Hμ néi 6/ 2005
§ç L−¬ng Hïng
Ph¹m Thanh HuyÒn
§µo Thanh To¶n
----- -----
Bµi gi¶ng
kü thuËt ®o l−êng ®iÖn tö
Chuyªn ngµnh: KTVT, KTTT, §KH-THGT
Ω
+
-
BomonKTDT-§HGTVT
2
Lêi nãi ®Çu:
Kü thuËt §o l−êng §iÖn tö lµ m«n häc nghiªn cøu c¸c ph−¬ng ph¸p ®o c¸c
®¹i l−îng vËt lý: ®¹i l−îng ®iÖn: ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, c«ng suÊt,… vµ ®¹i l−îng
kh«ng ®iÖn: nhiÖt ®é, ®é Èm, vËn tèc…
Bµi gi¶ng Kü thuËt §o l−êng §iÖn tö ®−îc biªn so¹n dùa trªn c¸c gi¸o tr×nh
vµ tµi liÖu tham kh¶o míi nhÊt hiÖn nay, ®−îc dïng lµm tµi liÖu tham kh¶o cho sinh
viªn c¸c ngµnh: Kü thuËt ViÔn th«ng, Kü thuËt Th«ng tin, Tù ®éng ho¸, Trang thiÕt
bÞ ®iÖn, TÝn hiÖu Giao th«ng.
Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n, c¸c t¸c gi¶ ®· ®−îc c¸c ®ång nghiÖp ®ãng gãp
nhiÒu ý kiÕn, mÆc dï cè g¾ng söa ch÷a, bæ sung cho cuèn s¸ch ®−îc hoµn chØnh
h¬n, song ch¾c ch¾n kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt, h¹n chÕ. Chóng t«i mong
nhËn ®−îc c¸c ý kiÕn ®ãng gãp cña b¹n ®äc.
Xin liªn hÖ: daothanhtoan@uct.edu.vn
DTT_PTH_DLH
3
BomonKTDT-§HGTVT
4
Ch−¬ng 1:
Kh¸i niÖm c¬ b¶n trong
kü thuËt ®o l−êng
I. §Þnh nghÜa vμ kh¸i niÖm cHung vÒ ®o l−êng
1. §Þnh nghÜa vÒ ®o l−êng, ®o l−êng häc vµ KT§L
a. §o l−êng
§o l−êng lµ mét qu¸ tr×nh ®¸nh gi¸ ®Þnh l−îng vÒ ®¹i l−îng cÇn ®o ®Ó cã ®−îc
kÕt qu¶ b»ng sè so víi ®¬n vÞ ®o.
KÕt qu¶ ®o ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng:
XoAX
Xo
X
A.=→=
trong ®ã: A: con sè kÕt qu¶ ®o
X: ®¹i l−îng cÇn ®o
Xo: ®¬n vÞ ®o
b. §o l−êng häc
§o l−êng häc lµ ngµnh khoa häc chuyªn nghiªn cøu ®Ó ®o c¸c ®¹i l−îng kh¸c
nhau, nghiªn cøu mÉu vµ ®¬n vÞ ®o.
c. Kü thuËt ®o l−êng (KT§L)
KT§L lµ ngµnh kü thuËt chuyªn m«n nghiªn cøu ®Ó ¸p dông kÕt qu¶ cña ®o
l−êng häc vµo phôc vô s¶n xuÊt vµ ®êi sèng x· héi.
2. Ph©n lo¹i c¸ch thùc hiÖn phÐp ®o
a. §o trùc tiÕp lµ c¸ch ®o mµ kÕt qu¶ nhËn ®−îc trùc tiÕp tõ mét phÐp ®o duy
nhÊt. NghÜa lµ, kÕt qu¶ ®o ®−îc chÝnh lµ trÞ sè cña ®¹i l−îng cÇn ®o mµ kh«ng ph¶i
tÝnh to¸n th«ng qua bÊt kú mét biÓu thøc nµo.
NÕu kh«ng tÝnh ®Õn sai sè th× trÞ sè ®óng cña ®¹i l−îng cÇn ®o X sÏ b»ng kÕt
qu¶ ®o ®−îc A.
