Thiết bị Đo các Đại lượng Điện dùng vi Điều khiển 80535

Nấm được sự thay đổi của chúng, chúng ta kịp thời xử lý điều chỉnh để tránh những sử cố bất ngờ Chúng tạ đang rất cân một thuết hị đó mã các đại lượng đo được hiển thị đồng thấu tát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP NGÀNH LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

THIẾT BỊ ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN

DUNG VI DIEU KHIEN 80535

GVHD: NGUYEN DINH PHU SVTH: TRAN THI CHI LAN

— E96 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

]EZ T7 "TRƯƠNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỖ CHÍ MINH

TP HỖ CHÍ MINH , THÁNG 3 NĂM 2001

§$kL 000 03

Cnadng Dai Hoc Sue Pham Kj T hudt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Bộ Giáo Dục và Đào Tạo Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hỗ Chí Minh

Khoa Điện

Bộ Môn: Điện Tử

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Sinh viên thực hign: TRAN TH) Citi LAN

MSSY :43201 3 H2

1/ Tên để tài ¡ THIET BA a Cac BA) Lui BIEN DUNG XÃ

Dicey enen U€3S

3 Nội Dụng Luận Văn Tốt Nghiệp :

4 o Viên Hướng Dẫn :

#/ Ngày Giao Nhiệm Vụ : 2/12/2000

Giáo Viên Hướng Dẫn Ký Tên Thông Qua Bộ Môn

Ngày thang năm 2001

Chủ nhiệm Bộ Môn

ahem

bu 1 đế

Tring Dai Hoc Su Pham Kj Thudt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

“Trường Dai Hoc Su Pham %Kỹ 'Tiuật ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

« Nhiệm vụ của Đồ An Tốt Nghiệp

« Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

® Nhận xét của giáo viên phản biện

® Mục lục

« Lời cảm ơn

® Lời nói đầu

Trang -_ Chương dẫn nhập 1

LÔ Cơ số lý thuyết của kỹ thuật đo 4

He Các cự cầu chỉ thị ường kỹ thuật đó 16

Chương L: GIỚI THIỆU MỘT SỐ NGUYÊN LÝ ĐO 22

L— Nguyên lý đo dòng, áp DC, AC Z5

IV Nguyên lý đo công suất và điện nang tiéu thụ 56

Chương II: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 66

Chương II: CẤU TRÚC KHỐI CỦA THIẾT BỊ ĐO 81

I Mô tả chức năng hoạt động của thiết bị đo §1

Il Cấu trúc khối của thiết bị đo 81

1 Khối chuyển đổi 1 83

2 Khối chỉnh lưu Ỷ 83

3 Khối chuyển đổi 2 84

‘Trudng Dai Hoc Su Pham Ky Thudt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chương IV: THIẾT KẾ CÁC KHỐI 92

VIL Mách dao động tạo xung kích cho ngất 103

x Rhỏit giải mã hiển thị dùng 8279 108

-Chương kết luận 148

Tnidng Dai Hoc Su Pham Kg Thudt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Sed ?

Loi cam ta

FT[frải qua 10 tuần thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đã gặp không it

l những khó khán và trở ngại Nhưng với sự giúp đỡ, hướng dẫn tận

Lĩnh của thay NGUYEN DINIL PINT vis quý Thay Cô trong khoa Diện nhóm đã

hoàn thành ến Đồ An Tốt Nehi+I› mội, cách tốt đẹp Hình ảnh tận tụy, nhiệt Định ch dân của quý thầy cá đá để lại trong lòng những người thực hiên những tịnh cắn tốt đẹp, Những tỉnh c§m này sẽ được người thực hiện

1⁄2¡ cắm ơn sâu sắc đến thầy

HAn trong va giữ mãi Người thực hiện x

NLIEVÊÊN ĐÍNH DU và quý Thấy

Một lần nữa xin chân thành

đinh viên Lhực hiện

TRAN THI CHI LAN

Tring Dai Hoc Su Pham Kg Thudt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

C ng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử cũng

phát triển không ngừng Nó không chỉ gây ra những thay đổi lớn lao

trong bản thân ngành vô tuyến điện tử mà còn góp phần thúc đẩy

sự phát triển của nhiều ngành khác Một trong những sản phẩm tiên tiến nhất

của kỹ thuật điện tử là bộ vý xứ /ý mà ví điều khiển là một loại trong tập

hợp các bộ vì xứ lý nói chúng LÍu điểm của ví xứ tý là xử lý dữ liệu rất chính

xác với một tốc độ cực kỳ nhanh, nó có thể thực hiện những phép toán cơ

bản: công, trừ, nhân, chia và các phép toán luân lý: and, or, ex - or

Việc phát triển ứng dụng các hệ vị xứ lý đòi hỏi những hiểu biết cả về

phần cứng cũng như phấn mềm, Nhưng cũng chính vì vậy mà các hệ vị xử lý

chức sử dụng để giải quyết những bái toán rất khác nhau Tính đa dạng của cae ting dung phụ thuộc vào việc lựa chọn các hệ ví xử lý cụ thể cũng như

vào Kỹ thuật lặp trình Ngày nay các bó vị xử lý có mặt trong rất nhiều thiết

bị điện tử hiện đại cho đến các thiết bị điều khiến dùng trong công nghiệp

Linh vực ứng dụng của các hệ vi xử lý cũng rất rộng: từ nghiên cứu khoa học, tuyền dữ liệu, đến công nghiệp năng lượng, giao thông, y tế và đặc

biệt là trong đo lường

Việc thông tỉn các thông số kỹ thuật hay các đại lượng điện một cách tự động, chính xác và nhanh chóng trong sinh hoạt cũng như trong xí nghiệp công nghiệp là một yêu cầu không thể thiếu Với mục đích đó nhóm nghiên cứu đã thực hiện để tài: “?Ö#ế? bị đo các đại lượng điện dùng ví điều khiển 80535 ” và trình bầy như sau:

