Giáo trình Đo lường điện - Nghề: Điện công nghiệp (Trung cấp) - CĐ Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa-Vũng Tàu

Chia sẻ: Ochuong_999 Ochuong_999 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:111

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Mục tiêu của môn học: 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 hƣ hỏng của thiết bị/ hệ thống điện. Gia công kết quả đo nhanh chóng, chính xác. Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Đo lường điện - Nghề: Điện công nghiệp (Trung cấp) - CĐ Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa-Vũng Tàu

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: ĐO LƢỜNG ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số: 01 /QĐ-CĐN ngày 04 tháng 01 năm 2016 của Hiệu trƣởng trƣờng Cao đẳng nghề tỉnh BR - VT Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2016 0
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “đo lƣờng điện” nhằm cung cấp cho học viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản về phƣơng pháp và kỹ thuật đo lƣờng các đại lƣợng điện. Giáo trình này gồm 11 bài. Yêu cầu đối với học sinh sau khi học xong module này học sinh phải, biết sử dụng, lắp đặt thành thạo các dụng cụ, thiết bị đo các đại lƣợng điện cơ bản. Giáo trình này là tài liệu tham khảo cho học viên chuyên nghành Điện công nghiệp, điện dân dụng, lắp đặt điện, kỹ thuật đo lƣờng. Trong quá trình biên soạn chắc chắn chúng tôi còn có nhiều thiếu sót, mong quý độc giả góp ý để chúng tôi hoàn thiện tốt hơn cho lần chỉnh sữa sau. Mọi góp ý xin gửi về Email: congnt@brtvc.edu.vn hoặc tuoint@brtvc.edu.vn Tôi xin chân thành cảm ơn! Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 31 tháng 8 năm 2015 Tham gia biên soạn 1. Nguyễn Trọng Công - Chủ biên 2. Nguyễn Thị Tƣơi 2
MỤC LỤC TRANG BÀI 01: ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐO LƢỜNG ĐIỆN .................................................. 6 1. Khái niệm về đo lƣờng điện ........................................................................... 6 1.1. Khái niệm về đo lƣờng. .............................................................................. 6 1.2. Khái niệm về đo lƣờng điện. ........................................................................ 7 1.3 Các phƣơng pháp đo. .................................................................................... 7 2. Các sai số và phƣơng pháp hạn chế sai số..................................................... 10 2.1. Khái niệm về sai số. .................................................................................. 10 2.2. Các loại sai số. ........................................................................................... 11 2.3. Các phƣơng pháp hạn chế sai số. ............................................................... 13 BÀI 02: LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN ÁP ................................................... 1 1. Nguyên lý đo điện áp. ..................................................................................... 1 1.1. Hình ảnh vôn kế. ........................................................................................ 1 1.2. Nguyên lý đo điện áp. .................................................................................. 2 2. Mở rộng thang đo Vôn mét ............................................................................ 2 2.1 Vôn mét từ điện ............................................................................................ 2 2.2 Vôn mét điện từ. ........................................................................................... 4 2.3 Vôn mét điện động ....................................................................................... 5 3. Đo điện áp xoay chiều (AC). .......................................................................... 6 3.1. Vị trí lắp đặt Vôn kế. ................................................................................... 6 3.2. Các bƣớc lắp đặt vôn kế đo điện áp nguồn một pha. .................................... 6 3.3. Bài tập thực hành:........................................................................................ 9 4. Đo điện áp một chiều ( DC ) ........................................................................... 9 BÀI 03: LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO DÒNG ĐIỆN ........................................... 11 1. Nguyên lý đo dòng điện ............................................................................... 11 1.1. Hình ảnh ampe mét. .................................................................................. 11 1.2. Nguyên lý đo dòng điện. ............................................................................ 12 2. Mở rộng thang đo ampe mét ......................................................................... 12 2.1 Ampe mét từ điện ....................................................................................... 12 1