Ph−¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp cã −u ®iÓm lµ ®¬n gi¶n, nhanh chãng vµ lo¹i bá
®−îc sai sè do tÝnh to¸n.
vÝ dô: V«nmet ®o ®iÖn ¸p, ampemet ®o c−êng ®é dßng ®iÖn, oatmet ®o c«ng suÊt
….
b. §o gi¸n tiÕp lµ c¸ch ®o mµ kÕt qu¶ ®o suy ra tõ sù phèi hîp kÕt qu¶ cña nhiÒu
phÐp ®o dïng c¸ch ®o trùc tiÕp. NghÜa lµ, kÕt qu¶ ®o kh«ng ph¶i lµ trÞ sè cña ®¹i
l−îng cÇn ®o, c¸c sè liÖu c¬ së cã ®−îc tõ c¸c phÐp ®o trùc tiÕp sÏ ®−îc sö dông ®Ó
tÝnh ra trÞ sè cña ®¹i l−îng cÇn ®o th«ng qua mét ph−¬ng tr×nh vËt lý liªn quan gi÷a
c¸c ®¹i l−îng nµy.
X = f(A1, A2, …An)
Trong ®ã A1, A2 … An lµ kÕt qu¶ ®o cña c¸c phÐp ®o trùc tiÕp.
vÝ dô: ®Ó ®o c«ng suÊt (P) cã thÓ sö dông v«n met ®Ó ®o ®iÖn ¸p (U), ampe met ®o
c−êng ®é dßng ®iÖn (I), sau ®ã sö dông ph−¬ng tr×nh: P = U.I ta tÝnh ®−îc c«ng suÊt
C¸ch ®o gi¸n tiÕp m¾c ph¶i nhiÒu sai sè do sai sè cña c¸c phÐp ®o trùc tiÕp
®−îc tÝch luü l¹i. V× vËy c¸ch ®o nµy chØ nªn ¸p dông trong c¸c tr−êng hîp kh«ng
thÓ dïng dông cô ®o trùc tiÕp mµ th«i.
c. §o t−¬ng quan lµ ph−¬ng ph¸p ®−îc sö dông trong tr−êng hîp cÇn ®o
c¸c qu¸ tr×nh phøc t¹p mµ ë ®©y kh«ng thÓ thiÕt lËp mét quan hÖ hµm sè nµo gi÷a
c¸c ®¹i l−îng lµ c¸c th«ng sè cña c¸c qu¸ tr×nh nghiªn cøu.
Ch−¬ng 1. Kh¸i niÖm c¬ b¶n trong KT§L
5
d. §o hîp bé lµ ph−¬ng ph¸p cã ®−îc kÕt qu¶ ®o nhê gi¶i mét hÖ ph−¬ng tr×nh mµ
c¸c th«ng sè ®· biÕt tr−íc chÝnh lµ c¸c sè liÖu ®o ®−îc tõ c¸c phÐp ®o trùc tiÕp.
e. §o thèng kª lµ ph−¬ng ph¸p sö dông c¸ch ®o nhiÒu lÇn vµ lÊy gi¸ trÞ trung b×nh
®Ó ®¶m b¶o kÕt qu¶ chÝnh x¸c. C¸ch nµy ®−îc sö dông khi ®o tÝn hiÖu ngÉu nhiªn
hoÆc kiÓm tra ®é chÝnh x¸c cña dông cô ®o.
II. C¸c ®Æc tr−ng cña KT§L
KT§L gåm c¸c ®Æc tr−ng sau: ®¹i l−îng cÇn ®o, ®iÒu kiÖn ®o, ®¬n vÞ ®o, thiÕt
bÞ ®o vµ ng−êi quan s¸t hay thiÕt bÞ nhËn kÕt qu¶ ®o
1. Kh¸i niÖm vÒ tÝn hiÖu ®o vµ ®¹i l−îng ®o
a. TÝn hiÖu ®o l−êng lµ tÝn hiÖu mang th«ng tin vÒ gi¸ trÞ cña ®¹i l−îng ®o l−êng.
b. §¹i l−îng ®o lµ th«ng sè x¸c ®Þnh qu¸ tr×nh vËt lý cña tÝn hiÖu ®o. Do qu¸ tr×nh
vËt lý cã thÓ cã nhiÒu th«ng sè nh−ng trong mçi tr−êng hîp cô thÓ ng−êi ta chØ quan
t©m ®Õn mét hoÆc mét vµi th«ng sè nhÊt ®Þnh.
vÝ dô: ®Ó x¸c ®Þnh ®é rung cã thÓ x¸c ®Þnh th«ng qua mét trong c¸c th«ng sè nh−:
biªn ®é rung, gia tèc rung, tèc ®é rung …
Cã nhiÒu c¸ch ®Ó ph©n lo¹i ®¹i l−îng ®o, d−íi ®©y lµ mét sè c¸ch th«ng dông.
