(NB) Giáo trình Đo lường điện cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm chung về đo lường; Dụng cụ đo cơ điện; Dụng cụ đo điện tử; Đo các đại lượng điện và không điện;...Mời các bạn cùng tham khảo
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Chủ biên: Phạm Thị Minh phương GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ (Lưu hành nội bộ) Hà Nội năm 2012 Tuyên bố quyền Giáo trình sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội trường cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội không sử dụng không cho phép cá nhân hay tổ chức sử dụng giáo trình với mục đích kinh doanh Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình với mục đích khác hay nơi khác phải đồng ý văn trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội LỜI NĨI ĐẦU Trong chương trình đào tạo trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề thực hành nghề giữ vị trí 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 giáo trình nội bộ, mang tính khoa học đáp ứng với yêu cầu thực tế Nội dung giáo trình “Đo lường điện- nghề điện tử” xây dựng sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, Giáo trình nội nhà giáo có nhiều kinh nghiệm nhiều năm làm cơng tác ngành đào tạo chuyên nghiệp Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập nội dung bản, cốt yếu để tùy theo tính chất ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp khơng trái với quy định chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận tham gia đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp chuyên gia kỹ thuật đầu ngành Xin trân trọng cảm ơn! Bài 1: Khái niệm chung đo lường Mục tiêu: Cung cấp khái niệm đo lường sai số, phận dụng cụ đo điện - Chủ động sáng tạo học tập Khái niệm đo lường sai số 1.1 Vị trí đo lường 1.1: Khái niệm đo lường Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo Kết đo lường (Ax) giá trị số, định nghĩa tỉ số đại lượng cần đo (X) đơn vị đo (Xo): Kết đo biểu diễn dạng: A = X ta có X = A.X0 X0 Trong đó: X - đại lượng đo X0 - đơn vị đo A - số kết đo Từ (1.1) có phương trình phép đo: X = Ax Xo , rõ so sánh X so với Xo, muốn đo đại lượng cần đo X phải có tính chất giá trị so sánh được, muốn đo đại lượng khơng có tính chất so sánh thường phải chuyển đổi chúng thành đại lượng so sánh 1.2 Khái niệm đo lường điện Đại lượng so sánh với mẫu hay chuẩn đo Nếu đại lượng khơng so sánh phải chuyển đổi đại lượng so sánh với mẫu hay chuẩn đo Đo lường điện trình đánh giá định lượng đại lượng điện cần đo để có kết số so với đơn vị đo 1.3 Các phương pháp đo * phương pháp đo chia làm loại 1.3.1: Phương pháp đo trực tiếp: phương pháp đo mà đại lượng cần đo so sánh trực tiếp với mẫu đo Phương pháp chia thành cách đo: - Phương pháp đo đọc số thẳng - Phương pháp đo so sánh phương pháp mà đại lượng cần đo so sánh với mẫu đo loại biết trị số Ví dụ: Dùng cầu đo điện để đo điện trở, dùng cầu đo để đo điện dụng v.v 1.3.2: Phương pháp đo gián tiếp: phương pháp đo đại lượng cần đo tính từ kết đo đại lượng khác có liên quan Ví dụ: Muốn đo điện áp ta khơng có Vơnmét, ta đo điện áp cách: - Dùng ômmét đo điện trở mạch - Dùng Ampemét đo dòng điện qua mạch Sau áp dụng cơng thức định luật biết để tính trị số điện áp cần đo 1.2 Sai số tính sai số: 1.2.1 Khái niệm sai số: Khi đo, số dụng cụ đo kết tính tốn ln có sai lệch với giá trị thực đại lưọng cần đo Lượng sai lệch gọi sai số Ngoài sai số dụng cụ đo, việc thực trình đo gây nhiều sai số Nguyên nhân sai số gồm: - Phương pháp đo chọn - Mức độ cẩn thận đo Do kết đo lường không với giá trị xác đại lượng đo mà có sai số, gọi sai số phép đo Như muốn có kết xác phép đo trước đo phải xem xét điều kiện đo để chọn phương pháp đo phù hợp, sau đo cần phải gia công kết thu nhằm tìm kết xác 1.2.2: Các loại sai số Sai số gồm loại: + Sai số hệ thống: sai số mà giá trị ln khơng đổi thay đổi có quy luật Sai số nguyên tắc loại trừ Nguyên nhân: Do trình chế tạo dụng cụ đo ma sát, khắc vạch thang đo vv + Sai số ngẫu nhiên: sai số mà giá trị thay đổi ngẫu nhiên thay đổi mơi trường bên ngồi (người sử dụng, nhiệt độ môi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v.v ) Nguyên nhân: - Do người đo nhìn lệch, nhìn nghiêng, đọc sai v.v - Dùng cơng thức tính tốn khơng thích hợp, dùng cơng thức gần tính tốn Nhiệt độ mơi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v.v ) 1.2.3 Phương pháp tính sai số Gọi: A: kết đo A1: giá trị thực đại lượng cần đo Tính sai số sau: + Sai số tuyệt đối: A =A1 - A (1.1) A gọi sai số tuyệt đối phép đo + Sai số tương đối: A A 100% A A A * 100 % A1 (1.2) Phép đo có A nhỏ xác + Sai số qui đổi qđ qd A A A 100% * 100% Adm Adm (1.3) Với Ađm: Là giới hạn đo dụng cụ đo (giá trị lớn thang đo) Quan hệ sai số tương đối sai số qui đổi: qd Với K d A Adm A A A 100% * A * K d Adm A Adm (1.4) hệ số sử dụng thang đo (Kd 1) Nếu Kd gần đại lượng đo gần giới hạn đo A bé phép đo xác Thơng thường phép đo xác Kd ẵ Các phận máy đo 2.1 Mạch đo 2.2 Cơ cấu đo 2.3 phận phụ Bài 2: Dụng cụ đo điện Mục tiêu - Phân loại cấu thị - Khắc phục cố hư hỏng cấu - Chủ động sáng tạo học tập Cơ cấu đo từ điện 2.1 Cơ cấu đo từ điện *Ký hiu: *Cu to: Hình 2.1: Ký hiệu cấu từ điện Hình 2.2: Ký hiệu cấu từ điện Kim thị Khe hở cực từ Nam châm N Cực từ S Cuộn dây Lò xo Lỏi sắt non Đối trọng Hình 1: Cấu tạo cấu đo kiểu từ điện + Khung quay: khung quay nhôm hình chữ nhật, khung có quấn dây đồng bọc vecni Toàn khối lượng khung quay phải nhỏ tốt để cho mơmen qn tính nhỏ tốt Toàn khung quay đặt trục quay treo dây treo + Nam châm vĩnh cửu: khung quay đặt hai cực từ N-S nam châm vĩnh cửu + Lõi sắt non hình trụ nằm khung quay tương đối + Kim thị gắn chặt trục quay dây treo Phía sau kim thị có mang đối trọng để cho trọng tâm kim thị nằm trục quay dây treo + Lò xo đối kháng (kiểm sốt) dây treo có nhiệm vụ kéo kim thị vị trí ban đầu điểm 0) kiểm soát quay kim thị *Nguyên lý: N F b F‘ S Hình 2: Sơ đồ nguyên lý cấu đo kiểu từ điện Khi có dòng điện cần đo I vào cuộn dây khung quay tác dụng với từ trường khe hở tạo lực điện từ F: F = N.B.l.L Trong đó: N: số vịng dây quấn cuộn dây B: mật độ từ thông xuyên qua khung dây L: chiều dài khung dây I: cường độ dòng điện Lực điện từ sinh mômen quay Mq: (2.1) M q 2F b NBILb (2.2) Trong đó: b bề rộng khung dây L.b = S diện tích khung dây Nên: Mq = N.B.S.I (2.3) Mômen quay làm phần động mang kim đo quay góc lị xo đối kháng bị xoắn lại tạo mơmen đối kháng Mđk tỷ lệ với góc quay Mđk = K. (K độ cứng lò xo) Kim cấu đứng lại hai mômen Mq = M đk N.B.S.I = K. BSN I K (2.4) BSN C const Đặt K = C = const = C.I (2.5) C gọi độ nhạy cấu đo từ điện (A/mm) Cho biết dòng điện cần thiết chạy qua cấu đo để kim đo lệch 1mm hay vạch Kết luận: qua biểu thức ta thấy góc quay kim đo tỷ lệ với dòng điện cần đo độ nhạy cấu đo, dòng điện độ nhạy lớn góc quay lớn Từ góc kim ta suy giá trị đại lượng cần đo 2.2.1 Đặc điểm ứng dụng: a Đặc điểm: - Độ nhạy cao nên đo dòng điện chiều nhỏ (từ 1012 10-14) - Tiêu thụ lượng điện nên độ xác cao - Chỉ đo dòng áp chiều - Khả tải khung dây quay nên quấn dây cỡ nhỏ - Chế tạo khó khăn, giá thành đắt * Muốn đo đại lưọng xoay chiều phải qua cấu nắn dòng b ứng dụng: Sản xuất dụng cụ đo: - Đo dòng điện: miliAmpemét, Ampemét - Đo điện áp: miliVônmét, Vônmét - Đo điện trở: ômmét Cơ cấu đo điện từ 2.3.1 Ký hiệu: Hình 3: ký hiệu cấu đo điện từ 2.3.2 Cấu tạo: 3 Hình 4: Cơ cấu đo kiểu điện từ Cuộn dây phần tĩnh Trục quay Rãnh hẹp Bộ cản dịu kiểu khơng khí Phiến thép Lò xo đối kháng a Phần tĩnh: gồm cuộn dây phần tĩnh (trịn phẳng), khơng có lõi thép b Phần động: gồm thép non hình bán nguyệt gắn lệch tâm trục Trên trục cịn có lò xo đối kháng, kim phận cản dịu kiểu khơng khí 2.3.3 Ngun lý: Khi có dịng điện cần đo I vào cuộn dây phần tĩnh trở thành nam châm điện phiến thép (3) bị hút vào rãnh (2) Lực hút tạo mômen quay trục - Sơ đồ đấu dây cơng tơ pha: (Hình 3.26) * * L Tải Nguồn N Hình 3.29: Sơ đồ đấu dây công tơ pha - Sơ đồ đấu dây cơng tơ pha phần tử (Hình 3.27) * * * * * * A B C Tải N Hình 3.30: Sơ đồ đấu dây cơng tơ pha phần tử - Kí hiệu qui ước: cơng tơ điện pha đưa đầu dây đánh số từ trái qua phải 1, 2, 3, hay 1S, 2S, 3L, 4L Các đầu 1, hay 1S, 2S nối với nguồn Các đầu 3, hay 3L, 4L nối với tải tiêu thụ 3.3.4.Cách chọn công tơ hợp lý: Trên công tơ điện nhà sản xuất cho giá trị: Điện áp định mức: Uđm giá trị điện áp cho phép công tơ làm việc Công tơ pha thường có điện áp định mức 220V 110V; Cơng tơ pha thường có điện áp định mức là: pha 380V pha 220V Dòng điện định mức: Iđm giá trị dịng điện làm việc cơng tơ Nhà sản xuất thường cho giá trị dịng điện làm việc bình thường (định mức) dòng điện tối đa (cực đại) mà cơng tơ làm việc dạng Iđm (Imax) Hằng số công tơ: cho biết số vịng quay cơng tơ KWh điện tiêu thụ Thơng thường có số sau: 450 Rev/KWh; 600 Rev/KWh; 900 Rev/KWh;1200 Rev/KWh Ngoài nhãn cịn có thơng số khác như: tần số; số hiệu sản phẩm; năm sản xuất Quan sát ký hiệu mặt công tơ để chọn cơng tơ thích hợp với mạch cần đo: điện áp, dịng điện định mức, số cơng tơ, cấp xác v.v Khi chọn cơng tơ, ngồi việc chọn điện áp cơng tơ thích hợp với điện áp mạch cần đo, ta cần phải chọn dòng điện định mức cơng tơ thích hợp với dịng điện mạch đo Muốn ta phải tính cường độ dịng điện tối đa tất đồ dùng điện nhà, xem tất đồ dùng điện sử dụng lúc 3.3.5.Đo kiểm công tơ: Do cấu tạo cơng tơ (cuộn dịng điện dây to vịng cuộn điện áp dây nhỏ nhiều vòng hơn) nên dùng Ohm kế để đo kiểm kết RDòNG