2.2 Ampe mét điện từ ....................................................................................... 14 2.3 Ampe mét điện động .................................................................................. 15 3. Đo dòng điện xoay chiều (AC) ..................................................................... 16 3.1. Vị trí lắp đặt Ampe kế. .............................................................................. 16 3.2. Các bƣớc lắp đặt vôn kế đo dòng điện. ...................................................... 16 4. Đo dòng điện một chiều (DC)....................................................................... 19 BÀI 04: LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO TẦN SỐ ................................................... 21 1. Khái quát chung ........................................................................................... 21 2. Lắp đặt đồng hồ đo tần số kế. ....................................................................... 27 2.1. Vị trí lắp đặt tần số kế. ............................................................................... 27 2.2. Các bƣớc lắp đặt tần số kế. ........................................................................ 27 BÀI 05: LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO CÔNG SUẤT........................................... 29 1. Khái quát chung ........................................................................................... 29 2. Nguyên lý làm việc....................................................................................... 30 3. Đo công suất 1 pha. ...................................................................................... 30 3.1. Vị trí lắp đặt oát kế. ................................................................................... 30 3.2. Các bƣớc lắp đặt oát kế. ............................................................................ 30 4. Đo công suất 3 pha. ...................................................................................... 31 4.1. Nguyên lý chung: ...................................................................................... 31 4.2 Đo công suất ba pha bằng một watmet: ...................................................... 32 4.3 Đo công suất bằng hai watmet: ................................................................... 33 4.4. Đo công suất bằng ba watmet: .................................................................. 34 4.5. Các bƣớc lắp đặt. ....................................................................................... 36 BÀI 06: LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ ........................ 37 1. Khái quát chung ........................................................................................... 37 2.. Đo điện năng 1 pha ...................................................................................... 37 2.1. Cấu tạo của công tơ điện 1 pha .................................................................. 37 2.2 Sơ đồ nguyên lý.......................................................................................... 40 2.3 Sơ đồ lắp đặt............................................................................................... 41 2.4. Đọc các thông số trên mặt công tơ ............................................................. 42 2
2.5. Lắp đặt công tơ điện 1 pha......................................................................... 42 2.6. Chọn công tơ 1 pha. ................................................................................... 43 3. Đo điện năng 3 pha ....................................................................................... 44 3.1 Cấu tạo của công tơ điện 3 pha ................................................................... 44 3.2. Sơ đồ nguyên lý ......................................................................................... 45 3.3. Sơ đồ lắp đặt.............................................................................................. 46 3.4. Đọc các thông số trên mặt công tơ. ............................................................ 49 3.5. Lắp đặt công tơ 3 pha trực tiếp. ................................................................. 50 3.6. Lắp đặt công tơ 3 pha gián tiếp. ................................................................. 51 3.7. Chọn công tơ 3 pha. ................................................................................... 51 BÀI 07: ĐO ĐIỆN TRỞ ................................................................................... 53 1. Phân loại điện trở. ........................................................................................ 53 2. Đo điện trở bằng ôm kế. .............................................................................. 53 3. Đo điện trở cách điện bằng Megaom. .......................................................... 56 3.1. Công dụng. ................................................................................................ 56 3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động. ................................................................ 