Một phương pháp hợp lý để xây dựng các hệ thống xử lý số liệu nói chung, và các hệ thông đo lường tự động nói riêng, là xây dựng từ các khối mảng modul, tức là các khối này về chức năng cũng như cấu trúc vật lý là chứa đựng tính riêng biệt, như là các mạch "khối cơ cở". Ví dụ như các khối chuyển đổi tương tự-số (ADC), chuyển đổi số-tương tự (DAC), bộ đếm tần số, bộ tạo tín hiệu, bộ giải mã ký tự,...
Bằng cách sử dụng tổ hợp các modul, người thiết kế có thể tạo ra nhiều hệ thống khác nhau. Đặc biệt các hệ thống cấu trúc kiểu modul có thể dễ dàng được mở rộng và nâng cấp trong tương lai theo yêu cầu. Đôi khi các khối được tổng hợp lại thành khối kín, được điều khiển bởi một bộ điều khiển có khả năng định vị và chia sẻ thời gian hoạt động đến các khối khác nhau.
Khi xây dựng các hệ thống đo có cấu trúc modul, thì người thiết kế phải đương đầu với hai vấn đề chính: Thứ nhất là vấn đề Tương thích và thứ hai là vấn
đề Phối ghép (sự giao tiếp giữa các khối thành phần trong hệ thống và giữa hệ thống với các thiết bị ngoại vi).
Vấn đề Tương thích giữa các modul là một vấn đề quan trọng, mà khi thiết kế hệ thống có cấu trúc modul phải quan tâm. Nếu không, hệ thống sẽ làm việc kém hiệu quả, hỏng hóc trong các tình huống xấu nhất và khó có khả năng mở rộng trong tương lai. Trong các hệ thống đo lường có 5 dạng tương thích giữa các modul, là tương thích về tín hiệu; về cấu trúc; về nguồn điện cung cấp; về đo lường và tương thích về dịch vụ phục vụ.
Tương thích về tín hiệu: nhằm mục đích làm cho các modul phù hợp với nhau về kiểu, dải, các thông số và mức của tín hiệu vào và ra. Các dòng số liệu giữa các khối có một vài dạng tín hiệu: thông tin, điều khiển, chương trình, địa chỉ và mục đích đặc biệt.
Tương thích về mặt cấu trúc: Điều này cho phép phù hợp với nhau về mặt cơ học bao gồm cả kiểu mẫu và tính cân bằng. Nó cho phép nối các modul khác nhau về mặt kích tắc. Hệ thống và mỗi thành phần modul của nó phải giống như một khối vật lý duy nhất.
Tương thích về Nguồn cung cấp: là sự phù hợp giữa các khối mà yêu cầu phải đưa ra các kết quả tương thích. Điều đó đòi hỏi các modul phải tạo ra các kết quả tương thích, vấn đề này có liên quan đến việc chọn lựa các đặc tính đo lường của modul.
Tương thích về dịch vụ phục vụ: điều này là vấn đề nói lên rằng các modul trong hệ thống phải có cùng mức độ về độ tin cậy và độ ổn định và cho cùng một đáp ứng (hay độ nhạy) đối với các yếu tố bên ngoài. Là tương thích về phục vụ, sửa chữa, bảo trì.
Ưu điểm của thiết kế mạch kiểu mảng khối modul là tất cả các modul được ghép lại và làm việc một cách hoàn hảo mà không cần phải thiết kế lại các tiếp giáp liên kết, hàn nối giữa chúng. Các giao diện (Interfaces) là các mạch giao tiếp cho phép có được sự ghép nối thích hợp giữa tất cả các modul trong hệ thống. Chúng tạo cho các modul trong cùng hệ thống và giữa các hệ thống có sự tương thích về cả 5 dạng nêu trên.
Tất cả các giao diện có thể phân loại thành:
Giao diện máy (machine interface): là việc gắn một bộ xử lý trung tâm của một máy tính với các khối thành phần khác, với các thiết bị ngoại vị hay với thế giới bên ngoài. Sự thiết kế của máy tính xác định hoàn toàn cấu trúc,
Giao diện hệ thống-module: là thực hiện sự kết nối đồng nhất giữa các khối của hệ thống. Một modul sử dụng giao diện này không thể hoạt động một mình mà nó chỉ có thể hoạt động được trong một hệ thống
Giao diện hệ thống-thiết bị: phục vụ việc kết nối các thiết bị, mà có thể hoạt động riêng lẻ trong một hệ thống. Thông thường chúng có khả năng khá lớn về chức năng (chúng có thể do một số lớn các đại lượng vật lý, điều kiện làm việc có thể thay đổi với các thực nghiệm, chúng có thể lập trình được,...). Về mặt cấu trúc các giao diện này chỉ cần các đặc tính về kích tấc.
Các giao diện được sử dụng trong kỹ thuật đo lường thực tế thường được gọi là giao diện thiết bị đo. Các giao diện này có đầy đủ 5 dạng của tính tương thích, đảm bảo sự kết hợp một cách hoàn hảo giữa bộ vi xử lý với việc đo lường, cũng như với các thiết bị ngoại vi có tương tác với các thiết bị khác đề lưu trữ, chứa đựng, ghi nhận và xử lý các số liệu thô ban đầu. Các giao diện chuẩn có thể được phân loại tuỳ theo các phương pháp mà các modul của hệ thống được nối ghép với nhau và với bộ xử lý trung tâm.
