Giáo trình Đo lường điện (Ngành: Điện công nghiệp) - CĐ Công nghiệp Hải Phòng

Giáo trình Đo lường điện với mục tiêu giúp các bạn nêu được các phương pháp đo các đại lượng điện và phân biệt được các dạng sai số trong đo lường điện Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các cơ cấu đo Kỹ năng: Đo được các thông số và các đại lượng cơ bản của mạch điện. Sử dụng được các loại máy đo để kiểm tra, phát hiện hư hỏng của thiết bị/hệ thống điện.

UBND THÀNH PHỐ HẢI PHỊNG TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG GIÁO TRÌNH Mơn học/ Mơ đun: Đo lƣờng điện NGHỀ:ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Hải Phòng, 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU “Đo lường điện” môn học bắt buộc trường nghề Tuỳ thuộc vào đối tượng người học cấp bậc học mà trang bị cho học sinh, sinh viên kiến thức Để thống chương trình nội dung giảng dạy nhà trường biên soạn giáo trình: Mạch điện Giáo trình biên soạn phù hợp với nghề trường đào tạo nghề phục vụ theo yêu cầu thực tế xã hội Tài liệu tham khảo để biên soạn gồm: Nguyễn Văn Hồ, Giáo trình Đo lường đại lượng điện không điện, NXB Giáo Dục 2002 Ngô Diên Tập, Đo lường điều khiển máy tính, NXB Khoa học Kỹ thuật 1997 Ths Phạm Văn Minh, Ths Vũ Hữu Thích, Ths Nguyễn Bá Khá, Lý thuyết mạch, NXB Giáo dục Việt Nam 2013 Kết hợp với kiến thức có liên quan mơn học vấn đề thực tế thường gặp sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tế cao, giúp cho người học dễ hiểu, dễ dàng lĩnh hội kiến thức mơn học Trong q trình biên soạn giáo trình kinh nghiệm cịn hạn chế, chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc để lần hiệu đính sau hồn chỉnh Tổ mơn ĐO LƢỜNG ĐIỆN Vị trí, tính chất mơ đun: Vị trí: Mơ đun Đo lường điện học sau mơn học An tồn lao động; Mạch điện Tính chất: Là mơ đun chun mơn nghề Mục tiêu mô đun: Kiến thức: Nêu phương pháp đo đại lượng điện phân biệt dạng sai số đo lường điện Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động cấu đo Kỹ năng: Đo thông số đại lượng mạch điện Sử dụng loại máy đo để kiểm tra, phát hư hỏng thiết bị/hệ thống điện Gia công kết đo nhanh chóng, xác Về lực tự chủ trách nhiệm: Làm việc độc lập điều kiện công việc thay đổi; Hướng dẫn, giám sát người khác thực công việc định sẵn; Đánh giá hoạt động nhóm kết thực công việc Nội dung mô đun: Số TT Tên mô đun Bài mở đầu: Đại cƣơng đo lƣờng điện 1.Khái niệm đo lường điện 1.1.Khái niệm đo lường 1.2.Khái niệm đo lường điện 1.3.Các phương pháp đo 2.Các sai số tính sai số 2.1.Khái niệm sai số 2.2.Các loại sai số 2.3.Phương pháp tính sai số 2.4.Các phương pháp hạn chế sai số Bài Các loại cấu đo thông dụng 1.Khái niệm cấu đo 2.Các loại cấu đo 2.1.Cơ cấu đo từ điện 2.2.Cơ cấu đo điện từ 2.3.Cơ cấu đo điện động 2.4.Cơ cấu đo cảm ứng Bài Đo đại lƣợng điện 1.Đo đại lượng U, I 1.1.Đo dòng điện 1.2.Đo điện áp 2.Đo đại lượng R, L, C 2.1.Đo điện trở 2.2.Đo điện cảm 2.3.Đo điện dung 3.Đo đại lượng tần số, công suất điện 3.1.Đo tần số 3.2.Đo công suất 3.3.