56 3.3. Đo điện trở bằng Mê ga ôm. ...................................................................... 57 4. Đo điện trở nối đất. ...................................................................................... 59 4.1. Sơ đồ kiểm tra điện trở tiếp đất. ................................................................. 60 4.2. Các bƣớc đo điện trở đất. ........................................................................... 60 4.3. Cách bố trí điện cực nối đất giả. ................................................................ 61 BÀI 08: SỬ DỤNG ĐỒNG HỒ VẠN NĂNG.................................................. 64 1. Các bộ phận chính của VOM ........................................................................ 64 1.1 Cấu tạo chung:............................................................................................ 64 1.2. Các bộ phận chính trên mặt đồng hồ VOM:............................................... 65 2. Cách sử dụng thang đo ................................................................................. 66 3. Cách đọc thang đọc trên mặt đồng hồ ........................................................... 67 4. Đo điện áp. ................................................................................................... 67 4.1.Đo điện áp xoay chiều (ACV) .................................................................... 67 2.2. Đo điện áp một chiều (DCV) ..................................................................... 70 3
5. Đo điện trở ................................................................................................... 72 6. Kiểm tra diode. ............................................................................................. 73 7. Kiểm tra tụ điện. ........................................................................................... 74 8. Đo dòng điện một chiều:(AC.mA) ................................................................ 75 BÀI 9: SỬ DỤNG AMPE KÌM ........................................................................ 77 1. Các bộ phận chính của ampe kìm. ................................................................ 77 2. Cách sử dụng thang đo. ................................................................................ 79 3. Cách đọc thang đọc trên mặt đồng hồ. .......................................................... 80 4. Đo dòng điện. ............................................................................................... 80 5. Đo điện áp. ................................................................................................... 82 6. Đo điện trở. .................................................................................................. 82 BÀI 10: TRÌNH BÀY CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ, LỰA CHỌN VÀ PHƢƠNG PHÁP LẮP ĐẶT MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (TU). ................................................ 84 1. Cấu tạo máy biến điện áp. ............................................................................ 84 2. Nguyên lý làm việc của máy biến điện áp. ................................................... 85 3. Lựa chọn máy biến điện áp. .......................................................................... 86 4. Lắp đặt máy biến điện áp. ............................................................................. 86 BÀI 11: LẮP ĐẶT MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN ................................................ 88 1. Cấu tạo máy biến dòng điện. ........................................................................ 88 2. Nguyên lý làm việc của máy biến dòng điện. ............................................... 89 3. Lựa chọn máy biến dòng điện. ...................................................................... 90 4. Lắp đặt máy biến dòng điện.......................................................................... 90 CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP .......................... 92 CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN .............................................................. 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 94 4
MÔ ĐUN: ĐO LƢỜNG ĐIỆN Mã mô đun: MĐ13 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Mô đun này học sau các môn học An toàn lao động; Mạch điện.. - Tính chất: Là mô đun kĩ thuật chuyên môn, thuộc mô đun đào tạo nghề bắt buộc Mục tiêu của môn học: - Đo đƣợc các thông số và các đại lƣợng cơ bản của mạch điện. - Sử dụng đƣợc các loại máy đo để kiểm tra, phát hiện hƣ hỏng của thiết bị/ hệ thống điện. - Gia công kết quả đo nhanh chóng, chính xác. - Đảm bảo an toàn cho ngƣời và thiết bị. - Phát huy tính chủ động, sáng tạo và tập trung trong công việc. Nội dung của môn học: Hình thức Số TT Tên các bài trong mô đun Thời gian giảng dạy 1 Đại cƣơng về đo lƣờng điện 3 Lý thuyết 2 Lắp đặt đồng hồ đo điện áp 5 Tích hợp 3 Lắp đặt đồng hồ đo dòng điện 5 Tích hợp Kiểm tra bài 1, 2, 3 1 Tích hợp 4 Lắp đặt đồng hồ đo tần số 2 Tích hợp 5 Lắp đặt đồng hồ đo công suất 5 Tích hợp 6 Lắp đặt đồng hồ đo điện năng tiêu thụ 8 Tích hợp Kiểm tra bài 4, 5, 6 1 Tích hợp 7 Đo điện trở 9 Tích hợp 8 Sử dụng đồng hồ vạn năng 8 Tích hợp 9 Sử dụng Am pe kìm 5 Tích hợp Kiểm tra bài 7, 8, 9 2 Tích hợp 10 Lắp đặt máy biến điện áp 2 Tích hợp 11 Lắp đặt máy biến dòng điện 3 Tích hợp Kiểm tra 10, 11 1 Tích hợp Cộng 60 5
