Giáo trình kỹ thuật đo lường

Lời nói đầu Mơn học Kỹ thuật đo lường trình bày kiến thức kỹ thuật đo dùng ngành công nghệ thông tin, ngành điện, điện tử Giáo trình Kĩ thuật đo lường giới thiệu phép đo để ứng dụng cho ngành sản xuất công nghiệp Kỹ thuật Đo lường môn học nghiên cứu phương pháp đo đại lượng: dịng điện, điện áp, điện trở… Giáo trình nhằm cung cấp cho học viên, sinh viên kiến thức chuyên sâu kỹ thuật đo lường ngành công nghệ thông tin, ngành điện, điện tử Trình bày dụng cụ đo, nguyên lý đo phương pháp đo thông số Trên sở đó, người học biết cách sử dụng dụng cụ đo xử lý kết đo công việc sau Trong trình biên soạn, đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến, cố gắng sửa chữa, bổ sung cho sách hoàn chỉnh hơn, song chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc Chương CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KĨ THUẬT ĐO LƯỜNG Trong trình nghiên cứu khoa học nói chung cụ thể từ việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm vận hành, sữa chữa thiết bị, q trình cơng nghệ… u cầu phải biết rõ thơng số đối tượng để có định phù hợp Sự đánh giá thông số quan tâm đối tượng nghiên cứu thực cách đo đại lượng vật lý đặc trưng cho thơng số KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.1 Khái niệm 1.1.1 Khái niệm đo lường Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo Kết đo lường (Ax) giá trị số, định nghĩa tỉ số đại lượng cần đo (X) đơn vị đo (Xo): Kết đo biểu diễn dạng: A = X (1.1) ta có X = A.X0 X0 Trong đó: X - đại lượng đo X0 - đơn vị đo A - số kết đo Từ (1.1) có phương trình phép đo: X = Ax Xo , rõ so sánh X so với Xo, muốn đo đại lượng cần đo X phải có tính chất giá trị so sánh được, muốn đo đại lượng khơng có tính chất so sánh thường phải chuyển đổi chúng thành đại lượng so sánh Kĩ thuật đo lường: ngành kĩ thuật chuyên nghiên cứu áp dụng thành đo lường học vào phục vụ sản xuất đời sống Như trình đo lường cần phải quan tâm đến: đại lượng cần đo X (các tính chất nó), đơn vị đo XO phép tính tốn để xác định tỉ số (1.1) để có phương pháp xác định kết đo lường AX thỏa mãn yêu cầu 1.1.2 Khái niệm đo lường điện Đại lượng so sánh với mẫu hay chuẩn đo Nếu đại lượng khơng so sánh phải chuyển đổi đại lượng so sánh với mẫu hay chuẩn đo Đo lường điện trình đánh giá định lượng đại lượng điện cần đo để có kết số so với đơn vị đo 1.1.3 Các đại lượng đặc trưng kỹ thuật đo a Đại lượng đo Định nghĩa: đại lượng đo thông số đặc trưng cho đại lượng vật lý cần đo Mỗi q trình vật lý có nhiều thông số trường hợp cụ thể quan tâm đến thông số đại lượng vật lý định Ví dụ: đại lượng vật lý cần đo dịng điện đại lượng cần đo giá trị biên độ, giá trị hiệu dụng, tần số … * Phân loại đại lượng đo: phân loại theo chất đại lượng đo, theo tính chất thay đổi đại lượng đo, theo cách biến đổi đại lượng đo Phân loại theo chất đối tượng đo: Đại lượng đo điện: đại lượng đo có tính chất điện, tức có đặc trưng mang chất điện, ví dụ: điện tích, điện áp, dịng điện, trở kháng Đại lượng đo khơng điện: đại lượng đo khơng có tính chất điện Ví dụ: nhiệt độ, độ dài, khối lượng … Đại lượng đo lượng: đại lượng đo mang lượng, ví dụ: sức điện động, điện áp, dịng điện, từ thông, cường độ từ trường … Đại lượng đo thơng số: thơng số mạch điện, ví dụ: điện trở, điện cảm, điện dung … Đại lượng đo phụ thuộc thời gian: chu kì, tần số… * Phân loại theo tính chất thay đổi đại lượng đo: Đại lượng đo tiền định: đại lượng đo biết trước qui luật thay đổi theo thời gian Ví dụ: dòng điện dân dụng i đại lượng tiền định biết trước qui luật thay đổi theo thời gian hàm hình sin theo thời gian, có tần số ω=2πf=314 rad/s, biên độ I, góc pha ban đầu φ Đại lượng đo ngẫu nhiên: đại lượng đo có thay đổi theo thời gian không theo qui luật Trong thực tế đa số đại lượng đo đại lượng ngẫu nhiên, nhiên tùy yêu cầu kết đo tùy tần số thay đổi đại lượng đo xem gần đại lượng đo ngẫu nhiên tiền định phải sử dụng phương pháp đo lường thống kê * Phân loại theo cách biến đổi đại lượng đo: Đại lượng đo liên tục (đại lượng đo tương tự-analog): đại lượng đo biến đổi thành đại lượng đo khác tương tự với Tương ứng có dụng cụ đo tương tự, ví dụ: ampe mét có kim thị, vơnmét có kim thị … Đại lượng đo số (digital): đại lượng đo biến đổi từ đại lượng đo tương tự thành đại lượng đo số Tương ứng có dụng cụ đo số, ví dụ: ampe mét thị số, vơnmét thị số… Hầu hết đại lượng đo qua công đoạn xử lý (bằng phương tiện xử lý: sensor) để chuyển thành đại lượng đo điện tương ứng Tín hiệu đo: Tín hiệu đo loại tín hiệu mang đặc tính thơng tin đại lượng đo Trong trường hợp cụ thể tín hiệu đo tín hiệu mang thơng tin giá trị đại lượng đo lường nhiều trường hợp xem tín hiệu đo đại lượng đo b Điều kiện đo Đại lượng đo chịu ảnh hưởng định mơi trường sinh nó, ngồi kết đo phụ thuộc chặt chẽ vào môi trường thực phép đo, điều kiện mơi trường bên ngồi như: nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, từ trường bên ngoài…ảnh hưởng lớn đến kết đo Để kết đo đạt yêu cầu phải thực phép đo điều kiện xác định, thường phép đo đạt kết theo yêu cầu thực điều kiện chuẩn điều kiện qui định theo tiêu chuẩn quốc gia theo qui định nhà sản xuất thiết bị đo Khi thực phép đo cần phải xác định điều kiện đo để có phương pháp đo phù hợp c Đơn vị đo Đơn vị đo lường hợp pháp đơn vị đo lường Nhà nước công nhận cho phép sử dụng Nhà nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam công nhận Hệ đơn vị đo lường quốc tế (viết tắt theo thơng lệ quốc tế SI) Chính phủ quy định đơn vị đo lường hợp pháp phù hợp với Hệ đơn vị đo lường quốc tế Hệ thống đơn vị quốc tế SI: Bao gồm 02 nhóm đơn vị sau Đơn vị bản: thể đơn vị chuẩn với độ xác cao mà khoa học kỹ thuật đại đạt 102 Đơn vị kéo theo (đơn vị dẫn xuất): đơn vị có liên quan đến đơn vị đo thể qua biểu thức Bảng ước số bội số thập phân đơn vị hệ SI 1.1.4 Các phương pháp đo 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 u cầu phép đo khơng cao b Phương pháp đo kiểu so sánh Định nghĩa: phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vịng, nghĩa có khâu phản hồi Q trình thực hiện: Đại lượng đo X đại lượng mẫu XO biến đổi thành đại lượng vật lý thuận tiện cho việc so sánh