-_ PhẩnI: LÝ THUYẾT KỸ THUẬT ĐO

-_ Phần II: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ

Vì thời gian thực hiện để tài có hạn nên quyển Dé An nay không tránh

khỏi những thiếu sót và hạn chế Những người thực hiện rất mong nhận được

những ý kiến nhận xét, đóng góp cho quyển Đổ An này được hoàn chỉnh

hơn

Xin chân thành cảm ơn

Tháng 3 — 2001 Sinh viên thực hiện

TRẦN THỊ CHI LAN

Trubng Dai Hoc Su Pham %Kỹ 7 ñuật ĐỒ ÁÑ TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG DẪN NHẬP

I ĐẶT VẤN ĐỀ:

Ngày này việc thông tin các thông số kỹ thuật điện hay các đại lượng

điện một cách tự động, nhanh chóng và chính xác trong sinh hoạt cũng như : trong xí nghiệp công nghiệp là một yêu cầu cấp bách và cực kỳ quan trọng

Nấm được sự thay đổi của chúng, chúng ta kịp thời xử lý điều chỉnh để tránh

những sử cố bất ngờ

Chúng tạ đang rất cân một thuết hị đó mã các đại lượng đo được hiển thị đồng thấu tát một thời điểm và các số liều đó được lưu giữ lại cho những lẫn

xử lý Hếp theo, kế cá điện năng tiếu thụ trong giỡ cao điểm, giờ thấp điểm

của một ngày hoặc một tháng, xứ lý khi quá áp, quá dòng, khi có dòng điện

rò và việc xử lý dữ liệu để cho ra kết quá phải được thực hiện nhanh chóng,

vhinh xác, Xuất phát từ những yếu cầu đó chúng tối đã nghiên cứu và thực

hiện để tài này,

“Thiét bị đo các đại lượng điện dùng vi điều khiển 80535” là một để tài ứng dụng kỹ thuật điện tử trong thiết bị đo lường và hiển thị số nhưng đã nâng cao hơn một chút so với các thiết bị đo lường điện tử trước đây là có

khả năng tính toán số liệu đã thu thập bằng phần mềm Điều này tạo nhiều

thuận lợi cho việc sử dụng và điều khiển, và đây cũng là xu hướng chung của

các thiết bị ngày nay

Như vậy, khâu cơ bản của để tài là đo lường các đại lượng điện bằng „

các phương pháp truyền thống nhưng vì các bộ phận xử lý phía sau là thiết bị

số cho nên tuy là vẫn đo các đại lượng đó nhưng phương pháp đã có khác đi chút ít nhằm làm tương hợp với thiết bị điện tử

Khi đã có các đại lượng điện được đo cụ thể thì công việc tiếp theo là

đo phần mềm chịu trách nhiệm xử lý thông qua một thiết bị có khẩ năng tính

toán và xử lý dữ liệu là một vi xử lý hoặc một vi điều khiển có sự kết nối với các thiết bị phụ trợ bên ngoài

Trang 1

Trường 'Đại Hoc Su Pham Ky Thudt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

=—ễễễễễễễễễễễễ

Il GIGI HAN VAN DE:

Do thời gian nghiên cứu và thực hiện để tài chỉ gidi han trong 10 tuân và

cũng do kiến thức của người nghiên cứu còn nhiều hạn chế nên trong quyển

đổ án này chỉ thực hiện trong phạm vi sau:

- Thiết kế và thi công một thiết bị đo các đại lượng điện như: dòng, áp,

tân số, cosø và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm mà các đại lượng này có

thể hiển thì cùng một lúc,

TH, MỤC ĐÍCH N

Da tiến cơ sở của các để tại về kỹ thuật đo lường, dựa trên các tính

năng ký thuật đấc biệt của vì điều khiển cũng như các TC giao tiếp, khuếch

Ý mót thiết bị đo các đại lượng điện

bị đo đại lượng điện, đồng thời định ông và phát triển để tải về sau

Được chia làm 4 giai đoạn:

-_ Giai đoạn 1: nhận đề tài

-_ Giai đoạn 2: thu thập dữ kiện: nghiên cứu các phương pháp đo các đại lượng điện, nghiên cứu chức năng và hoạt động của vi điều khiển 80535

-_ Giai đoạn 3: xử lý đữ kiện: so sánh các phương pháp đo rồi đưa ra

một phương pháp đo tối ưu

- Giai đoạn 4: viết bản thảo, sửa chữa, viết chính thức

Trang 2

Truong Dai Hoc Su Pham Kj Thudt eS ĐỒ ÁÑ TỐT WGHIỆP

PHANI

LY THUYET

KY THUAT DO

Trang 3

Trường “Đại Hoc Su Pham Ky Thudt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

“———ễễễễễễ

1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT ĐO:

1 Định nghĩa:

Đo lường là một quá trình so sánh giữa một đại lượng đã biết với một

đại lượng chưa biết Đại lượng đã biết là một đại lượng chuẩn hoặc được

nhỏ hơn báo nhiều lấn đơn vị đồ

Ket qua của phép đó có thể viết đưới đang:

