Giáo trình Đo lường điện - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Nội dung chủ yếu của giáo trình là trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các cơ cấu cơ bản cấu thành nên các thiết bị đo, các phương pháp đo các đại lượng điện cơ bản, các thiết bị đo điện phổ biến hiện nay.

Giáo trình Đo lường điện Trường đại học sư phạm kỹ thuật nam định Khoa điện - điện tử Chủ biên: ThS Vũ Ngọc Tuấn KS Trần Quý Bình Giáo trình đo lường điện (Lưu hành nội bộ) Nhà xuất lao động - xà hội năm - 2012 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện Mà số: 38 189 26 07 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện Lời nói đầu Đo lường điện có vai trò quan trọng lĩnh vực đo lường nói riêng ngành điện nói chung, đo lường điện ngành điện Đo lường điện môn học sở ngành sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật điện, Công nghệ điện, điện tử, ứng dụng rộng rÃi cần thiết mà sinh viên ngành không điện khí hay công nghệ thông tin cần quan tâm Hiện đà có nhiều giáo trình đo lường điện, nhiên để đáp ứng nhu cầu giảng dạy học tập trường kỹ thuật hướng tới đào tạo chuyên sâu kỹ thực hành cần phải có giáo trình có cấu trúc cách tiếp cận kiến thức dễ hiểu, súc tích bám sát yêu cầu chương trình môn học Vì vậy, biên soạn giáo trình với mong muốn nguồn tài liệu học tập tham khảo hữu ích cho giáo viên sinh viên trường kỹ thuật, đặc biệt trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định Nội dung chủ yếu giáo trình trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động cấu cấu thành nên thiết bị đo, phương pháp đo đại lượng điện bản, thiết bị đo điện phổ biến nay, Giáo trình gồm chương: Chương 1: Các khái niệm đo lường Chương 2: Các cấu đo lường Chương 3: Đo dòng điện điện áp Chương 4: Đo thông số mạch điện Chương 5: Đo công suất - điện Chương 6: Đo góc pha - đo tần số Chương 7: Các dụng cụ đo thông dụng Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện Chúng xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo, bạn đồng nghiệp khoa Điện - Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đà nhiệt tình đóng góp ý kiến để xây dựng hoàn thiện giáo trình Trong trình biên soạn đà có nhiều cố gắng, nhiên không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp ý kiến qúy báu bạn đọc đồng nghiệp để tiếp tục hoàn thiện giáo trình Chúng xin chân thành cảm ơn! Nhóm tác giả Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện Mục lục Trang Lời nói đầu Chương 1: khái niệm đo lường 1.1 Khái niệm kỹ thuật đo 1.1.1 Các khái niệm 1.1.2 Các phương pháp đo 1.2 Các đặc tính thiết bị đo 1.2.1 Độ nhạy, độ xác 1.2.2 Độ xác sai số thiết bị đo (errors) C©u hái 9 12 12 14 16 Chương 2: Các cấu đo lường 18 2.1 Những phần tử thiết bị đo 2.1.1 Phần tĩnh 2.1.2 Phần động 2.2 Cơ cấu đo điện 2.2.1 Cơ cấu đo kiểu từ điện 2.2.2 Cơ cấu đo điện từ 2.2.3 Cơ cấu đo điện động 2.2.4 Cơ cấu sắt điện động 