Quá trình so sánh X tín hiệu XK (tỉ lệ với XO) diễn suốt trình đo, hai đại lượng đọc kết XK có kết đo Q trình đo gọi trình đo kiểu so sánh Thiết bị đo thực trình gọi thiết bị đo kiểu so sánh (hay gọi kiểu bù) Hình 1.3 Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh Các phương pháp so sánh: so sánh SS thực việc so sánh đại lượng đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu XK, qua so sánh có: ΔX = X - XK Tùy thuộc vào cách so sánh mà có phương pháp sau: So sánh cân bằng: Quá trình thực hiện: đại lượng cần đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu X K = NK.XO so sánh với cho ΔX = 0, từ suy X = XK = NK.XO + suy kết đo: AX = X/XO = NK Trong trình đo, XK phải thay đổi X thay đổi để kết so sánh ΔX = từ suy kết đo Độ xác: phụ thuộc vào độ xác XK độ nhạy thiết bị thị cân (độ xác nhận biết ΔX = 0) Ví dụ: Cầu đo, điện kế cân So sánh khơng cân bằng: Q trình thực hiện: đại lượng tỉ lệ với mẫu XK không đổi biết trước, qua so sánh có ΔX = X - XK, đo ΔX có đại lượng đo X = ΔX + XK từ có kết đo: AX = X/XO = (ΔX + XK)/XO Độ xác: độ xác phép đo chủ yếu độ xác XK định, ngồi cịn phụ thuộc vào độ xác phép đo ΔX, giá trị ΔX so với X (độ xác phép đo cao ΔX nhỏ so với X) Phương pháp thường sử dụng để đo đại lượng không điện, đo ứng suất (dùng mạch cầu không cân bằng), đo nhiệt độ… So sánh khơng đồng thời: Q trình thực hiện: dựa việc so sánh trạng thái đáp ứng thiết bị đo chịu tác động tương ứng đại lượng đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu XK, hai trạng thái đáp ứng suy X = XK Đầu tiên tác động X gây trạng thái đo thiết bị đo, sau thay X đại lượng mẫu XK thích hợp cho gây trạng thái X tác động, từ suy X = XK Như rõ ràng XK phải thay đổi X thay đổi Độ xác: phụ thuộc vào độ xác XK Phương pháp xác thay XK X trạng thái thiết bị đo giữ nguyên Thường giá trị mẫu đưa vào khắc độ trước, sau qua vạch khắc mẫu để xác định giá trị đại lượng đo X Thiết bị đo theo phương pháp thiết bị đánh giá trực tiếp vônmét, ampemét thị kim So sánh đồng thời: Quá trình thực hiện: so sánh lúc nhiều giá trị đại lượng đo X đại lượng mẫu XK, vào giá trị suy giá trị đại lượng đo Ví dụ: xác định inch mm: lấy thước có chia độ mm (mẫu), thước theo inch (đại lượng cần đo), đặt điểm trùng nhau, đọc điểm trùng là: 127mm inch, 254mm 10 inch, từ có được:1 inch = 127/5 = 254/10 = 25,4 mm Trong thực tế thường sử dụng phương pháp để thử nghiệm đặc tính cảm biến hay thiết bị đo để đánh giá sai số chúng Từ phương pháp đo có cách thực phép đo là: Đo trực tiếp : phép đo mà kết nhận trực tiếp từ lần đo nhất, nghĩa kết đo phép đo kết đại lượng cần đo Ví dụ: Dùng Ohm kế đo giá trị điện trở, dùng Ampe kế đo dịng chạy qua bóng đèn Hình 1.4: Ví dụ phương pháp đo trực tiếp Đo gián tiếp: Là cách đo mà kết suy từ phối hợp kết nhiều phép đo trực tiếp Nghĩa đại lượng cần đo xác định thông qua hàm toán học với đại lượng đo trực tiếp Ví dụ: xác định cơng suất điện trở thơng qua kết đo dịng áp qua điện trở Dùng Ampe kế đo cường độ dịng điện I Dùng Vơn kế đo sụt áp trở U Áp dụng công thức: P = I U để xác định