Au=X/X¿

Hay

X=A„:Xo (*) Phương tinh (*) duge goi la phương trình cơ bán của phép đo, nó chỉ rõ

sự so sánh đại lượng cần đo với mẫu và cho ra kết quả bằng số

Tuy nhiên, không phải bất kỳ đại lượng đo nào cũng cho ra các giá trị của nó Vì vậy, để đo ta phải biến đổi chúng thành các đại lượng khác để so

sánh

Vidu: Để đo nhiệt độ chúng ta phải biến đổi chúng thành sự thay đổi điện trở của điện trở nhiệt Sau đó, mắc điện trở này vào mạch cần đo điện

trở áp lệch cầu khi có tác động của nhiệt độ

3 Phân loại cách thực hiện phép đo:

a) Hệ thống đo:

Để thực hiện một phép đo một đại lượng nào đó tùy thuộc vào đại

lượng cần đo, điểu kiện đo cũng như độ chính xác yêu câu của một phép đo

mà ta có thể thực hiện bằng nhiều cách đo khác nhau

Sơ đổ khối tổng quát của một hê thống đo lường (hay thiết bi đo

Trang 4

:Tnường 'Đại 9(ọc Su 'Piạm #Kj 7 ñuật ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình L— 1: Sz đồ khối tổng quát của một hệ thống đo lường

s* Giải thích sơ đổ khối;

® KHỈU CHUYỂN ĐỔI: Lam nhiém vụ thu nhận trực tiếp các đại lượng

vất lý đặc trưng cho đổi tượng cần nghiên cứu, biến đổi các đại lượng đó

thành các đạt lượng vật lý thống nhất để thuận lợi cho việc tính toán

© MACH PO) Có nhiệm vụ tính toán và biến đổi tín hiệu nhận từ bộ chuyến đội sao cho phù hợp với yếu cầu ghi giữ hay thể hiện kết quả đo của

bố chỉ tụ

® KHẨU CHỈ THỊ: Làm nhiệm vụ biến đổi ứn hiệu nhận từ mạch đo để

thể biện kết quả đo sao cho giác quan con người nhận biết được

bì Cích thực hiện phép đo:

® ĐO LƯỜNG TRỰC TIẾP: Là cách đo mà khi thực hiện phép đo sẽ nhận được kết quả trực tiếp từ một phép đo duy nhất Kết quả này nhận được

tương ứng với đại lượng đo

Ví dụ : Đo điện áp dùng Voltmeter Đa số phép đo đều sử dụng cách đo

trực tiếp

ĐỐI :

TƯỢNG | X | CHUYỂN | Y | MẠCHĐO | Z (iết quá)

NGHIÊN >| Đổi >| »| CHỈrm, |Œếtsui) `

Hình I- 2: Sơ đô khối đo lường trực tiếp

*® ĐO LƯỜNG GIÁN TIẾP: Là cách đo mà kết quả được suy ra từ việc

sử dụng nhiều kết quả của nhiều phép đo trực tiếp

Ví dụ: Để đo điện trở ta có thể sử dụng định luật Ohm:

——————

Trang 5

Tidng Dai Hoc Su Pham Kj Thudt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hinh I - 3: So dé khéi cach do gidn tiép

Quá trình đo lường có nhiều đại lượng lấy ra từ đối tượng nghiên cứu

Không thể đo trực tiếp được mà phải thông qua các bộ chuyển đổi để có

những đại lượng đưa vào mạch đo

® ĐO LƯỜNG HƠP BỘ: Là cách đo gần giống như cách đo gián tiếp nhưng số lượng đo theo cách trực tiếp nhiều hơn Kết quả nhận được thường

thông qua việc giải một phương trình sau:

tr=ro[ 1+ œ (t— 2v)+ B — 2v)? ]

Trong đó: œ, B là các hệ số chưa xác định được, để xác định cần phải đo

điện trở ở 3 điểm có mức độ khác nhau: rọ, rị rạ từ đó suy ra œ, B, rị

Trang 6

‘Tnidng Pai Hoc Su Pham Kj T hud t ĐỒ ÁÑ TỐT NGHIỆP

aS

® ĐỘ LƯỜNG THÔNG KẾ: ĐỂ đảm bảo độ chính xác của phép đo nhiều

khỏi tá phải sử dụng cách đó lưỡng thống ké, tức là phải đo nhiều lần sau đó

lay gia trị rung bình của các kết quá đo Cách đo này đặc biệt hữu hiệu khi tin hiệu đo là ngẫu nhiên hoặc khi kiểm tra độ chính xác của dụng cụ đo

4 Các phương pháp đo:

Tất cả các cách thực hiện phép đo theo phương pháp khác nhau tùy

thuộc độ chính xác yêu cầu, điều kiện đo, thiết bị hiện có , ta có thể phân loại phép đo như sau:

a) Phương pháp đo biến đổi thẳng:

Trước tiên đại lượng cân đo X được đưa qua một hay nhiều khâu biến

đổi và được biến đổi thành số N, Đơn vị của đại lượng đo Xọ cũng được biến đổi thành số No (ví dụ khắc độ trên một đụng cụ đo tương tự) Quá trình

này được gọi là quá trình khắc độ theo mẫu No được ghi nhớ lại

—_—_—_—_————_—_

Trang 7

Tring Dai Hoc Su Pham Kj Thudt DO AN TOT NGHIEP

X

x

No

Quá trình đo như vậy được gọi là quá trình đo biến đổi thẳng Thiết bị

đo thực hiện quá trình này gọi là thiết bị đo biến đổi thẳng

© Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo biến đổi thẳng:

Hình I— 7: Sơ đô khối dụng cụ đo tương tự

Đại lượng không điện X sau khi qua chuyển đổi sơ cấp thành đại lượng

điện Xa, qua bộ biến đổi điện - điện và đưa vào cơ cấu chỉ thị Nếu đại

lượng đo là đại lượng điện X¿ thì không cần qua bộ chuyển đổi sơ cấp mà

vào thẳng bộ chuyển đổi điện - điện Cơ cấu chỉ thị ở đây có thể là kim chỉ

số hay tự ghi

———_—eỄễ———_

Trang 8

“trường Đại Ø(ọc Sư Phạm %gj 7 fuật ĐỒ ÁÑ TỐT NGHIỆP

——>| KHÔNGĐIỆN- | “>> E tt >| AD ° >| MAN HINH

king tự như dụng cụ đo tương tự, nhưng đại lượng Y phải qua bộ

n đổi Tường tự = Số(ADC) và đi vào bộ hiển thị số

Noi chung dụng cu đo kiếu biến đổi thắng đại lượng mẫu Xo đã được

khắc đồ sấn trên mặt dụng cụ đo (đối với dụng cụ đo tương tự) hoặc được đặt sẩn tý lệ số (đổi với dụng cụ đó số) với đơn vị của đại lượng đo Việc so sánh

đo còn ngướt thực hiện hoặc tự đồng

Đũng cụ đó biến đổi thắng có cấu trúc đơn giản vì vậy rất tin cậy Tuy

nhiền sắt số thường lớn nền thưởng được sử dụng trong sắn xuất công nghiệp

với cập chính xác cỡ 1 - 2,5,

b) Phương pháp đo kiểu so sánh:

Là phương pháp đo có cấu trúc theo kiểu mạch vòng, nghĩa là có khâu phản hồi:

® Sơ đồ cấu trúc theo phương pháp đ¿ kiểu so sánh:

Trước tiên đại lượng đo X và đại lượng mẫu Xo được biến đổi thành một

đại lượng vật lý nào đó (dòng hoặc áp) để thuận tiện so sánh X\ phụ thuộc

vào Xo Quá trình so sánh giữa X và X¿ diễn ra trong suốt quá trình đo

————————ỄỄỄễ

Trang 9

Trường Dai Hoc Su Pham Ki Thudt ĐỒ ÁÑ TỐT NGHIỆP

X=X, 3G

Như vậy Nó là một đại lượng thay đối sáo cho khi X thay đổi phép so

sanh luôn ở rạng thái cần bằng

lam thay d6i X; cho đến khi cân bằng:

Ky =X

—ÖỄỀễỶễỶễỶễềễễễễễễễỄễễ

Trang 10

“Trường Dai Hoc SuPham Kj Thudt ĐỒ ÁÑ TỐT NGHIỆP

=“—=—=——ễễễ—

Kết quả đo với đơn vị của đại lượng đo trong dụng cụ đo loại này chính

là phân của mạch đo mà thông số của nó được hiệu chỉnh để đạt được sự cân

Vậy ở phép do này, độ chính gác phụ thuộc vào AX và X Giá trị AX

nhỏ ko với X thì độ chính xác cảng cao, l2o đó, độ chính xác của phép đo phụ thnge cha yeu vào độ chính xác của Xị

Đại lượng X sau khi qua bộ chuyển đổi sơ cấp là Xa sẽ được so sánh với

Xị không đổi Ở đầu ra của bộ so sánh ta có:

AX = X2 - Xx

Do duge AX, biét dudc X2 ta tim được X¿ và X

+* So sánh đồng thời :

Là phép so sánh cùng lúc nhiều điểm của đại lượng đo X và của mẫu

Xx Căn cứ vào điểm trùng nhau mà ta tầm ra đại lượng cần đo

_— >—=—-

Trang 11

“Trường 'Đại Ø(ọc Sư 'Piạm #Kÿ Tñuật ĐỒ ÁÑ TỐT NGHIỆP

pall eit I

Vidu:

Để xác định 1 inch bằng bao nhiêu mm ta làm phép so sánh sau: lấy một thước có chia độ mm (mẫu) và một thước chia inch cần đo Đặt điểm không

(0) trùng nhau sau đó tìm các điểm trùng tiếp theo:

127 mm = 5 inches ; 254 mm = 10 inches ; 381 mm= 15 inches

m

Vay: Linch = a a4

Dùng phương pháp này thực tế đo dùng thử nghiệm các đặc tính của các

cảm biến hày của thiết bị đo để đánh giá sai số của chúng,

So sánh không đồng thời:

La phép so sanh được thức hiện theo cách sau:

Đầu bến, dưới tác động của đại lượng cần đo X gây ra một trạng thái

của thiết bị đo, Sau đó, thay X bởi đại lượng mẫu Xy Thay đổi X¿ cho đến

Khi gây nền một trạng thái ở thiết bị đo tượng tự như tác động của X, ta có X¿

Phương pháp này chính xác vì khi thay đổi X bởi X¿ ta vẫn giữ nguyên mọi

trạng thái của thiết bị đo và loại trừ được mọi ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài lên kết quả đo

Xí dụ:

Đo dòng xoay chiều ta có thể đo với độ chính xác cao khi dùng dòng

một chiều làm mẫu thông qua một tác dụng của trị hiệu dụng như tác dụng

nhiệt

5 Sai sé trong đo lường:

a Khai niém:

Đo lường là một phương pháp vật lý thực nghiệm nhằm mục dich thu

thập những thông tin về đặc tính nào đó của một đối tượng hay một quá trình

cần nghiên cứu Quá trình đo lường được thực hiện bằng cách so sánh đại lượng chưa biết (đại lượng cần đo) với đại lượng đã được chuẩn hóa (đại

lượng được chọn làm tiêu chuẩn)