2.2.5 Cơ cấu cảm ứng (công tơ điện) 2.3 Thiết bị thị số 2.3.1 Khái niệm nguyên lý cấu thị số 2.3.2 Chỉ thị số 2.3.3 Mà mạch biÕn ®ỉi m· 18 18 18 20 21 27 32 36 38 40 40 40 42 Câu hỏi 48 chương 3: đo dòng điện điện áp 49 3.1 Khái quát chung đo dòng điện đo điện áp 3.2 Đo dòng điện 49 49 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện 3.2.1 Dụng cụ đo 3.2.2 Phương pháp đo 3.2.3 Phương pháp mở rộng thang đo 3.3 Đo điện áp 3.3.1 Dụng cụ đo 3.3.2 Phương pháp đo 3.3.3 Mở rộng thang đo 3.3.4 Đo VDC phương pháp biến trở 3.4 Vôn kế mạch gánh Emitor 3.4.1 Sơ đồ nguyên lý Vôn kế mạch gánh Emitor 3.4.2 Sơ đồ nguyên lý Vôn kế mạch gánh Emitor thực tế 3.5 Vôn kế mạch khuếch đại Visai 3.5.1 Sơ đồ mạch 3.5.2 Nguyên lý hoạt động 3.6 Vôn mét số 3.6.1 Vôn mét số chuyển đổi thời gian 3.6.2 Vôn mét số chuyển đổi tần số 3.6.3 Vôn mét số chuyển đổi trực tiếp Câu hỏi 49 50 52 56 56 57 58 61 65 65 66 67 67 68 68 68 70 72 79 chương 4: đo thông số mạch điện 90 4.1 Đo điện trở 4.1.1 Đo điện trở phương pháp gián tiếp (V-A) 4.1.2 Đo điện trở phương pháp so sánh với ®iƯn trë mÉu 4.1.3 §o ®iƯn trë trùc tiÕp b»ng Ôm mét 4.1.4 Đo điện trở Cầu điện đơn (cầu Wheatstone) 4.1.5 Đo điện trở nhỏ Cầu kép 4.1.6 Đo điện trở có trị số lớn Mêgôm mét 4.1.7 Đo điện trở tiếp đất Terô mét 4.1.8 Đo điện trở VOM điện tử 4.2 Đo điện dung 4.2.1 Khái niệm điện dung góc tæn hao 90 90 90 91 93 94 96 96 98 99 99 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện 4.2.2 Dùng Vôn kế, Ampe kế, Oát kế đo điện dung C 4.2.3 Đo điện dung tổn hao điện môi cầu đo 4.3 Đo điện cảm 4.3.1 Điện cảm hệ số phẩm chất cuộn dây 4.3.2 Dùng Vôn kế, Ampe kế, Oát kế đo L 4.3.3 Đo điện cảm cầu đo 4.4 Đo hỗ cảm 4.4.1 Dùng Vôn kế, Ampe kế đo M 4.4.2 Đo hỗ cảm cầu đo 4.5 Cầu vạn đo thông số mạch điện Bài tập 100 101 103 103 103 104 105 105 105 106 108 Chương 5: đo công suất - điện 114 5.1 Đo công suất 5.1.1 Đo công suất chiều DC 5.1.2 Đo công suất xoay chiều pha AC 5.1.3 Đo công suất tải pha 5.1.4 Đo công suất phản kháng tải pha pha 5.2 Đo điện 5.2.1 Đo điện pha 5.2.2 Đo điện ba pha 5.3 Công tơ điện tử 114 114 117 121 125 129 129 133 135 Câu hỏi chương 6: đo góc pha- đo tần số 6.1 Khái niệm 6.2 Các phương pháp đo góc pha 6.2.1 Đo góc pha cấu ®iƯn ®éng (Faz«mÐt ®iƯn ®éng) 6.2.2 Fazomet ®iƯn tư 6.2.3 Fazômet số 6.2.4 Đo góc pha phương pháp bù 6.3 Đo khoảng thời gian phương pháp số 6.4 Đo hệ số công suất Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định 136 138 138 139 139 141 143 145 148 149 Giáo trình Đo lường điện 6.4.1 Đo hệ số công suất cos phương pháp gián tiếp (dùng oát kế, ampe kế vônkế) 6.4.2 Đo trực tiếp cos cấu điện động (Fadômet điện động) 6.5 Đo tần số 6.5.1 Khái niệm chung 6.5.2 Đo tần số phương pháp gián tiếp 6.5.3 Đo tần số tần số kế cộng hưởng 6.5.4 Tần số kế điện tử 6.5.5 Tần số kế thị số Câu hỏi 149 150 152 152 153 154 155 157 163 Chương 7: Các dụng cụ đo