công suất tiêu thụ điện trở Nhược điểm: Phải tiến hành nhiều lần đo, Sai số bị tích lũy độ xác khơng vượt q độ xác dụng cụ đo trung gian Hình 1.5: Ví dụ phương pháp đo gián tiếp Đo hợp bộ: Là cách đo gần giống phép đo gián tiếp số lượng phép đo theo phép đo trực tiếp nhiều kết đo nhận thường phải thông qua giải phương trình hay hệ phương trình mà thơng số biết số liệu đo Ví dụ: Xác định đặc tính dây dẫn điện Biết trị số điện trở dây dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ thơng qua phương trình sau: rt = r20 [ 1+(t - 20) + (t-20)2 ] ,  chưa biÕt Đo ®iƯn trë ë nhiƯt ®é 200C, t1 t2 Hệ phơng trỡnh Èn  vµ       rt  r20   t1  20    t1  20 2   r  r   t  20    t  20 2 2  t2 20 ,  Đo thống kê: phép đo thực nhiều lần sau lấy giá trị trung bình áp dụng lý thuyết xác suất thống kê để tìm kết đo cách xác 10 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 công tắc vị trí GD hình xuất vệt ngang, dịch chuyển vị trí đường để xác định vị trí đất tín hiệu 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 70 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 3.2.2 Ứng dụng máy sóng kỹ thuật đo lường Máy sóng gọi máy sóng vạn khơng đơn hiển thị dạng sóng mà thực nhiều kỹ thuật khác thực hàm tốn học, thu nhận thơng tin xử lý số liệu chí cịn phân tích phổ tín hiệu Trong phần nói tới ứng dụng máy sóng * Quan sát tín hiệu Để quan sát tín hiệu cần thiết lập máy chế độ đồng điều chỉnh tần số quét trigo để dạng sóng đứng yên 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 71 Ví dụ: VOLTS/DIV 1V tín hiệu cho hình có: Vp = 2,7 ô 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 * Đo tần số khoảng thời gian Khoảng thời gian hai điểm tín hiệu tính cách đếm số 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 Ngồi cách đo tần số thơng 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 yên Hình 72 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 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 không xác định dấu góc pha sai số phép đo lớn (5 – 10%) MÁY PHÁT SÓNG 4.1 Khái niệm chung máy phát sóng 4.1.1 Khái niệm: Máy phát sóng hay cịn gọi máy phát tín hiệu đo lường nguồn phát tín hiệu chuẩn ổn định với thông số biết biên độ, tần số dạng (sóng) tín hiệu Máy phát tín hiệu đo lường có độ xác độ ổn định cao, có khả điều chỉnh thơng số tín hiệu thường sử dụng để hiệu chỉnh 73 thiết bị đo, tín hiệu vơ tuyến điện tử, thiết bị tự động máy tính, khắc độ dụng cụ đo Máy phát tín hiệu đo lường vẽ đặc tính biên độ, biên độ-tần số, đặc tính độ mạng cực, xác định hệ số đường truyền, độ méo; làm nguồn cung cấp cho mạch đo kiểu cộng hưởng kiểu cầu xoay chiều 4.1.2 Phân loại: Máy phát tín hiệu đo lường phân thành loại: * Theo khoảng tần số tín hiệu ra: - Máy phát tín hiệu tần số thấp < 20Hz tai người khó nghe - Máy phát tín hiệu tần số thấp từ 20Hz đến 200KHz: + Máy phát âm tần: 20Hz đến 20KHz khoảng tần số tai người nghe + Máy phát siêu âm: 20KHz đến 200KHz - Máy phát tần số cao: 200KHz đến 30MHz - Máy phát siêu cao tần: 30MHz đến 10GHz - Máy phát cực cao tần: >10GHz * Theo dạng tín hiệu ra: - Máy phát xung vng - Máy phát sóng hình sin - Máy phát dạng sóng đặc biệt (xung tam giác, xung cưa, xung hình nấc thang, …) - Máy phát có tần số thay đổi - Máy phát ồn (noise) * Theo dạng điều chế: - Máy phát sóng hình sin với điều chế biên độ (AM) - Máy phát sóng hình sin với điều chế tần số (FM) - Máy phát xung với điều chế độ rộng xung, tần số xung pha xung - Máy phát xung với điều chế tổng hợp (cùng lúc thực nhiều dạng điều chế) 4.1.3 Đặc trưng máy sóng - Khoảng tần số mà máy phát ra, máy phát từ 1Hz đến 1MHz - Độ xác việc đặt tần số - Độ ổn định tần số phát thời gian, tần số, biên độ dạng sóng - Độ méo tín hiệu - Sự phụ thuộc thơng số tín hiệu vào phụ tải giới hạn hiệu chỉnh 4.2 Máy phát sóng tần số thấp 74 Máy phát tín hiệu tần số thấp điều chỉnh tần số nhảy cấp liên tục từ 20Hz đến 200KHz, có biên độ từ 1mV đến 150V với cơng suất cực đại 1mW đến 10W 4.2.1 Các đặc tính: - Độ méo phi tuyến: Độ méo phi tuyến sóng hài tín hiệu đặc trưng hệ số sóng hài Độ méo xác định tỉ số bậc hai tổng tất bình phương sóng hài - Dải tần số phát đặt trưng hệ số phủ sóng Kp, tỉ số tần số cực đại cực tiểu - Độ ổn định tần số máy phát xác định tỉ số thay đổi tuyệt đối tần số f với tần số ban đầu điều kiện ổn định đó: f1 tần số máy phát có thay đổi đột ngột bên ngoài, f tần số ban đầu - Độ xác việc đặt tần số xác định chất lượng bảng khắc độ cấu hiệu chỉnh 4.2.2 Sơ đồ khối Hình 3.7: Sơ đồ khối máy phát tín hiệu đo lường Máy phát gốc tạo tín hiệu hình sin ổn định biên độ tần số Máy phát gốc định hình dáng hay đặc tính tuần hồn tín hiệu Máy phát gốc thường máy phát LC, máy phát trộn tần, máy phát RC 75 Bộ khuếch đại dùng để khuếch đại tín hiệu máy phát gốc nâng cao công suất đầu máy phát Bộ phận đầu bao gồm phân áp biến áp … dùng để điều chỉnh kiểm tra biên độ đầu cho mắc tải vào máy phát đạt công suất cực đại độ méo phi tuyến nhỏ 4.2.3 Máy phát LC: Trong máy phát LC tần số mạch dao động xác định điện dung C điện cảm L chế độ tự kích khung dao động Nhược điểm: khung dao động có kích thước lớn khó hiệu chỉnh Chẳng hạn, để tạo máy phát có f=20Hz đến 20KHz, tức Kp=10 cần phải có điện dung điện cảm lớn Máy phát LC thơng dụng chế tạo máy phát có dãi tần hẹp số giá trị tần số cố định Hình 3.8: Sơ đồ mạch máy phát LC 4.2.4 Máy phát trộn tần số: Hình 3.9: Sơ đồ khối máy phát trộn tần số 76 Máy phát gốc bao gồm máy phát LC cao tần có tần số f gần giống nhau, trộn tần lọc thấp tần Máy phát tần số cố định phát f1, máy phát tần số hiệu chỉnh phát tần số f2 Điện áp máy phát đưa qua mạch lặp lại emitter đến trộn tần (tạo hỗn hợp tần số ± mf1 ± nf2 (trong m, n số nguyên) tần số f=f2-f1 Bộ lọc cho qua hiệu tần số f=f2-f1, sau qua khuếch đại qua phân áp đến đầu Trước phân áp mắc thêm volt kế để đo mức điện áp Các giá trị f1, f2 chọn cho hiệu tần số f nằm dải tần số thấp, chẳng hạn, f1=180KHz, f2=180 200KHz f   20 KHz Nhược điểm: mạch phức tạp, ổn định Tuy nhiên máy phát trộn tần sử dụng kiểm tra đo lường điện áp khơng phụ thuộc tần số, tần số hiệu chỉnh liên tục nhờ thay đổi điện dung tụ xoay máy