Chế tạo panel thí nghiệm phục vụ môn học kĩ thuật đo lường

LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều hướng dẫn , giúp đỡ quý báu thầy giáo khoa Điện – Điện Tử, thầy giáo tận tình giảng dạy cho em suốt thời gian học tập trường Đặc biệt em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy giáo, Thạc sĩ Ngơ Xn Hường, người thầy kính mến hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn, động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập hướng dẫ trực tiếp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Ban giám hiệu Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, thầy giáo phòng thí nghiệm điện tử hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tiến độ đồ án tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu thực Các số liệu kết luận nghiên cứu trình bày đồ án chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm lời cam đoan Hải Phòng, tháng 12 năm 2015 Sinh viên Phạm Văn Phơi MỤC LỤC MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN B s w l I S K Rt Cảm ứng từ Diện tích khung dây Số vòng dây khung dây Chiều dài khung dây Dòng điện chảy cuộn dây phần động Độ nhạy cấu từ điện Hệ số phản lò xo Điện trở tải Rn Nội trở Ammet In Dòng điện chạy qua Ammet Is Dòng điện chảy qua điện trở Sun K E Uv Hệ số mở rộng Ammet Vonmet Sức điện động Điện áp mắc Vonmet vào Ut Điện áp tải Rp Điện trở phụ Um Điện áp lớn mà cấu đo Ia Dòng điện chảy chảy mạch Ux Giá trị điện áp cần đo Rm Nội trở Vonmet R hc Điện trở hạn chế DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 1.1 Xác lập núm điều khiển 10 3.1 Kết thí nghiệm phần mở rộng Ammet 36 3.2 Kết thí nghiệm phần mở rộng Vonmet 37 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Đồng hồ kim 360 1.2 Thang chia độ đồng hồ kim 1.3 Chuyển mạch lựa chọn 1.4 Cấu trúc mặt trước đồng hồ kim 1.5 Cấu trúc mặt trước OS-5030 1.6 Cấu trúc mặt sau OS-5030 1.7 Que đo chuyên dụng OS-5030 1.8 Giao diện FG-5030 1.9 Mặt trước nguồn PS1-PSU/EV 11 1.10 Bố trí mở rộng thang đo Ammet thí nghiệm 12 1.11 Bố trí mở rộng thang đo Vonmet thí nghiệm 13 1.12 Bố trí thí nghiệm mạch quay pha RC để đo lệch pha thí nghiệm 14 2.1 Cấu tạo cấu từ điện dạng thực tế 15 2.2 Phần động cấu từ điện 16 2.3 Sơ đồ đo dòng điện chiều 18 2.4 Mở rộng thang đo cho Ammet 19 2.5 Sơ đồ đo điện áp chiều 20 2.6 Sơ đồ mở rộng thang đo cho Vonmet 21 2.7 Các hình ảnh xuất dao động kí 22 2.8 Trường hợp chung xác định thông số chiều dài A,B 23 2.9 Nguyên lý mạch quay pha RC 23 3.1 Ammet từ điện 24 3.2 Vonmet từ điện 25 3.3 Sơ đồ đo nội trở Ammet 26 3.4 Sơ đồ tính điện áp đầu vào 28 3.5 Sơ đồ đo nội trở Vonmet 30 3.6 Mạch quay pha RC theo lý thuyết 31 3.7 Sơ đồ chân Jac cắm nguồn 32 3.8 Quy trình thiết kế mạch điện tử 33 3.9 Mạch điện mơ 34 3.10 Bố trí thí nghiệm mở rộng thang đo cho Ammet 35 3.11 Bố trí thí nghiệm mở rộng thang đo cho Vonmet 36 3.12 Hình ảnh mạch quay pha RC 38 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 Bố trí thí nghiệm mạch quay pha RC để đo góc lệch pha Kết hiển thị hình chiết áp R*=0Ω chế độ quét tuyến tính Kết hiển thị hình chiết áp R*=5,13KΩ chế độ quét tuyến tính Kết hiển thị hình chiết áp R*=10KΩ chế độ quét tuyến tính Kết hiển thị hình chiết áp R*=0Ω chế độ quét sin Kết hiển thị hình chiết áp R*=5,13KΩ chế độ quét sin Kết hiển thị hình chiết áp R*=10KΩ chế độ quét sin 38 39 39 40 40 41 41 LỜI MỞ ĐẦU Kĩ thuật đo lường ngành kĩ thuật có phạm vi rộng, đối tượng đo, môi trường điều kiện đo, dải tần đo, lượng trình đo cấu tạo mạch đo, môn học kĩ thuật đo lường đóng vai trò quan trọng giúp sinh viện có kĩ khả làm việc tốt Trong q trình học tập thực hành thí nghiệm em lựa chọn thực đề tài: “Chế tạo panel thí nghiệm phục vụ mơn học kĩ thuật đo lường” Đề tài gồm chương: Chương 1: Bài thí nghiệm kĩ thuật đo lường Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế thử nghiệm nhận xét CHƯƠNG1: BÀI THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT ĐO LƯỜNG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Bộ thí nghiệm kĩ thuật đo lường góp phần tạo điều kiện cho người thực tiếp xúc với thực tế, áp dụng kiến thức lý thuyết trang bị, nhằm củng cố nắm kiến thức lý thuyết có kĩ ứng dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế trình làm việc sản xuất Bộ thí nghiệm bao gồm: - Thao tác sử dụng số thiết bị trang bị phòng thí nghiệm Đo thơng số tín hiệu Quan sát dạng tín hiệu đo lường tham số tín hiệu sử dụng dao động kí có 1.2 THAO TÁC SỬ DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐƯỢC TRANG BỊ DƯỚI PHỊNG THÍ NGHIỆM 1.2.1 Đồng hồ thị Kim SUNWA-360 ● Cấu trúc Hình 1.1: Đồng hồ kim 360 - Thang chia độ đồng hồ kim gồm có: Hình 1.2: Thang chia độ đồng hồ Kim Cơ cấu từ điện gồm phận tĩnh phận động, vít chỉnh “0”, thang đo đặc điểm thang đo - Chuyển mạch lựa chọn chế độ đo thang đo Hình 1.3: Chuyển mạch lựa chọn Bao gồm vùng lựa chọn thang đo: vùng đo điện áp chiều, vùng đo điện trở , vùng đo dòng điện chiều, ngồi vị trí OFF để ngắt que tắt toàn đồng hồ cất giữ - Các lỗ cắm que đo Lỗ cắm (−) dùng để cắm que đo màu đen Lỗ cắm (+) dùng để cắm que đo màu đỏ - Chiết áp chỉnh “0” Được sử dụng để chỉnh vị trí 0Ω kim vạch chia độ thang đo điện trở trước thực phép đo điện trở, kiểm tra thông mạch kiểm tra tiếp giáp bán dẫn 10 3.1.2.5: Phần nguồn cấp cho Panel thí nghiệm Nguồn cấp cho panel thí nghiệm lấy từ nguồn PS1-PSU/EV Sử dụng đầu S5: 1,3Vdc-24Vdc, 1A, điện áp ổn định điều chỉnh Jack nguồn Panel thí nghiệm có sơ đồ chân hình 3.7: Hình 3.7: Sơ đồ chân jack nguồn 3.2 QUY TRÌNH THIẾT KẾ MẠCH Mạch điện tử thiết kế theo quy trình hình vẽ sau: 41 Hình 3.8: Quy trình thiết kế mạch điện tử Đầu tiên thực thiết kế panel phần mềm Altium mạch điện mơ hình: 42 Hình 3.9: Mạch điện mơ Sau thiết kế mạch điện xong thực chế tạo phim gia công mạch in Công đoạn chế tạo phim bao gồm: Lắp phim vào máy in phim, chuyển đổi file thiết kế Gerber sang file Bitmap, rửa phim sửa phim, cắt phim theo kích thước Cơng đoạn gia công mạch in bao gồm: Cắt phôi đồng, khoan lỗ, chải rửa; đánh bóng, mạ xuyên lỗ, chải rửa, ép cảm quang, lộ sang tia UV Đến bước kết hợp sử dụng phim chế tạo từ công đoạn chế tạo phim thực tiếp bước hình, ăn mòn, tẩy cảm quang, chải rửa, mạ thiết, sấy ủ, phủ mặt lạ hàn, lộ sang, hình, sấy mặt lạ hàn, cắt bảng mạch 3.3.THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ 3.3.1 Thực thí nghiệm phần mở rộng Ammet Với giá trị tính tốn theo lý thuyết, nguồn điện áp chiều lấy từ khối nguồn cấp cho panel thí nghiệm Thực lắp đặt mạch điện thí nghiệm hình 3.10: 43 Hình 3.10: Mạch điện thí nghiệm mở rộng thang đo Ammet từ điện Thực tiến hành thí nghiệm theo bước sau: - B1: Cấp nguồn cho panel thí nghiệm B2: Cắm Jump P2 để lựa chọn mạch mở rộng thang đo cho Ammet từ - điện B3: Cắm Jump P3 B4: Cắm Jump P4 để lựa chọn thí nghiệm với trường hợp K=10, I=5.10−4A - B5: Điều chỉnh chiết áp quan sát để kim đồng hồ Ammet vị trí thang - đo lớn 50µA B6: Rút Jump P3, sử dụng đồng hồ số để chế độ đo dòng điện, thang đo - cỡ µA, đọc ghi lại kết B7: Rút Jump P4, cắm Jump P3 P5 để lựa chọn thí nghiệm với trường I=2,5.10−4 A - hợp K=5, , R=600Ω B8: Điều chỉnh chiết áp quan sát đến kim đồng hồ vị trí thang đo - lớn 50µA B9: Rút Jump P3, sử dụng đồng hồ số để chế độ đo dòng điện, thang đo cỡ µA, đọc ghi lại kết 44 - B10: Rút Jump P5, cắm Jump P3 P6 để lựa chọn thí nghiệm với trường I=10−4A - hợp K=2, , R= 2400Ω B11: Điều chỉnh chiết áp quan sát đến kim đồng hồ vị trí thang - đo lớn 50µA B12: Rút Jump P3, sử dụng đồng hồ số để chế độ đo dòng điện, thang - đo cỡ µA, đọc ghi lại kết B13: Ghi lại kết q trình thí nghiệm vào bảng 3.1: Giá trị Hệ số mở Giá trị thị Kết đo Sai số đện trở sun rộng thang đồng hồ tính theo hệ số mở phép đo (Ω) đo số (µA) 266.67 10 480 rộng (A) 5.10−4 (A) 2.10−5 600 241,4 2,5.10−4 8,6.10−6 2400 96,6 10−4 3,4.10−6 Bảng 3.1: Kết thí nghiệm phần mở rộng thang đo cho Ammet 3.3.2 Thí nghiệm phần mở rộng thang đo cho Vonmet Cũng mạch mở rộng thang đo cho Ammet nguồn điện áp chiều thay đổi giá trị điện áp lấy từ khối nguồn cấp panel thí nghiệm (Đầu S5: 1.3Vdc-24Vdc, 1A), điện trở phụ lấy theo công thức tính hệ số Lắp đặt panel thí nghiệm hình vẽ: Hình 3.11: Bố trí thí nghiệm mở rộng thang đo Vonmet 45 Thực tiến hành thí nghiệm theo bước sau: - B1: Cấp nguồn cho panel thí nghiệm B2: Cắm Jump P7 để lựa chọn thực nghiệm với K=10, U=3V, Rp=28800Ω, chỉnh chiết áp để có giá trị điện áp phù hợp, quan sát - ghi lại kết B3: Rút Jump P7, cắm Jump P8 để lựa chọn thực nghiệm với K=20, - U=6V, Rp=60800Ω, chỉnh chiết áp để có giá trị điện áp phù hợp B4: Rút Jump P8, cắm Jump P9 để lựa chọn thực nghiệm với K=30, - U=9V, Rp=92800Ω, chỉnh chiết áp để có giá trị điện áp phù hợp B5: Ghi kết vào bảng 3.2: Giá trị Hệ số mở Giá trị thị Kết đo Sai số đện trở phụ rộng thang đồng hồ tính theo hệ số mở phép đo (KΩ) 28,8 đo 10 số (V) 3,016 rộng (V) (V) 0,016 60,8 20 6,32 0,32 92,8 20 9,19 0,19 Bảng 3.2: Kết thí nghiệm cuả phần mở rộng thang đo cho Vonmet 3.3.3 Thực thí nghiệm phần mạch quay pha RC ● Trang thiết bị cần thiết để thực thí nghiệm bao gồm thiết bị sau: - Máy sóng Hantek 6022 Bộ tạo sóng chuẩn FG-7002C Panel thí nghiệm Mạch điện thí nghiệm quay pha RC dùng để đo góc lệch pha thiết kế hình 3.12: 46 Hình 3.12: Mạch quay pha RC Hình 3.13: Bố trí thí nghiệm mạch quay pha RC để đo góc lệch pha Các linh kiện mạch quay pha RC có giá trị sau: - R*=10KΩ R1 = R = 10KΩ C=0,1µF Tiến hành thực thí nghiệm đo góc lệch pha mạch điện quay pha RC theo bước sau: a Phương pháp sử dụng chế độ qt tuyến tính: - Bật tạo sóng chuẩn FG-7002C, điều chỉnh nút ấn để có tần số - f= 1Khz Bật máy sóng Hantek 6022, thực cắm que đo chuyên dụng kết nối với máy tính 47 - Thiết lập chế độ đồng thời hai tín hiệu cách chuyển Format chế - độ Y-T Chỉnh Time/DIV 1.000ms Kênh 1(CH1 tín hiệu màu vàng điều chỉnh Vertical 1V, X1) Kênh 2(CH2 tín hiệu màu xanh điểu chỉnh Vertical 1V, X1) Thay đổi giá trị chiết áp R*, quan sát hình máy tính: Khi giá trị chiết áp R*=0Ω Hình 3.14: Kết hiển thị hình chiết áp R*=0Ω chế độ tuyến tính Theo sở lý thuyết xác định góc lệch pha cơng thức: φ= ΔT × 360° = × 360° = 72° T Khi điều chỉnh chiết áp R* đến giá trị R=5,13KΩ Hình 3.15: Kết hiển thị hình chiết áp R*=5,13KΩ chế độ tuyến tính Góc lệch pha xác định theo cơng thức: 48 φ= ΔT 0,4 × 360° = × 360° = 28,8° T Khi điều chỉnh chiết áp R* đến giá trị R=10KΩ Hình 3.16: Kết hiển thị hình chiết áp R*=10KΩ chế độ tuyến tính φ=180° Dễ dàng thấy hai tín hiệu lệch pha góc b Phương pháp sử dụng chế độ quét sin Các bước thiết lập chế độ quét tuyến tính, khác để Format chế độ X-Y Điều chỉnh chiết áp R* thu kết sau: Hình 3.17: Kết hiển thị hình chiết áp R*=0Ω chế độ quét sin 49 Hình 3.18: Kết hiển thị hình chiết áp R*=5,13KΩ chế độ quét sin Hình 3.19: Kết hiển thị hình chiết áp R*=10KΩ chế độ quét sin 3.3.4 Nhận xét đánh giá kết ● Sai số phép đo do: Các giá trị điện trở Sun ( Rs Rp ), điện trở phụ ( ) mắc thêm vào cho Ammet Vonmet thường làm từ hợp kim Magan, điện trở điện trở phục vụ mục đích đo lường, khơng có sẵn thị trường, thường đồng hồ đo thiết bị có điện điện tử Các giá trị điện trở tìm thị trường :1; 1.2; 1.5;1.8; 2; 2.2; 2.7; 3.3; 3.9; 4.7; 5.6; 6.8; 8.2 Vì ta khơng thể tìm giá trị điện Rs , Rp tính thị trường, ta phải mắc nối tiếp song song để đượ giá trị điện trở phục vụ cho mạch điện ta 50 Các thiêt bị, linh kiện đo có độ sai số định Ngồi q trình thao tác thực thí nghiệm gây sai số cho phép đo KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trong thời gian thực đồ án, với giúp đỡ nhiều thầy hướng dẫn, góp ý bạn bè nỗ lực thân, đồ án hoàn thành tiến độ Đồ án thực thể em mong muốn Quá trình thực đồ án giúp em mở rộng nhiều kiến thức việc thiết kế mạch, lập trình, kĩ thuật hàn, chọn linh kiện,… Những kiến thức quan sát mà chưa bắt tay vào thực cảm thấy đơn giản Tuy nhiên, bắt tay vào thực nảy sinh nhiều vấn đề, dẫn đến mơ hình khơng chạy chạy sai Em thấy thời gian làm đồ án thực hữu ích nhiều Em học tập nhiều kiến thức bổ ích, kinh nghiệm thiết kế, chế tạo mạch điện tử liên qua đến kĩ thuật đo lường KIẾN NGHỊ Đồ án hồn thành mức độ đó, vốn kiến thức trình độ hạn hẹp nên chắn có nhiều thiếu sót Vì vậy, em mong có nhận xét, đánh giá, góp ý q báu thầy bạn để đồ án thêm hoàn thiện 51 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Th.s Ngô Xuân Hường, Tài liệu “ Hướng dẫn thí nghiệm mơn học kĩ thuật đo lường ”, NXB Hàng Hải Th.s Ngô Xuân Hường, Bài giảng “ Kĩ thuật đo lường ”, NXB Hàng Hải TS Nguyễn Hữu Công, Sách “ Kĩ thuật đo lường ”, NXB Đại học Quốc gia Hà Nơi 53 NHẬN XÉT TĨM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Tinh thần thái độ, cố gắng sinh viên trình thực Đồ án/khóa luận: Đánh giá chất lượng Đồ án/khóa luận tốt nghiệp (so với nội dung yêu cầu đề mặt: lý luận, thực tiễn, chất lượng thuyết minh vẽ): Chấm điểm giảng viên hướng dẫn (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày tháng năm 20 Giảng viên hướng dẫn ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN Đánh giá chất lượng Đồ án/khóa luận tốt nghiệp mặt: thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý thuyết, vận dụng vào điều kiện cụ thể, chất lượng thuyết minh vẽ, mơ hình (nếu có) …: Chấm điểm người phản biện (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày tháng năm 20 Người phản biện ... trình học tập thực hành thí nghiệm em lựa chọn thực đề tài: Chế tạo panel thí nghiệm phục vụ mơn học kĩ thuật đo lường Đề tài gồm chương: Chương 1: Bài thí nghiệm kĩ thuật đo lường Chương 2: Cơ... đối tượng đo, môi trường điều kiện đo, dải tần đo, lượng trình đo cấu tạo mạch đo, môn học kĩ thuật đo lường đóng vai trò quan trọng giúp sinh viện có kĩ khả làm việc tốt Trong trình học tập thực... sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế thử nghiệm nhận xét CHƯƠNG1: BÀI THÍ NGHIỆM KĨ THUẬT ĐO LƯỜNG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Bộ thí nghiệm kĩ thuật đo lường góp phần tạo điều kiện cho người thực tiếp xúc