Kết quả của đo lường được biểu thị bằng số hay dưới đạng biểu đồ và thường là một giá trị gần đúng Nghĩa là phép đo luôn tổn tại một sai số nhất

định ở kết quả thu được

Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến các sai số của phép đo:

——ỄỀỄŠỄŠỄ_—

Trang 12

‘Tring Dai Hoc Su Pham Ky Thudt DO AN TOT NGHIEP

e Nguyên nhân khách quan: dụng cụ đo lường mất chính xác, thiếu độ hoàn hảo, đại lượng đo bị nhiễu, mất ổn định

e Nguyên nhân chủ quan: phương pháp tiến hành đo không phù hợp,

thao tác của người đo

Việc điểu chỉnh, hoàn thiện các thiết bị đo cũng như việc cải thiện hợp

lý thao tác đo để có được kết quả do là các trị số đáng tin cậy là mục tiêu hàng đầu trong kỹ thuật đo hiện nay

© Sab Oke thong (Systematic Error):

1 sais do thict bi de, phucng pháp đó, điều kiện môi trường gây nên :

Ni xố do thiết bị đó: các phần tử của thiết bị đo có sai số do công,

nghệ chế tạo, do lão hóa rong quá trình sử dụng, Việc làm giầm sai số này

được thực hiện bằng cách bảo trì định kỳ các thiết bị đo

- Sai số do ảnh hưởng của môi trưởng: cụ thể như nhiệt độ, áp suất,

độ ấm tăng, điện trường tăng đều ãnh hưởng đến sai số của thiết bị đo lường

Việc làm giấm sai số này được thực hiện bằng cách giữ cho điều kiện môi

trường ít thay đổi hoặc ít ảnh hưởng lén thiết bị khi đo hoặc bổ chính (đối với

nhiệt độ và độ ẩm), dùng biện pháp báo vệ thiết bị tránh được những ảnh

hưởng của điện trường và từ trường

- Sai số do phương pháp đo: là do chưa nghiên cứu kỹ đại lượng đo để

để ra phương pháp đo phù hợp Nghiên cứu và chọn phương pháp phù hợp với từng đối tượng đo để khắc phục sai số loại này,

® Sai số ngẫu nhiên (Random Error ):

Là sai số do các yếu tố biến đổi bất thường không có qui luật thông thường, sai số ngẫu nhiên được thu thập từ một số lớn lần những ảnh hưởng

và được quan tâm đến đối với những kết quả đo đòi hỏi độ chính xác cao

Sai số ngẫu nhiên được phân tích bằng phương pháp thống kê:

a Phân tích thống kê của sai số đo lường:

Giá trị trung bình của n lần đo:

Trường Dai Hoc Su Pham Ky Thuat ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

d=Xi- X dạ=X¿- X dạ=X¿— X

Tổng đại số của các độ lệch của từng giá trị đo:

Y D6 léch chugn (Standard deviation ):

Là mức độ thay đổi của các giá trị độ lệch quanh giá trị trung bình:

© Sai số ngẫu nhiên:

Được tính trên cơ sở đường phân bố Gauss của độ lệch chuẩn:

Giới hạn của sai số ngẫu nhiên: lim (e„) = 4,5 e„

———ễễ-ễ=-ễ- _

Trang 14

'Trường Dai Hoc Su Pham Ky Thudt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

—————

Những trị số nào có độ lệch vượt quá giới hạn của sai số ngẫu nhiên đều

bị loại bổ

© Sai số tuyết đối ( Absolute Error):

¡ tuyệt đối của hiệu số giữa giá trị đáng tin cậy của đại lượng cân

& Xúc vỞ tường doi (ÂekMiue Eưrớr )c

là (số guữa sài số tuyệt đối và giá trì đáng tin cậy của đại lượng cần

do tỉnh theo phần tăm C)

Sât số tưởng đối dùng để đánh giá phẩm chất của phép đo, so sánh độ

chỉnh xác giữa các phép do các đại lượng khác nhau

6 Cap chính xác của thiết bị đo :

Các thiết bị đo lường sau khi được xuất xưởng sẽ được kiểm nghiệm

chất lượng, chuẩn hóa theo nhiều cấp khác nhau và được phòng kiểm nghiệm

định cho “cấp chính xác“ sau khi xác định được sai số cho từng tầm đo của

thiết bị

——ễễễễễ——

Trang 15

Tnidng Dai Hoc Su Pham Kj Thudt DO AN TOT NGHIEP

Khi đó: e”= A duge goi la sai số tương đối chiết hợp hay cấp chính

xá ủa đồng hổ chỉ thị thiết bị đo Nó được ghi trực tiếp bằng chữ số trên

mặt đồng hỗ đo

Vị dụ

Một Volt kế có phi "cấp chính xác" la 1 nghĩa là giới hạn sai số của nó

cho tầm đo là Lứ

VÌ vậy Khi sử dụng thiết bị đo lượng, chúng ta nên quan tâm đến “cấp

chỉnh Xae” của nó ghi trên máy đo hoác trong số tay kỹ thuật của thiết bị đó,

để từ "cập chính xác" này ta có thể đánh giá được sai số của kết qua đo

CƠ CẤU CHỈ THỊ TRONG KỸ THUẬT ĐO:

1) Chỉ thị cơ điện:

Là dạng chỉ thị trong đó năng lượng điện được biến đổi thành năng

lượng cơ làm quay kim hoặc làm dịch chuyển các bút ghi

Chỉ thị cơ điện được thường được sứ dụng cho các dụng cụ đo tương tự

(Analog) khi đó chỉ số đo được là đại lượng liên tục tỉ lệ với đại lượng đo liên

tục, tín hiệu vào là tín hiệu điện (dồng, áp) còn tín hiệu ra là góc quay của phần động (kim chỉ số) hoặc sự đi chuyển của bút ghi trên máy (dụng cụ tự

ghi)

s* Nguyên lý làm việc của các chỉ thị cơ điện:

Khi cho một dòng điện vào một cơ cấu chỉ thị cơ điện, do tác động của

từ trường lên phần động của cơ cấu làm sinh ra một moment quay (M,) tỉ lệ

với cường độ dòng điện đưa vào Moment quay chính là tốc độ biến thiên năng lượng điện từ trường Ws so với góc lệch œ của phân động:

Nếu ta bố trí liên kết với phần động một lò xo cắn thì khi phần động

quay lồ xo sẽ bị xoắn lại và sinh ra một moment cần (M,) tỉ lệ thuận với góc

lệch œ:

——————————ễễ-ễ _

Trang 16

Tnidng Dai Hoc Su Pham Kj Thudt ĐỒ ÁN TỐT ÑGHIỆP

Mc=D.œ

Với:

-_D: là hằng số cấu tạo của lò xo

Dưới tác động đồng thời của Mụạ và Mẹ, phần động của cơ cấu đo sẽ dừng lại ở vị trí cân bằng khi:

Vi trí cân bằng œ¡ có thể xác định bằng đồ thị như phần trên Ứng với

các tín hiệu khác nhau ta có các góc lệch khác nhau

Ngoài hai moment cơ bản trên, trong thực tế phần động của cơ cấu chỉ thị còn chịu tác động của nhiều moment khác như moment của lực ma sát,

moment động lượng, moment cần dịu (moment đệm) cho kim chỉ thị

“Trường Đại 2fọc SưPÑạm %g TRuật ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

“—=“=——————ễễễỄễỄễ-

Chỉ thị điện tử thường được sử dụng nhằm mục đích quan sát và ghi lại

hình dạng của tín hiệu đồng thời đo một số đại lượng như biên độ, tần số của

tín hiệu

Chỉ thị điện tử được thể hiện thông qua màn hình của máy hiện sóng

điện tử (Cathod Ray Oscilloscope) hay dao động ký điện tử (Oscillograft)

3) Chi thị số:

La dang chi thi kết quả đó bằng số thông qua vỉ mạch điện tử, sử dụng

các chức năng của vi xử lý trong kỹ thuật số (Digital) và kỹ thuật máy tính

= Neuyén ly co cau chi thi sé:

Đại lượng cần do X(Ð được đưa qua bộ biến đổi để tạo thành tín hiệu

duéi dang xung P tỉ lệ với biến thiên độ lớn của X() Xung P được đưa đến

khâu mã hóa tín hiệu, sau đó qua bộ giải mã để đưa qua bộ phận hiển thị Bộ

phận hiển thị số có nhiều loại :

+ Bộ hiển thị bằng đèn sợi đốt (Ilumninated Lamp)

+ Đèn điện tích (đèn khí)

+ Diode phát quang (LCD : Light Emitting Diode )

+ Bộ chỉ thị tỉnh thể lỏng (LCD: Liquid Crystal Display)

Phổ biến nhất hiện nay là bộ hiện số bằng Led 7 đoạn vì chúng phù hợp

với các vi mạch TTL và hệ số tin cậy cao

Trang 18

Truing Dai Hoc Su Pham Kj Thudt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

==—————ễễễễễễ—

Ill CAC Hf THONG ĐO LƯỜNG:

1) Hệ thống đo lường Analog:

“ÍNHIỀU

SỬ DỤNG

Đối tượng khảo sát là một đại lượng vật lý, qua các hiện tượng và

đặc tính của nó ta chọn cảm biến đo để biến đổi thông số đại lượng vật lý

cần đo thành đại lượng điện để đưa vào mạch chế biến tín hiệu (biến đổi,

khuếch đại, xử lý tín hiệu) sau đó tín hiệu cần đo được đưa sang bộ phận chỉ thị kết quả hoặc đưa sang bộ phận ghi lại kết quả ~

2) Hệ thống đo lường Digital:

+ Sơ đồ khối:

Trang 19

Trudng Dai Hoc Su Pham Kj Thubt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP =i

BIẾN |—>| TíwmỆuU |—>| | >| xếr quả

Tương tự như hệ thống đo Analog, tùy theo đối tượng mà ta chọn bộ

cảm biến phù hợp để biến đổi các đại lượng cần đo thành các tín hiệu điện

để đưa vào các mạch chế biến tín hiệu

Bộ chuyển đổi ADC (Analog to Digital Converter) làm nhiệm vụ

ghép nối giữa vi xử lý và các tín hiệu tương tự ở ngõ vào

Vi xử lý (Microprocessor) có nhiệm vụ thực hiện những phép tính và

cho ta những lệnh trên cơ sở trình tự những lệnh chấp hành đã được thực hiện

trước đó

Bộ dồn kênh tương tự (Multiplexers) và bộ chuyển đổi ADC được

dùng chung cho tất cả các kênh Qua dữ liệu nhập vào vi xử lý sẽ có tín hiệu

chọn đúng kênh cần xử lý để đưa vào bộ chuyển đổi ADC và từ đó đọc đúng

trị số đặc trưng của nó qua tính toán để có kết quả của đại lượng cần đo

Ưu điểm của hệ thống đo lường Digital so với hệ thống đo lường Analog là các tín hiệu tương tự qua các biến đổi sẽ thành các tín hiệu số có các xung rõ ràng với trạng thái [0] và [1] giới hạn được nhiều mức tín hiệu gây sai số Mặt khác hệ thống số có ưu điểm là tương thích với dữ liệu máy

tính qua giao tiếp được ứng dụng rộng rãi trong thực tế

a

Trang 20

Truing Dai Hoc Su Pham Kj Thudt ĐỒ ÁÑ TỐT NGHIỆP

“—“—=—ễễễễễễễễễ

PHAN II

LY THUYET THIET KE

Trang 21

“Trường Đại Học Sư Pham Kj Thudt ĐỎ ÁÑ TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU MỘT SỐ NGUYÊN LÝ ĐO

