cân khơng b Sai số sử dụng đồng hồ khơng quy định : Ví dụ : - Đặt đồng hồ nơi có ảnh hưởng nhiệt độ, từ trường, vị trí đồng hồ khơng đặt quy định c Sai số chủ quan người xem đo Ví dụ : Đọc số sớm hay muộn thực tế, ngắm đọc vạch chia theo đường xiên d Sai số phương pháp : Do chọn phương pháp đo chưa hợp lý, không nắm vững phương pháp đo Nếu xét mặt trị số chia sai số hệ thống thành loại e Sai số hệ thống cố định :Sai số có trị số dấu khơng đổi trongsuốt q trình đo lường Ví dụ sai số trọng lượng cân f Sai số hệ thống biến đổi : Trị số sai số biến đổi theo chu kỳ, tăng giảm theo quy luật (số mũ hay cấp số ) Ví dụ : Điện áp pin bị yếu dần trình đo lường, sai số đo độ dài thước đo có độ dài khơng Vậy để hạn chế sai số hệ thống đồng hồ phải thiết kế chế tạo thật tốt, người đo phải biết sử dụng thành thạo dụng cụ đo, phải biết lựa chọn phương pháp đo cách hợp lý tìm cách giữ cho điều kiện đo lường không thay đổi - Sai số ngẫu nhiên : Trong trình đo lường, sai số mà khơng thể tránh khỏi gây khơng xác tất yếu nhân tố hoàn toàn ngẫu nhiên gọi sai số ngẫu nhiên Sự xuất sai số ngẫu nhiên riêng biệt khơng có quy luật Ngun nhân gây sai số ngẫu nhiên biến đổi nhỏ thuộc nhiều mặt khơng có liên quan với xảy đo lường, mà ta khơng có cách tính trước Vì thừa nhận tồn sai số ngẫu nhiên tìm cách tính tốn trị số khơng thể tìm kiếm khử nguyên nhân gây Loại sai số có tính tương đối chúng khơng có ranh giới Mỗi sai số ngẫu nhiên xuất không theo quy luật biết trước khống chế được, tiến hành đo lường nhiều lần tập hợp nhiều sai số ngẫu nhiên lần đo tuân theo quy luật thống kê 2.2 Đọc hiểu tham số đặc trưng cho phẩm chất dụng cụ đo 2.2.1 Sai số cấp xác dụng cụ đo Trên thực tế khơng thể có đồng hồ đo lý tưởng cho số đo trị số thật tham số cần đo Đó ngun tắc đo lường kết cấu đồng hồ khơng thể tuyệt đối hồn thiện Gọi giá trị đo : Ađ Còn giá trị thực : At Sai số tuyệt đối : độ sai lệch thực tế δ = Ad - At Các loại sai số định tính: Trong sử dụng đồng hồ người ta thường để ý đến loại sai số sau +Sai số cho phép: sai số lớn cho phép vạch chia đồng hồ (với quy định đồng hồ vạch tính chất kỹ thuật) để giữ cấp xác đồng hồ +Sai số bản: sai số lớn thân đồng hồ đồng hồ làm việc bình thường, loại cấu tạo đồng hồ +Sai số phụ: điều kiện khách quan gây nên Trong cơng thức tính sai số ta dựa vào sai số sai số phụ khơng tính đến phép đo 2.2.2 Độ nhạy S X A Với: X: độ chuyển động kim thị (m, độ…) A: độ thay đổi giá trị bị đo Ví dụ: S  1,5mm / o C - Tăng độ nhạy cách tăng hệ số khuếch đại - Giá trị chia độ 1/s = C: gọi số dụng cụ đo 2.2.3 Biến sai Là độ lệch lớn sai số đo nhiều lần tham số cần đo điều kiện đo lường Adm  And max Chú ý: biến sai số đồng hồ không lớn sai số cho phép đồng hồ 2.2.4 Hạn nhạy Là mức độ biến đổi nhỏ tham số cần đo để thị bắt đầu làm việc Chỉ số hạn khong nhạy nhỏ ½ sai số Sơ lược sai số đo lường 3.1 Khái niệm sai số đo lường Trong tiến hành đo lường, trị số mà người xem, đo nhận khơng hồn tồn với trị số thật tham số cần đo, sai lệch hai trị số gọi sai số đo lường Dù tiến hành đo lường cẩn thận dùng công cụ đo lường tinh vi làm sai số đo lường, thực tế khơng thể có cơng cụ đo lường tuyệt đối hoàn thiện người xem đo tuyệt đối khơng mắc thiếu sót điều kiện đo lường tuyệt đối khơng thay đổi Do người ta thừa nhận tồn sai số đo lường tìm cách hạn chế số phạm vi cần thiết dùng tính tốn để đánh giá sai số mắc phải đánh giá kết đo lường Người làm cơng tác đo lường, thí nghiệm, cần phải sâu tìm hiểu