phát hiệu chỉnh 4.2.5 Máy phát RC: Hình 3.4: Máy phát trộn tần RC Máy phát gốc khuếch đại hai tầng với phản hồi dương tần số mạch RC Mạch tạo di pha bao gồm điện trở tụ điện R1C1 R2C2 theo sơ đồ cầu bảo đảm tự kích tần số xác định Mạch phản hồi âm mạch phân áp điện trở nhiệt R3 có hệ số nhiệt điện trở âm điện trở R4, từ lấy điện áp phản hồi âm Giả sử điện áp tăng, dao động mạch phản hồi âm tăng dẫn đến giảm điện trở nhiệt R3 làm tăng điện áp rơi R4 (phản hồi âm) làm cho điện áp giảm xuống đến giá trị định mức cố định điện áp máy phát 4.3 Máy phát xung: 4.3.1 Đặc tính máy phát xung: 77 Máy phát xung phát xung vng, biên độ từ 150mV ÷200V, độ rộng xung ns ÷ s tần số từ 2Hz đến 2MHz thay đổi phát xung chuẩn 4.3.2 Sơ đồ khối: Hình 3.5: Sơ đồ khối máy phát xung Máy phát gốc đưa đến khởi động, lúc máy phát gốc làm việc chế độ tự động bảo đảm điều chỉnh tần số xung Nếu khởi động ngồi máy phát gốc ngắt đưa tín hiệu khởi động từ bên ngồi vào Xung đầu khởi động đưa đến tạo xung đồng đến mạch trễ xung Bộ tạo xung đồng tạo r a xung đồng cực âm dương Qua đưa đến ngõ máy phát Mạch trễ xung cho xung điều chỉnh thời gian lệch xung so với xung đồng Xung từ đầu mạch trễ xung kích cho mạch tạo độ dài xung làm việc Mạch cho xung bắt đầu kết thúc với khoảng thời gian chúng hiệu chỉnh Các xung đến mạch tạo xung điều chỉnh biên độ Xung bắt đầu tạo sườn đầu, xung kết thúc tạo sườn cuối xung Xung ngắt để đưa nhanh mạch tạo xung trạng thái ban đầu Mạch tạo xung tạo xung vuông với biên độ lớn nhất, độ dài xung tần số đáp ứng với tải Biên độ xung điều chỉnh (thơ tinh) từ Um ÷0.01Um Qua chia giảm biên độ Bộ khuếch đại đầu dùng để tăng công suất máy phát có tải tồn dải tần số 78 Điện áp điều chỉnh từ đến giá trị cực đại nhờ chiết áp lắp đầu vào khuếch đại Bộ khuếch đại bao gồm tầng khuếch đại điện áp tầng khuếch đại công suất điện áp đo volt kế 4.4 Máy phát sóng qt: Hình 3.6: Máy phát sóng qt Ngồi lối vào đồng thơng qua tụ C2, điện áp vào trigger S điện áp u1 mạch tạo xung cưa thông qua R6 Khi có tín hiệu đồng vào trigger S đầu xuất xung u2 Xung qua T2 làm mở khóa T1 dịng điện qua T1 nạp vào tụ C1, tạo xung cưa Điện áp tụ C1 tiếp tục tăng tuyến tính mức khởi động cao trigger S Lúc này, đầu trở nên dương làm T2 thông tụ C1 phóng nhanh qua T2 Khi điện áp C1 giảm xuống mức khởi động trigger S lúc đầu trở nên âm, T2 ngắt điện áp tụ C1 bắt đầu tăng tuyến tính lần Cứ điện áp cưa đầu u1 phụ thuộc vào chu kỳ (tần số) tín hiệu đồng 79 Máy phát sóng qt làm việc chế độ: chế độ liên tục chế độ chờ • Chế độ liên tục: chế độ qt thơng thường • Chế độ chờ: chế độ để quan sát xung rời rạc cách xa 80 TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO [1] Kỹ thuật đo - Ngô Văn Ky, Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 1993 [2] Vật liệu điện - Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học Kỹ thuật , 1998 [3] Cung cấp điện - Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học Kỹ thuật , 1998 [4] Đo lường điều khiển máy tính - Ngơ Diên Tập, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1997 [5] Sửa chữa điện máy công nghiệp - Bùi Văn Yên, NXB Đà nẵng, 1998 [6] Kỹ Thuật Điện - Đặng Văn Đào, NXB Giáo Dục, 1999.Giáo trình An toàn lao động - Nguyễn Thế Đạt, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002 [7] Giáo trình Đo lường đại lượng điện khơng điện - Nguyễn Văn Hồ, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002 [8] Phạm Thượng Hàn (chủ biên) - Kỹ thuật đo lường đại lượng vật lý T1,2 – NXB Giáo dục 1997 [9] Lê Văn Doanh (chủ biên) - Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển - NXB KH&KT 2001 [10] Nguyễn Ngọc Tân (chủ biên) - Kỹ thuật đo - NXB KH&KT 2000 81 MỤC LỤC CHƯƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KĨ THUẬT ĐO LƯỜNG KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.1 Khái niệm……………………………………………………………………2 1.1.1 Khái niệm đo lường 1.1.2 Khái niệm đo lường điện 1.1.3 Các đại lượng đặc trưng kỹ thuật đo 1.1.4 Các phương pháp đo 1.1.5 Người quan sát 12 1.1.6 Kết đo 12 1.2 Các sai số cách tính sai số 12 1.2.1 Khái niệm sai số 12 1.2.2 Các loại sai số 13 1.2.3 Phương pháp tính sai số 14 1.2.4 Các phương pháp hạn chế sai số 16 PHƯƠNG PHÁP ĐO DÒNG ĐIỆN 17 2.1 Cơ sở chung 17 2.2 Các dụng cụ đo dòng điện 18 2.2.1 Ampe kế chiều 18 2.2.2 Ampemet xoay chiều 22 2.3 Phương pháp đo điện áp 26 2.3.1 Đặc điểm yêu cầu phép đo 26 2.3.2 Vôn kế chiều 28 2.3.3 Vôn kế xoay chiều 30 2.3.4 Đo điện áp phương pháp so sánh 31 2.4 Phương pháp đo điện trở 34 2.4.1 Đo điện trở phương pháp gián tiếp 34 2.4.2 Đo điện trở Ôm kế 36 2.4.3 Cầu đo điện trở 39 2.4.4 Đo điện trở lớn 42 82 CHƯƠNG CÁC CƠ CẤU ĐO CHỈ THỊ KHÁI NIỆM VỀ CƠ CẤU ĐO 46 CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO 48 2.1 Cơ cấu đo kiểu từ điện 48 2.1.1 Cấu tạo chung 48 2.1.2 Nguyên lý làm việc chung 49 2.1.3 Các đặc tính chung 49 2.1.4 Lôgômét từ điện 50 2.2 Cơ cấu đo điện từ 51 2.2.1 Cấu tạo chung 51 2.2.2 Nguyên lý làm việc 52 2.2.3 Các đặc tính chung 52 2.2.4 Ứng dụng 52 2.3 Cơ cấu đo điện động 52 2.3.1 Cấu tạo chung 52 2.3.2 Nguyên lý làm việc chung 53 2.3.3 Các đặc tính chung 53 2.3.4 Ứng dụng 54 2.4 Cơ cấu đo cảm ứng 54 2.4.1 Cấu tạo chung 54 2.4.2 Nguyên lý làm việc chung 54 2.4.3 Các đặc tính chung 55 2.4.4 Ứng dụng 55 CHƯƠNG CÁC THIẾT BỊ ĐO SỬ DỤNG VOM 56 1.1 Khái niệm chung 56 1.2 Phân loại 56 1.2.1 Đồng hồ vạn hiển thị kim 56 1.2.2 Đồng hồ vạn điện tử 60 1.3 Các điểm lưu ý sử dụng máy đo VOM 61 DAO ĐỘNG KÝ ĐIỆN TỬ TIA 62 2.1 Khái niệm 62 2.2 Sơ đồ khối dao động ký tia 62 2.3 Cấu tạo 64 DAO ĐỘNG KÝ HAI TIA 66 83 3.1 Cấu tạo 66 3.2 ỨNG DỤNG CỦA DAO ĐỘNG KÝ ĐIỆN TỬ TRONG ĐO LƯỜNG 67 3.2.1 Thiết lập chế độ hoạt động cách điều khiển máy sóng 67 MÁY PHÁT SĨNG 73 4.1 Khái niệm chung máy phát sóng 73 4.1.1 Khái niệm 73 4.1.2 Phân loại 74 4.1.3 Đặc trưng máy sóng 74 4.2 Máy phát sóng tần số thấp 74 4.2.1 Các đặc tính 75 4.2.2 Sơ đồ khối 75 4.2.3 Máy phát LC 76 4.2.4 Máy phát trộn tần số 76 4.2.5 Máy phát RC 77 4.3 MÁY PHÁT XUNG 77 4.3.1 ĐẶC TÍNH MÁY PHÁT XUNG 77 4.3.2 SƠ ĐỒ KHỐI 78 4.4 MÁY PHÁT SÓNG QUÉT 79 TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO 81 84