Chương 3 : Thiêt bị phát tín hiệu đo lường
Chöông 3
THIEÁT BÒ PHAÙT TÍN HIEÄU ÑO LÖÔØNG
3.1 Khaùi nieäm veà ño löôøng:
3.1.1 Muïc ñích – yù nghóa:
Trong coâng taùc nghieân cöùu vaø saûn xuaát ôû moïi ngaønh khoa hoïc kyõ thuaät ngaøy nay
phaûi tieáp xuùc vôùi nhöõng thieát bò, maùy moùc hieän ñaïi tinh vi. Möùc ñoä phaùt trieån cuûa khoa
hoïc kyõ thuaät ngaøy caøng cao ñoøi hoûi caùc thoâng soá cho maùy moùc hoaït ñoäng phaûi chính
xaùc. Do vaäy, vieäc kieåm tra caùc cheá ñoä laøm vieäc cuõng nhö caùc quy taéc an toaøn phaûi
ñöôïc chuù troïng haøng ñaàu ñeå kieåm tra sö khai thaùc ñuùng ñaén caùc thieát bò caàn phaûi tieán
haønh ño löôøng. Söï ño löôøng ñöôïc thöïc hieän nhôø caùc duïng cuï ño löôøng ñieän.
3.1.2 Ñaïi löôïng ño löôøng:
Döïa vaøo tính chaát cô baûn cuûa ñaïi löôïng ño, chuùng ta phaân ra laøm 2 ñaïi löôïng cô
baûn: ñaïi löôïng ñieän vaø ñaïi löôïng khoâng ñieän.
Ñaïi löôïng ñieän: ñöôïc chia laøm ñaïi löôïng ñieän taùc ñoäng vaø thuï ñoäng.
* Ñaïi löôïng ñieän taùc ñoäng:
- Ñaïi löôïng ñieän taùc ñoäng laø ñaïi löôïng maø baûn thaân naêng löôïng cuûa chuùng seõ
cung caáp naêng löôïng vaøo maïch ño. Thí duï: doøng ñieän, ñieän aùp, coâng suaát.
- Trong tröôøng hôïp naêng löôïng quaù lôùn thì phaûi giaûm bôùt cho phuø hôïp vôùi maïch
ño. Thí duï nhö giaûm aùp, phaân doøng, …. thieát bò suy hao. Ngöôïc laïi, trong tröôøng
hôïp naêng löôïng quaù nhoû thì khueách ñaïi leân. Vaán ñeà quan troïng laø caùc boä
khueách ñaïi phaûi ñöôïc chuaån hoùa traùnh gaây meùo tín hieäu.
* Ñaïi löôïng ñieän thuï ñoäng:
- Ñaïi löôïng ñieän thuï ñoäng laø nhöõng ñaïi löôïng khoâng mang naêng löôïng, khi ño
phaûi cung caáp naêng löôïng cho maïch ño nhö:
- Coù 2 caùch ño: ño noùng vaø ño nguoäi.
- Ño noùng laø thao taùc ño khi phaàn töû ñang hoaït ñoäng treân maïch.
- Ño nguoäi laø thao taùc ño khi caùc phaàn töû naøy ngöng hoaït ñoäng hay laáy ra khoûi
maïch ñieän.
19
Chương 3 : Thiêt bị phát tín hiệu đo lường
3.1.3 Caáp chuaån hoaù.
Thieát bò ño löôøng tröôùc khi xuaát xöôûng caàn phaûi chuaån hoaù (calip) so vôùi thieát bò ño
löôøng chuaån.
Coù 4 caáp chuaån hoaù:
- Caáp 1: Caáp quoác teá (International standard) ñöôïc thöïc hieän ñònh chuaån taïi
Trung taâm ño löôøng quoác teá (Paris).
- Caáp 2: Chuaån quoác gia, caùc thieát bò ño löôøng taïi caùc vieän ñònh chuaån quoác gia
khaùc nhau treân theá giôùi, caùc thieát bò naøy cuõng ñöôïc chuaån hoaù theo chuaån quoác
teá.
- Caáp 3: chuaån khu vöïc. Trong moät quoác gia coù theå coù nhieàu trung taâm ñònh
chuaån cho töøng khu vöïc (standard zone center). Caùc thieát bò ño naøy phaûi ñöôïc
chuaån theo quoác gia.
- Caáp 4: chuaån phoøng thí nghieäm.