IYEN LY DO DONG, AP DC, AC:

1 Cơ cấu

cơ điện :

Cơ cấu cơ điện bao gồm : cơ cấu từ điện, điện từ và cơ cấu điện động

Ba cơ cầu này đều có thế do trực tiếp được dòng điện DC, riêng cơ cấu điện

từ và điện đồng có thể boạt đồng được với dòng điện AC

a) Du dong DC:

© Neuen by de

Cơ cầu cơ điện đo trực uép duge dong DC nhung véi dong rat nhd dé

md pony tim do ta ding dién ud Shunt nh sau:

Rẹ : điện trở nội của cơ cấu chỉ thị

I, : dòng điện qua cơ cấu

I, : dòng qua điện trở Shunt

b) Đo dòng AC:

Đối với cơ cấu điện từ và điện động hoạt động được với dòng AC

Do đó có thể dùng cơ cấu này để đo trực tiếp dòng AC và mở rộng tầm đo

giống như ở cách đo đòng DC bằng cơ cấu điện từ và điện đông Riêng cơ

Trang 22

Trường Đại Hoc Su Pham KG Thudt ss ĐỒ ÁÑ TỐT ÑGHIỆP

cấu từ điện không hoạt động được với dòng AC do đó phải đổi dòng AC sang

lại vàng điện liệu dụng

ly dong cue dat qua cd cau

Để do được đồng điện lớn ta mở rộng tám đo bằng cách mắc điện trổ

Bộ biến đổi nhiệt điện gồm có dây điện trở được đốt nóng bởi trị hiệu

dụng của dòng xoay chiều cần đo Cặp nhiệt điện được cung cấp nhiệt lượng

do dòng điện này sẽ tạo ra điện áp một chiều (dòng DC) cho cơ cấu từ điện:

Eo= Kr.R.Iaˆ

a

Trang 23

Tring Dai Hoc Sue Pham Kỹ Thuật ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ly : trị hiệu dụng của đồng AC

R : điện trở của dây đốt nóng

Kr : hằng số lệ của cặp nhiệt điện

Khi đo dòng AC bằng phương pháp chỉnh lưu trung bình thì dòng chỉnh

lưu trung bình phụ thuộc rất nhiều vão dạng tín hiệu như: tín hiệu có dạng bất

kỳ và tần số cao Để đo tín hiệu đạng này ta dùng phương pháp biến đổi

nhiệt điện (không phụ thuộc vào dạng tín hiệu) Nhưng phụ thuộc vào môi

trường

Để đo những ddng dién AC cé tri số lớn ta dùng biến dòng để chuyển

đổi dòng điện lớn thành dòng điện có giá trị nhỏ rồi tiến hành đo

Quan hệ giữa dòng điện sơ cấp và thứ cấp của biến dòng:

ni =naii›

"

12 —— 1I n2

i,m : 1a đồng điện và số vòng của cuộn sơ cấp

is„nạ : - là đồng điện và số vòng của cuộn thứ cấp

Chú ý:

a

Trang 24

Trường Đại 9(ọc Sư Phạm %ỹ Tfuật ĐỒ ÁÑ TỐT NGHIỆP

————

Méi Ampe-ké déu c6 néi tré riéng cha nó Do đó khi mắc nối tiếp với

điện trở tải cần đo dòng điện thì sẽ ảnh hưởng đến kết quả của phép đo Ampe-kế có nội trở càng nhỏ càng tốt (kết quả đo càng chính xác)

Điện áp cần đo chuyển thành đòng điện đo đi qua cơ cấu chỉ thị

Quan hệ giữa điện cần đo với dòng điện chạy qua cơ cấu:

Ro : nội trở của cơcấu

R¿ : điện trở hạn dòng cho cơ cấu đo

d) Do dién 4p AC:

Đối với cơ cấu điện động, điện từ hoạt động được với dòng điện AC nên hai cơ cấu này có thể đo trực tiếp dòng điện AC bằng cách nối thêm

điện trở hạn chế dòng giống như phương pháp đo điện áp DC

Riêng đối với cơ cấu từ điện thì phải chuyển đổi dòng điện AC thành dòng DC bằng phương pháp chỉnh lưu đồng dùng Diode Sau đó tiến hành đo

——Ễẻẽ

Trang 25

“Trường Dai Hoc Su Pham Kj Thubt ĐỒ ÁÑ TỐT NGHIỆP

Hoven = Imex = 0.31842 «Tha

Vig thea dp AC can do (pid Wi hiệu dụng)

Vụ Picea ap ct én Diode (giá trị hiệu dụng)

Ina Đồng điện hiệu dụng

lias — :— Dòng điện chỉnh lưu trung bình

© Phuong phap chinh luu toan ky:

Toute = Imax = 0,636V2 Tha

© Đo điện áp AC bằng căp biến đổi nhiệt điện:

Khuyết điểm của Vôn kế AC dùng phương pháp chỉnh lưu Diode phụ

thuộc vào dạng tín hiệu và tấn số tín hiệu AC Để khấc phục hai khuyết

————ễ

Trang 26

Tridng Dai Hoc Su Pham KG Thudt pO AN TOT NGHIEP

ee oS

điểm này ta dùng phương pháp biến đổi nhiệt- điện, phương pháp nầy không

phụ thuộc vào dang và tần số tín hiệu AC, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ môi

trường Nguyên lý đo giống nguyên lý đo dòng điện AC bằng cặp biến đổi

nhiệt - điện

©_ Đo điện áp AC dùng biến áp:

Để do điện áp AC có giá trị lớn ta dùng biến áp để chuyển đổi điện áp

ở mức thích hợp sau đó tiến hành đo giống như đo điện áp AC có giá trị nhỏ như đã trình bầy

Quan hệ giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp của biến áp:

Vị Ne

Vi Ne

VI,NI : điện áp, số vòng của cuộn sơ cấp

Va, No : điện áp, số vòng của cuộn thứ cấp

+

với mỗi Vôn kế có một nội trở khác nhau, nền khi mắc vào phần tử

do điện áp thì có thể xem như tổng trở của Vôn kế mắc song song với phan

tử đó, Do đó làm ảnh hưởng đến kết quá đo Để không làm ảnh hưởng kết quả đo thì Vôn kế có nội trở càng lớn cảng tốt

Tridng Dai Hoc Su Pham Kg Thudt pO AN TOT NGHIEP

Mach do 1A mach cu gém 2 transitor Q; va Qo, Rai, Raz, Rei, Re2- Dién

áp cần đo có thể đưa vào hai cực B của Q¡ và Q; (đo vi sai) hoặc một trong hai cực B của Q¡ và Qs, đầu còn lại nối mass (0V) Điện áp ra được lấy trên 2

cực E¡ và E; của Q¡ và Q¿; tại A và B Sau đó điện áp Vạp được đưa qua bộ

biến đổi A/D để chuyển thành tín hiệu số rồi giải mã hiển thị

* Nguyên lý hoại động :

Giá sử B› nối mass, điện áp cân đo (Vị) đưa vào Bị, theo điều kiện lý tưởng ` Q¿ và Q›¿ có thông số giống nhau nên :

lui = hos dor = dea = Bilis = Baln2

ly = hạ và chọn Rịy = Rig => Ver = Vez Neu V, = 0V thì Vei= Vụ¿ => Vas = OV

Nếu Vị>0V thì Ip: >In: = Ver > Viz = Van= Ver — Vex

=> AV phụ thuộc vào Vj Thông qua giá trị AV ta tính ra được Vị

«Đo diện áp DC dùng JEET :

Vì mạch đo dùng BỊT có một nhược điểm là tổng trở nhỏ làm ảnh hưởng đến kết quả đo Để khắc phục nhược điểm này ta dùng JFET và được

VR : Ding để chỉnh điện áp lệch khi Vi =0 mà VAB z 0

e Mach do dién 4p DC ding Op-Amp:

Trang 28

“Trường Pai Hoc Su Pham %Kỹ 7 Ruật ĐỒ ÁÑ TỐT NGHIỆP

“Trường Dai Hoc Su Pham #Kỹ 7 ñuật ĐỒ ÁÑ TỐT NGHIỆP

Veo Do đó phải dùng cách ghép AC để sự “trôi” điểm làmviệc của tầng nầy

không làm ảnh hưởng đến tầng kia Như vậy, tín hiệu phẩi được chuyển từ

DC sang AC sau đó khuếch đại lớn lên bằng mạch khuếch đại AC Sơ đồ

khối của mạch đo như sau :

Trang 30

ST rường Dai Hoc Su Pham Ky 'T ñuật ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nguyên ly hoạt động của mạch được giải thích bằng dạng sóng trên

SW : Switch : khod điện tử

AV : Mạch khuếch đại AC

DEMO : Demodulator : mạch giải điều chế

» _ Bạch đo “Chopper ”dùng phương pháp quang hoc:

“Trường Đại 9(ọc Sư Phạm Kỹ T fuật ĐỒ ÁÑ TỐT NGHIỆP

Mạch dao động tạo ra tín hiệu điểu khiển hai điode Dạ và D; phát

quang luân phiên nhau, hai photodiode D¡, D; cùng nhận nguồn sáng từ Da,

Dạ và D¿ cùng nhận nguồn sáng từ Dạ

Khi Dị, D:, Dị, D¿ được nhận nguồn sáng thì xem như “tiếp điểm nóng”, khi không có nguồn sáng xem như “tiếp điểm hở” Kết quả tại ngõ ra

ctia Dy xuất hiện xung vuông đã được khuếch đại lớn lên Tụ Cs và mạch lọc

Z cho ra tín higu DC (Vou):

ĐC đo điện áp ÁC dùng cơ cấu chỉ thị số, chúng ta phải chuyển đổi

điền ấp ÁC tiành điện áp DC rồi tiến hành đo giống như là điện áp DC

Để chuyển đổi điện áp ÁC sang điện áp DC, có 3 phương pháp sau:

Phương pháp chỉnh lưu trung binh dung diode

Phương pháp trị hiệu dụng thực

- Phương pháp trị đỉnh

Do giới hạn của để tài nên ở đây chỉ giới thiệu phương pháp chỉnh lưu

trung bình dùng diode

b1) Mạch chỉnh lưu trung bình dùng diode :

© Mach chinh luu ban séng mét pha :