Giáo trình Đo lường điện và điện tử - CĐ Nghề Công Nghiệp Hà Nội

(NB) Giáo trình Đo lường điện và điện tử với mục tiêu nhằm giúp các bạn Nắm vững các phương pháp đo lường điện – điện tử cơ bản. Mô tả được nguyên lý cấu tạo, tính năng kỹ thuật của các máy đo chuyên dụng VOM, DMM, Osilloscope, các máy phát tín hiệu, máy tạo hàm trong thực nghiệm để đo các đại lượng điện: I, U, R, L, C và đo các tham số tín hiệu: biên độ, chu kỳ, tần số, góc pha. Sử dụng thành thạo các máy đo chuyên dụng VOM, DMM, Osilloscope, các máy phát tín hiệu trong đo kiểm phục vụ sửa chữa, bảo hành các thiết bị điện, điện tử dân dụng.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chủ biên: TRẦN THỊ THU HUYỀN

LỜI NÓI ĐẦU

Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề Điện tử dân dụng thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy

đủ đồng thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực tế

Nội dung của giáo trình “ĐO LƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ” đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục

vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,

Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới

và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề

Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành

Xin trân trọng cảm ơn!

Tuyên bố bản quyền

Tài liệu này là loại giáo trình nội bộ dùng trong nhà trường với mục đích làm tài liệu giảng dạy cho giáo viên và học sinh, sinh viên nên các nguồn thông tin có thể được tham khảo

Tài liệu phải do trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội in ấn và phát hành

Việc sử dụng tài liệu này với mục đích thương mại hoặc khác với mục đích trên đều bị nghiêm cấm và bị coi là vi phạm bản quyền

Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm ơn các thông tin giúp cho nhà trường bảo vệ bản quyền của mình

MỤC LỤC

TRANG

Lời giới thiệu 2

Bài 1 KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG 11  1.  Định nghĩa đo lường 11  1.1.  Định nghĩa 11 

1.2.  Ví dụ 11 

2.  Đại lượng điện và đại lượng không điện 11  2.1.  Đại lượng điện 11 

2.2.  Đại lượng không điện 13 

3.  Phân loại phương pháp đo 13  3.1.  Phân loại theo thao tác đo 13 

3.2.  Phân loại theo phương pháp và kỹ thuật đo 13 

3.3.  Đo các đại lượng không điện bằng phương pháp đo điện 14 

4.  Đơn vị, hệ đơn vị đo lường 15  4.1.  Hệ đơn vị đo lường quốc tế SI (Système International d’Unites) 16 

4.2.  Ước, bội thập phân của các đơn vị cơ bản 16 

5.  Sai số, phân loại, cấp chính xác của dụng cụ đo điện 17  5.1.  Phân loại theo quy luật xuất hiện sai số 18 

5.2.  Phân loại theo biểu thức diễn đạt sai số 18 

5.3.  Cấp chính xác của đồng hồ đo điện 19 

6.  Các bộ phận chủ yếu của máy đo 20  6.1.  Khái niệm 20 

6.2.  Mạch đo 20 

6.3.  Cơ cấu đo 21 

6.4.  Cơ cấu chỉ thị 22 

CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM 25 

Bài 2 MÁY ĐO ĐA DỤNG VOM, DMM 30 

1.  Các thông số kỹ thuật của máy đo VOM 30  1.1.  Khái niệm chung 30 

1.2.  Độ nhạy của đồng hồ 33 

1.3.  Cấp chính xác 34 

1.4.  Tính thăng bằng 34 

2.  Sơ đồ khối chức năng của VOM 34  3.  Nguyên lý cấu tạo mạch đo trong VOM 35  3.1.  Mạch đo dòng DC 35 

3.2.  Mạch đo áp DC 38 

3.3.  Mạch đo điện trở 40 

3.4.  Đo điện áp AC 42 

4.  Máy đo đa dụng chỉ thị số DMM 42  4.1.  Các tham số kỹ thuật của DMM (Digital Multimeter) 42 

4.2.  Sơ đồ khối chức năng của DMM 44 

5.  Sử dụng và bảo quản VOM, DMM 44  5.1.  Sử dụng và bảo quản VOM 44 

5.2.  Bảo quản VOM 46 

5.3.  Sử dụng và bảo quản DMM 46 

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 48 

Bài 3 ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG VOM 49 

1.  Các phương pháp đo điện trở 49  1.1.  Phương pháp đo gián tiếp 49 

1.2.  Phương pháp mạch cầu 50 

1.3.  Phương pháp đo trực tiếp 51 

2.  Sử dụng VOM để đo điện trở 53  2.1.  Phép thử liền mạch 53 

2.2.  Đo thử và kiểm tra các phần tử mạch: R, L, C 55 

2.3.  Đo thử và kiểm tra các linh kiện bán dẫn 59 

3.  Bảo quản VOM 64  CÂU HỎI ÔN TẬP 64 

Bài 4 ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP BẰNG VOM 66 

1.  Đo dòng điện và điện áp một chiều 66  1.1.  Mạch đo dòng điện một chiều trong VOM 66 

1.2.  Mạch đo điện áp một chiều 70 

1.3.  Sử dụng VOM đo dòng điện và điện áp một chiều 72 

2.  Đo dòng điện và điện áp xoay chiều 74 

2.1.  Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 74 

2.2.  Sử dụng VOM đo điện áp xoay chiều 75 

3.  Bảo quản máy đo VOM 76  CÂU HỎI ÔN TẬP 77 

CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM 77 

Bài 5 DAO ĐỘNG KÝ ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 83 

1.  Nguyên lý cấu tạo, tính năng và các thông số kỹ thuật 83  1.1.  Sơ đồ khối của dao động ký 84 

1.2.  Nguyên tắc vẽ dao động đồ của dao động ký 84 

1.3.  Bố trí mặt máy và các núm chức năng cơ bản của dao động ký 85 

2.  Kiểm tra và cài đặt chế độ ban đầu cho dao động ký 89  2.1.  Kiểm tra tổng thể 89 

2.2.  Sử dụng nguồn tín hiệu chuẩn VCAL trong máy 91 

2.3.  Sử dụng các chế độ của OSC 2 kênh 92 

3.  Chuẩn độ cho dao động ký 95  3.1.  Kiểm tra và đặt đường mức một chiều DC 95 

3.2.  Hiệu chỉnh đầu đo (probe) 96 

3.3.  Khảo sát việc chuẩn độ hệ tọa độ lưới X-Y 97 

3.4.  Hiệu chỉnh đồng bộ của dao động ký 99 

CÂU HỎI ÔN TẬP 100 

Bài 6 DAO ĐỘNG KÝ ĐIỆN TỬ SỐ 101 

1.  Nguyên lý cấu tạo, tính năng và các thông số kỹ thuật 101  1.1.  Sơ đồ khối của dao động ký 101 

1.2.  Bố trí mặt máy và các núm điều khiển chức năng cơ bản 102 

2.  Kiểm tra và cài đặt chế độ ban đầu cho dao động ký 107  3.  Chuẩn độ cho dao động ký 109  3.1.  Kích hoạt kênh đo 109 

3.2.  Sử dụng chức năng Autoset 109 

3.3.  Chạy và dừng chế độ Trigger 110 

3.4.  Thay đổi vị trí và thang độ ngang Time/DIV 111 

3.5.  Thay đổi vị trí và thang độ dọc Volts/DIV 111 

3.6.  Sử dụng tín chuẩn trong máy 111 

3.7.  Tự động đo lường tín hiệu đầu vào 113 

3.8.  Con trỏ đo lường 114 

4.  Sử dụng và bảo quản dao động ký số 116  CÂU HỎI ÔN TẬP 117 

Bài 7 MÁY PHÁT TÍN HIỆU CHUẨN 118 

1.  Khái niệm chung 118  2.  Máy phát hàm 119  2.1.  Tính năng kỹ thuật 119 

2.2.  Sơ đồ chức năng 112 

2.3.  Sử dụng máy phát hàm 113 

3.  Máy phát sóng âm tần (Audio Generator) 115  3.1.  Tính năng kỹ thuật 115 

3.2.  Sơ đồ chức năng 117 

3.3.  Sử dụng máy phát sóng âm tần 118 

4.  Máy phát tín hiệu điều chế 130  4.1.  Khái niệm 130 

4.2.  Máy phát tín hiệu điều chế AM, FM 132 

5.  Bảo quản máy phát tín hiệu 133  CÂU HỎI ÔN TẬP 134 

Bài 8 ĐO BIÊN ĐỘ TÍN HIỆU 136 

1.1.  Sơ đồ đấu nối thiết bị cho phép đo 136 

1.2.  Chức năng của các thiết bị trong phép đo 138 

1.3.  Các bước thực hiện phép đo 139 

2.  Đo biên độ của tín hiệu 140  2.1.  Chuẩn độ dao động ký 140 

2.2.  Đo điện áp một chiều 141 

2.3.  Đo biên độ điện áp tín hiệu 143 

3.  Bảo quản thiết bị đo 145  CÂU HỎI ÔN TẬP 145

Bài 9 147 

ĐO TẦN SỐ VÀ GÓC PHA TÍN HIỆU 147 

1.  Phương pháp đo tần số và góc pha của tín hiệu 147 

1.1.  Khái niệm chung 147 

1.2.  Sơ đồ đấu nối thiết bị cho phép đo 148 

1.3.  Các bước thực hiện phép đo 149 

2.  Đo tần số của tín hiệu 150 

2.1.  Đấu nối thiết bị đo 150 

2.2.  Điều chỉnh thiết bị đo 150 

4.  Bảo quản thiết bị đo 154 

CÂU HỎI ÔN TẬP 154 

ĐÁP ÁN CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 155 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 155 

TÊN MÔ ĐUN: ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

-  Vị trí: Mô đun được bố trí sau khi học sinh học xong các môn học chung và

môn học điện kỹ thuật và MĐ10 ở học kỳ 1

-  Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc

-  Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Trang bị cho học sinh các phương pháp và

kỹ thuật đo lường điện - điện tử Rèn luyện kỹ năng sử dụng các dụng cụ và thiết

bị đo chuyên dụng trong đo kiểm, sửa chữa, bảo dưỡng các thiết bị điện, điện tử dân dụng

Mục tiêu của mô đun:

  Nắm vững các phương pháp đo lường điện – điện tử cơ bản

  Mô tả được nguyên lý cấu tạo, tính năng kỹ thuật của các máy đo chuyên dụng VOM, DMM, Osilloscope, các máy phát tín hiệu, máy tạo hàm trong thực nghiệm để đo các đại lượng điện: I, U, R, L, C và đo các tham số tín hiệu: biên độ, chu kỳ, tần số, góc pha

  Sử dụng thành thạo các máy đo chuyên dụng VOM, DMM, Osilloscope, các máy phát tín hiệu trong đo kiểm phục vụ sửa chữa, bảo hành các thiết

bị điện, điện tử dân dụng

  Kỹ năng phán đoán và xử lý các sự cố bất thường và hư hỏng thông qua các phép đo kiểm

Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:

Thực hành

Kiểm tra *

Dao động ký 13 05 08 0

Bài 1

KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG

Mã bài: MĐ 11 01 Mục tiêu:

-  Kiến thức: Nắm vững những khái niệm cơ bản của kỹ thuật đo lường: đại

lượng đo, đơn vị đo, phương pháp đo, cơ cấu đo và chỉ thị

-  Kỹ năng:

  Mô tả được sơ đồ nguyên tắc và thiết kế được cấu hình của một hệ đo lường

  Phân biệt được các đại lượng đo điện, đại lượng không điện

  Viết đúng đơn vị các đại lượng đo

  Biết tính sai số phép đo, cấp chính xác của đồng hồ đo điện

  Giải thích được nguyên tắc các cơ cấu đo và chỉ thị trong đo lường

-  Thái độ: Rèn luyện đức tính cẩn thận, chu đáo và khoa học

Nội dung chính:

1 Định nghĩa đo lường

Mục tiêu: Nắm được các khái niệm và trả lời được các câu hỏi sau:

-  Đo lường là gì ?

-  Định nghĩa đo lường ?

-  Phương trình đo lường ?

Đo lường là quá trình lượng hóa đại lượng đo để có thể biết đại lượng đo lớn hay bé, cao hay thấp, to hay nhỏ, dài hay ngắn, nặng hay nhẹ, nóng hay lạnh, v.v… Phép đo thực chất là phép so sánh đại lượng đo với mẫu, hay chuẩn quy ước (gọi là đơn vị đo), từ đó đánh giá định lượng bằng số kết quả đo

Trong đó: X - đại lượng đo, X 0 - đơn vị đo (hay mẫu),

A - giá trị bằng số của đại lượng đo

Kết quả phép đo thường được biểu diễn dưới dạng:

1.2 Ví dụ

Biểu diễn số đo của một số đại lượng vật lý ta viết:

  Cường độ dòng điện trong mạch là : I = 5A

  Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch là : U = 25V

  Điện trở của dây dẫn là : R = 2,

  Nhiệt độ sôi của nước là : T = 1000C

  Chiều dài quãng đường là : l = 2500 m

  Vận tốc trung bình của xe ô tô là : v = 40 km/h

  v.v…

Trong các ví dụ trên thì: I, U, R, T, l, v, … là các đại lượng đo; A, V, , 0C,

m, km/h,… là các đơn vị đo, còn các con số đứng trước chính là giá trị bằng số của đại lượng đo tương ứng

2 Đại lượng điện và đại lượng không điện

Mục tiêu: Phân biệt và định nghĩa được đại lượng điện, đại lượng không điện

Căn cứ vào tính chất điện của các đại lượng vật lý người ta phân các đại

lượng đo ra các đại lượng điện và các đại lượng không điện

2.1 Đại lượng điện

Là những đại lượng vật lý được dùng để mô tả các tính chất điện, các hiện tượng và các quá trình điện từ trong tự nhiên Các đại lượng điện lại được chia

ra 2 loại: tác động (active) và thụ động (passive)

  Đại lượng điện tác động (active) Là những đại lượng lượng có mang năng

lượng như dòng điện, điện áp, công suất Khi đo các đại lượng điện năng lượng của đại lượng đo sẽ tác động lên mạch đo và cơ cấu đo để làm quay

phần động của cơ cấu chỉ thị

  Đại lượng điện thụ động (passive) Là những đại lượng bản thân không

mang năng lượng Các phần tử mạch như điện trở R, điện cảm L, điện dung

C, trở kháng Z … là những đại lượng thụ động Khi đo chúng cần phải cung cấp nguồn cho mạch đo để tạo ra các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện trong

mạch

2.2 Đại lượng không điện

Dùng để mô tả các tính chất, các hiện tượng và các quá trình phi điện Hầu

hết các đại lượng vật lý là các đại lượng không điện, chẳng hạn như:

  Các đại lượng cơ: chiều dài, khối lượng, thời gian, …

  Các đại lượng nhiệt: nhiệt độ, nhiệt lượng,…

  Các đại lượng quang: quang thông, cường độ sáng, v.v…

Hầu hết các đại lượng vật lý bắt gặp trong thực tế đều là không điện

3 Phân loại phương pháp đo

Mục tiêu: Phân loại và mô tả được nguyên tắc của các phương pháp đo

3.1 Phân loại theo thao tác đo

Đo lường là quá trình so sánh đại lượng đo với đơn vị Tùy thuộc vào thao tác thực hiện phép đo mà người ta chia ra các phương pháp đo: trực tiếp, gián tiếp, hợp bộ, thống kê

Đo trực tiếp: Là cách đo mà kết quả nhận được trực tiếp từ một phép đo

duy nhất.Ví dụ, đo dòng điện bằng ampe kế, đo điện áp bằng vôn kế, đo điện trở bằng ôm kế, v.v…

Đo gián tiếp: Là cách đo mà kết quả được suy ra từ sự phối hợp kết quả

của nhiều phép đo trực tiếp Ví dụ đo điện trở bằng phương pháp V-A ta phải thực hiện 2 phép đo trực tiếp: thứ nhất dùng ampe kế đo dòng I chạy qua điện trở, thứ 2 dùng vôn kế đo sụt áp U ở 2 đầu điện trở Giá trị điện trở cần đo được tính theo định luật Ôm: R = U/I

Đo hợp bộ: Là cách đo gần giống như phép đo gián tiếp nhưng số lượng

phép đo trực tiếp nhiều hơn và kết quả đo nhận được thường phải thông qua việc

giải một phương trình hay một hệ phương trình mà các thông số đã biết chính là các số liệu đo được

Đo thống kê: Là phép đo với số lần đo đủ lớn sau đó lấy giá trị trung bình

Phép tính thống kê cho phép nâng cao độ tin cậy cũng như độ chính xác của phép đo

Đo lường học: Là ngành khoa học chuyên nghiên cứu về các phương pháp

để đo các đại lượng khác nhau, nghiên cứu về mẫu và đơn vị đo

Kỹ thuật đo lường: Ngành kỹ thuật chuyên nghiên cứu áp dụng các thành

tựu của đo lường học vào phục vụ sản xuất và đời sống

3.2 Phân loại theo phương pháp và kỹ thuật đo

Theo phương pháp và kỹ thuật thực hiện phép đo người ta chia ra: đo điện

và đo không điện

Đo điện: Là phương pháp đo sử dụng tín hiệu điện (điện áp, dòng điện) để

biến đổi và xử lý kết quả và sử dụng các dụng cụ đo điện để chỉ thị

Các tín hiệu điện sử dụng trong hệ thống đo điện có thể ở dạng tương tự (analog) hoặc dạng số (digital) Tín hiệu tương tự có thể là dòng điện, điện áp một chiều hoặc xoay chiều và để chỉ thị các đại lượng đo tương tự thường dùng các dụng cụ đo cơ điện Các tín hiệu digital thường ở dạng xung hoặc số Trong trường hợp này phải sử dụng các mạch điện tử để xử lý tín hiệu và thường dùng các bộ chỉ thị số để hiển thị kết quả

Phương pháp đo điện thường đơn giản, dễ thực hiện, có độ chính xác cao

và đặc biệt có thể đo từ xa vì tín hiệu điện dễ dàng biến đổi, khuếch đại và truyền dẫn bằng các phương pháp xử lý khác nhau nhờ kỹ thuật điện tử Các máy đo điện có kết hợp các mạch biến đổi điện tử làm tăng độ nhạy, độ chính xác, phạm vi và giới hạn đo của các dụng cụ đo điện Các máy đo hiện đại thường là sự kết hợp các mạch đo điện – điện tử với nhiều tính năng, tiện ích cho người dùng Đặc biệt có thể hiển thị theo quá trình, lưu trữ kết quả, in ấn và

tự động hóa quá trình đo lường

Đo không điện: Là phương pháp đo trực tiếp các đại lượng không điện

bằng các dụng cụ đo không điện Ví dụ đo nhiệt độ bằng nhiệt kế thủy ngân Đo chiều dài bằng thước mét Đo tốc độ quay bằng bộ truyền động hộp số v.v… Các dụng cụ đo không điện thường có dạng đơn giản, độ chính xác giới hạn

và khó hoặc không thể đo lường được từ xa

3.3 Đo các đại lượng không điện bằng phương pháp đo điện

Do các đặc tính ưu việt của phương pháp đo điện, nên ngày nay các dụng

cụ đo điện được sử dụng trong hầu hết các hệ thống đo lường và có thể đo được tất cả các đại lượng vật lý Để đo các đại lượng không điện bằng phương pháp

đo điện người ta phải sử dụng các bộ chuyển đổi đo lường để chuyển các tín

hiệu không điện thành tín hiệu điện, sau đó dùng hệ thống đo điện để xử lý và

đo đạc Sơ đồ nguyên tắc của phương pháp chỉ ra trên hình 1.1

Hình 1 1 Đo các đại lượng không điện bằng phương pháp điện

Các bộ chuyển đổi đo lường đóng vai trò như các nhà “phiên dịch” chuyển ngôn ngữ “không điện” lối vào thành ngôn ngữ “điện” lối ra Chúng thường là

các bộ cảm biến (sensor), là các đầu dò thu nhận tín hiệu không điện cần đo lối vào và biến đổi chúng thành tín hiệu điện lối ra

Tùy thuộc vào tín hiệu lối vào là cơ, nhiệt, quang, hóa,… mà ta sẽ sử dụng các bộ chuyển đổi tương ứng:

  Chuyển đổi cơ – điện

  Chuyển đổi nhiệt – điện

  Chuyển đổi quang – điện

  Chuyển đổi hóa – điện,

  Chuyển đổi bức xạ và ion hóa

  v.v…

4 Đơn vị, hệ đơn vị đo lường

Mục tiêu: Nắm vững các khái niệm: đơn vị đo, đơn vị cơ bản, đơn vị vẫn xuất,

hệ đơn vị quốc tế SI Bội và ước của đơn vị cơ bản

Đo là đánh giá định lượng đại lượng đo bằng cách so sánh đại lượng đo với mẫu hay đơn vị Để biểu diễn các đại lượng đo dưới dạng một con số, phải chọn “cỡ” cho nó, nghĩa là lượng hóa nó, ta phải chọn đơn vị đo Về mặt nguyên tắc, theo (1.1) ta có thể chọn đơn vị là một lượng tùy ý Tuy nhiên giá trị của nó phải phù hợp với thực tế và tiện lợi khi sử dụng

Năm 1832, nhà toán học Đức K Gauss đã chỉ ra rằng, nếu như chọn 3 đơn vị độc lập để đo chiều dài (L), khối lượng (M), thời gian (T) - thì trên cơ sở

3 đại lượng này nhờ các định luật vật lý, có thể thiết lập được đơn vị đo của tất

cả các đại lượng vật lý còn lại Tập hợp các đơn vị đo theo nguyên tắc Gauss đã đưa ra hợp thành hệ đơn vị đo lường

Đơn vị đo các đại lượng vật lý cơ bản (khối lượng, thời gian, độ dài, .) được chọn một cách độc lập, chúng thể hiện những tính chất cơ bản của thế giới vật chất được gọi là các đơn vị cơ bản Các đơn vị cơ bản được định nghĩa theo

chuẩn gốc quốc tế với độ chính xác cao nhất mà khoa học kỹ thuật có thể đạt được

Các đơn vị được thành lập trên cơ sở các đơn vị cơ bản thông qua các công thức biểu diễn các định luật vật lý dùng để đo các đại lượng vật lý dẫn xuất được

gọi là các đơn vị dẫn xuất Phần lớn các đơn vị trong vật lý học là đơn vị dẫn

xuất

Phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa các đơn vị dẫn xuất và các đơn vị

cơ bản gọi là công thức thứ nguyên Đơn vị của một đại lượng cơ bất kỳ có thể biểu diễn qua phương trình thứ nguyên (1.3)

dim    X  L M T p q r (1) (1.3)

4.1 Hệ đơn vị đo lường quốc tế SI (Système International d’Unites)

Năm 1960, Đại hội toàn thể lần thứ XI tại Pari của Ủy ban quốc tế về đo lường đã chính thức thông qua hệ đơn vị đo lường quốc tế SI Hệ SI được hàng loạt các tổ chức Quốc tế như Tổ chức Quốc tế về Tiêu chuẩn và Đo lường (ISO), các Ủy ban Tiêu chuẩn của Hội đồng kinh tế Châu Âu, Hội đồng tương trợ kinh

tế các nước XHCN (cũ), mà Việt Nam là thành viên thừa nhận

Trên bảng 1.1 trình bày tên gọi, ký hiệu và đơn vị đo của 7 đại lượng vật lý

cơ bản, 2 đơn vị bổ trợ dùng để đo góc phẳng và góc khối Các đơn vị còn lại trong vật lý học đều là các đơn vị dẫn xuất

Bảng 1.1

(1 ) dim là viết tắt của từ Latinh dimensio nghĩa là thứ nguyên 

STT

rad

sr

4.2 Ước, bội thập phân của các đơn vị cơ bản

Tên (hoặc ký hiệu) của các ước và bội thập phân của các đơn vị SI được lập nên bằng cách ghép liền trước tên (hoặc ký hiệu) của một đơn vị SI một tên (hoặc ký hiệu) ghi trong bảng 1.2 dưới đây

Chú ý

1. Các ký hiệu bội số của đơn vị cơ bản từ Mega (106) đến Yotta (1024)

được viết bằng chữ cái IN HOA, các ký hiệu ước và bội còn lại đều phải viết bằng chữ in thường

2. Tên (hoặc ký hiệu) của ước, bội thập phân được ghép liền với tên (hoặc

ký hiệu) của đơn vị (không có khoảng cách)

Ví dụ: milimét (mm), kilomét (km)

Riêng tên (hoặc ký hiệu) của các ước, bội thập phân đơn vị khối lượng được lập bằng cách ghép liền trước tên (hoặc ký hiệu) của đơn vị "gam" (hoặc

ký hiệu là g) một tên (hoặc ký hiệu) trong bảng trên (1g = 0,001 kg = 10-3kg)

3. Không ghép liền hai tên (hoặc ký hiệu) của các ước, bội cho trong bảng trên Ví dụ: phải viết nanomét (nm) cho 10-9m, không được viết milimicromét (mm)

4. Ngoài hệ đơn vị SI, tồn tại một số hệ đơn vị khác như hệ CGS, hệ CGSC, CGSM, CGSE, MKSC, MKGSC, CGSM, MKSA, CGSM, v.v Khi chuyển đổi từ hệ đơn vị này sang hệ đơn vị khác phải tra cứu bảng chuyển đổi

hệ đơn vị tương ứng

Bảng 1 2 Ước và bội thập phân của các đơn vị cơ bản

Tên gọi Ký hiệu Ước số Tên gọi Ký hiệu Bội số

yocto y 10-24 yotta Y 1024

5 Sai số, phân loại, cấp chính xác của dụng cụ đo điện

Mục tiêu: Biết cách phân loại và nguyên gây ra sai số Cấp chính xác của dụng

cụ đo điện Tính được sai số phép đo trong thực nghiệm

Bất kỳ phép đo nào cũng mắc phải sai số Các nguyên nhân gây ra sai số thì

có nhiều, do các yếu tố khách quan và chủ quan khác nhau

Các nguyên nhân khách quan chẳng hạn như: dụng cụ đo lường không hoàn hảo, đại lượng đo bị can nhiễu nên không hoàn toàn ổn định

Các nguyên nhân chủ quan như: phương pháp đo không hợp lý, bản thân người tiến hành thực nghiệm không thành thạo, thiếu kinh nghiệm

Để phân loại sai số có thể dựa vào các tiêu chí khác nhau:

Theo nguồn gốc phát sinh sai số, phân loại theo quy luật xuất hiện sai số hoặc phân loại theo biểu thức diễn đạt sai số

5.1 Phân loại theo quy luật xuất hiện sai số

5.1.1 Sai số hệ thống

Sai số hệ thống do những yếu tố thường xuyên hay các yếu tố có quy luật tác động Nó khiến kết quả đo lần nào cũng mắc phải một sai số như nhau Tùy theo nguyên nhân mà sai số hệ thống có thể phân ra các nhóm sau:

  Do dụng cụ, máy đo chế tạo không hoàn hảo Ví dụ thang độ của máy không được chuẩn, kim đồng hồ không chỉ đúng vị trí số 0 ban đầu

  Do phương pháp đo, hoặc do cách dùng phương pháp đo không hợp lý Hoặc khi tính toán, xử lý kết quả đo đã bỏ qua các yếu tố nào đấy làm ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo

  Do yếu tố khí hậu, nhiệt độ, độ ẩm của môi trường khác với điều kiện tiêu chuẩn

Sai số hệ thống có thể được loại trừ sau khi biết nguyên nhân gây ra bằng cách chuẩn lại thang độ, đặt lại số “0” ban đầu

5.1.2 Sai số ngẫu nhiên

Là sai số do các yếu tố bất thường, không có quy luật gây ra, chẳng hạn sự

thay đổi đột ngột của điện áp nguồn Các nhiễu loạn bất thường của khí hậu, thời

tiết, môi trường trong quá trình đo

Khác với sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên không thể loại trừ được hoàn toàn vì mỗi lần đo ta được một kết quả khác nhau, không theo một quy luật xác định nào Chỉ biết là kết quả trung bình của nhiều lần đo tiến dần đến giá trị đúng và sai số ngẫu nhiên của kết quả trung bình tiến dần tới không Nói cách

khác, đối với sai số ngẫu nhiên chỉ có thể xử lý bằng lý thuyết thống kê và lý thuyết xác suất

5.2 Phân loại theo biểu thức diễn đạt sai số

5.2.1 Sai số tuyệt đối

Sai số tuyệt đối được định nghĩa là độ chênh lệch giữa giá trị thực của đại lượng đo và trị số đo được bằng phép đo:

a  a T - a m (1.3)

Trong đó: a T - giá trị thực của đại lượng đo

a m - giá trị đo được bằng phép đo

Tuy nhiên, do aT ta chưa biết, nên trong thực tế người ta thường lấy giá trị

gần đúng của aT bằng cách đo nhiều lần và xem giá trị trung bình số học của n lần đo gần đúng với aT

1

1

5.2.2 Sai số tương đối

Để đánh giá độ chính xác của phép đo, người ta dùng sai số tương đối a

và biểu diễn ra phần trăm:

5.3 Cấp chính xác của đồng hồ đo điện

Để đánh giá độ chính xác của đồng hồ đo điện, người ta dùng khái niệm cấp chính xác của dụng cụ, được định nghĩa là:

Trong đó: amax – là sai số tuyệt đối lớn nhất của dụng cụ đo ở thang đo

tương ứng; Amax – là giá trị lớn nhất của thang đo

Dụng cụ đo điện được quy định có 8 cấp chính xác sau:

Vượt quá giá trị 2,5mA này đồng hồ sẽ không còn đạt cấp chính xác 2,5 nữa

6 Các bộ phận chủ yếu của máy đo

Mục tiêu: Mô tả được sơ đồ cấu trúc của một máy đo Nguyên tắc làm việc của các cơ cấu đo và chỉ thị đo lường

6.1 Khái niệm

Đo lường là quá trình so sánh đại lượng đo với đơn vị Phép đo phải thực hiện 3 thao tác chính:

- Biến đổi tín hiệu và tin tức

- So sánh đại lượng đo với đơn vị (hay với mẫu)

- Chỉ báo kết quả

Thiết bị cho phép thực hiện quá trình so sánh đại lượng đo với đơn vị (hay với mẫu) gọi là dụng cụ đo hay máy đo Theo phương pháp thực hiện phép đo phân ra hai dạng máy đo chính: máy đo tương tự (analog) và máy đo số (digital) Máy đo tương tự thường là dạng cơ điện, chỉ thị kim và có sơ đồ cấu trúc bao gồm 3 khối chức năng cơ bản: mạch đo, cơ cấu đo và chỉ thị Khi đo các đại lượng thụ động (R,L,C) mạch đo được cấp thêm nguồn nuôi (hình 1.2)

Hình 1 2 Sơ đồ cấu trúc của một máy đo cơ điện

Máy đo số có sơ đồ cấu trúc như hình 1.3 bao gồm các khối chức năng

chính: mạch đo, biến đổi tương tự số, giải mã, mạch chỉ thị số

Với máy đo các đại lượng không điện thì mạch đo còn bao gồm cả mạch cảm biến và chuyển đổi đo lường, mạch biến đổi tín hiệu

Với máy đo chỉ thị số thì phần mạch đo còn thực hiện các chức năng như: chuyển mạch thang đo (di chuyển dấu chấm động), biến đổi và lấy mẫu tín hiệu

đo, …

6.3 Cơ cấu đo

Với máy đo cơ điện cơ cấu đo chính là phần nhận năng lượng điện từ mạch

đo để biến đổi thành cơ năng quay phần động của cơ cấu chỉ thị Theo nguyên lý tác động điện từ có các loại cơ cấu đo sau:

 Cơ cấu từ điện,

 Cơ cấu điện từ,

 Cơ cấu điện động,

 Cơ cấu cảm ứng,

 Cơ cấu nhiệt điện,

 Cơ cấu tĩnh điện

Nguyên lý làm việc của các cơ cấu đo cơ điện dựa trên tác động của từ trường lên phần động của cơ cấu chỉ thị khi có dòng điện chạy qua và tạo ra mô men quay M Độ lớn của mô men quay tỷ lệ với độ lớn của dòng điện đưa vào

cơ cấu đo và được xác định theo hệ thức:

Hầu hết cơ cấu đo cơ điện đều khắc độ thang đo theo phương trình thang

đo (1.11) Góc lệch phần động α được chỉ thị nhờ một kim chỉ thị gắn với trục quay Giá trị thang độ được xác định theo phương trình thang đo của từng cơ cấu đo cụ thể Nếu phương trình đặc tính thang đo là tuyến tính thì thang độ sẽ đều, ngược lại nếu phương trình phi tuyến thang độ sẽ không đều

Hình dạng một số thang độ của dụng cụ đo thể hiện trên hình 1.4

Hình 1 4 Mặt số của một vài loại dụng cụ đo

6.4.2 Chỉ thị số

Để có thể dễ dàng đọc kết quả đo người ta đã sử dụng các bộ chỉ thị số để hiển thị kết quả đo lường Có nhiều cách khác nhau để tổ chức bộ chỉ thị số:

a) Chỉ thị số dạng cơ hoặc cơ điện

Thường được dùng cho các bộ đếm số của các đồng hồ đo tốc độ, đo lưu lượng Bộ chỉ thị số ở dạng hộp số với các vòng số gắn với bộ truyền động bánh răng đếm tốc độ quay

Ví dụ cơ cấu đếm của công tơ điện được thiết kế theo dạng truyền động kiểu hộp số (hình 1.5) Bộ truyền động được tính toán sao cho chỉ số của trống quay chỉ thị trực tiếp ra số ki lô oát-giờ

Hình 1 5 Cơ cấu đếm của công tơ cơ điện

1, 6 – Các bánh răng truyền động; 2 – Các vòng số của bộ đếm;

3 – Trục quay; 4 – lẫy liên kết; 5 – Các bánh răng gài giữ hộp số

b) Bộ chỉ thị số là một hệ thống các khe chiếu sáng trên panel

Thường dùng khi cần chỉ thị lớn ở nơi công cộng như các bộ chỉ báo giờ và nhiệt độ, chỉ thị quang báo trên các bảng panel lớn, v.v… Mỗi chữ số được cấu tạo từ tổ hợp các khe Thông thường hệ thống này gồm 7 hoặc 9 khe Khi các bộ chỉ thị cần kích thước lớn thì các khe này được chiếu sáng nhờ các đèn đốt tim hoặc đèn neon

c) Chỉ thị dùng Led 7 đoạn

Hình 1 6 Cấu trúc Led 7 đoạn và nguyên tắc hiển thị số

Với các bộ chỉ thị vừa và nhỏ thường dùng các diode phát quang (LED Light Emitting Diode) Các LED sẽ phát sáng khi được phân cực thuận

-Trên hình 1.6 là hình dạng của đèn Led 7 đoạn thông dụng và cách bố trí các đoạn hiện số Mỗi đèn đơn còn bố trí thêm đèn chỉ dấu chấm thập phân DP, ứng với chân số 5 trên hình 1.6,c,d Có hai dạng bố trí các Led: cathode chung (hình 1.6,c) và anode chung (hình 1.6, d) Để hiện số nào người ta điều khiển để cho các đoạn ghép tương ứng với số đó sáng lên (hình 1.6, e)

d) Chỉ thị số dùng LCD (Liquid Crystal Display ) 7 đoạn

Nguyên tắc bố trí tương tự như các bộ chỉ thị LED 7 đoạn Ở đây mỗi đoạn được thay bằng một ô tinh thể lỏng

Cấu trúc của đèn LCD 7 đoạn được minh họa trên hình 1.7 Tinh thể lỏng được đặt thành lớp giữa 2 bề mặt thủy tinh và các điện cực trong suốt bằng oxyt thiếc (SnO2) kết tủa ở mặt trong Một điện thế xoay chiều được áp vào giữa đoạn (đã phủ kim loại) cần hiển thị và mặt phông (Back Plane) Khi không có hiệu điện thế tác động thì đoạn phủ kim loại phản xạ ánh sáng tới, đồng thời do tinh thể lỏng trong suốt nên ánh sáng cũng phản xạ từ mặt phông làm đoạn bị hòa lẫn vào nền phông, ta chỉ thấy toàn mặt của bộ hiển thị một màu sáng bạc yếu

a b

c d e

f g

Hình 1 7 Cấu trúc của LCD 7 đoạn

Khi có hiệu điện thế tác động, điện trường giữa đoạn và mặt phông làm thay đổi tính chất quang học của tinh thể (phá vỡ sự sắp xếp trật tự của các phân

tử trong tinh thể) làm cho chất lỏng giữa đoạn và mặt phông không còn trong suốt nữa Lúc này ánh sáng không phản xạ được từ mặt phông ở vùng tương ứng

với đoạn, kết quả ô được kích hoạt trong bộ hiện số sẽ nổi (đen) lên trên nền phông của chúng

Vì các ô tinh thể lỏng chỉ là vật phản xạ hoặc truyền xạ chứ không phải vật phát ánh sáng nên chúng tiêu tốn rất ít năng lượng Dòng toàn phần cho 4 bộ hiện số 7 đoạn nhỏ chỉ vào khoảng 300A, nhờ vậy mà bộ chỉ thị số dùng đèn

tinh thể lỏng rất hữu ích trong các thiết bị đo lường kích thước nhỏ

Hình 1 8 Modul chỉ thị 7 đoạn 3 ½ digit

Các led 7 đoạn thường được chế tạo thành các bộ chỉ thị chuyên dụng dùng cho đồng hồ số, máy tính bỏ túi, các máy đo chỉ thị số,… Hình dạng và kích thước của của một loại chỉ thị 7 đoạn với 3 ½ digit chỉ ra trên hình 1.8

CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM

1)  Chọn phát biểu đúng và đầy đủ nhất trong các lựa chọn sau:

Đo lường là quá trình:

a.  lượng hóa đại lượng đo

b.  so sánh đại lượng đo với đơn vị

a.  sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

b.  Sai số tuyệt đối và sai số tương đối

c.  Sai số chủ quan và sai số khách quan

d.  Cả a, b, c đều đúng

3)  Để phân loại sai số có thể dựa vào các tiêu chí khác nhau: theo quy luật xuất hiện sai số người ta chia ra:

a.  Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

b.  Sai số tuyệt đối và sai số tương đối

c.  Sai số chủ quan và sai số khách quan

d.  Cả a, b, c đều đúng

4)  Để phân loại sai số có thể dựa vào các tiêu chí khác nhau: theo biểu thức diễn đạt sai số người ta chia ra:

a.  Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

b.  Sai số tuyệt đối và sai số tương đối

c.  Sai số chủ quan và sai số khách quan

d.  Cả a, b, c đều đúng

5)  Căn cứ vào phương pháp xử lý tín hiệu đo và nguyên tắc thiết kế mạch

đo mà các dụng cụ đo điện được chia ra:

a.  Các dụng cụ đo tương tự (analog)

a.  Do dụng cụ, máy đo chế tạo không hoàn hảo

b.  Do phương pháp đo, hoặc do cách dùng phương pháp đo không hợp lý

c.  Do yếu tố khí hậu, nhiệt độ, độ ẩm của môi trường khác với điều kiện tiêu chuẩn

d.  Do cả 3 yếu tố a, b, c

7)  Chọn phát biểu đúng:

a.  Sai số ngẫu nhiên là sai số do các yếu tố bất thường không có quy luật gây ra

b.  Sai số ngẫu nhiên do dụng cụ, máy đo chế tạo không hoàn hảo

c.  Sai số ngẫu nhiên do phương pháp đo, hoặc cách dùng phương pháp đo không hợp lý

d.  Sai số ngẫu nhiên do điều kiện đo khác với điều kiện tiêu chuẩn 8)  Chọn phát biểu đúng:

Sai số ngẫu nhiên là sai số gây ra:

a.  do phương pháp đo, hoặc cách dùng phương pháp đo không hợp lý

b.  do các yếu tố bất thường không có quy luật gây ra

c.  do yếu tố khí hậu, nhiệt độ, độ ẩm của môi trường khác với điều kiện tiêu chuẩn

d.  do người tiến hành thí nghiệm gây ra

9)  Cấp chính xác của dụng cụ đo điện được định nghĩa là:

Trong đó: amax – là sai số tuyệt đối lớn nhất của dụng cụ đo ở thang đo

tương ứng; Amax – là giá trị lớn nhất của thang đo

10)  Một miliampekế có thang độ lớn nhất Amax = 100mA, cấp chính xác là 2,5 Sai số tuyệt đối lớn nhất cho phép của phép đo sẽ là:

11)  Một vôn kế có thang độ lớn nhất Amax = 150V, cấp chính xác là 1,5 Sai

số tuyệt đối lớn nhất cho phép của phép đo sẽ là:

14)  Dụng cụ đo điện được quy định có:

a.  8 cấp chính xác sau : 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 và 5

b.  7 cấp chính xác sau : 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5 và 2,5

a.  Sai số tuyệt đối của phép đo sẽ thay đổi,

b.  Sai số tương đối của phép đo không thay đổi

c.  Sai số tương đối của phép đo thay đổi

d.  Cả sai số tuyệt đối và sai số tương đối đều thay đổi

17)  Mỗi một máy đo đều có cấp chính xác nhất định, nhưng khi thay đổi thang đo thì:

a.  Sai số tương đối của phép đo sẽ thay đổi

b.  Sai số tuyệt đối của phép đo sẽ thay đổi,

c.  Sai số tương đối của phép đo không thay đổi

d.  Phát biểu c SAI

18)  Chọn phát biểu đúng:

Căn cứ vào tính chất điện của các đại lượng vật lý người ta phân các đại lượng đo ra:

a.  Các đại lượng điện và các đại lượng không điện

b.  Đại lượng cơ bản và đại lượng dẫn xuất

c.  Đại lượng tác động và đại lượng thụ động

d.  Đại lượng cơ hay nhiệt

19)  Tùy thuộc vào thao tác thực hiện phép đo mà người ta chia ra các

phương pháp đo:

a.  Trực tiếp,

b.  Trực tiếp, gián tiếp,

c.  Trực tiếp, gián tiếp, hợp bộ,

d.  Trực tiếp, gián tiếp, hợp bộ, thống kê

20)  Theo phương pháp và kỹ thuật thực hiện phép đo người ta chia ra:

a.  Đo điện và đo không điện

b.  Đo điện áp

c.  Đo dòng điện

d.  Đo điện trở

21)  Chọn phát biểu SAI

a.  Có thể đo các đại lượng không điện bằng phương pháp đo điện

b.  Có thể đo các đại lượng điện bằng phương pháp đo không điện

c.  Đo không điện là phép đo không dùng điện hoặc tín hiệu điện

d.  Đo điện là phương pháp đo sử dụng tín hiệu điện để biến đổi và xử

lý kết quả và sử dụng các dụng cụ đo điện để chỉ thị

22)  Chọn phát biểu SAI

Mỗi máy đo đều có một cấp chính xác nhất định, nhưng khi thay đổi thang đo thì:

a.  Sai số tương đối của phép đo sẽ thay đổi

b.  Sai số tuyệt đối của phép đo sẽ thay đổi,

c.  Sai số tương đối của phép đo không thay đổi

d.  Cả sai số tuyệt đối và sai số tương đối đều thay đổi

23)  Khi chia độ thang đo của các dụng cụ chỉ thị kim cần chú ý:

a.  Phải chia sao cho thang độ thật đều từ đầu đến cuối

b.  Phải chia phần đầu rộng phần sau hẹp

c.  Phải chia theo thang logarith

d.  Phải chia thang độ theo hàm truyền của cơ cấu đo

24)  Chỉ thị kết quả đo ở dạng kim hoặc chỉ thị số phụ thuộc vào:

a.  Đại lượng đo

b.  Kết quả đo

c.  Dải đo

d.  Phụ thuộc vào mạch đo và cơ cấu đo

Bài 2

MÁY ĐO ĐA DỤNG VOM, DMM

Mục tiêu :

-  Kiến thức: Trình bày được sơ đồ khối và các thông số kỹ thuật của

máy đo đa dụng VOM/DMM

-  Kỹ năng: Phân tích được các mạch đo trong VOM Sử dụng thành

thạo VOM, DMM trong công việc đo đạc và sửa chữa các thiết bị điện tử dân dụng

-  Thái độ: Cẩn thận, an toàn, bảo quản tốt máy đo

Nội dung chính:

7 Các thông số kỹ thuật của máy đo VOM

Mục tiêu: Mô tả và đọc được các thông số kỹ thuật cơ bản của một máy đo VOM

7.1 Khái niệm chung

Máy đo đa dụng VOM (Volt – Ohm – Milliammeter) là thiết bị đo đa năng, cho phép thực hiện các phép đo chính sau:

  Đo điện áp xoay chiều AC

  Đo điện áp một chiều DC

  Đo dòng điện một chiều DC

  Đo điện trở

Tùy thuộc loại máy đo của các hãng sản xuất mà hình dạng, kích thước, bố trí các phím điều khiển chức năng sẽ khác nhau Một số máy đo VOM còn có thêm các chức năng:

  Kiểm tra liền mạch với tín hiệu âm thanh hoặc Led nhấp nháy

  Đo hệ số khuếch đại dòng của transistor hfe

  Đo dòng rò Iceo của transistor

  Đo decibel bằng thang đo điện áp xoay chiều

Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy đo đa dụng VOM thường bao gồm: Các chức năng đo, các thang đo và giới hạn các thang đo Độ nhạy và cấp chính xác của đồng hồ

Để minh họa, ta chọn máy đo SUNWA – YX-960TR Mô tả bố trí mặt máy như hình 2.1

Hình 2 1 Hình dạng và bố trí mặt máy SUNWA – YX-960R

Mô tả các ký hiệu và chức năng của đồng hồ SUNWA:

(1)  Kim chỉ thị của cơ cấu đo hệ từ điện

(2)  Các thang độ: Từ trên xuống tương ứng:

  Ω : Thang đo điện trở,

  V.A : Thang đo áp, đo dòng,

  AC 10V : Thang đo xoay chiều 10V

  LI : Thang đo dòng qua điện trở bằng phép đo Ω; đo dòng

rò Iceo của transistor

  LV : Thang đo áp hai đầu điện trở bằng phép đo Ω; đo độ

lợi dòng hfe của transistor

  dB : Thang đo dB

  BATT : Thang độ kiểm tra pin Có 3 miền tương ứng:

(3)  Núm chỉnh zero: Để chỉnh kim ở vị trí số 0 khi không tải

(4)  Cực âm (-) đồng hồ Gắn dây đo chung màu đen

(5)  Cực dương (+) đồng hồ Để dễ phân biệt, quy ước lối vào (+) gắn

dây màu đỏ, lối vào (-) gắn dây màu đen

(6)  Chọn chức năng đo và thang đo: Chuyển mạch để chọn chức năng

đo và đặt thang đo khi sử dụng

(7)  Thang đo áp xoay chiều AC Khi đo áp xoay chiều quay chuyển

(11)  Tín hiệu thử liền mạch Khi kẹp que đo vào 2 điểm cần kiểm tra, nếu

thông nhau tín hiệu được phát ra, ngược lại thì không có tín hiệu

(12)  Chỉnh zero thang đo điện trở Khi đo điện trở chập 2 que đo và chỉnh

zero của thang độ trước mỗi lần đo

(13)  Thử pin Kiểm tra pin trong đồng hồ xem còn tốt (GOOD) hay xấu

(BAD)

(14)  Thang đo dòng 2,5A Lối vào riêng dành cho thang đo dòng lớn

2,5A

(15)  Lối ra AF Dùng cho thang đo dB

(16)  h fe : Jack cắm để kiểm tra transistor và đo hệ số hfe

Chú ý Với các máy đo VOM khác thì cũng có những chức năng tương tự

Các thông số kỹ thuật chi tiết của máy đo SUNWA – YX-960TR chỉ ra trong bảng 1.1

Bảng 1 3 Các thông số kỹ thuật của máy đo SUNWA – YX-960R

Phép đo Dải đo Độ chính xác Ghi chú

Áp DC

Trở kháng vào 20kΩ/V

X10: 0-2Ω-20kΩ Giữa 200Ω X100: 0-20Ω-200kΩ Giữa 2kΩ X1K: 0-200Ω-2MΩ Giữa 20kΩ X10K: 0-2kΩ-20MΩ Giữa 200Ω

Đo dòng rò

Iceo (LI)

0-150A ở X1K; 0-15mA ở X10 0-1.5mA ở X100; 0 - 150mA ở X 1 ±5%

Dòng qua tải giữa hai đầu đo điện trở

Đo áp giữa hai

đầu tải (LV)

Chung cho các thang đo Ω (3V-0),

Sụt áp trên tải giữa 2 đầu đo điện trở Lối ra AF

(đo dB)

-10dB- + 22dB (thang 10Vac) 0dB/0.775V (1mW trên tải 600Ω) ±4 % FS Trở kháng ra 9kΩ/V

Đo hef 0 - 1000 ở thang X10 (Ic/Ib) ±3% Gắn Transistor vào

đế

Kiểm tra pin 0-9V: thang mã màu Tốt - ? - Xấu

0-9V: thang mã màu Tốt - ? - Xấu

Dòng tải 1.5V/250mA 9V/25mA

7.2 Độ nhạy của đồng hồ

Độ nhạy của đồng hồ là dòng điện nhỏ nhất có khả năng làm lệch kim chỉ thị lên hết thang độ Dòng càng nhỏ thì độ nhạy càng cao

Các đồng hồ có độ nhạy cao thường có độ nhạy (5020)A Độ nhạy thực

tế của đồng hồ thường bị giảm đi vì có shunt vạn năng đấu song song với khung dây

Trên mặt của đồng hồ đo thường có ghi trị số điện trở vào ứng với mỗi vôn (/V) Muốn tính ra độ nhạy thực tế cần số lấy nghịch đảo của điện trở vào ứng với mỗi vôn Ví dụ, đồng hồ vạn năng SUNWA có điện trở vào ứng mỗi vôn là 20.000 /V (thang đo DC ) thì độ nhạy thực tế sẽ là:

5020.000  / 20.000 

V

A V

Trên mặt đồng hồ thường ghi rõ cấp chính xác đối với điện một chiều và xoay chiều Các đồng hồ thông dụng có cấp chính xác 2,5 đối với điện một

chiều và 4 đối với điện xoay chiều

7.4 Tính thăng bằng

Đồng hồ vạn năng có tính thăng bằng tốt thì dù để nằm, để đứng hay

nghiêng kim chỉ thị vẫn về đúng số 0 Điều đó chứng tỏ trọng tâm của khung quay nằm đúng trên đường nối hai mũi nhọn của trục quay

8 Sơ đồ khối chức năng của VOM

Mục tiêu: Mô tả và vẽ được sơ đồ khối chức năng của máy đo VOM

Máy đo đa dụng VOM sử dụng cơ cấu đo từ điện với 3 khối chức năng cơ bản sau:

  Khối mạch đo dòng điện I

  Khối mạch đo điện áp U

  Khối mạch đo điện trở R

Sơ đồ khối của máy đo VOM mô tả trên hình 2.2

Hình 2 2 Sơ đồ khối VOM

Khi xoay chuyển mạch chọn chức năng đo ở vị trí ứng với I, U, hay R ta có các đồng hồ đo dòng, đo áp và đo điện trở tương ứng Chi tiết các thang đo và các tính năng cơ bản đã mô tả trong bảng 1.1 Nguyên lý cấu tạo mạch đo của từng đại lượng sẽ được xét ở phần 3 sau đây

9 Nguyên lý cấu tạo mạch đo trong VOM

Mục tiêu: Mô tả được nguyên lý cấu tạo các mạch đo dòng điện, điện áp, điện trở trong VOM, từ đó thiết tính được các thang đo cơ bản của máy đo

9.1 Mạch đo dòng DC

Máy đo sử dụng cơ cấu đo từ điện, mỗi cơ cấu đo có 2 thông số đặc trưng

cơ bản sau:

  Điện trở cơ cấu đo (điện trở của khung dây): Rg

  Dòng lệch toàn thang (dòng lớn nhất cho phép): Ig

Như vậy, bản thân cơ cấu đo đã là một microampe kế một chiều có giới hạn

đo lớn nhất là Ig Ký hiệu cơ cấu đo như một điện kế từ điện G (hình 2.3)

Hình 2 3 Ký hiệu cơ cấu đo từ điện

Để đo dòng lớn hơn người ta mắc một điện trở shunt song song với cơ cấu

đo (hình 2.4, a)

Hình 2 4 Mắc shunt cho ampe kế

Giá trị điện trở RS dễ dàng tính được từ sơ đồ Ta có:

I I  I ;

 

11

R R

 - Hệ số mở rộng thang đo dòng

Mạch đo dòng trong VOM thường có 4 dải đo: 250mA Mỗi dải đo sẽ có một điện trở shunt RS tương ứng Có 2 cách mắc điện trở shunt: mắc riêng rẽ và mắc tổ hợp

0-50A-2.5mA-25mA-9.1.1 Mắc shunt riêng rẽ

Sơ đồ mắc điện trở shunt kiểu riêng rẽ như trên hình 2.4, b Ứng với thang

đo nào thì mắc shunt riêng của thang đo đó nhờ chuyển mạch chọn dải đo Giá trị điện trở shunt tính theo công thức (2.2):

  Ưu điểm Cách mắc shunt riêng rẽ đơn giản, dễ tính toán, dễ thực hiện

Khi hư hỏng dễ dàng sửa chữa

  Nhược điểm Nếu chuyển mạch shunt bị hở, dòng đo sẽ đổ hết qua điện

kế, khung dây sẽ bị cháy vì quá tải

9.1.2 Mắc shunt tổ hợp

Mạch shunt tổ hợp có đặc điểm là bao gồm tất cả các shunt riêng rẽ của từng thang đo Các shunt riêng rẽ đấu nối tiếp với nhau và toàn bộ điện trở shunt đấu song song thường trực với cơ cấu đo (hình 2-5)

R1 R2

1 2

a) b) Hình 2 5 Mạch shunt tổ hợp

Mỗi một thang đo sẽ là tổ hợp các điện trở, shunt của thang đo trước là một phần shunt của thang đo sau Trong sơ đồ hình 2,5, a thì ứng với thang đo thứ

nhất, điện trở shunt là R 1 , còn R 2 , R 3 , R 4 đóng vai trò các điện trở phụ nối tiếp với cơ cấu đo Đây cũng là thang đo dòng lớn nhất trong các thang đo trên (ứng với shunt nhỏ nhất)

Một cách tương tự, ta có (R 1 + R 2 ) là shunt của thang đo thứ 2; (R 1 + R 2

+ R 3 ) là shunt của thang đo thứ ba và (R 1 + R 2 + R 3 + R 4) là shunt của thang đo thứ tư (thang đo dòng nhỏ nhất)

So với kiểu mạch dùng shunt riêng rẽ, mạch dùng shunt tổ hợp tiết kiệm được điện trở dây quấn hơn, đặc biệt do điện trở shunt mắc song song thường trực với cơ cấu đo nên không sợ xảy ra quá tải cho đồng hồ Tuy nhiên, việc điều chỉnh và sửa chữa mạch shunt sẽ phức tạp hơn

Để tính toán điện trở shunt tổ hợp ta cũng xuất phát từ cách tính tổng quát đối với shunt riêng rẽ Xét mạch shunt tổ hợp đơn giản như chỉ ra trên hình 2.5,

Ở đây n1 là hệ số tăng dòng ứng với thang thứ nhất: RS = R1 + R2

Với thang đo sau, điện trở shunt là R2, còn R1 nối tiếp với cơ cấu đo Áp dụng công thức tính shunt (2.2) ta có:

Tính toán tương tự với các mạch shunt vạn năng cho 3, 4, k thang đo ta

rút ra công thức tổng quát tính điện trở shunt vạn năng R k cho một thang đo bất kỳ:

Một điện kế từ điện có dòng lệch toàn thang là Ig = 50A, điện trở cơ cấu

đo Rg = 300 Tính trị số shunt tổ hợp mở rộng thang đo cho điện kế để có thể

đo các dòng 100 A, 1mA, 10mA và 100mA

U g = I g R g (2.8) Giá trị của Ug trong khoảng 50  75mV Như vậy bản thân điện kế đã là một milivon kế

Để mở rộng thang đo cho đồng hồ người ta mắc thêm điện trở phụ R p nối tiếp với cơ cấu đo (hình 2.6)

Hình 2 6 Mở rộng thang đo cho vôn kế

Từ hình vẽ ta có:

U = U P + U g = I g (R P + R g) Như vậy, giá trị của điện trở phụ sẽ là:

 – hệ số tăng áp

Tương tự như thang đo dòng, để tạo các dải đo điện áp khác nhau, người

ta cũng dùng các sơ đồ mắc điện trở phụ theo 2 cách khác nhau: mắc kiểu riêng

rẽ và mắc kiểu tổ hợp

9.2.1 Mắc điện trở phụ kiểu riêng rẽ

Sơ đồ mạch đo điện áp một chiều với 4 thang đo mắc kiểu điện trở phụ riêng rẽ trên hình 2.7 Giá trị điện trở phụ ứng với thang đo thứ k tính theo công thức (2.9):

Hình 2 7 Mắc điện trở phụ cho vôn kế kiểu riêng rẽ

Mạch này có ưu điểm là dễ dàng kiểm tra và sửa chữa, nhưng có nhược điểm giống như mạch sun riêng rẽ là dễ bị hở mạch đo khi chuyển mạch tiếp xúc xấu

Tương tự, ta rút ra công thức tổng quát để tính điện trở phụ mở rộng thang

đo khi đã biết thang đo trước (k là số thứ tự thang đo):

Trong mạch đo điện trở của ôm kế điện trở cần đo R x được mắc nối tiếp với

cơ cấu đo (hình 2.9, a)

R R (2.11)

Nếu E = const thì I g = f(R x ) Thang độ của dụng cụ khắc độ theo R x Vì

hàm truyền (2.11) là phi tuyến nên thang độ R x sẽ không đều

a) b)

Hình 2 9 Nguyên lý mạch đo điện trở Khi R x thay đổi giá trị của I g sẽ thay đổi