3.2 Khaùi nieäm chung veà thieát bò phaùt tín hieäu:
3.2.1 Khaùi nieäm:
Maùy phaùt tín hieäu ño löôøng laø nguoàn phaùt tín hieäu chuaån oån ñònh vôùi caùc thoâng soá
ñaõ bieát nhö laø bieân ñoä, taàn soá vaø daïng (soùng) tín hieäu.
Maùy phaùt tín hieäu ño löôøng coù ñoä chính xaùc vaø ñoä oån ñònh cao, coù khaû naêng ñieàu
chænh caùc thoâng soá cuûa tín hieäu ra thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå hieäu chænh caùc thieát bò ño,
tín hieäu voâ tuyeán ñieän töû, thieát bò töï ñoäng vaø maùy tính, khaéc ñoä duïng cuï ño.
Maùy phaùt tín hieäu ño löôøng coù theå veõ caùc ñaëc tính bieân ñoä, bieân ñoä-taàn soá, vaø ñaëc
tính quaù ñoä cuûa maïng 4 cöïc, xaùc ñònh heä soá ñöôøng truyeàn, ñoä meùo; laøm nguoàn cung
caáp cho caùc maïch ño kieåu coäng höôûng vaø kieåu caàu xoay chieàu.
3.2.2 Phaân loaïi:
Maùy phaùt tín hieäu ño löôøng coù theå phaân thaønh 3 loaïi:
3.2.2.1 Theo khoaûng taàn soá cuûa tín hieäu ra:
9 Maùy phaùt tín hieäu taàn soá thaáp < 20Hz tai ngöôøi khoù coù theå nghe ñöôïc.
9 Maùy phaùt tín hieäu taàn soá thaáp töø 20Hz ñeán 200KHz:
- Maùy phaùt aâm taàn: 20Hz ñeán 20KHz khoaûng taàn soá naøy tai ngöôøi nghe ñöôïc.
- Maùy phaùt sieâu aâm: 20KHz ñeán 200KHz.
20
Chương 3 : Thiêt bị phát tín hiệu đo lường
9 Maùy phaùt taàn soá cao: 200KHz ñeán 30MHz.
9 Maùy phaùt sieâu cao taàn: 30MHz ñeán 10GHz.
9 Maùy phaùt cöïc cao taàn: >10GHz.
3.2.2.2 Theo daïng cuûa tín hieäu ra:
9 Maùy phaùt xung vuoâng.
9 Maùy phaùt soùng hình sin.
9 Maùy phaùt daïng soùng ñaëc bieät (xung tam giaùc, xung raêng cöa, xung hình naác
thang, …)
9 Maùy phaùt coù taàn soá thay ñoåi.
9 Maùy phaùt oàn (noise).
3.2.2.3 Theo daïng cuûa ñieàu cheá:
9 Maùy phaùt soùng hình sin vôùi ñieàu cheá bieân ñoä (AM).
9 Maùy phaùt soùng hình sin vôùi ñieàu cheá taàn soá (FM).
9 Maùy phaùt xung vôùi ñieàu cheá ñoä roäng xung, taàn soá xung vaø pha xung.
9 Maùy phaùt xung vôùi ñieàu cheá toång hôïp (cuøng moät luùc thöïc hieän nhieàu daïng ñieàu
cheá).
3.2.3 Ñaëc tröng maùy phaùt tín hieäu:
9 Khoaûng taàn soá maø maùy phaùt ra, nhö maùy phaùt töø 1Hz ñeán 1MHz.
9 Ñoä chính xaùc cuûa vieäc ñaët taàn soá.
9 Ñoä oån ñònh cuûa taàn soá phaùt ra veà thôøi gian, taàn soá, bieân ñoä vaø daïng soùng.
9 Ñoä meùo tín hieäu.
9 Söï phuï thuoäc cuûa caùc thoâng soá tín hieäu vaøo phuï taûi vaø giôùi haïn hieäu chænh.
3.3 Maùy phaùt tín hieäu taàn soá thaáp:
Maùy phaùt tín hieäu taàn soá thaáp coù theå ñieàu chænh taàn soá nhaûy caáp vaø lieân tuïc töø 20Hz
ñeán 200KHz, coù bieân ñoä töø 1mV ñeán 150V vôùi coâng suaát cöïc ñaïi 1mW ñeán 10W.