Đo điện Bài Sử dụng loại máy đo thông dụng 1.Sử dụng VOM, M, Tera 1.1.Sử dụng VOM 1.2.Sử dụng M 1.3.Sử dụng Tera 2.Sử dụng Ampe kìm, OSC 2.1.Sử dụng Ampe kìm 2.2.Sử dụng Dao động ký 3.Sử dụng máy biến áp đo lường 3.1.Máy biến điện áp 3.2.Máy biến dòng điện Kiểm tra kết thúc mô đun MỤC LỤC Lời nói đầu Mục lục Giới thiệu mô đun Bài mở đầu: Đại cương đo lường điện Bài 1: Các loại cấu đo thông dụng 11 Bài 2: Đo đại lượng điện 26 Bài 3: Sử dụng loại máy đo thông dụng 73 Thuật ngữ chuyên môn 122 Tài liệu tham khảo 123 BÀI MỞ ĐẦU ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐO LƢỜNG ĐIỆN Giới thiệu: Đo lường so sánh đại lượng chưa biết (đại lượng đo) với đại lượng chuẩn hóa (đại lượng mẫu đại lượng chuẩn) Như công việc đo lường nối thiết bị đo vào hệ thống khảo sát quan sát kết đo đại lượng cần thiết thiết bị đo Trong thực tế khó xác định „‟ trị số thực‟‟ đại lượng đo Vì trị số đo cho thiết bị đo gọi trị số tin (expected value) Bất kỳ đại lượng đo bị ảnh hưởng nhiều thơng số Do kết đo phản ánh trị số tin cậy Cho nên có nhiều hệ số ảnh hưởng đo lường liên quan đến thiết bị đo Ngồi có hệ số khác liên quan đến người sử dụng thiết bị đo Như độ xác thiết bị đo diễn tả hinh thức sai số Mục tiêu: Kiến thức: Trình bày, giải thích khái niệm đo lường, đo lường điện Trình bày phương pháp tính sai số Kỹ năng: Tính tốn sai số phép đo, vận dụng phù hợp phương pháp hạn chế sai số Đo đại lượng điện phương pháp đo trực tiếp gián tiếp Thái độ: R n luyện tính xác, chủ động, nghiêm túc cơng việc Nội dung chính: Khái niệm đo lƣờng điện Mục tiêu: Trình bày khái niệm đo lường đo lường điện Trong thực tế sống trình cân đo đong đếm diễn liên tục với đối tượng, việc cân đo đong đếm vô cần thiết quan trọng Với đối tượng cụ thể q trình diễn theo đặc trưng chủng loại đó, với đơn vị định trước Trong lĩnh vực kỹ thuật đo lường không thông báo trị số đại lượng cần đo mà làm nhiệm vụ kiểm tra, điều khiển xử lý thông tin Đối với ngành điện việc đo lường thông số mạch điện vơ quan trọng Nó cần thiết cho trình thiết kế lắp đặt, kiểm tra vận hành dị tìm hư hỏng mạch điện 1.1 Khái niệm đo lƣờng Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo (mẫu) Kết đo biểu diễn dạng: A  X X0 ta có phương trình X = A.X0 (1) Trong đó: X - đại lượng đo X0 - đơn vị đo - số kết đo Ví dụ: I = 5A thì: Đại lượng đo là: dịng điện (I) Đơn vị đo là: Ampe (A) Con số kết đo là: 1.2 Khái niệm đo lƣờng điện Đo lường điện trình đo đại lượng điện mạch điện Các đại lượng điện chia làm hai loại: đại lượng điện tác động đại lượng điện thụ động Đại lượng điện tác động: đại lượng dịng điện, điện áp, cơng suất, điện năng…là đại lượng mang điện Khi đo đại lượng này, thân lượng cung cấp cho mạch đo Đại lượng điện thụ động: đại lượng điện trở, điện cảm, điện dung…các đại lượng không mang lượng phải cung cấp điện áp dòng điện cho đại lượng đưa vào mạch đo 1.3 Các phƣơng pháp đo Dụng cụ đo mẫu đo: Dụng cụ đo (thiết bị đo): Các dụng cụ thực việc đo gọi dụng cụ đo như: dụng cụ đo dịng điện (Ampemét), dụng cụ đo điện áp (Vơnmét) dụng cụ đo công suất (Oátmét) v.v Mẫu đo (thiết bị mẫu): dụng cụ dùng để kiểm tra hiệu chỉnh thiết bị đo đơn vị đo, mẫu đo chia làm loại sau: Loại làm mẫu: dùng để kiểm tra mẫu đo dụng cụ đo khác, loại chế tạo sử dụng theo tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo làm việc xác cao Loại công tác: sử dụng đo lường thực tế, loại gồm nhóm sau: Mẫu đo, dụng cụ đo thí nghiệm mẫu đo, dụng cụ đo dùng sản xuất Các phương pháp đo chia làm loại