thông dụng 164 7.1 Đồng hồ vạn 7.1.1 Giới thiệu chung 7.1.2 Phân loại đồng hồ vạn 7.1.3 Sơ đồ nguyên lý đồng hồ vạn 7.1.4 Sử dụng đồng hồ vạn 7.2 Máy sóng (Oscillocope) 164 164 165 165 167 170 7.2.1 èng phãng tia điện tử 7.2.2 Các khối chức máy hiƯn sãng 7.2.3 M¸y hiƯn sãng hai tia 7.3 Ampe kìm 7.4 Q mét (đo hệ số phẩm chất cuộn dây) 7.4.1 Nguyên lý đo hệ số Q 7.4.2 Máy đo thực tế 7.5 Máy đo độ méo 7.5.1 Định nghĩa 7.5.2 Mạch nguyên lý đo độ méo dạng 7.5.3 Cách thức đo độ méo dạng tín hiệu từ mạch khuếch đại 7.6 Máy phân tích phổ tÇn sè tÝn hiƯu (Spectrum analyzer) 170 174 176 179 179 179 180 181 181 182 184 185 Tµi liƯu tham khảo 187 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện Chương khái niệm đo lường 1.1 Khái niệm kỹ thuật đo 1.1.1 Các khái niệm Đo trình so sánh đại lượng chưa biết với đại lượng loại đà biết chọn làm mẫu gọi đơn vị (Đo trình đánh giá đại lượng cần đo số so với đơn vị đo với phép đo định lượng cho kết đạt hay không đạt với phép đo định tính) Kết đo biểu diễn dạng: A= X/XO X= A XO (1.1) Trong đó: A kết đo số X đại lượng cần đo X0 đơn vị Đo lường học ngành khoa học chuyên nghiên cứu đo lường đại lượng chuẩn mẫu Kỹ thuật đo lường nghiên cứu ứng dụng thành ngành đo lường vào thực tiễn sản xuất 1.1.2 Các phương pháp đo Để đo đại lượng, người ta thường dùng ba phương pháp đo Phương pháp đo trực tiếp Là phương pháp đại lượng cần đo xác định trực số máy đo Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện Ví dụ: Đo dòng điện Ampe kế, đo điện áp Vôn kế Sơ đồ khối phép đo trực tiếp (hay gọi phép đo biến đổi thẳng) X X’ B§ A/D X’O XO N SS A=N/NO NO Hình 1.1 Sơ đồ khối phương pháp đo biến đổi thẳng Trong đó: BĐ: Khối biến đổi A/D: Khối chuyển đổi tương tự số SS: Khối so sánh HT: Khối hiển thị Sơ đồ thuật toán phép đo biết đổi thẳng: Bắt đầu XO NO (Khắc độ) X NX (Mà hoá) Tính NX/NO Đưa kết quả: X = NX/NO XO Kết thúc Hình 1.2 Sơ đồ thuật toán phương pháp đo biến đổi thẳng 10 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định HT Giáo trình Đo lường điện 7.2.2 Các khối chức máy hiƯn sãng Tỉng qu¸t * Ngn cung cÊp (1) tạo điện áp chiều anod (vào khoảng vài KV) cho lưới, catốt, cực gia tốc tất điện DC cho mạch điện dao động ký * Khối khuếch đại tín hiệu điều khiển chùm tia ®iƯn tư qt theo chiỊu däc (2) * Khèi tạo tín hiệu cưa (3) làm chuẩn thời gian cho trục X ảnh dao động ký Tín hiệu Khuếch đại dọc CRT INT EXT kích Nguồn cung cÊp EXT LINE (6.3 VAC 5Hz) M¹ch kÝch Schmitt Mạch vi phân Khối tín hiệu cưa Khuếch đại ngang Hình 7.9 Các khối chức dao động ký * Khối khuếch đại tín hiƯu ®iỊu khiĨn chïm tia ®iƯn tư qt theo chiỊu ngang (4) * Khèi t¹o tÝn hiƯu xung kÝch (5) cho sù ®ång bé hãa, ®iỊu khiĨn chïm tia ®iƯn tử ngang hình ảnh hiển thị ảnh đứng yên (nghĩa phải có phối hợp đồng cho điều khiển quét dọc quét ngang chùm tia điện tử) Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định 175 Giáo