* Ph©n lo¹i theo tÝnh chÊt thay ®æi cña ®¹i l−îng ®o:
Cã hai lo¹i ®¹i l−îng ®o lµ:
+ §¹i l−îng ®o tiÒn ®Þnh lµ ®¹i l−îng ®o ®· biÕt tr−íc quy luËt thay ®æi theo
thêi gian cña chóng.
+ §¹i l−îng ®o ngÉu nhiªn lµ ®¹i l−îng ®o mµ sù thay ®æi theo thêi gian
kh«ng theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh nµo. NÕu ta lÊy bÊt kú gi¸ trÞ nµo cña tÝn hiÖu ta
®Òu nhËn ®−îc ®¹i l−îng ngÉu nhiªn.
Chó ý: Trªn thùc tÕ, ®a sè c¸c ®¹i l−îng ®o ®Òu lµ ngÉu nhiªn. Tuy nhiªn, cã thÓ gi¶
thiÕt r»ng trong suèt thêi gian tiÕn hµnh phÐp ®o ®¹i l−îng ®o ph¶i kh«ng ®æi hoÆc
thay ®æi theo quy luËt ®· biÕt tr−íc, nghÜa lµ tÝn hiÖu ë d¹ng biÕn ®æi chËm. Cßn khi
®¹i l−îng ®o ngÉu nhiªn cã tÇn sè thay ®æi nhanh th× cÇn sö dông ph−¬ng ph¸p ®o
l−êng thèng kª.
* Ph©n lo¹i theo c¸ch biÕn ®æi tÝn hiÖu ®o
Cã hai lo¹i tÝn hiÖu ®o lµ tÝn hiÖu ®o liªn tôc hay t−¬ng tù vµ tÝn hiÖu ®o rêi
r¹c hay sè. Khi ®ã øng víi 2 lo¹i tÝn hiÖu ®o nµy cã hai lo¹i dông cô ®o lµ dông cô
®o t−¬ng tù vµ dông cô ®o sè.
* Ph©n lo¹i theo b¶n chÊt cña ®¹i l−îng ®o
+ §¹i l−îng ®o n¨ng l−îng lµ ®¹i l−îng mµ b¶n th©n nã mang n¨ng l−îng.
vÝ dô: ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, søc ®iÖn ®éng, c«ng suÊt …
+ §¹i l−îng ®o th«ng sè lµ ®¹i l−îng ®o c¸c th«ng sè cña m¹ch
vÝ dô: ®iÖn trë, ®iÖn dung, ®iÖn c¶m …
+ §¹i l−îng phô thuéc vµo thêi gian
vÝ dô: tÇn sè, gãc pha, chu kú …
+ §¹i l−îng kh«ng ®iÖn. §Ó ®o c¸c ®¹i l−îng nµy b»ng ph−¬ng ph¸p ®iÖn cÇn
biÕn ®æi chóng thµnh c¸c ®¹i l−îng ®iÖn
vÝ dô: ®Ó ®o ®é co gi·n cña vËt liÖu cã thÓ sö dông tenzo ®Ó chuyÓn sù thay ®æi cña
h×nh d¹ng thµnh sù thay ®æi cña ®iÖn trë vµ ®o gi¸ trÞ ®iÖn trë nµy ®Ó suy ra sù biÕn
®æi vÒ h×nh d¹ng.
2. §iÒu kiÖn ®o
C¸c th«ng tin ®o l−êng bao giê còng g¾n víi m«i tr−êng sinh ra ®¹i l−îng ®o.
M«i tr−êng ë ®©y cã thÓ ®iÒu kiÖn m«i tr−êng tù nhiªn vµ c¶ m«i tr−êng do con
ng−êi t¹o ra.