3.3.1 Caùc ñaëc tính:
- Ñoä meùo phi tuyeán:
21
Chương 3 : Thiêt bị phát tín hiệu đo lường
Ñoä meùo phi tuyeán soùng haøi cuûa tín hieäu ra ñöôïc ñaëc tröng bôûi heä soá soùng haøi. Ñoä
meùo ñöôïc xaùc ñònh baèng tæ soá giöõa caên baäc hai cuûa toång taát caû bình phöông soùng haøi.
%)(
1
22
3
2
2
u
uuu
Kn
m
++
=Λ (3.1)
- Daûi taàn soá phaùt ra ñöôïc ñaët tröng bôûi heä soá phuû soùng Kp, laø tæ soá cuûa taàn soá cöïc ñaïi
vaø cöïc tieåu.
min
max
f
f
Kp= (3.2)
- Ñoä oån ñònh taàn soá cuûa maùy phaùt ñöôïc xaùc ñònh bôûi tæ soá cuûa söï thay ñoåi tuyeät ñoái
cuûa taàn soá vôùi taàn soá ban ñaàu trong ñieàu kieän oån ñònh.
fΔ
00
10
f
f
f
ff Δ
=
− (3.3)
trong ñoù: f1 laø taàn soá cuûa maùy phaùt khi coù söï thay ñoåi ñoät ngoät beân ngoaøi, f0 laø taàn soá
ban ñaàu.
- Ñoä chính xaùc cuûa vieäc ñaët taàn soá ñöôïc xaùc ñònh bôûi chaát löôïng cuûa baûng khaéc ñoä
vaø cô caáu hieäu chænh.
3.3.2 Sô ñoà khoái cuûa maùy phaùt tín hieäu ño löôøng:
Maùy phaùt
Goác
Khueách
ñaïi Phaân aùp Bieán aùp
V
Boä phaän ñaàu ra
Hình 3.1: Sô ñoà khoái maùy phaùt tín hieäu ño löôøng.
Maùy phaùt goác taïo tín hieäu hình sin oån ñònh veà bieân ñoä vaø taàn soá. Maùy phaùt goác
quyeát ñònh hình daùng hay ñaëc tính tuaàn hoaøn cuûa tín hieäu ra. Maùy phaùt goác thöôøng laø
maùy phaùt LC, maùy phaùt troän taàn, maùy phaùt RC.
Boä khueách ñaïi ra duøng ñeå khueách ñaïi tín hieäu cuûa maùy phaùt goác vaø naâng cao coâng
suaát ôû ñaàu ra cuûa maùy phaùt.
22
Chương 3 : Thiêt bị phát tín hiệu đo lường
Boä phaän ñaàu ra bao goàm boä phaân aùp vaø bieán aùp ra …. duøng ñeå ñieàu chænh vaø kieåm
tra bieân ñoä ôû ñaàu ra sao cho khi maéc taûi vaøo maùy phaùt ñaït coâng suaát cöïc ñaïi nhöng ñoä
meùo phi tuyeán nhoû nhaát.
3.3.3 Maùy phaùt LC:
Trong maùy phaùt LC taàn soá cuûa maïch dao ñoäng ñöôïc xaùc ñònh bôûi ñieän dung C vaø
ñieän caûm L ôû cheá ñoä töï kích cuûa khung dao ñoäng.
#
Nhöôïc ñieåm: khung dao ñoäng coù kích thöôùc lôùn vaø raát khoù hieäu chænh. Chaúng haïn,
ñeå taïo ñöôïc maùy phaùt coù f=20Hz ñeán 20KHz, töùc laø Kp=103 caàn phaûi coù ñieän dung vaø
ñieän caûm lôùn.
Maùy phaùt LC ít thoâng duïng chæ cheá taïo maùy phaùt coù daõi taàn heïp hoaëc moät soá giaù trò
taàn soá coá ñònh.
LxCx
Hình 3.2: Sô ñoà maïch maùy phaùt LC
3.3.4 Maùy phaùt troän taàn soá:
Maùy phaùt
troän taàn LC
Loïc thoâng
thaáp
Khueách
ñaïïi Phaân aùp
V
Maùy phaùt goác
Maùy phaùt
taàn soá coá
ñ
ò
nh
Maùy phaùt
taàn soá hieäu
chænh
Ngoõ ra
Hình 3.3: Sô ñoà khoái maùy phaùt troän taàn soá.
23