trình Đo lường điện Khối khuếch đại quét dọc Thanh đo Mạch giảm Tiền Khuếch đại Khuếch đại công suất CRT Khối khuếch đại dọc Hình 7.10 Mạch khối khuếch đại quét dọc Tín hiệu đo (prope) đưa qua mạch phân tầm đo (mạch giảm - attennuator network) để tín hiệu đưa vào mạch tiền khuếch đại (preamplìier) mạch khuếch đại điện áp phần vôn kế điện tử Ngõ vào mạch phân tần có khoá K1 cho c¸ch ghÐp: * GhÐp trùc tiÕp DC, tín hiệu DC AC đưa vào * Ghép gián tiếp AC cho tín hiệu DC vào Còn vị trí O khoá K1 nối mass tín hiệu vào Tuỳ theo vị trí nút thay đổi thang đo (theo đơn vị Volt/ Div), mạch giảm có khoá K2 vị trí tương ứng Hình 7.11 Mạch phân tần đo mạch khuếch đại điện áp 176 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện Sau tín hiệu đưa vào mạch khuếch đại vi sai (Q 2, Q3) có mạch khuếch đại "theo điện áp" (mạch khuếch đại ®Öm) Q 1, Q4 Cuèi cïng tÝn hiÖu ë C 2, C3 (VC2 - VC3) đưa vào mạch khuếch đại công suất (main frame amplifier), Điện áp đầu mạch khuếch đại công suất đưa vào cực lệch dọc (kết hợp với điện áp DC có sẵn cực lệch dọc) Khối khuếch đại quét ngang Nối AC Mạch giảm Tín hiệu vào Nối DC EXT Vị trí khoá INT Khuếch đại ngang Khuếch đại đẩy kéo CRT Quét cưa Hình 7.12 Mạch khối khuếch đại quét ngang Khối khuếch đại quét ngang giống khối khuếch đại quét dọc Ngoài tín hiệu vào có cách phụ thuộc vào vị trí khoá S2 Nếu khoá S2 vị trí EXT tín hiệu quét ngang đưa vào Nếu S2 vị trí INT tín hiệu quét dạng cưa từ mạch tạo tín hiệu quét cưa (sweep generator) đưa vào 7.2.3 Máy sóng hai tia Tổng quát Để lúc quan sát tín hiệu khảo sát ảnh, người ta thực dao động ký kênh (hoặc nhiều kênh) Trước hết cải tiến ống phóng tia ®iƯn tư (CRT) Cã hai lo¹i: - Lo¹i catèt phát chùm tia điện tử (dual beam) Hình 7.13 ống phóng tia điện tử có tia sáng xuất hình Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định 177 Giáo trình Đo lường điện - Loại catốt phát chùm tia điện tử nhờ khoá chuyển đổi điện tử thực chùm tia điện tử quét dọc kênh (do tần số chuyển lớn tần số lưu ảnh mắt thấy hình ảnh kênh ảnh) Như mạch khuếch đại quét dọc có mạch cho kênh Tín hiệu quét ngang phối hợp với tín hiệu kênh A B theo h×nh d­íi ë chu kú thø nhÊt tÝn hiƯu quét ngang phối hợp với tín hiệu sin cho kênh A Lái kênh A Khuếch đại dọc Kênh A Lái kênh B Khuếch đại ngang Kênh B Tín hiệu thời chuẩn Khuếch đại dọc Khuếch đại vào Khuếch đại dọc Kênh A Mạch hoá điện tử Kênh B Khuếch đại ngang Tín hiệu thời chuẩn Khuếch đại vào Dịch chuyển DC Hình 7.14 Sơ đồ khối dao động ký chu kú thø cđa tÝn hiƯu qt ngang phèi hợp với tín hiệu dạng cưa kênh B Kết tín hiệu kênh xuất ảnh Cấu tạo Cấu tạo máy sóng hai tia tương tự máy sóng tia, máy sóng hai tia cần chó ý r»ng èng tia ®iƯn tư cã hai súng phóng tia điện tử riêng biệt Mỗi chùm tia điện tử cho vết sóng Mỗi tia điện tử súng điện tử tạo từ catốt qua điện cực đến huỳnh quang qua cặp phiến làm lệch riêng (Y11,Y12 