GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ QUỐC GIA VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ DẦU KHÍ GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN -Năm 2009- Lời giới thiệu: Đo lường điện môn học thiếu nhiều ngành học Điện công nghiệp, Điện tử, Tự động hóa Mơn học giúp người học biết cách đo đạc xác giá trị đại lượng điện sử dụng kĩ thuật thiết bị đo lường Ngồi quy trình điều khiển tự động bao gồm thiết bị đo lường nhằm đo đạc truyền tín hiệu đến khối để xử lí điều khiển Giáo trình biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu tài liệu học tập cho học viên để thống nội dung giảng dạy môn Đo lường điện trường Cao Đẳng Nghề Dầu Khí Về nội dung, giáo trình biên soạn gồm chương dựa theo tài liệu trường nghề nước số tài liệu nước ngồi Giáo trình đề cập đến vấn đề đo lường sai số, cấu đo, nguyên lí đo đại lượng điện, mạch đo, thiết bị đo Giáo trình biên soạn với cộng tác giáo viên giảng dạy môn Đo Lường Điện trường Cao Đẳng Nghề Dầu Khí Tuy cố gắng nhiều việc trình bày nội dung giáo trình khó tránh khỏi sai sót nên chúng tơi mong ý kiến đóng góp quý đồng nghiệp, em học viên để lần tái sau hoàn thiện Xin chân thành cám ơn giúp đỡ bạn đồng nghiệp, tác giả tài liệu mà tham khảo điều kiện thuận lợi mà Phòng Đào tạo trường Cao Đẳng Nghề Dầu Khí dành cho chúng tơi để giáo trình sớm mắt bạn đọc Thay mặt đồng nghiệp Trần Đại Nghĩa (Trang trắng) Đo lường điện Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐO LƯỜNG 1.1 Khái niệm ý nghĩa đo lường 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Ý nghĩa đo lường 1.2 Phân loại đại lượng đo lường 1.2.1 Đại lượng điện 1.2.2 Đại lượng không điện 1.3 Chức đặc tính thiết bị đo lường 1.3.1 Chức thiết bị đo lường 1.3.2 Đặc tính thiết bị đo lường 1.4 Phân loại phương pháp đo lường 1.5 Sơ đồ tổng quát hệ thống đo lường 1.6 Sự chuẩn hóa đo lường 1.6.1 Ý nghĩa chuẩn hóa 1.6.2 Các cấp chuẩn hóa 1.7 Sai số đo lường 1.7.1 Nguyên nhân gây sai số 1.7.2 Phân loại sai số 1.7.3 Cách tính biểu diễn sai số Đo lường điện (Trang trắng) Đo lường điện Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐO LƯỜNG 1.1 Khái niệm ý nghĩa đo lường 1.1.1 Khái niệm: Đo lường khái niệm mang ý nghĩa rộng thực tế phương cách nhằm nắm bắt đặc tính đối tượng xem đo lường Đo lường điện phần nhỏ khái niệm chung đó, trình thu nhận, biến đổi đại lượng cần đo thành tín hiệu điện xử lí để phù hợp với quan sát điều khiển Vì đo lường khâu trình điều khiển nên kết đo có xác điều khiển xác Do vậy, đo lường khơng phải nắm bắt đủ mà phải đặc tính đối tượng Đo lường điện ứng dụng lĩnh vực điều khiển, lĩnh vực mang đặc trưng riêng so với lĩnh vực khác đo lường điện mang đặc điểm riêng Để có thơng số đối tượng ta tiến hành đo đọc trực tiếp giá trị thơng số trên thiết bị đo, cách đo gọi đo trực tiếp có ta khơng thể đo trực tiếp đối tượng cần đo mà phải đo gián tiếp thông qua thơng số trung gian sau dùng cơng thức biểu thức tốn học để tính đại lượng cần tìm 1.1.2 Ý nghĩa đo lường: Đo lường nói chung đo lường điện nói riêng có ý nghĩa vô quan trọng đời sống người Trước khống chế điều khiển đối tượng người cần phải nắm bắt đầy đủ xác thơng số đối tượng đó, điều thực nhờ vào trình đo lường 1.2 Phân loại đại lượng đo lường Trong lĩnh vực đo lường điện, dựa vào tính chất đại lượng đo phân làm hai loại đại lượng điện đại lượng không điện 1.2.1 Đại lượng điện: Gồm hai loại: Đại lượng điện tác động (active): Là đại lượng mang lượng điện điện áp, dòng điện, công suất Khi đo đại lượng này, thân lượng chúng cung cấp cho mạch đo Do ta không cần cung cấp thêm lượng từ phía ngồi Trong trường hợp lượng từ đối tượng cần đo lớn gây hư hỏng cho mạch đo ta phải giảm nhỏ cho phù hợp Ngược lại, lượng nhỏ cần phải khuyếch đại cho đủ lớn trước đưa vào mạch đo Đại lượng điện thụ động (passive): Là đại lượng không mang lượng điện đại lượng điện trở, điện dung, điện cảm, hỗ cảm Khi tiến hành đo đại lượng phải cung cấp lượng cho mạch đo cách dùng pin nguồn điện Chú ý suốt trình đo ta phải đảm bảo lượng cung cấp ổn định liên tục 1.2.2 Đại lượng khơng điện: Con người ln có ham muốn khống chế đối tượng xung quanh theo ý hầu hết đối tượng dạng không điện nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, độ pH, nồng độ, áp suất Việc điều khiển thực đơn giản tay, xu hướng cơng nghiệp hóa việc điều khiển có liên Đo lường điện quan đến máy móc tín hiệu điện Do muốn điều khiển chúng, ta phải thực việc chuyển đổi đại lượng từ không điện thành đại lượng điện sau đưa vào mạch điện để xử lí tiếp Việc chuyển đổi thực nhờ vào cảm biến (sensor) chuyển đổi (transducer), nguyên tắc phải đảm bảo phản ánh trung thực thay đổi đại lượng không điện ngõ vào 1.3 Chức đặc tính thiết bị đo lường 1.3.1 Chức thiết bị đo lường: Hầu hết thiết bị đo có chức thị kết đo đại lượng khảo sát Ngồi ra, kết ghi lại suốt q trình đo, dùng làm tín hiệu điều khiển đại lượng khác theo ý muốn (Giám sát q trình _ Process Measurement) 1.3.2 Đặc tính thiết bị đo lường: Mỗi loại thiết bị đo có đặc tính riêng nhằm phân biệt với thiết bị đo khác Một số đặc tính thiết bị đo như: Nguyên lí đo, cách thị kết quả, tính chất mạch giao tiếp ngõ vào, khả xử lí kết 1.4 Phân loại phương pháp đo lường Phương pháp đo lường hiểu cách thức nhằm lấy giá trị đại lượng cần đo Một cách tổng quát chia phương pháp đo thành loại: Phương pháp đo gián tiếp: Phải thông qua đại lượng liên quan đến đại lượng cần đo Giá trị đại lượng cần đo tính cơng thức liên hệ với đại lượng có liên quan Phương pháp đo trực tiếp: Không cần thông qua đại lượng khác mà trực tiếp đo đối tượng Chẳng hạn ta dùng Volt kế Ampe kế để đo điện áp rơi dòng điện chạy qua U linh kiện điện trở, sau sử dụng cơng thức R = I để tính giá trị R, cách đo gián tiếp, dùng Ohm kế đo giá trị R, gọi cách đo trực tiếp Một điều cần lưu ý việc phân biệt phương pháp đo trực tiếp gián tiếp mang ý nghĩa tương đối Tức là, xét khía cạnh xem phương pháp đo thực trực tiếp xét mặt khác khơng trực tiếp Chẳng hạn dùng đồng hồ điện tử (DMM) đo dòng điện chạy qua điện trở việc dùng chức đo dòng điện đồng hồ xem cách đo trực tiếp, xét kĩ mặt cấu tạo nó: đại lượng điện ngõ vào chuyển thành tín hiệu điện áp trước đưa vào mạch đo đồng hồ dòng điện rõ ràng đo gián tiếp thông qua đại lượng trung gian điện áp 1.5 Sơ đồ tổng quát hệ thống đo lường ĐẠI LƯỢNG CẦN ĐO CẢM BIẾN MẠCH ĐO HIỂN THỊ, LƯU TRỮ, ĐIỀU KHIỂN Đo lường điện Đại lượng cần đo: Là thơng số, tính chất đối tượng cần đo, chúng tồn dạng điện không điện Cảm biến: Là linh kiện, thiết bị có nhiệm vụ chuyển đổi đại lượng cần đo thành đại lượng điện trước truyền đến khối xử lí Mạch đo: Tập hợp phận giao tiếp, khuyếch đại, chuyển đổi để biến tín hiệu điện ngõ vào cho phù hợp với khối hiển thị, lưu trữ, điều khiển Hiển thị, lưu trữ, điều khiển: Là phần sau hệ thống đo lường giúp người vận hành quan sát nhận biết giá trị đại lượng đo, lưu trữ lại để xử lí sau, điều khiển tự động thiết bị khác 1.6 Sự chuẩn hóa đo lường 1.6.1 Ý nghĩa chuẩn hóa: Mục đích công việc đo lường nhằm lấy thông số thực đối tượng cần đo Muốn vậy, người sử dụng giác quan mà cần phải dùng đến thiết bị đo Thiết bị đo cung cấp nhà chế tạo, trước xuất xưởng chúng kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt Nhưng đến tay người sử dụng thiết bị đo phải trải qua trình vận chuyển, tác động q trình ảnh hưởng đến chất lượng chí làm giảm cấp xác thiết bị Về phía người sử dụng ln mong muốn thiết bị có cấp xác thật cao Nhưng thiết bị xác cấu tạo phức tạp giá thành đắt Như người sử dụng phải biết mức độ công việc đòi hỏi thiết bị đo với cấp xác vừa đủ Khi phân tích hiểu rõ yêu cầu mình, người sử dụng tiết kiệm đáng kể chi phí, thời gian tăng hiệu sử dụng thiết bị Để đánh giá chất lượng thiết bị cách khách quan xác, Trung tâm kiểm định thành lập nhằm cấp giấy chứng nhận chất lượng cho thiết bị Việc kiểm định chất lượng thực chuẩn hóa (Calibration) cơng việc cần thiết trước đưa thiết bị vào sử dụng Như trình bày trên, tùy theo cơng việc cụ thể người sử dụng mà thiết bị phục vụ cần cấp xác tương ứng Do cần có nhiều cấp chuẩn hóa khác để kiểm định chất lượng thiết bị mức độ khác Việc phân cấp cần thiết đảm bảo tiết kiệm kinh tế thời gian cho bên liên quan 1.6.2 Các cấp chuẩn hóa: Việc chuẩn hóa thiết bị xác định theo cấp sau: Cấp 1: Chuẩn quốc tế (International standard) Các thiết bị đo lường cấp chuẩn quốc tế định chuẩn Trung tâm đo lường quốc tế đặt Paris (Pháp) Các thiết bị đo lường chuẩn hóa cấp theo định kỳ đánh giá kiểm tra lại theo trị số đo tuyệt đối đơn vị vật lý hội nghị quốc tế đo lường giới thiệu chấp nhận Cấp 2: Chuẩn quốc gia (National standard) Các thiết bị đo lường Viện định chuẩn quốc gia quốc gia khác giới chuẩn hóa theo chuẩn quốc tế Các thiết bị định chuẩn Viện định chuẩn quốc gia mang chuẩn quốc gia Cấp 3: Chuẩn khu vực (Zone standard) Trong quốc gia có nhiều Trung tâm định chuẩn cho khu vực (standard zone center) Các thiết bị đo lường trung tâm đương nhiên phải mang Đo lường điện chuẩn quốc gia Những thiết bị đo lường định chuẩn Trung tâm định chuẩn mang chuẩn khu vực Cấp 4: Chuẩn phòng thí nghiệm (Lab standard) Trong khu vực chuẩn hóa có phòng thí nghiệm cơng nhận để chuẩn hóa thiết bị dùng sản xuất công nghiệp Như thiết bị chuẩn hóa phòng thí nghiệm có chuẩn phòng thí nghiệm Do thiết bị đo lường sản xuất định chuẩn cấp mang chất lượng tiêu chuẩn đo lường cấp Một thiết bị sau định chuẩn đem sử dụng sau khoảng thời gian định phải kiểm định cấp giấy chứng nhận chất lượng lại Nói cách khác giấy chứng nhận chất lượng có giá trị thời hạn định 1.7 Sai số đo lường Khi phép đo không lấy giá trị thực đại lượng cần đo, ta nói phép đo mắc sai số Có thể khẳng định tất phép đo mắc sai số Thiết bị đo dù có chất lượng cao đến mắc sai số, khác sai số lớn hay bé mà thơi 1.7.1 Ngun nhân gây sai số: Nguyên nhân chủ quan: Là nguyên nhân người thực phép đo gây khơng nắm vững ngun lí đo, khơng đảm bảo điều kiện đo, ghi sai kết đo Nguyên nhân khách quan: Là nguyên nhân lại (không phải nguyên nhân chủ quan) Sai số nguyên nhân khách quan gây thường phức tạp, thiết bị đo tác động từ phía mơi trường ngồi ảnh hưởng lên trình đo 1.7.2 Phân loại sai số: Sai số thơ: Khi phép đo cho kết có chênh lệch cách rõ rệt vơ lí so với giá trị có đại lượng cần đo sai số gọi sai số thô Sai số thô xuất điều kiện phép đo bị vi phạm, sơ xuất của người làm thí nghiệm, chấn động từ phía ngồi Ví dụ đọc số liệu bị nhầm vị trí dấu phẩy đọc sai số liệu đo Sai số thô dễ dàng nhận biết ta thực phép đo đại lượng nhiều lần, lần đo có giá trị khác biệt rõ rệt với lần đo khác chắn phép đo mắc sai số thô Khi gặp sai số thô ta mạnh dạn loại bỏ chúng khỏi bảng số liệu Do vậy, phần tính tốn sai số ta ln đảm bảo kết đo không chứa sai số thô Sai số hệ thống: Sai số hệ thống loại sai số thân dụng cụ đo gây Sai số ảnh hưởng thường xuyên có quy luật lên kết đo Do ta loại trừ giảm nhỏ sai số hệ thống Người ta thường chia sai số hệ thống thành hai loại: • Loại sai số hệ thống mà ta biết nguyên nhân độ lớn Sai số xuất dụng cụ đo bị sai lệch Chẳng hạn, chưa có dòng điện chạy qua mà kim đồng hồ Ampe kế 0,1A, chưa kẹp vật cần đo chiều dài vào thước kẹp mà thước cho chiều dài 0,1mm v.v Sai số khử cách hiệu chỉnh kết (cộng thêm trừ bớt kết với lượng sai số) Đo lường điện • Loại sai số hệ thống mà ta biết nguyên nhân xác độ lớn Sai số phụ thuộc vào cấp xác dụng cụ đo Mỗi dụng cụ đo có cấp xác định Ví dụ nhiệt kế có ghi 0,5oC, đo nhiệt độ vật mà giả sử nhiệt kế 20oC nhiệt độ xác vật giá trị nằm khoảng 19,5oC ÷ 20,5oC Cách tính sai số hệ thống: Trên số dụng cụ đo có ghi rõ sai số hệ thống tối đa mắc phải, ví dụ thước kẹp có ghi 0,05mm sai số hệ thống thước kẹp Đối với dụng cụ mà sai số hệ thống không ghi rõ (trừ dụng cụ điện), đánh giá sai số hệ thống 1/2 độ chia nhỏ dụng cụ đo Nếu độ chia có giá trị nhỏ ta lấy độ chia làm sai số hệ thống thiết bị đo Đối với dụng cụ đo điện (Ampe kế, Volt kế ) sai số hệ thống ∆Xh mắc phải đo tính theo cơng thức: ∆Xh = k.Xm k: Cấp xác dụng cụ đo Xm: Giá trị cực đại thang đo dụng cụ gọi giá trị định mức Xđm Sai số áp dụng cho toàn thang đo Nghĩa dùng thang đo để đo đại lượng điện có giá trị lớn hay nhỏ bị sai số tác động lên Do sử dụng dụng cụ đo điện, cần thiết chọn tầm đo thích hợp cho kim dụng cụ gần với giá trị cực đại thang đo độ xác phép đo cao, thấy kim lệch ta nên chuyển tầm đo để kim nằm khoảng 1/3 thang đo tính từ phải sang Sai số ngẫu nhiên: Sai số phép đo mắc phải ta loại trừ nguyên nhân sai số thô sai số hệ thống gọi sai số ngẫu nhiên Sai số ngẫu nhiên nhiều yếu tố gây mà ta tách riêng tính riêng chúng Các yếu tố thường ảnh hưởng đến kết quả, chúng biến đổi bất thường không theo quy luật Chẳng hạn giác quan người làm thí nghiệm khơng tinh, khơng nhạy dẫn đến không phân biệt chỗ trùng hai vạch chia thước kẹp, tính thời gian không bấm đồng hồ lúc thời điểm xảy tượng, điều kiện thí nghiệm thay đổi cách ngẫu nhiên ta biết mà dẫn đến kết đo mắc sai số Ví dụ đo cường độ dòng điện mạch điện có điện áp thăng giáng nhiệt độ, áp suất phòng ln thay đổi mà ta khơng phát làm cho kết đo bị thăng giáng Sai số ngẫu nhiên có độ lớn chiều thay đổi hỗn loạn, khử chúng khỏi kết khơng biết chúng cách chắn Muốn loại trừ phải sử dụng phương pháp lý thuyết xác suất thống kê, có xác suất tính ảnh hưởng chúng đến kết phép đo từ có biện pháp giảm nhỏ sai số 1.7.3 Cách tính biểu diễn sai số: Sau loại trừ sai số thơ, phép đo đại lượng mắc phải sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên Sai số tổng hợp phép đo tổng hai loại sai số trên: ∆X = ∆Xh + ∆Xn Qua nghiên cứu sai số phép đo, người ta nhận thấy rằng: • Số lần xuất sai số ngẫu nhiên có độ lớn trái dấu nhau Đo lường điện Khi vận chuyển xa, phải nối tắt mạch khung dây cấu đo để hạn chế chấn động mạnh giảm dao động khung dây Sau thời gian sử dụng, cần hiệu chỉnh lại thang đo theo qui định 7.1.3 Các đức tính cần thiết q trình sử dụng: Một thiết bị đo có cấp xác phù hợp với cơng việc người sử dụng biết cách sử dụng thiết bị chưa coi đủ Một điều không phần quan trọng tính cẩn thận người sử dụng thiết bị đo, tính cẩn thận điều cần thiết ln phải có ảnh hưởng đến kết đo, an toàn thiết bị độ bền thiết bị Ngồi tính cẩn thận ảnh hưởng lớn đến an tồn cho người sử dụng 7.2 Đồng hồ đo điện vạn (VOM) 7.2.7 Giới thiệu: Đồng hồ đo điện vạn (VOM – Volt Ohm Milliammeter) loại đồng hồ đo dựa cấu từ điện để thực đo lường nhiều đại lượng dòng điện chiều, điện áp chiều, điện áp xoay chiều, điện trở, điện dung, điện cảm VOM thuộc loại đồng hồ đo tương mạch đo thị kết dạng liên tục không gián đoạn Đồng hồ VOM thông dụng thực tế nhỏ gọn, có nhiều tính năng, dễ sử dụng Có nhiều hãng sản xuất VOM với chức giống khác số lượng đại lượng đo chất lượng cấp xác đồng hồ đo 7.2.8 Sơ lược cấu tạo VOM: VOM dựa thành phần cấu từ điện Phần thị có kim mảnh gắn liền với khung dây, hai đầu khung dây gắn với hai lò xo xoắn để vừa tiếp điện cho khung dây vừa tạo moment cản Lò xo xoắn thường làm từ vật liệu khơng từ tính (như đồng pha thiếc) để tránh ảnh hưởng từ trường Lò xo có đầu gắn cố định vào phận điều chỉnh, núm chỉnh mặt đồng hồ để điều chỉnh kim vị trí zero trước đo Khi có dòng điện chạy qua khung dây khung dây tương tác với từ trường nam châm vĩnh cửu khiến cho khung dây quay làm cho kim thị quay theo đến moment quay cân với moment cản lò xo kim dừng lại giá trị đại lượng cần đo thang đo Trên mặt thang chia độ người ta gắn thêm gương, điều nhằm giúp người dùng đọc kết đo xác Nghĩa nhìn thấy kim ảnh gương trùng lúc đường thẳng từ mắt người đọc đến kim vng góc với mặt thang chia độ kết đọc khơng bị sai biệt hướng nhìn người đọc Trên mặt đồng hồ có núm xoay (gallet) để thay đổi chức đo tầm đo cho phù hợp với u cầu đo Ngồi ra, để tăng cấp xác, VOM có mạch phân tầm đo để thích hợp với đại lượng lớn nhỏ khác 7.2.9 Nguyên lí đo VOM: Dựa ngun lí có dòng điện chạy qua khung dây sinh lực từ moment quay làm di chuyển kim thị Khi cần đo đại lượng khác điện áp chiều, điện áp xoay chiều , thông qua mạch đo VOM chuyển đổi đại lượng thành dòng điện chiều trước đưa đến cấu Kim dừng lại có cân moment quay moment cản lò xo, thực kim không dừng mà dao động quanh điểm cân bằng, lúc khung nhôm cắt ngang đường sức từ trường làm xuất dòng điện Foucoult, dòng điện tác dụng với từ trường khe hở sinh 103 Đo lường điện moment để dập tắt dao động giúp cho kim ổn định nhanh chóng vị trí cân dòng điện Foucoult biến nên khơng ảnh hưởng đến góc quay kim 7.2.10 Hướng dẫn sử dụng: Trong phần giới thiệu cụ thể VOM có tính đại Chú thích phận mặt VOM: Nút đọ chuẩn zero Ohm Nút nhấn tương đương với việc chập hai que đo lại Đế cắm thử transistor Lỗ cắm COM (-) để cắm que đo màu đen tất phép đo Vít chỉnh zero kim thị để đảm bảo kim nằm vị trí zero chưa đưa tín hiệu đo vào VOM Núm chỉnh zero Ohm Núm xoay chuyển mạch (gallet) để chọn chức đo thay đổi tầm đo Lỗ cắm 10ADC để cắm que đo màu đỏ sử dụng thang đo 10 ADC Lỗ cắm V, Ω, A (+) để cắm que đo màu đỏ tất phép đo ngoại trừ thang đo 10ADC 104 Đo lường điện Đồng hồ đo vạn VOM 105 Đo lường điện 7.2.11 Sử dụng VOM đo phần tử mạch điện: Đo điện trở: Đơn vị điện trở Ω (đọc ôm) 1=1Ω K = KΩ = 1000 Ω M = 1000 K = 1000.000 Ω Điện trở bị hư thường làm việc công suất thời gian dài khiến đứt cháy xém Ngồi trị số điện trở bị thay đổi theo thời gian sử dụng, môi trường làm việc … Các bước dùng VOM đo điện trở: • Chuyển gallet thang đo điện trở • Triệt tiêu nguồn điện phần tử cần đo điện trở • Đặt hai que đo vào hai đầu điện trở, không cần phân biệt cực tính (+), (-) • Quan sát kim thị điều chỉnh tầm đo cho kim nằm khoảng 2/3 tính từ phải qua • Chập que đo, điều chỉnh nút Zero Adjust cho kim điểm Zero • Đặt lại hai que đo vào hai đầu điện trở • Đọc trị số thang đo Ω, nhân với hệ số ghi tầm đo để giá trị thực điện trở • Sau đo, ta nên làm tròn giá trị chuẩn gần • Trị số tiêu chuẩn điện trở: 0, 1, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.1, 5.6, 6.8, 8.2 … Chú ý: • Khi đo điện trở nằm mạch điện, cần tháo rời chúng để tránh ảnh hưởng điện trở tương đương mạch mắc song song với • Tránh cầm tay vào hai đầu điện trở làm ảnh hưởng đến kết đo • Mỗi lần thay đổi tầm đo cần phải chỉnh zero trước đo • Tùy vào tầm đo sử dụng mà nhân thêm hệ số tầm đo • Tại thang đo điện trở, que đo đỏ cực (-) que đo đen cực (+) nguồn pin VOM Kiểm tra tính liên tục mạch điện: Đôi ta dùng thang đo điện trở để kiểm tra tính liên tục mạch điện Hai điểm A B xem liên tục với điện trở đo hai điểm nằm phạm vi chấp nhận Chẳng hạn ta cần xác định tính liên tục dây quấn máy điện, đường dây điện, tiếp điểm cơng tắc, cầu chì, dây tóc bóng đèn … Trường hợp đặc biệt điện trở đo ≈ [Ω] gọi thơng mạch Để kiểm tra tính liên tục mạch điện ta làm theo bước sau: • Chuyển gallet thang đo điện trở • Chập que đo kiểm tra mức độ dịch chuyển kim • Đặt hai que đo vào hai điểm A, B • Quan sát dịch chuyển kim, kết luận tính liên tục mạch điện Trong mạch điện tử, chân nối với sợi dây xem thông mạch Khi đo điện trở hai chân kim phải lên, khơng lên hàn chưa dính đường mạch bị đứt Ngoài cần ý đặc biệt đến thông mạch với đường cấp nguồn, nghĩa tất chân thông mạch với đường nguồn đo phải lên kim, chân khơng thơng 106 Đo lường điện mạch với đường nguồn tuyệt đối không lên kim, hai đường cấp nguồn (+), (-) không cho phép lên kim kiểm tra tính thơng mạch chúng Đo tụ điện: Đơn vị tụ điện là: F (farad) µF; uF (micro Farad) nF (nanô Farad) pF (picô Farad) F = 106 µF = 109 nF = 1012 pF Trị số tiêu chuẩn tụ điện: 0uF, 1uF, 1.2uF, 1.5uF, 1.8uF, 2.2uF, 2.7uF, 3.3uF, 3.9uF, 4.7uF, 5.6uF, 6.8uF, 8.2uF Kiểm tra tụ điện phân cực tính: Tụ điện hư có độ rò rỉ điện q mức cho phép khiến điện tích mau chóng bị mất, bị khơ, đứt khiến điện dung sai lệch nhiều Nguyên nhân làm tụ điện bị hư thường hoạt động mức điện áp vượt trị số quy định thời gian dài đặt môi trường không thuận lợi nhiệt độ, độ ẩm … • Chuyển gallet thang đo điện trở • Chọn tầm đo phù hợp: C = uF ÷10 uF chọn tầm đo x10K C = 10 uF ÷100 uF chọn tầm đo x1K, x10K C = 100 uF ÷1000 uF chọn tầm đo x100, x1K C ≥ 1000 uF chọn tầm đo x10, x100 • Đặt que (+) đồng hồ kim vào cực (-) tụ điện đặt que (-) đồng hồ kim vào cực (+) tụ điện • Quan sát di chuyển kim: Nếu kim dịch chuyển 0Ω sau lại quay ∞: tụ tốt Nếu kim không lên kim lên mà không quay ∞: tụ bị hỏng Kiểm tra tụ điện không phân cực tính: Thường dùng đồng hồ số để kiểm tra giá trị trở kháng tụ, chênh lệch nhiều với giá trị tụ tốt đo trước tụ bị rò rỉ, khơ đứt Đo cuộn cảm: Để đo giá trị độ tự cảm ta phải dùng đến thiết bị chuyên dùng dùng phương pháp đo gián tiếp để tính độ tự cảm Tuy nhiên, xác định cuộn cảm có bị đứt hay khơng cách chuyển thang đo điện trở, giá trị đo Ω cuộn cảm khơng đứt ngược lại cuộn cảm bị đứt Kiểm tra diode bán dẫn: Ohm kế dùng để kiểm tra nhanh diode bán dẫn xem tốt khơng xác định cực tính A, K • Chuyển thang đo điện trở tầm đo X1K • Đặt que đen vào đầu diode, que đỏ đặt vào đầu lại, ghi nhận giá trị • Tráo hai đầu que đo, thực tương tự Một diode tốt có điện trở khác biệt rõ phân cực tính theo hai chiều, điện trở đo lần khoảng 700Ω ÷ 2KΩ, lần từ trăm KΩ trở lên: diode tốt Thông thường: Rthuận < [KΩ], Rngược > [MΩ] 107 Đo lường điện Nếu lần đo cho giá trị nhỏ lớn: diode hỏng Kiểm tra transistor: Transistor linh kiện điện tử có cực: E, B C Chúng thuộc hai loại PNP NPN Mặc dù với kinh nghiệm nhìn vào hình dạng bên ngồi ta đốn tên cực transistor, điều lúc cần phải có đồng hồ để xác định tên cực transistor theo ba bước sau: • Xác định cực B: - Chuyển gallet thang đo điện trở - Đối với cặp chân transistor khác ta tiến hành đo thuận đo nghịch - Cặp chân cho điện trở hai lần đo thuận đo ngược vài trăm KΩ cặp chân C E, chân lại chân B • Xác định loại NPN (thuận) hay PNP (nghịch): - Đặt que đen (cực dương nguồn pin) vào chân B, que đỏ vào hai chân C E - Nếu kim lên transitor thuộc loại NPN, khơng lên transistor thuộc loại PNP • Xác định cực C E - Chuyển đến tầm đo x10K - Đặt hai que đo vào hai chân C, E đo điện trở theo hai chiều thuận, nghịch Khi thấy lần đo có điện trở nhỏ nguyên que đo, chân nối vào que đen chân E (nếu transistor lại NPN), chân nối vào que đỏ chân E (nếu transistor loại (PNP) - Chân lại chân C Xác định hư hỏng transistor: Ta thực kiểm tra cặp cực BE, BC giống thao tác kiểm tra mối nối diode, riêng cặp chân CE điện trở phân cực theo hai chiều phải > [MΩ] Nếu điện trở khơng đạt kết luận transistor bị hư Đôi transistor lúc chưa gắn vào mạch kiểm tra thấy bình thường làm việc nhiệt độ transistor tăng cao lúc khơng bình thường 7.2.12 Phân tích sơ đồ đồng hồ đo vạn (VOM): Ngun tắc phân tích sơ đồ: • Quan sát nhận diện linh kiện sơ đồ Xác định chức đo Xác định nấc chuyển mạch thuộc chức đo • Xoay chuyển mạch qua nấc chức đo để xác định linh kiện có tham gia vào mạch đo • Thực vẽ sơ đồ cho chức đo Sơ đồ phải đảm bảo đủ số linh kiện tham gia, rõ ràng, dễ hiểu đảm bảo tính khoa học • Dựa vào sơ đồ ngun lí, giải thích nhiệm vụ hoạt động linh kiện mạch Chú ý: • Tại thời điểm, chuyển mạch nằm vị trí định • Trong q trình vẽ sơ đồ hồn chỉnh, phải dùng thêm sơ đồ trung gian (Sơ đồ trung gian sơ đồ có đầy đủ linh kiện thang đo chưa xếp theo trật tự hợp lí rõ ràng) 108 Đo lường điện Ví dụ: Hãy vẽ sơ đồ cho chức đo phân tích nhiệm vụ linh kiện đồng hồ đo vạn có sơ đồ nguyên lí sau: Hướng dẫn: Phân tích sơ đồ thành sơ đồ cho chức năng: 109 Đo lường điện 7.3 Đồng hồ đo điện tử (DMM) 7.3.1 Giới thiệu: Đồng hồ đo điện tử (DMM _ Digital MultiMeter) loại đồng hồ đo có chức tương tự đồng hồ đo VOM mạch đo dựa kĩ thuật số Nhìn chung DMM có nhiều ưu điểm VOM xác hơn, tổng trở vào lớn, tự động chỉnh thang đo, độ phân giải cao, dễ quan sát kết quả, lưu trữ xử lí liệu Tuy nhiên khó sửa chữa, giá thành cao nên thơng dụng VOM 7.3.2 Sơ lược cấu tạo DMM: Trong DMM có mạch chuyển đổi tương tự sang số ADC để biến tín hiệu tương tự cần đo ngõ vào thành tín hiệu số sau đưa đến mạch lưu trữ, xử lí cho tín hiệu thích hợp kích phận hiển thị làm lên số hình tinh thể lỏng LCD điều khiển kim thị quay góc tương ứng thang đo Một phát xung chuẩn cung cấp xung cho khối hoạt động đồng 7.3.3 Nguyên lí đo DMM: Khác với VOM, đồng hồ đo điện tử DMM dựa sở điện áp để tính giá trị đại lượng cần đo Do đại lượng dòng điện, điện trở, điện cảm chuyển thành tín hiệu điện áp chiều trước đưa vào mạch xử lí 7.3.4 Hướng dẫn sử dụng: Trong phần giới thiệu DMM điển hình có tính đại Chú thích phận mặt DMM: Màn hiển thị tinh thể lỏng LCD Nút nhấn mở nguồn Nút nhấn Data hold để giữ lại giá trị đo hiển thị Nút Peak hold để lấy giá trị lớn đại lượng đo Nút AC-CAP lựa chọn đại lượng đo điện áp xoay chiều điện dung Núm xoay chuyển mạch (gallet) chọn chức đo thay đổi tầm đo Đế cắm thử tụ điện Đế cắm thử transistor Lỗ cắm que đo màu đỏ đo dòng điện bé 20 [A] 10 Lỗ cắm que đo màu đỏ đo dòng điện bé 200 [mA] 11 Lỗ cắm que đo màu đen tất phép đo 12 Lỗ cắm que đo màu đỏ đo V, Ω, tần số f 110 Đo lường điện Đồng hồ đo điện tử DMM 111 Giáo trình: Đo Lường Điện 7.4 Dao động ký (OSCILLOSCOPE) 7.4.1 Giới thiệu: Dao động ký thiết bị đo đại, thể dạng sóng tín hiệu cần đo hình để quan sát từ tính độ lớn tín hiệu Vì dao động ký gọi máy sóng Dao động ký có kích thước lớn đắt tiền nên sử dụng cơng việc thiết kế cần đo đạc xác dạng độ lớn tín hiệu thơng dụng VOM DMM 7.4.2 Sơ lược cấu tạo Oscilloscope: Bộ phận đèn hình CRT, bên có cực lệch dọc lệch ngang Hai cực lệch dọc nhận tín hiệu vào khuyếch làm lệch tia điện tử theo chiều dọc hai lệch ngang nhận tín hiệu quét ngang để làm lệch tia điện tử theo chiều ngang Mạch đèn hình cung cấp mức điện áp phù hợp cho lưới gia tốc, lưới hội tụ anode Mạch lệch dọc nhận tín hiệu cần đo khuếch tạo điện trường hai cực lệch dọc điều khiển chùm tia điện tử di chuyển theo chiều thẳng đứng Mạch lệch ngang gọi mạch tạo gốc thời gian tạo tín hiệu hình cưa áp vào hai cực lệch ngang để điều khiển lệch ngang chùm tia điện tử Các đầu đo (Probe) tiếp nhận tín hiệu cần đo từ mạch điện 7.4.3 Nguyên lí đo Oscilloscope: Dựa nguyên tắc lực điện trường làm lệch chùm tia điện tử Tín hiệu cần đo tạo lực điện trường tác dụng lên chùm tia điện tử theo phương dọc, tín hiệu quét tạo lực điện trường tác dụng lên chùm tia điện tử theo phương ngang Sự phối hợp hai lực điện trường điều khiển chùm tia điện tử quét qua tất điểm mặt hình phát quang để tạo hình ảnh tín hiệu cần quan sát 7.4.4 Hướng dẫn sử dụng: Chú thích phận mặt Oscilloscope: Mạch đèn hình: POWER: Cơng tắc bật/tắt điện, xoay núm để chiếu sáng mặt hình (ILLUM: illumination: độ rọi sáng) INDICATOR: Đèn Led báo có điện INTENSITY: Thay đổi cường độ sáng vệt sáng dạng sóng hiển thị Tuy nhiên, cường độ cao thường xun làm nám hình, giảm tuổi thọ đèn hình cao máy FOCUS: Thay đổi độ hội tụ (độ tập trung điểm sáng vệt sáng) Thường thay đổi kết hợp INTENSITY với FOCUS để có vệt sáng vừa phải sắc nét BEAM FINDER (chỉ có model PS_XX1/XX5): Khi ấn nút vệt sáng xuất gần trung tâm hình bất chấp tình trạng núm điều khiển TRACE ROT (trace rotation): Xoay để chỉnh vệt sáng nằm ngang hình Do thay đổi máy thay đổi từ trường đất, đơi vệt sáng hình khơng nằm ngang nữa, lúc cần xoay núm Mạch lệch dọc: CHA (X): Kênh A Ngõ vào kênh A, 400 Vđỉnh-đỉnh tối đa Trong hoạt động X-Y ngõ vào tín hiệu X (hồnh độ) CHB (Y): Kênh B Ngõ vào kênh B, 400 Vđỉnh-đỉnh tối đa Trong hoạt động X-Y ngõ vào tín hiệu Y (tung độ) IN MODE: Chế độ vào Chọn chế độ vào DC/GND/AC cho ngõ vào CHA (7) DC (kết nối dc): Hai thành phần ac dc tín hiệu đến hình (dạng sóng hiển thị phụ thuộc vào ac lẫn dc tín hiệu vào) 112 Giáo trình: Đo Lường Điện AC (kết nối ac): Thành phần dc tín hiệu bị tụ điện cản lại, có thành phần ac đến hình (dạng sóng hiển thị phụ thuộc vào thành phần ac tín hiệu) GND (kết nối đất): Tín hiệu vào bị tắt (mạch hở) ngõ vào máy nối tắt xuống đất, dùng để chỉnh thử máy (Ví dụ: để xem vệt sáng chỉnh sắc nét đến đâu lúc khơng có nhiễu từ bên ngồi xâm nhập vào máy) Dĩ nhiên muốn quan sát tín hiệu khơng để IN MODE GND 10 IN MODE: Chế độ vào Chọn chế độ đầu vào DC/GND/AC cho ngõ vào CHB (8)_tương tự phần áp dụng cho tín hiệu vào CHB 11 VERT MODE: Chế độ dọc Chọn tín hiệu vào để điều khiển lệch dọc điểm sáng hình CHA: Tín hiệu vào CHA điều khiển lệch dọc CHB: Tín hiệu vào CHB điều khiển lệch dọc Ngoài vị trí cho phép sử dụng dao động nghiệm chế độ X-Y, kết hợp với nút X-Y (29) DUAL: Cả hai tín hiệu vào CHA CHB điều khiển lệch dọc: Nếu núm HOLD OFF (25) vị trí ấn vào chế độ chuyển mạch Alternate (luân phiên) Chế độ Alternate thích hợp để quan sát tần số cao (vài KHz trở lên) tín hiệu tốc độ nhanh (1ms/DIV trở lên) Nếu núm HOLD OFF (25) vị trí kéo chế độ chuyển mạch Chopping (chặt khúc), theo hai tín hiệu vào CHA CHB bị chặt tần số khoảng 500 KHz Chế độ Chopping thích hợp để quan sát tín hiệu tần số thấp (dưới vài KHz) tín hiệu có tốc độ chậm (dưới 1ms/DIV) ADD: Để hiển thị tổng hiệu hai tín hiệu kênh CHA CHB Nếu núm VERT.POSITION CHB (17) vị trí ấn vào: CHA + CHB Nếu núm VERT.POSITION CHB (17) vị trí kéo ra: CHA - CHB 12 VOLT/DIV cho CHA (núm lớn ngoài): Số volt cho khoảng chia: thay đổi mạch giảm/khuyếch đại dọc CHA để hiển thị lên hình có biên độ (theo chiều dọc) từ 5mV/DIV đến V/DIV DIV (division): Là khoảng cách chia mặt hình, thường cm, ngồi có khoảng chia nhỏ mm 13 VOLT/DIV cho CHB (núm lớn ngoài): Số volt cho khoảng chia Tương tự phần 12 áp dụng cho tín hiệu vào CHB 14 VAR cho CHA (núm nhỏ trong): Thay đổi liên tục (VAR: variable) biên độ hiển thị phạm vi vừa phải Khi xoay núm VAR đến vị trí CAL (Calibration: đọ chuẩn) trị giá ghi vòng ngồi (Ví dụ: núm VOLT/DIV vị trí 20mV DIV hình tương ứng với 20mV) Còn núm VAR khơng vị trí CAL trị giá ghi vòng ngồi nhỏ trị Do dùng dao động nghiệm đo biên độ tín hiệu phải xoay núm VAR đến vị trí gài CAL Khi kéo núm VAR ra, dạng sóng hiển thị hình giãn theo chiều dọc lần (X5MAG) 15 VAR cho CHB (núm nhỏ trong): Tương tự phần 14 áp dụng cho tín hiệu vào CHB 16 VERT POSITION cho CHA: Vị trí dọc Dịch chuyển dọc (lên xuống) dạng sóng hiển thị CHA Ở vị trí kéo núm có chức ALT TRIG (Alternate triggering: nảy mạch luân phiên) 17 VERT POSITION cho CHB: Vị trí dọc Dịch chuyển dọc (lên xuống) dạng sóng hiển thị CHB Ở vị trí kéo núm có chức INV (Inverting: đối dấu, đảo pha) tín hiệu vào CHB (kết hợp với chế độ ADD VERT MODE (11) 113 Giáo trình: Đo Lường Điện Trigger: 18 TRIGGER SOURCE: Nguồn tín hiệu nảy Chọn nguồn tín hiệu để nảy mạch quét ngang (điều khiển di chuyển ngang điểm sáng hình) độc lập với VERT MODE (11) CHA: Tín hiệu vào CHA nguồn tín hiệu nảy CHB: Tín hiệu vào CHB nguồn tín hiệu nảy LINE: Tín hiệu điện lưới 220V-50Hz hạ xuống biên độ nhỏ dùng làm nguồn tín hiệu nảy Chế độ đơi dùng tín hiệu quan sát có liên quan tần số với điện lưới Ví dụ sóng dư mạch chỉnh lưu tồn phần (có chu kì gấp đơi điện lưới) EXT: Tín hiệu nảy từ bên đưa vào ngõ EXT TRIG (19) thay cho tín hiệu nảy bên Tín hiệu nảy bên ngồi phải có liên hệ tần số với tín hiệu quan sát 19 EXT TRIGGER: Nảy từ bên Ngõ vào tín hiệu nảy từ bên ngồi (lúc TRIGGER SOURCE phải vị trí EXT) Biên độ tín hiệu nảy khơng q 300 Vđỉnh-đỉnh Ngõ EXT TRIGGER gọi EXT SYNC (đồng ngồi) 20 TRIGGER COUPLING: Kết nối tín hiệu nảy Chọn chế độ tác động xung nảy lên mạch quét ngang AUTO (Automatic_tự động): Nảy tự động Mạch quét ngang hoạt động dù chưa có tínn hiệu nảy có mà chưa đủ biên độ Khi có tín hiệu nảy mạch qt ngang tự động chuyển sang chế độ quét nảy (triggered sweep) Thường dao động nghiệm hoạt động chế độ AUTO NORM (Normal: bình thường): Nảy bình thường Mạch quét ngang hoạt động có tính hiệu nảy TV-V (phần Vertical Tivi): Dải tần số tín hiệu nảy DC đến 1KHz Chủ yếu dùng cho tần số qt dọc máy Tivi hình máy tính TV-H (phần Horizonal Tivi): Dải tần số tín hiệu nảy 1KHz đến 100KHz Chủ yếu dùng cho tần số qt ngang Tivi hình máy tính Hai chức TV-V, TV-H cho phép quan sát đồng thời hai tín hiệu (vào CHA CHB) khơng có liên quan tần số với 21 TRIG LEVEL: Mức nảy Thay đổi mức nảy (mức biên độ tín hiệu vào CHA CHB LINE (xem 18) để mạch trigger máy tạo xung nảy đưa đến mạch quét ngang) đường dốc tín hiệu mà mạch trigger đưa vào để tạo xung nảy Khi núm vị trí ấn vào: +slope (đường dốc dương hayđường dốc lên): xung nảy tạo đường dốc lên tín hiệu đạt đến mức nảy Khi núm vị trí kéo ra: -slope (đường dốc âm hay đường dốc xuống): xung nảy tạo đường dốc xuống tín hiệu đạt đến mức nảy 22 HOLD OFF: Ngưng (sự quét ngang) Đối với tín hiệu tuần hồn biến thiên phức tạp chẳng hạn tín hiệu số nhị phân, nảy (đồng bộ) khó khăn (dạng sóng hiển thị bị biến động) Lúc dừng quét ngang đầu lúc quét tiến giúp nảy tốt Xoay núm HOLD OFF để thay đổi thời gian dừng Ở vị trí kéo núm HOLD OFF có chức CHOP (kết hợp với VERT MODE (11) vị trí DUAL) Gốc thời gian: 23 TIME/DIV: Thời gian cho khoảng chia Xoay núm để thay đổi tốc độ quét ngang, cụ thể thay đổi thời gian tương ứng với khoảng chia mặt hình từ 0,1µs/DIV (nhanh nhất) đến 2s/DIV (chậm nhất) 24 TIME VAR: Thay đổi liên tục tốc độ quét ngang (thời gian tương ứng với khoảng chia theo chiều ngang hình) phạm vi vừa phải Chỉ VAR vị trí gài CAL (Calibration: đọ chuẩn) trị giá ghi TIME/DIV đúng, 114 Giáo trình: Đo Lường Điện khơng nhỏ chẳng hạn TIME/DIV 20ms VAR CAL khoảng chia tương ứng với thời gian 20ms, VAR khơng CAL thời gian nhỏ 20ms 25 HOR POSITION: Vị trí ngang Dịch chuyển ngang dạng sóng hiển thị hình Ở ví trí kéo núm có chức X10MAG giãn dạng sóng theo chiều ngang 10 lần 26 27 28 (chỉ có model PS-XX5): Liên quan đến qt trì hỗn (delay-sweep), khả giúp phép đo liên quan đến thời gian thuận tiện xác Các ngõ khác: 29 X-Y: Chuyển máy sang chế độ X-Y 30 CAL (Calibration): Ngõ tín hiệu vng đối xứng biên độ 2Vđỉnh-đỉnh tần số khoảng 1KHz Tín hiệu dùng để đọ chuẩn dao động nghiệm nguồn tín hiệu để thử mạch 31 32 (chỉ có model PS-XX5): Dùng để thử linh kiện 33 GND: Đầu nối đến vỏ kim loại máy 115 Giáo trình: Đo Lường Điện Máy sóng Oscilloscope 116 Giáo trình: Đo Lường Điện Câu hỏi ôn tập: Trình bày vấn đề cần quan tâm sử dụng thiết bị đo? Trình bày sơ lược cấu tạo ngun lí đo VOM ? Trình bày cách sử dụng VOM để đo đại lượng R, C, L? Trình bày ngun tắc phân tích sơ đồ VOM? Trình bày sơ lược cấu tạo ngun lí đo DMM? Trình bày sơ lược cấu tạo nguyên lí đo OSCILLOSCOPE? 117