CHƯƠNG I... 1
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG... 1
1.1. Khái niệm chung về đo lường... 1
1.2. Phân loại phương pháp đo... 3
1.2.1. Phương pháp đo biến đổi thẳng... 3
1.2.2. Phương pháp đo kiểu so sánh... 5
1.3. Phân loại các thiết bị đo... 7
1.3.1. Mẫu... 7
1.3.2. Dụng cụ đo lường điện... 7
1.3.3. Chuyển đổi đo lường... 7
1.3.4. Hệ thống thông tin đo lường... 8
1.4. Đơn vị đo, chuẩn và mẫu... 8
1.4.1. Khái niệm chung... 8
1.4.2. Hệ thống đơn vị quốc tế SI... 9
1.4.3. Chuẩn cấp I quốc gia các đơn vị cơ bản của hệ thống SI...10
1.5. Cấu trúc và các đặc tính cơ bản của dụng cụ đo...11
1.5.1. Sơ đồ khối của dụng cụ đo...11
1.5.2. Các đặc tính cơ bản của dụng cụ đo...12
1.6. Sai số trong đo lường...13
1.6.1. Phân loại sai số của phép đo...14
1.6.2. Quá trình xử lý, định giá sai số và xác định kết quả đo...15
CHƯƠNG II...16
ĐÁNH GIÁ SAI SỐ ĐO LƯỜNG...16
2.1. Nguyên nhân và phân loại sai số trong đo lường...16
2.1.1. Nguyên nhân gây sai số...16
2.1.2. Phân loại sai số...16
2.1.2.1. Theo biểu thức diễn đạt sai số...16
2.1.2.2. Theo nguồn gây ra sai số...17
2.1.2.3. Theo quy luật xuất hiện sai số...17
2.2. Ứng dụng phương pháp phân bố chuẩn để định giá sai số...17
2.2.1. Hàm mật độ phân bố sai số...18
2.2.2. Hệ quả của sự nghiên cứu hàm mật độ phân bố sai số...19
2.2.3. Sử dụng các đặc số phân bố để định giá kết quả đo và sai số đo...21
2.2.3.1. Sai số trung bình bình phương...21
2.2.3.2. Trị số trung bình cộng...23
2.3. Cách xác định kết quả đo...24
2.3.1. Sai số dư...24
2.3.2. Độ tin cậy và khoảng chính xác...24
2.4. Quá trình xử lý, định giá sai số và xác định kết quả đo...25
CHƯƠNG III...27
QUAN SÁT VÀ ĐO LƯỜNG DẠNG TÍN HIỆU...27
3.1. Giới thiệu...27
3.2.3. Bộ khuếch đại của dao động ký...35
3.3. Công dụng của dao động ký điện tử...36
3.3.1. Quan sát tín hiệu...36
3.3.2. Đo điện áp và tần số của tín hiệu...37
3.3.3. Đo góc lệch pha...37
3.4. Dao động ký nhiều tia...38
3.4. Các loại dao động ký điện tử...38
3.4.1. Dao động ký điện tử có nhớ tương tự...39
3.4.2. Dao động ký điện tử nhớ số...41
3.4.3. Dao động ký có cài đặt vi xử lý...42
3.4.4. Dao động ký nhiều tia...44
CHƯƠNG IV...46
ĐO TẦN SỐ, KHOẢNG THỜI GIAN VÀ GÓC LỆCH PHA...46
4.1. Khái niệm chung...46
4.1.1. Góc lệch pha...46
4.1.2. Khoảng thời gian...48
4.1.3. Đo tần số...49
4.2. Đo tần số...49
4.2.1. Phương pháp đếm xung trong một khoảng thời gian xác định...49
4.2.2. Phương pháp đếm xung chuẩn trong thời gian chu kỳ tín hiệu...51
4.2.3. Kết hợp đo tần thấp và tần cao...52
4.3. Đo di pha...53
4.3.1. Đo di pha bằng phương pháp đo điện áp...53
4.3.2. Đo di pha bằng phương pháp đo khoảng thời gian...54
4.3.3. Pha-mét chỉ thị số...57
4.3.4. Pha-mét số có cài đặt μP...59
CHƯƠNG V...62
ĐO ĐIỆN ÁP, CÔNG SUẤT...62
5.1. Đo điện áp...62
5.1.1. Đặc điểm và yêu cầu của phép đo điện áp...62
5.1.2. Cấu tạo và phân loại các vônmét điện tử...62
5.1.3. Một số dụng cụ đo điện áp...64
5.1.3.1. Vônmét điện tử loại tương tự dùng điện kế chỉ thị kim...65
5.1.3.2. Vônmét số...66
5.1.3.3. Vônmét chỉ thị số sử dụng vi xử lý ...68
5.2. Đo công suất...72
5.2.1. Giới thiệu chung...72
5.2.2. Đo công suất ở tần số thấp và tần số cao...74
5.2.2.1. Phương pháp nhân...74
5.2.2.2. Phương pháp đo dòng điện trên mạch điện có trở kháng đã biết...76
5.2.2.3. Phương pháp so sánh...76
5.2.3. Oát-mét dùng kỹ thuật số...76
5.2.3.1. Oát-mét số (Digital Wattmeter)...76
5.2.3.2. Oát-mét cài đặt vi xử lý...79
CHƯƠNG VI...81
6.1. Các khuynh hướng cơ bản...81
6.1.1. Tự động hoá từng phần quá trình đo lường...84
6.1.1.1. Thay thế phép đo gián tiếp bằng phép đo trực tiếp...84
6.1.1.2. Máy đo nhiều chức năng...85
6.1.1.3. Đo lường toàn cảnh...85
6.1.2. Tự động hoá hoàn toàn quá trình đo lường...85
6.2. Hệ thống giao diện số trong đo lường (Interface for measurement system)...86
6.2.1. Giới thiệu chung...86