Y21,Y22) để lái tia điện tử theo chiều đứng Dạng sóng quét cưa từ tạo gốc thời gian đưa vào phiến làm lệch ngang hai chùm tia điện tử làm lệch ngang hình cách đồng thời 178 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện Máy sóng hai chùm tia có cặp làm lệch đứng tách biệt hoàn toàn, kênh A kênh B Mỗi kênh có mạch khuếch đại làm lệch riêng biệt đưa tới phiến làm lệch Bộ tạo gốc thời gian điều khiển lái ngang Với loại hình chùm tia cặp phiến lái đứng Hai khuếch đại vào riêng kênh A kênh B sử dụng khuếch đại lệch đứng để tới lái tia đứng Tín hiệu vào khuếch đại chuyển mạch luân phiên kênh A kênh B với tần số chuyển mạch điều khiển mạch tạo gốc thời gian Chức nút mặt máy hiÖn sãng: 10 11 12 13 14 15 Power Intens Focus Calip ILLum Volts/div AC - GND - DC Time/div Vertical mode CH1- ALT- CHOP- ADD-CH2 Vertical Position Horizontal Position Rotation Trigger level - Hold, time: Trigger Slope: Source: Vert, CH1, CH2, Line Exteral Coupling: Auto Norm Fix, TV-F, TV-L C«ng tắc nguồn chỉnh sáng tối Chỉnh độ hội tụ Chuẩn mức điện áp vào Điều chỉnh ánh sáng đèn hình Chỉnh biên độ Chỉnh tần số Chọn cổng đo chỉnh däc (β) chØnh ngang (β) chØnh xoay ChØnh ®ång bé §ång bé ) ChØnh ®ång bé §ång bé Xem tÝn hiệu đảo Cấp nguồn đồng tín hiệu Tín hiệu nguồn AC lấy vào đồng mạch quét ngang Đồng qua lỗ cắm ext CấpSyn nguồn đồng tín hiệu Chọn tần số đồng đo tín hiệu > 100Hz đo tín hiệu < 100hz 7.3 Ampe kìm Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định 179 Giáo trình Đo lường điện Ampe kìm thiết bị đo dòng điện xoay chiều gián tiếp thông qua máy biến dòng điện, hoạt động dựa nguyên tắc cảm ứng điện từ, cấu tạo máy biến dòng đặc biệt cuộn sơ cấp có vòng dây, cuộn thứ cấp nhiều vòng dây mạch từ đóng mở Tải Rm D RS Hình 7.15 Mạch đo dùng biến dòng Hình 7.16 Hình ảnh ampe kìm Ngày với công nghệ kỹ thuật phát triển ampe kìm đà có nhiều chức hơn, tích hợp để đo điện áp nhiều đại lượng khác nữa, kết nối truyền thông tin, liệu qua thiết bị khác 7.4 Q mét (đo hệ số phẩm chất cuộn dây) 7.4.1 Nguyên lý đo hệ số Q Như biết phần tử điện trở, cuộn dây, tụ điện hoạt động tần só cao (RF: tần số vô tuyến điện) phương pháp cầu đo (thí dụ cầu phổ quát Universal đề cập phần đo điện) đo được, có ảnh hưởng điện dung, điện cảm ký sinh Khi người ta dùng phương pháp cộng hưởng tần số (gần tần số) hoạt động phần tử Cho nên Q - mét thiết kế để đo hệ số Q cuộn dây điện cảm, điện dung, điện trở tần số cao Mạch đo Q - mét mô tả sau: E: ngn tÝn hiƯu tÇn sè cao (RF) cã thĨ thay đổi tần số biên độ cho tín hiệu Cuộn dây 180 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định V Giáo trình Đo lường điện VE: điện áp đo tín hiệu nguồn E Cuộn dây khảo sát có phần tử LX, RX, tụ điện thay đổi C VC trị số đo đầu tụ C Cho tần số nguồn E trị số tần số f0 cần khảo sát cho cuộn dây Thay đổi biên độ cho nguồn E thích hợp cho thị Vôn kế đo VE Điều chỉnh trị số C mạch