đại lượng sai số, nguyên nhân gây sai số để tìm cách khắc phục biết cách làm ảnh hưởng sai số kết đo lường 3.2 Sơ lược sai số đo lường 3.2.1 Sai số chủ quan Trong trình đo lường, sai số người xem đo đọc sai, ghi chép sai, thao tác sai, tính sai, vô ý làm sai gọi sai số nhầm lẫn Cách tốt tiến hành đo lường cách cẩn thận để tránh mắc phải sai số nhầm lẫn Trong thực tế có người ta xem số đo có mắc sai số nhầm lẫn số đo có sai số lớn lần sai số trung bình mắc phải đo nhiều lần tham số cần đo 3.2.2 Sai số hệ thống Sai số hệ thống thường xuất cách sử dụng đồng hồ đo không hợp lý, thân đồng hồ đo có khuyết điểm, hay điều kiện đo lường biến đổi khơng thích hợp đặc biệt khơng hiểu biết kỹ lưỡng tính chất đối tượng đo lường Trị số sai số hệ thống thường cố định biến đổi theo quy luật nói chung ngun nhân tạo nên nguyên nhân cố định biến đổi theo quy luật Vì mà làm sai số hệ thống số đo cách tìm trị số bổ xếp đo lường cách thích đáng Nếu xếp theo nguyên nhân chia sai số hệ thống thành loại sau : Sai số công cụ: Ví dụ : - Chia độ sai - Kim khơng nằm vị trí ban đầu - tay địn cân không Sai số sử dụng đồng hồ khơng quy định : Ví dụ : - Đặt đồng hồ nơi có ảnh hưởng nhiệt độ, từ trường, vị trí đồng hồ khơng đặt quy định Sai số chủ quan người xem đo Ví dụ : Đọc số sớm hay muộn thực tế, ngắm đọc vạch chia theo đường xiên Sai số phương pháp : Do chọn phương pháp đo chưa hợp lý, không nắm vững phương pháp đo 3.2.3 Sai số ngẫu nhiên Là sai số mà tránh khỏi gây khơng xác tất yếu nhân tố hoàn toàn ngẫu nhiên gọi sai số ngẫu nhiên Nguyên nhân: biến đổi nhỏ thuộc nhiều mặt không liên quan với xảy đo lường mà khơng có cách tính trước Như ln có sai số ngẫu nhiên tìm cách tính tốn trị số khơng thể tìm kiếm khử ngun nhân gây 3.2.4 Sai số động Là sai số phương tiện đo đại lượng đo biến đổi theo thời gian 3.2.5 Các cách biểu diễn kết đo lường phép đo kỹ thuật phép đo xác Phương pháp đo việc phối hợp thao tác trình đo, bao gồm thao tác: xác định mẫu thành lập mẫu, so sánh, biến đổi, thể kết hay thị Các phương pháp đo khác phụ thuộc vào phương pháp nhận thông tin đo nhiều yếu tố khác đại lượng đo lớn hay nhỏ, điều kiện đo, sai số, yêu cầu… Tùy thuộc vào đối tượng đo, điều kiện đo độ xác yêu cầu phép đo mà người quan sát phải biết chọn phương pháp đo khác để thực tốt q trình đo lường Có thể có nhiều phương pháp đo khác thực tế thường phân thành loại phương pháp đo phương pháp đo biến đổi thẳng phương pháp đo kiểu so sánh a Phương pháp đo biến đổi thẳng - Định nghĩa: phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa khơng có khâu phản hồi - Quá trình thực hiện: * Đại lượng cần đo X qua khâu biến đổi để biến đổi thành số NX, đồng thời đơn vị đại lượng đo XO biến đổi thành số NO * Tiến hành trình so sánh đại lượng đo đơn vị (thực phép chia NX/NO), * Thu kết đo: AX = X/XO = NX/NO Hình 1.2 Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng Quá trình gọi trình biến đổi thẳng, thiết bị đo thực trình gọi thiết bị đo biến đổi thẳng Tín hiệu đo X tín hiệu đơn vị X O sau qua khâu biến đổi (có thể hay nhiều khâu nối tiếp) qua biến đổi tương tự - số A/D để có NX NO , qua khâu so sánh có NX/NO Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn tín hiệu qua khâu biến đổi có sai số tổng sai số khâu, dụng cụ đo loại thường sử dụng độ xác yêu cầu phép đo không cao b Phương pháp đo kiểu so sánh: - Định nghĩa: phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng, nghĩa có khâu phản hồi - Q trình thực hiện: