tài liệu hướng dẫn đo lường điện tử

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN T HÍ NGHIỆM ĐO ĐIỆN T Ử Bài Phần Volt kế chiều I Tóm lược Volt kế thiết bò hưũ dụng lónh vực điện Một volt kế DC thực đơn giản từ khung quay kiểu từ điện (PMMC) điện trở tầm đo mắc nối tiếp với II Thiết bò thí nghiệm - nguồn DC điều chỉnh - biến trở 50K∧, 100K∧ - khung quay - 50µA - EVM ( volt kế điện tử) volt kế số - Một số điện trở III Trình tự thí nghiệm Xác đònh nội trở khung quay cách sau 1) Phương pháp biến trở Lắp mạch hình 50K S a- DCĐặt cực giá trò điện trở 50K cực ∧ đại nguồn tiểu b- Tăng từ từ nguồn DC 1V c- Đóng khoá S, giảm từ từ biến trở đến kim thò đạt độ lệch toàn khung Hình d- Cẩn thận tắt nguồn tháo biến trở khỏi mạch, dùng máy đo số đo giá trò điện trở ghi vào bảng trò số R e- Nối lại điện trở vào mạch , thay đổi từ từ kim thò góc lệch nửa khung quay Tiếp tục đo ghi lại trò số R2 vào bảng f- Tính giá trò nội trở khung theo công thức Rm1 = R2 - 2R1 E= 1V 50μA 2) Phương pháp phân Lắp mạch hình a- Đặt rò điện trở 50K cực đại E = 1V giá t DC cực tiểu nguồn b- Tăng từ từ nguồn DC đến giá trò E = 1V c- Đóng khoá S Giảm từ từ biến trở đến kim thò đạt độ lệch toàn khung S 50K∧ V 50 μA Hình d- Tính giá trò nội trở khung quay Rm2 từ giá trò dòng áp ghi nhận ghi vào bảng 3) Phương pháp điện trở Shunt Lắp mạch hình a- Thay đổi biến trở 100K đến kim lệch toàn khung b- Đóng khoá S , thay đổi biến trở 50K từ từ đến kim lệch nửa khung cTháo biến trở 50K 100K khỏi mạch dùng máy đo giá trò cuả ghi vào bảng trò số R m3 = R 50K R100K (R 50K vaø R100K laø giá trò đo cuả IFS hai biến trở ) 100K∧ S 50K∧ 50μA E = 1V Hình 4) Tính giá trò trung bình cuả nội trở khung quay theo công thức sau R m1 + R m2 + R m3 hương pháp Phương pháp pháp Nội trở R mTB = Phương P Biến R1trở R2 Rm1 Shunt Khung quay R50K R100K Rm3 RmTB Bảng tìm tính toán trò số điện trở 5) p dụng giá tầm đo cho volt kế trò RmTB DC với tầm đo 1V , 5V, 10V Tự vẽ mạch với điện trở tầm đo độc lập, điện trở tầm đo chung 6) Chọn hai mạch lắp ráp volt kế: dùng khung quay vừa khảo sát làm bô phận thò, điện trở tầm đo sử dụng điện trở nhỏ loại ¼ watt cắm nối tiếp project board để có trò số mong muốn (có thể lắp biến đến trò số tính) trở chỉnh nh nguồn DC để có giá trò điện áp 7) Điều p volt khoảng cho phé kế vừa lắp Nối volt kế vào mạch , điều chỉnh nguồn kim lệch vài vò trí vạch chia, đọc giá trò ghi kết vào bảng : trò số E2 (là trò số tương ứng thò volt kế vừa lắp), trò số E trò số đo từ volt kế số (được xem giá trò tin cậy ) 8) Tính sai số cuả thang theo công thức E − E2 ε = 100 0 E1 B Phân thế) E (mV I (µA ) Rm2 Tầm đo – 1v Điện trở RS Trò số điện áp tương ứng Sai số độ lệch tương 25% 50% 75% 100% đối ε% – 5v E1 E2 E1 - 10v E2 E1 E2 Bảng Phần Volt kế xoay chiều I Mục đích Thiết kế, lắp ráp hiệu chỉnh volt kế xoay chiều sử dụng phương pháp chỉnh lưu bán sóng toàn sóng II Thiết bò t hí nghiệm - Khung q uay chiều - 50A - diode bán dẫn - variac (máy biến tự ngẫu) - máy biến cách ly - Một số điện trở III Trình tự thí nghiệm 1) Tính toán độ nhạy xoay chiều cuả khung quay (khung quay thí nghiệm phần 1) 2) Tính toán giá trò điện trở tầm đo RV cho tầm đo trò hiệu dụng điện áp xoay chiều 5V, 10V, 20V mạch đo hình 3) Lắp ráp mạch volt kế xoay chiều chỉnh lưu bán sóng hình vẽ ( sử dụng điện trở cố đònh để làm điện V trở tầm đo R ) 4) Đưa Biến Biến Volt kế xoay điện áp áp áp khảo sát chiều hiệu dụng cho tự cách A ngẫu ly bước vào mạch (dùng volt kế đo 220VAC trò số hai nút A B), điều O chỉnh điện trở In ut pu Rs pu 5v 10v t để có độ lệch toàn 20v B khung Hình 5) Tháo điện trở khỏi mạch đo giá trò cuả chúng ghi vào bảng kết Trang Phòng thí nghiệm Mạch &Đo 02-2009 6) Tính toán giá trò điện trở tầm đo RV cho tầm đo trò hiệu dụng điện 220VAC Biến áp tự ngẫu Biến áp cách A ly In pu t O ut pu Volt kế khảo sát 5v 10v 20v áp xoay chiều B 5V, 10V, 20V chỉnh Hình lưu toàn kỳ 7) Lắp ráp mạch volt kế xoay chiều chỉnh lưu toàn sóng hình vẽ ( sử dụng điện trở cố đònh để làm điện trở tầm đo RV) 8) Đưa điện áp xoay chiều hiệu dụng cho bước vào mạch (dùng volt kế đo trò số hai nút Avà B), điều chỉnh điện trở Rs để có độ lệch toàn khung 9) Tháo điện trở khỏi mạch đo lại giá trò cuả chúng ghi vào bảng kết 10) Tính sai số phần trăm giá trò RV hai trường hợp tính toán thí nghiệm Bảng số liệu Chỉnh lưu bán Chỉnh lưu toàn sóng sóng Độ nhạy xoay chiều Độ nhạy xoay chiều Điện trở tầm Điện trở tầm Tầm Tính Đo Sai số Tầm Tính Đo Sai 5 10 10 20 20 11) Khảo ùt sa độ tuyến tính khung quay: mạch thí chỉnh điện áp hainghiệm nút A Bnhư bắthình đầu từ zero tăng dần lần 1V đến kim lệch toàn khung, ghi lại vò trí góc lệch kim tương ứng với trò số điện áp rối vẽ đồ thò Thực tưong tự cho thang đo lại Nhận xét độ tuyến tính góc quay theo điện áp ? Trang Phòng thí nghiệm Mạch &Đo 02-2009 Phần Báo cáo thí nghiệm 1- Tóm lược trình thí nghiệm 2- Các bảng số liệu thu 3- Giải thích cách tính điện trở Rm1,2,3 4- Giải thích cách tính điện trở tầm đo cho volt kế DC, AC 5- Nhận xét trò số điện trở tầm đo tầm đo trường hợp chỉnh lưu hai bán kỳ 6- Hãy cho biết thang đo DC AC volt trường hợp thí nghiệm có vò trí vạch chia hay không? Tại ? Trong bước tính toán chọn VD = 0,7V Bài Phần A : Khảo sát đáp ứng tần số cuả volt kế xoay chiều I Tóm lược Các volt kế thường có dãy tần số có đáp ứng không phẳng Máy đo thò không xác, thò cuả cao thấp tần số Sự không xác đáp ứng tần số cuả phần tử diode, cách chỉnh lưu, tụ điện điện trở mạch volt kế ảnh hưởng khung quay II Thiết bò thí nghiệm - - Máy phát sóng Volt kế xoay chiều volt kế khác • Volt kế thò kim METRIX • Volt kế thò số Dao loại thường DT888 động ký • Volt kế số True RMS.rò( True đo t phải RMS nhấn đồng nút AC thời vào DC đo riêng thang ACV , DCV tính theo công thức) dao động ký dùng quan sát dạng tín hiệu đo trò đỉnh ( lưu ý phải CALIB ngõ hàng dọc đo trò đỉnh ) máy phát sóng bảng điện trở thí nghiệm III Trình tự thí nghiệm 1) Nối mạch thí nghiệm hình vẽ 2) Dùng dao động ký quan sát dạng sóng, điều chỉnh máy phát tín hiệu sin2V để độ1KHz ngõ(xem ọc khoảng ởbiên tần số tần số trung tâm) Đ volt kế giá trò hiệu dụng tương ứng tần số 3) Tăng từ từ tâàn số máy phát đến giá trò đọc volt kế khoảng 90% trò số đọc câu , ghi nhận tần số fH 4) Giảm dần tần số máy phát đến giá trò đọc volt kế khoảng 90% trò số đọc câu , vò trí kim thò bắt đầu dao động hay thò số dao động khoảng rộng ghi nhận tần số fL 5) Điều chỉnh tần số máy phát từ fL 2fH (khoảng 10 trò số ), ghi lại giá trò điện áp Vò trí nối cọc đất E A:Nút chỉnh cân P C Điện kế ∧ B V ∧ C:Nút chọn chức - - B:Nút nhấn kiểm tra Lắp mạch đo sơ đồ ghi máy, cọc cần đo nối vào vò trí E cọc phụ nối vào vò trí P C theo thứ tự Chuyểnút n chức C qua vò trí B để kiểm tra vùng nguồn pin : kim xanh pin tốt màu Chuyển nút chức C qua vò trí V để kiểm tra điện áp rơi, nhỏ 10VAC cho phép đo Chuyển nút chức C qua vò trí ∧ để đo điện trở đất : phối hợp nhấn nút kiểm tra B xoay nút chỉnh cân A để cho kim điện kế vò trí lúc đọc giá trò điện trở vạch chia So sánh kết với phương pháp volt ampe Bài Đo điện dung – điện cảm I Tóm lược Các giá trò điện trở, dung , cảm phần tử thụ động , để đo đại lượng có nhiều phương pháp nhiên phổ biến phương pháp cầu đo Cầu đo DC dùng đo điện trở, cầu đo AC dùng cho đo R, L C Các cầu đo AC có ưu điểm cho ta xác đònh giá trò D Q cuả phần tử II Thí nghiệm A Đo điện dung điện cảm cầu đơn giản Lắp cầu đo điện dung CX hình vẽ nguồn phát sóng CX Cmẫu sin chỉnh trò số khoảng 2V tần số 1KHz, hộp điện trở P , Q bắt đầu với a b trò số 1000∧ , tụ mẫu khoảng 0,1µF nút a Chỉnh giá trò mẫu b giảm ao tụ động 1KHz để cho điện áp ký volt kế Q P dần (dùng d điện tử để quan sát điều này) , tiếp tục chỉnh trò số điện áp nhỏ (cực tiểu), điều kiện lý tưởng giá trò không Trong trường hợp việc điểu chỉnh làm điện áp thay đổi làm điện áp giảm mà không p qua cực tiểu có nghóa ) không phù hợp lúc tầm đo (tỉ số phải thay dổi q tỉ số khác cho cầu đo Khi xác đònh trò số cực tiểu ghi lại kết vào bảng tính giá trò tụ điện CX cách cân phần thực ảo Lần đo P Tụ Q Cmẫu CX (F) Cmẫ P Q Tụ u CX (µF) Tương tự lắp LX R Lmẫu cầu đo điện cảm, thay cuộn dây mẫu điện cảm LX Tiến hành đo trên, ghi kết vào bảng số liệu Trong số trường a hợp điện trở cuộn dây LX nhỏ b nhiều so với P Q điện trở cuộn dây mẫu làm cho cầu đo khó cân 1KHz lúc ta lắp thêm hộp điện trở R nối tiếp với nhánh có chứa L X tiến hành chỉnh cân cho cầu đo Khi có R trước tiên ta chọn trò số cho khoảng vài trăm ohm, điều chỉnh cuộn dây mẫu điện áp a b giảm đến cực tiểu, thay đổi trò số R để có cực tiểu nhỏ … , tiếp tục điều chỉnh L mẫu điện trở R chỉnh U ab nhỏ , cầu đo cân ta xác đònh trò số L X theo phần tử cầu đo Cuộn dây Cuộn dây Lần P Q R Lmẫu LX (mH) P Q R Lmẫu LX (mH) đo B Sử dụng cầu đo chuyên dụng Trong phần thí nghiệm sinh viên sử dụng cầu Sauty để đo giá trò tụ điện Cầu đo chuyên dung hình vẽ A : nút tầm chọn B : đo nút kiểm nhấn C : nút chỉnh cân D : nút chỉnh góc Nút tắt mở cầu đo : M vò trí On ; A vò trí Off C:Nút chỉnh cân Nơi cấp nguồn 4.5 V A:Nút chỉnh tầm Bộ tạo dao động 01 D:Nút chỉnh góc µF B:Nút nhấn kiểm tra Vò trí nối tai nghe T M A X Nút tắt mở cầu đo Vò trí nối tụ cần đo Thao tác đo Cắm adapter cấp nguồn DC 4.5V cho cầu đo Nối tai nghe vào vò trí T, nối tụ cần đo vào vò trí X Bật nút mở cầu đo qua M cấp nguồn cho dao động (lúc nghe tiếng o…o… từ dao động) Đeo tai nghe nhấn nút kiểm tra B ( ý âm lớn trạng thái chưa cân lúc đầu ) Xoay nút chỉnh tầm A chọn tầm có âm nhỏ Điều chỉnh nút chỉnh cân C để tìm vò trí cực tiểu âm Kết hợp hiệu chỉnh nút D (chỉnh góc ) nút chỉnh cân C đến âm nghe nhỏ ( tắt hẳn ) có trạng thái cân cầu đo Đọc kết ghi vào bảng trò số ầm đo lân cận đo lại tụ vừa cho lần Chọn mộât t vào đo thứ hai, ghi kết bảng trò số Tương tự thực đo cho tụ điện lại C Đo đon giản Volt kế V U1 220V U0 CX Lắp mạch thí nghiệm hình vẽ Lần lượt chỉnh giá trò nguồn U0 50V, 100V, 150V , 200V Trong trường hợp ghi nhận giá trò U1 Dùng công thức lý thuyết tính giá trò CX D Báo cáo thí nghiệm • • • • • Các trò số đo Giả sử trò số đo mô hình nối tiếp sốhình cuảsong L song Chãy nếutính sửcác dụngtrò mô Liệt kê phương pháp đo R, L, C khác mà anh (chò) biết, ưu khuyết điểm phương pháp Nhận xét loại cầu đo đơn giản Hệ số D, Q đặc trưng cho tính chất tụ điện cuộn dây ? Bài Đo tần số & pha Thông thường người ta hay dùng dao động ký chức sau: • Quan sát dạng sóng • Đo trò số điện áp • Đo chu kỳ Ở chức đo đạc cần đặt dao động ký vò trí chuẩn (CAL) , trò số đo đọc độ cao rộng tương ứng dạng sóng ảnh Trò số đỉnh đỉnh điện áp cần đo: EP-P = Độ lợi lệch dọc x Độ lệch dọc = Volts/Div x Số ô chia dọc Giá trò chu kỳ dạng sóng cần đo: T = Độ lợi lệch ngang x Độ lệch ngang = Time/Div x Số ô chia ngang Ngoài chức dao động ký dùng vào mục đích khác như: • Đo độ lệch pha hai tín hiệu (cùng tần số) • Đo tần số cách so sánh với tần số chuẩn ặc tuyến V• Vẽ đ A số phần tử I Đo tần số Dao động ký dùng để đo tần số tín hiệu xoay chiều phương pháp Lissajous Ở phương pháp dao động ký đặt chế độ quét (External Sweep) , dao động ký loại hai tia chế độ thường ghi X-Y với tín hiệu nối vào ngõ CH.1 (CH.A) tạo dòch chuyển theo phương ngang X, tín hiệu nối vào ngõ CH.2 (CH.B) tạo dòch chuyển theo phương dọc Y, cách ảnh dao động ký thể quan hệ hai tín hiệu Y=Y(X) CH.2=CH.2(CH.1) Ở phương pháp Lissajous người ta nối tín hiệu chuẩn biết tần vào kênh X đònh (CH1)tần số FX nối vào ần số FH tínsố hiệu cần xác kênh Y (CH2) T tín hiệu chuẩn điều chỉnh dần hình thò đứng yên ảnh dao động ký(các hình gọi hình Lissajous).Ví dụ hình lissajous hình Tài liệu thí nghiệm đo điện tử dùng cho khoá 2006 Nếu ta dựng đường tiếp tuyến theo phương ngang dọc cho hình này, đếm số tiếp điểm ngang TH , số tiếp điểm dọc TV Quan hệ hai tần số FH FX xác đònh theo phương trình sau: T F =F H X H TV II Ño độ lệch pha 1) Dùng phương pháp Lissajous Cách nối dây chỉnh dao động ký giống đo tần số , hình lissajous thu đường elip nằm góc phần tư I_III II_IV tuỳ vào độ lệch pha hai tín hiệu Độ lệch pha hai tín hiệu tính theo quan hệ: sin ϕ = a b a: khoảng cách hai cắt elip trục điểm tung b: khoảng cách hai điểm cực đại cực tiểu elip theo tung độ a b 2) So sánh pha trực tiếp Phương pháp sử dụng hai tín hiệu có chung mass Dùng chức hai tia quét quan sát đồng thời hai tín hiệu, độ lệch pha tính theo công thức sau: ⊗ ϕ = 2π t T ⊗t : đo lệ ä ch gian hai tín hiệu T : chu kỳ hai ⊗t tín hiệu T 3) So sánh pha gián tiếp Phương pháp sử dụng hai tín hiệu có điểm mass khác Để so pha chúng người ta dùng chế độ đồng , tín hiệu cưa kích khởi từ nguồn đồng , quan sát tín hiệu so sánh thời điểm xuất chúng suy độ lệch pha ϕ = 2π ⊗t T ⊗t : độ lệch thời gian hai tín hiệu T : chu kỳ hai tín hiệu III Thí nghiệm 1) Quan sát dạng Nối dao động ký đo dạng sóng nguồn phát sóng , máy phát âm tần, điện áp lưới cách ly, ghi lại thông số : hình dạng, trò đỉnh đỉnh, chu kỳ,các giá trò max (lưu ý phải calib ngõ hàng dọc ngang đo trò số này) 2) Đo tần lissajous) số (dùng phương pháp Nối mạch hình 2, dao động ký đặt chế độ X-Y , với nguồn lưới dùng tín hiệu chuẩn điều chỉnh tần số máy phát hai lần , ba lần tần số lưới Đổi nguồn lưới máy phát âm tần chỉnh cho máy phát âm tần có tần số gấp hai tần số nguồn phát sóng sin Trong thí nghiệm sinh viên vẽ lại dạng sóng thu , có nhận xét hình lissajous ộ lệch pha 3) Đo đ X-Y CH X Nguo àn lướ i Hình CH Y Ma ùy pha ùt soù ng a Phương pháp lissajous Nối mạch hình 3a, dao động ký chế độ X-Y , thay đổi tần số máy phát từ đến max, quan sát vẽ lại dạng elip cho biết khoảng biến thiên góc pha Nối mạch hình 3b, dao động ký chế độ X-Y , thay đổi tần số máy phát từ đến max, quan sát vẽ lại dạng elip mạch có thêm biến áp cho biết khoảng X-Y X-Y CH1 CH2 XY CH1 CH2 XY C C Nguồn sin L R Nguồn sin* Biến áp cách ly L R * Hình 3a biến thiên góc pha b Hình 3b So sánh pha trực tiếp Nối mạch hình 3c , dao động ký chế độ hai tia , thay đổi tần số máy phát từ đến max, quan sát vẽ lại dạng sóng cho biết khoảng biến thiên góc pha Nối mạch hình 3d, dao động ký chế độ hai tia , thay đổi tần số máy phát từ đến max, quan sát vẽ lại dạng sóng mạch có thêm biến áp cho biết khoảng biến thiên góc pha Hai tia CH X Hai tia CH Y CH X CH Y C L C Nguoàn Nguoàn R sin Hình 3c L * Biến áp sin * cách ly Hình 3d Có nhận xét so với phương pháp lissajous ? c So sánh pha gián tiếp R Nối mạch hình 3e , dao động ký chế độ tia , nguồn đồng lấy từ EXT Dùng ngõ CH2 vẽ U R , chỉnh nút TRIG LEVEL cho dạng sóng đứng yên, chỉnh nút POS hàng ngang dời tín hiệu đến vò trí làm mốc ghi nhớ vò trí Một tia Đồn g CH1 CH2 EXT Nối ADD đến nút CH1 CH2 EXT tuỳ ý Đồ ng bo ä Nối đến nút hình 3e C L C Nguồn sin Hình 3e R UR L UC R Nguồn sin Hình 3f UR Nối mạch hình 3f , dao động ký chế độ ADD , ngõ vào CH2 vò trí đảo pha (- CH2 INV) , nguồn đồng lấy từ ngoàinhau EXT Lưu , chỉnh hai nút Volts/Div haiPOS kênh giống ý nút TRIG LEVEL nút ngang hàng hỉnh Dạng sóng thu không dao động ký U điều c C Suy góc lệch pha hai tín hiệu từ hai lần quan sát IV Báo cáo Yêu cầu phần báo cáo - Sinh viên trình bày lại tiến trình thí nghiệm - Giải thích kết thu - Cho biết ưu khuyết điểm phương pháp - Phương pháp Lissajous dùng cho hai sóng vuông có không? Cho biết d ạng đồ thò - Trình bày thêm phưong pháp đo tần nh ( chò ) bie số , đo pha khác mà a át - Trình bày thêm ứng dụng khác dao động ký ... Đo điện dung – điện cảm I Tóm lược Các giá trò điện trở, dung , cảm phần tử thụ động , để đo đại lượng có nhiều phương pháp nhiên phổ biến phương pháp cầu đo Cầu đo DC dùng đo điện trở, cầu đo. .. OFF Điện kế điện tử 3: Biến trở chỉnh cân 1: Nút tắt mở chỉnh độ nhạy cho điện kế Thao tác cầu đo chuyên dùng • Công tắc nguồn nút tắt mở điện kế vò trí OFF • Lắp điện trở cần đo vào máy ➢ Các điện. .. ngắn rẽ dài để đo trò số điện trở sau: - Bóng đèn - Điện trở sứ - Điện trở dây quấn Mỗi điện trở tiến hành đo khoảng 10 lần tăng điện áp uả từ 0V đến 20V,sau ghi kết q vào bảng La àn đo Bóng đèn