xảy cộng hưởng Vôn kế thị trị số VC cực đại Vì tần số cộng hưởng cđa m¹ch Chóng ta cã: L  = (0 = f ) C0 Cho nên lại R nghĩa dòng điện I qua mạch cộng hưởng xác định: I = VE/R Khi ®ã HÖ sè Q = L VL VC = = R VE VE 7.4.2 Máy đo thực tế Mạch đo Q - mÐt thùc tÕ nh­ h×nh 7.18 V× nguån tín hiệu VS có biên độ ổn định tần số thay đổi ổn định Cho nên mạch đo không cần phải có V e để đo nguồn VS Ngoài có thêm hai đầu để mắc điện dung (cần khảo sát) Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định 181 Giáo trình Đo lường điện Cuộn dây LO VS HI Nguồn ổn định C V Q Tụ điện Hình 7.18 Máy đo Q thực tế Khi Q - mét phải có số tụ, điện cảm mẫu để tăng cưòng thêm để đo LX CX Theo mạch đầu HI (thế cao - high) cho CX LX ( chỗ gắn tụ cuộn dây) chung, đầu lại CX nối mass đầu LO (thế thấp low) nối với nguồn (nghĩa mạch cộng hưởng đầu LO cđa cn d©y xem nh­ nèi mass qua ngn VS) Như với mạch đo thực tế khảo sát hệ số Q cuộn dây đo CX, LX nhờ phối hợp thêm cuộn dây mẫu tụ mẫu, CX (thay đổi) có trị số giới hạn trị số Q ghi vôn mét có giới hạn 7.5 Máy đo độ méo 7.5.1 Định nghĩa Tất tín hiệu sin đưa vào mạch khuếch đại mạch điện tử khác tín hiệu mạch tín hiệu sin (thuần) tín hiệu sin bị méo dạng (distortion) Nếu phân tích tín hiệu theo Fourrier có thành phần tín hiệu (f 0) tín hiệu đưa vào khuếch đại thành phần sóng hoạ tần (sóng hài bËc cao - harmonics) cã tÇn sè f1 = 2f0;f2 = 3f0; tín hiệu đánh giá theo độ méo dạng D định nghĩa nh­ sau: D= A12 + A22 + + An2 / A0 Nếu tính theo (%): D.100% 182 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện Với: A0 = biên độ tần số f0; A1, A2, An; biên độ hoạ tần f1, f2, fn VÝ dô: A0 = 3V (RMS); A1=0,05 (RMS); A2 = 0,1 (RMS); A3 = 0,5 ( 0.5 )2 + ( 0.1)2 + ( 0.05 )2   (RMS) nh­ vËy: D (%) =  1/ 100% = 17% 7.5.2 Mạch nguyên lý đo độ méo dạng Mạch đo nguyên lý biểu diễn hình * Mạch (1): mạch tiền khuếch đại (giống mạch tiền khuếch đại vôn kế điện tử), có nhiệm vụ điều hợp tổng trở cho mạch cầu Wiên mạch ngõ vào, để tổng trở vào cầu Wiên thay đổi không làm thay đổi tổng trở vào mạch đo * Mạch (2): mạch cầu Wien, mạch mạch cầu Wien giao nhiệm vụ mạch dải chặn Tại tần số cộng hưởng cầu fr=1/2 RC, tín hiệu có tần số bị lọc, không xuất ngõ cầu Nhưng khoá S vị trí 1, nhánh cầu [R//C] nối mass cầu Wien không hữu Khi tín hiệu vào mạch khuếch đại (3) cho cầu đo qua cầu phân áp R1, R2 Khuếch đại Tiền khuếch đại + - Khuếch đại cầu Wien R R2 C Rf R1 R + C S §o R Bé chØ thị Hồi tiếp âm Hình 7.19 Mạch nguyên lý đo độ méo dạng Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định 183 Giáo trình Đo lường điện * Mạch (3): mạch khuếch đại tín hiệu từ cầu Wien, đưa vào thị trị số tín hiệu hoạ tần (sóng hài) có tín hiƯu kh¸c Nh­ vËy chóng ta cã thĨ xem nh­ mạch (1), (2), (3) kết hợp thành mạch khuếch bỏ tín hiệu có tần số tần số cộng hưởng cầu Wien Theo nguyên lý hoạt động mạch Chúng ta đưa bước tiến hành đo sau: Trước hết khoá S vị trí (vị trí chỉnh máy) Điều chỉnh biến trở RV kim thị số lớn thang đo (tương ứng với tín hiệu đo có tần số f0 sóng hài bậc cao thí dụ thang đo có vạch lớn 100%), đo kim thị 100% Sau khoá S vị trí 2, cầu Wien tái lập điều chỉnh R C kim thị giá trị nhỏ nhất, nghĩa cầu Wien cộng hưởng tần số f tín hiệu cầu đo có độ méo dạng (nghĩa là: f = fr = 1/2  RC), lóc Êy tÝn hiƯu vào mạch đo lại sóng hài (hoạ tần) Trị số độ méo dạng trị số nhỏ (được tính theo đơn vị % trị RMS (hiệu dụng) sóng hài lại) * Đối với máy đo độ méo dạng thực tế, phần đo độ méo dạng vôn kế ®iƯn tư (nh­ m¸y ®o HP331A cđa couresy of Hellett Packard) có sơ khối sau: Tín hiệu đo Tín hiÖu AM NOR M RFDET S RF derect 1 S1 S1 S1 2 S1 S1 RV 3 S1 H×nh 7.20 Máy đo vôn kế độ méo dạng 184 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện - Ngõ vào máy đo có hai vị trí khoá S 2: + vị trí NORM: tín hiệu đo độ méo dạng đưa vào + vị trí RF DET: tín hiệu điều biên AM Sau tín hiệu cao tần RF bị lọc khỏi đưa vào máy để đô độ méo dạng tín hiệu âm tần điều biên - Sau máy có hai chức năng: + Vôn kế điện tử S1 vị trí + Đo độ méo dạng khoá S vị trí 2, (ở vị trí 2, máy chỉnh mức cực đại 100% vị trí 3, máy cho biết kết đo độ méo dạng) - Khi sử dụng phần vôn kế điện tử máy có giảm 1000:1 1:1 (khối 1) Còn phần đo độ méo dạng có giảm, có tổng trở vào 1M (khối 2) - Khối mạch điều hợp tổng trë - RV: biÕn trë ®iỊu chØnh (set level) cho phần đo độ méo dạng - Khối 4, 5, đà trình bày phần đo méo dạng - Khối 7: giảm sau mạch khuếch bỏ tín hiệu - Khối 8: mạch đo sai dạng tín hiệu 7.5.3 Cách thức đo ®é mÐo d¹ng cđa tÝn hiƯu tõ m¹ch khch đại K Hình 7.21 Sơ đồ khối trình bày đặt máy đo độ méo dạng Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định 185 Giáo trình Đo lường điện : Máy tín hiệu âm có tần số 20Hz đến 10 KHz : Mạch khuếch đại cần đo độ méo dạng tín hiệu tải : Máy đo độ méo dạng m M * Cách thức tính độ méo dạng cho tín hiệu điều biên (AM) IMD: trị số méo dạng hai tín hiệu, biến điệu biên độ Hình 7.22 Hệ số diễn tả méo dạng sóng điều biên AM M: tính từ trị số đỉnh cao phần âm đến cao phần dương m: tính từ trị số đỉnh thấp phần dương đến đỉnh thấp phần âm Thí dụ: M = 3V; m = 2V; IMD = (3-2)/ (3+2).100% = 20% 7.6 Máy phân tích phổ tần số tín hiệu (Spectrum analyzer) Máy phân tích phổ tần có nhiệm vụ tách tín hiệu có tần số khác tín hiệu có dạng Sau trình bày phần tử tín hiệu lên hình dao động ký với biên độ tín hiệu quét dọc tần số tín hiệu biểu diễn theo trơc ngang cđa dao ®éng ký, ®ã chóng ta có hình ảnh phổ tần tần số tín hiệu khác hình dao động ký Máy phân tích phổ tần theo cách quét TRF Sơ đồ khối máy phân tích diễn ta theo hình 7.23 Cách quét TRF: nghĩa dùng tín hiệu quét cưa (tín hiệu hàm Ramp) điều khiển mạch lọc có tần số tín hiệu lọc thay đổi (điều chỉnh điện áp tín hiệu cưa TRF - Timed Radio Frequency) Mạch lọc có dải thông hẹp Nguyên lý hoạt