Phương pháp đo trực tiếp: phương pháp đo mà đại lượng cần đo so sánh trực tiếp với mẫu đo Ví dụ: Dùng cầu đo điện để đo điện trở, dùng cầu đo để đo điện dung v.v 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 dịng điện qua mạch Sau áp dụng công thức định luật biết để tính trị số điện áp cần đo Các sai số cách tính sai số Mục tiêu: Tính tốn sai số q trình đo, biện pháp hạn chế sai số 2.1 Khái niệm sai số Khi đo, số dụng cụ đo kết tính tốn ln có sai lệch với giá trị thực đại lượng cần đo Lượng sai lệch gọi sai số 2.2 Các loại sai số 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, hiệu chỉnh “0” không đúng, biến đổi nguồn cung cấp (nguồn pin) vv Sai số ngẫu nhiên: sai số mà giá trị thay đổi ngẫu nhiên thay đổi môi trường bên ngồi (người sử dụng, nhiệt độ mơi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v.v ) Nguyên nhân: - Do vị trí đọc kết người đo không đúng, đọc sai v.v - Dùng cơng thức tính tốn khơng thích hợp, dùng cơng thức gần tính tốn Nhiệt độ môi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v.v ) 2.3 Phƣơng pháp tính sai số Để đánh giá sai số dụng cụ đo đo đại lượng người ta tính sai số sau: Gọi: X : kết đo X1: giá trị thực đại lượng cần đo Sai số tuyệt đối: hiệu giá trị đại lượng đo X giá trị thực đại lượng cần đoX1 X =X – X1 (2) X: gọi sai số tuyệt đối phép đo Trường hợp đo nhiều lần sai số tuyệt đối phép đo giá trị lớn sai lệch gây nên thiết bị đo + Sai số tương đối: X  %  (3) X 100% Phép đo có γ% nhỏ xác + Sai số qui đổi qđ%  qd %  X Xm 100%  XX1 Xm 100% (4) Với Xm: Là giới hạn đo dụng cụ đo (giá trị lớn thang đo) Quan hệ sai số tương đối sai số qui đổi:  qd % X 100%  X X 100%   %.K d Với K d  X Xm Xm X (5) Xm hệ số sử dụng thang đo (Kd  1) Nếu Kd gần đại lượng đo gần giới hạn đo, X bé phép đo xác Thơng thường phép đo xác Kd  2.4 Các phƣơng pháp hạn chế sai số Mắc Shunt cho cấu từ điện theo phương pháp: Nối tiếp với cấu đo Nối tiếp với tải c Song song với cấu đo c d Song song với tải Ngưồi ta dùng máy biến điện áp (BU) mạng điện để: Tăng điện áp cho tải Giảm điện áp cho tải c Mở rộng tầm đo cho cấu đo điện áp AC c d Cả a,b c 60 Dùng điện kế pha để đo: a Công suất phản kháng tải pha b Điện tiêu thụ tải pha b c Điện tiêu thụ tải pha d Đo điện tải pha 61 Các phương pháp đo tần số là: a Cộng hưởng b Đếm xung c So sánh với tần số mẫu d Cả a,b c d Sai số tương đối dụng cụ đo viết: a K m theo số phần trăm a b Không kèm theo số phần trăm c K m theo đơn vị đại lượng cần đo d Có dấu giá trị tuyệt đối Khi dùng cầu đo đơn để đo điện trở cần phải điều chỉnh: 98 a Điện trở mẫu R2, R3, R4 Điện trở mẫu R3 Điện trở mẫu R2, R4 Câu a,b Pha kế dùng để đo: Công suất mạch pha Công suất mạch pha Đo tần số mạch điện d Đo hệ cos d Để đo gián tiếp hệ số cơng suất mạch điện ta dùng : Vôn mét, Ampe mét Ampe mét, Oát mét Vôn mét, Ampe mét , Oát mét Câu a, b Để đo hệ số công suất mạch pha đối xứng phương pháp gián tiếp ta sử dụng loại dụng cụ đo: Vôn mét , ampemét, ôm mét Vơn mét , ampemét, ốt mét Ampemét, ốt mét , ôm mét Cả a,b,c Để đo hệ số công suất mạch pha khômg đối xứng phương pháp gián tiếp ta sử dụng loại dụng cụ đo: Vôn mét , ampemét, ôm mét Vôn mét , ampemét, ốt mét Ampemét, ốt mét , ơm mét Cos kế 99 Để đo tần số ta có phương pháp sau: a - + + A + V UDC R - - + b +v UDC - + A - R - c + +A UAC - + V - R - d + + A UDC + V - R Để đo công suất mạch điện AC pha ta dùng sơ đồ sau: a L UAC * I Iv RP Rt N 100 b * L * I Iv UAC N Rt RP c * L * I Iv RP UAC Rt N d *2 N * UAC I Iv RP Rt L Để đo tần số ta có phương pháp sau : Đếm xung Phương pháp so sánh với tần số mẫu Cả a b Cả a b sai Với hộ tiêu thụ điện để tính hệ số cos ta sử dụng cơng thức : d 101 cos = a 1( W ) PK W td b cos = 1( W ) td W PK c cos = 1( W ) PK W td d W 1 ( PK ) cos = W td Tại sử dụng ốt mét pha để đo cơng suất mạch pha dây, đấu cực tính có ốt mét quay ngược (chứng minh) UA IA UAC IC IB UC UB UBC Hoàn chỉnh sơ đồ nối dây đấu ốt mét pha để đo cơng suất mạch pha dây sau (Lưu ý: Chỗ dịng điện chay qua tơ đậm cịn khơng để trống) A * W * Z B C *102 * W 74 Khi đo điện trở, que đo Ômmét nối vào: a Hai đầu điện trở cần đo b Hai đầu điện trở cần đo, sau cắt điện trở khỏi mạch b c Một que vào điện trở, que vào nguồn d Cả a, b c Muốn biết số vịng quay đĩa cơng tơ pha đơn vị thời gian ta vào: d a Hằng số máy đếm Cp ghi công tơ Công suất tải c Dòng điện tải d Câu a b Trong công tơ cảm ứng mômen làm quay đĩa nhôm tỉ lệ với công suất tải cần điều chỉnh: Ma sát trục trụ Lực xoắn lò xo Trị số vòng điện trở Cả a, b c Dùng điện kế pha để đo: a Công suất phản kháng tải pha b Điện tiêu thụ tải pha b c Điện tiêu thụ tải pha d Đo điện tải pha Để đo gián tiếp hệ số công suất mạch điện ta dùng : Vơn mét, Ampe mét , t mét Ampe mét, Oát mét Công tơ đếm điện tác dụng phản kháng Câu a,b,c điều sai 103 Khi dùng cầu đo đơn để đo điện trở cần phải điều chỉnh: Điện trở mẫu R2,R3,R4 Điện trở mẫu R3 Điện trở mẫu R2,R4 Câu a,b Pha kế dùng để đo: Công suất mạch pha Công suất mạch pha Đo tần số mạch điện Đo hệ cos d Để đo gián tiếp hệ số công suất mạch điện ta dùng : Vơn mét, Ampe mét Ampe mét, Oát mét Vôn mét, Ampe mét , Oát mét d Câu a,b VAR kế dụng cụ đo công suất phản kháng dùng: Trong mạch điện DC b Trong mạch điện AC b c Trong mạch điện DC AC d Cả a,b d sai Nhược điểm cấu thị điện từ là: Dễ bị ảnh hưởng từ trường nhiễu Tiêu thụ lượng nhiều cấu từ điện Cả a b sai Cả a b 104 Quy tắc an toàn sử dụng biến dòng kết hợp với Ampe kế xoay chiều để đo dòng điện lớn là: Nối đất cuộn dây thứ cấp BU Không để hở mạch cuộn dây sơ cấp c Không để hở mạch cuộn dây thứ cấp có dịng điện vào sơ cấp d Tất sai Sự khác cấu tạo Watt kế điện động pha pha là: a Số lượng trục quay đĩa quay b Số lượng cuộn dây dòng cuộn dây áp b c Cấu tạo cuộn dây áp d Cấu tạo cuộn dây dịng Nhược điểm phương pháp đo cơng suất tác dụng Watt kế điện động là: a Khả tải b Từ trường yếu nên dễ bị nhiễu từ trương b c Kết đo phụ thuộc vào tần số mạch điện Cả a,b c Khi đo công suất tác dụng tải Watt kế điện động tác dụng, tổng trở tải có trị số lớn sử dụng Watt kế: Mắc trước Mắc sau Cả a b Cả a b sai Ưu điểm bật phưng pháp đo điện trở dùng cầu đo cân là: Tốc độ đo cao Độ xác cao Giá thành thấp 105 c d Cả a, b c Nhược điểm cấu đo thị từ điện là: Chế tạo phức tạp Cho tải ảnh hưởng nhiệt độ tới độ xác d Cả a, b c d Khi đo công suất tác dụng Watt kế điện động cuộn áp mắc trước cuộn dịng sai số phép đo chủ yếu do: b Cuộn điện áp Cuộn dòng điện Nguyên lý cấu tạo hoạt động công tơ đo điện dựa vào nguyên lý cấu