động sơ đồ khối Tín hiệu cần phân tích phổ tần đưa vào mạch khối hoạt động theo cách quét TRF đà nói 186 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện f0 Vào Khuếch đại dọc T¸ch sãng T¸ch sãng 3 4 Máy phát sóng cưa Hình 7.23 Mạch phân tích phổ tần theo cách quét TRF Tín hiệu quét (dạng hàm Ramp) mạch khối tạo để điều chỉnh cho khối đưa qua mạch khối khuếch đại quét dọc cho dao động ký đường quét ngang dao động ký tỉ lệ với tần số lọc mạch khối Ví dụ: Tần số lọc khối quét từ f đến f2 tín hiệu cưa khối điều khiển đường nằm ngang ảnh biểu diễn trục tần số f từ f1 đến f2 (hình 7.24).Tín hiệu vào có tần số Biên độ fS đưa vào khối mạch điều khiển đến tần số fS ngõ xt hiƯn tÝn hiƯu sau ®ã f2 f0 f1 qua mạch tách sóng (dựa mạch chỉnh lưu kết hợp với tụ Tần số lọc) để có điện áp DC trị đỉnh tín hiệu Điện áp đưa Hình 7.24 Hình phổ tần dao động ký vào mạch khuếch đại dọc xuất đường quét dọc có biên độ xác định phần dọc dao động ký tần số f S xác định trục ngang (hình 7.24) Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định 187 Giáo trình Đo lường điện Tài liệu tham khảo [1] Vũ Quý Điềm - Cơ sở kỹ thuật đo lường điện tử - Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] Nguyễn Văn Hoà - Giáo trình Đo lường đại lượng điện không điện - Nhà xuất Giáo dục [3] Nguyễn Ngọc Tân - Kỹ thuật đo lường - Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [4] Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế - Kỹ thuật đo lường đại lượng vật lý - Nhà xuất Giáo dục [5] Nguyễn Hữu Công - Kỹ thuật đo lường - Nhà xuất Đại học Quèc gia Hµ Néi [6] Electronic Instrumentation and Measurements - David A.Bell Prentice Hall Internatinal Edition 188 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện Giáo trình đo lường điện (Lưu hành nội bộ) Nhà xuất lao động - xà hội Số 36, Ngõ Hoà Bình 4, Phố Minh Khai, Hai Bà Trưng, Hà Nội ĐT: 04 36246917, 36246920 Fax: (04) 36246915 ***** Chịu trách nhiệm xuất bản: nguyễn hoàng cầm Chịu trách nhiệm nội dung: Vũ Anh Tuấn Biên tập sửa in: vũ thị thơm Thiết kế bìa: doÃn huy In 500 cn, khỉ 16 x 24 (cm) t¹i XÝ nghiệp in Nhà xuất Lao động - Xà hội Chấp nhận ĐKKHXB số 894-2012/CXB/38-189/LĐXH Quyết định XB số 502/QĐ-NXBLĐXH In xong nộp lưu chiểu Quý III/2012 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định 189 .. .Giáo trình Đo lường điện Mà số: 38 189 26 07 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện Lời nói đầu Đo lường điện có vai trò quan trọng lĩnh vực đo lường nói... chương 3: đo dòng điện điện áp 49 3.1 Khái quát chung đo dòng điện đo điện áp 3.2 Đo dòng điện 49 49 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện 3.2.1 Dụng cụ đo 3.2.2 Phương... từ điện nhỏ, thường dùng đo trực tiếp dòng điện cỡ nhỏ 50 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định Giáo trình Đo lường điện - Muốn đo dòng điện lớn mA ta phải mở rộng giới hạn đo - Ampekế từ điện