tạo hoạt động của: Chỉ thị từ điện Chỉ thị điện động Chỉ thị điện từ d Chỉ thị cảm ứng d Nguyên lý hoạt động Vôn kế từ điện Ampere kế từ điện có giống nhau: Khơng Có Khơng hồn tồn giống Khi đo điện dung dùng volt kế ampere kế, giá trị đo phụ thuộc vào: a Tần số nguồn a b Nội trở volt kế c Nội trở amper kế d Tất 106 Nguồn pin đồng hồ đo VOM dược dùng để cung cấp cho mạch đo đo: a Điện trở a b Điện cảm Điện dung Tất VAR kế dụng đo công suất phản kháng a Chỉ dùng mạch DC b Dùng mạch AC b c Dùng mạch DC AC Cả a, b c sai Cơ cấu thị cảm ứng làm việc mạch điện: a Xoay chiều a b Một chiều c Cả xoay chiều chiều d Cả a, b c sai 107 TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP (Ghi đáp số / trả lời cho cácc câu hỏi tập đưa phần nội dung Chuuên mục bao gồm đáp số trả lời cho câu hỏi tập thuộc tồn mơ đun ) (Chỉ viết đáp án câu hỏi nhằm cho học viên củng cố/ ôn tập, tự kiểm tra đánh giá soạn xen kẽ nội dung học.) 108 109 CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN THUẬT NGỮ Đồng hồ TIẾNG ANH GIẢI NGHĨA vạn multimeter Loại đồng hồ cho phép đo đại lượng khác (dòng điện, điện áp, điện trở) cách sử dụng chuyển mạch Độ nhạy, tính sensitivity Khả mạch hay thiết bị đáp ứng với mức tín hiệu thấp Sự Sự biểu đặc tính điện lẫn nhạy Điện từ Electromagnetic đặc tính từ Cảm ứng điện Electromagnetic Sự cảm ứng điện áp mạch từ cuộn cảm dòng điện induction xoay chiều chạy qua mạch cuộn cảm khác nằm lân cận gây Điơt Loại linh kiện có chứa catôt Diode anôt mặt tiếp giáp pn dẫn điện theo chiều Tranzito Dụng cụ bán dẫn tích cực có khả trasistor khuuyeechs đại, làm chuyển mạch Dung sai Lượng dung sai cho phép giá tolerance trị, kích thước Nó thường biểu thị phần trăm giá trị danh định Mêgôm mét Loại ôm kế đặc biệt để đo điện trở Megohmmeter 110 dải mêgôm Tải, phụ tải, Một linh kiện mạch hoạt Load động nhờ lượng ngõ linh gánh kiện mạch khác Điện dung tải Điện dung tải Load capactance Một điện dung làm tải Trở kháng tải Trở kháng biểu tải mắc vào Load Impedance máy phát nguồn điện 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu cần tham khảo: Nguyễn Xuân Phú, Vật liệu điện, NXB Khoa học Kỹ thuật 1998 Nguyễn Xuân Phú, Cung cấp điện, NXB Khoa học Kỹ thuật 1998 Ngô Diên Tập, Đo lường điều khiển máy tính, NXB Khoa học Kỹ thuật 1997 Bùi Văn Yên, Sửa chữa điện máy công nghiệp, NXB Đà nẵng, 1998 Đặng Văn Đào, Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo Dục 1999 Nguyễn Thế Đạt, Giáo trình An tồn lao động, NXB Giáo Dục 2002 Nguyễn Đình Thắng, Giáo trình An tồn điện, NXB Giáo Dục 2002 Nguyễn Văn Hồ, Giáo trình Đo lường đại lượng điện không điện, NXB Giáo Dục 2002 112 ... 1.1 .Đo dòng điện 1.2 .Đo điện áp 2 .Đo đại lượng R, L, C 2.1 .Đo điện trở 2.2 .Đo điện cảm 2.3 .Đo điện dung 3 .Đo đại lượng tần số, công suất điện 3.1 .Đo tần số 3.2 .Đo công suất 3.3 .Đo điện Bài Sử... đó: X - đại lượng đo X0 - đơn vị đo - số kết đo Ví dụ: I = 5A thì: Đại lượng đo là: dòng điện (I) Đơn vị đo là: Ampe (A) Con số kết đo là: 1.2 Khái niệm đo lƣờng điện Đo lường điện trình đo đại... cấu đo thông dụng 1.Khái niệm cấu đo 2.Các loại cấu đo 2.1.Cơ cấu đo từ điện 2.2.Cơ cấu đo điện từ 2.3.Cơ cấu đo điện động 2.4.Cơ cấu đo cảm ứng Bài Đo đại lƣợng điện 1 .Đo đại lượng U, I 1.1.Đo