BÀI 01 ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐO LƢỜNG ĐIỆN Giới thiệu: Bài 01 trình bày khái niệm đo lƣờng, các phƣơng pháp đo và các dạng sai số, cách hạn chế sai số trong đo lƣờng. Mục tiêu: - Giải thích các khái niệm về đo lƣờng, đo lƣờng điện. - Nắm đƣợc các loại sai số của phép đo, vận dụng phù hợp các phƣơng pháp hạn chế sai số. - Đo các đại lƣợng điện bằng phƣơng pháp đo trực tiếp hoặc gián tiếp. - Rèn luyện tính chin ́ h xác , chủ động, nghiêm túc trong công việc. Nội dung: 1. Khái niệm về đo lƣờng điện 1.1. Khái niệm về đo lƣờng. Trong quá trình nghiên cứu khoa học nói chung và cụ thể là từ việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm cho đến khi vận hành, sữa chữa các thiết bị, các quá trình công nghệ… đều yêu cầu phải biết rõ các thông số của đối tƣợng để có các quyết định phù hợp. Sự đánh giá các thông số quan tâm của các đối tƣợng nghiên cứu đƣợc thực hiện bằng cách đo các đại lƣợng vật lý đặc trƣng cho các thông số đó. Đo lƣờng là một quá trình đánh giá, định lƣợng về đại lƣợng cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo. Kết quả đo lƣờng (Ax) là giá trị bằng số, đƣợc định nghĩa bằng tỉ số giữa đại lƣợng cần đo (X) và đơn vị đo (X o): Ax = X/Xo. 1.1 Từ (1.1) có phƣơng trình cơ bản của phép đo: X = Ax .Xo 6
Chỉ rõ sự so sánh X so với Xo, nhƣ vậy muốn đo đƣợc thì đại lƣợng cần đo X phải có tính chất là các giá trị của nó có thể so sánh đƣợc, khi muốn đo một đại lƣợng không có tính chất so sánh đƣợc thƣờng phải chuyển đổi chúng thành đại lƣợng có thể so sánh đƣợc. Ví dụ: đo đƣợc dòng điện I=5A, có nghĩa là: đại lƣợng cần đo là dòng điện I, đơn vị đo là A(ampe), kết quả bằng số là 5. 1.2. Khái niệm về đo lƣờng điện. Đo lƣờng điện là một quá trình đánh giá định lƣợng về các đại lƣợng điện (điện áp, dòng điện, điện trở, điện dung, điện cảm, tần số, công suất, điện năng, hệ số công suất… ) để có kết quả bằng số so với đơn vị đo. 1.3 Các phƣơng pháp đo. Định nghĩa: Phƣơng pháp đo là việc phối hợp các thao tác cơ bản trong quá trình đo, bao gồm các thao tác: xác định mẫu và thành lập mẫu, so sánh, biến đổi, thể hiện kết quả hay chỉ thị. Phân loại: Trong thực tế thƣờng phân thành hai loại phƣơng pháp đo: o Phƣơng pháp đo biến đổi thẳng. o Phƣơng pháp đo so sánh. 1.3.1 Phƣơng pháp biến đổi thẳng. - Định nghĩa: Là phƣơng pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa là không có khâu phản hồi. - Quá trình thực hiện: + Đại lƣợng cần đo X qua các khâu biến đổi để biến đổi thành con số N X, đồng thời đơn vị của đại lƣợng đo XO cũng đƣợc biến đổi thành con số NO . + Tiến hành quá trình so sánh giữa đại lƣợng đo và đơn vị (thực hiện phép chia NX/NO), Thu đƣợc kết quả đo: AX = X/XO = NX/NO (1.2) 7
X Nx X Nx N0 BĐ A/D SS N0 X0 X0 Hình 1.1: Lƣu đồ phƣơng pháp đo biến đổi thẳng Quá trình này đƣợc gọi là quá trình biến đổi thẳng, thiết bị đo thực hiện quá trình này gọi là thiết bị đo biến đổi thẳng. Tín hiệu đo X và tín hiệu đơn vị X O sau khi qua khâu biến đổi (có thể là một hay nhiều khâu nối tiếp) có thể đƣợc qua bộ biến đổi tƣơng tự-số A/D để có NX và NO , qua khâu so sánh có NX/NO. Dụng cụ đo biến đổi thẳng thƣờng có sai số tƣơng đối lớn vì tín hiệu qua các khâu biến đổi sẽ có sai số bằng tổng sai số của các khâu, vì vậy dụng cụ đo loại này thƣờng đƣợc sử dụng khi độ chính xác yêu cầu của phép đo không cao lắm. 1.3.2 Phƣơng pháp đo kiểu so sánh - Định nghĩa: là phƣơng pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng, nghĩa là có khâu phản hồi. CT DX Nx X SS BD A/D 000 XK D/A Hình 1. 2: Lƣu đồ phƣơng pháp đo biến đổi kiểm so sánh - Quá trình thực hiện: + Đại lƣợng đo X và đại lƣợng mẫu XO đƣợc biến đổi thành một đại lƣợng vật lý nào đó thuận tiện cho việc so sánh. + Quá trình so sánh X và tín hiệu XK (tỉ lệ với XO) diễn ra trong suốt quá trình đo, khi hai đại lƣợng bằng nhau đọc kết quả XK sẽ có đƣợc kết quả đo. Quá trình 8
đo nhƣ vậy gọi là quá trình đo kiểu so sánh. Thiết bị đo thực hiện quá trình này gọi là thiết bị đo kiểu so sánh (hay còn gọi là kiểu bù). - Các phƣơng pháp so sánh: bộ so sánh SS thực hiện việc so sánh đại lƣợng đoX và đại lƣợng tỉ lệ với mẫu XK, qua bộ so sánh có: ∆X = X - XK. Tùy thuộc vào cách so sánh mà sẽ có các phƣơng pháp sau: + So sánh cân bằng: Quá trình thực hiện: đại lƣợng cần đo X và đại lƣợng tỉ lệ với mẫu X K = NK.XO đƣợc so sánh với nhau sao cho ∆X = 0, từ đó suy ra X = X K = NK.XO ⇒ suy ra kết quả đo: AX= X/XO = NK (1.3) Trong quá trình đo, XK phải thay đổi khi X thay đổi để đƣợc kết quả so sánh là ∆X = 0 từ đó suy ra kết quả đo. Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK và độ nhạy của thiết bị chỉ thị cân bằng (độ chính xác khi nhận biết ∆X = 0). Ví dụ: cầu đo, điện thế kế cân bằng … + So sánh không cân bằng: Quá trình thực hiện: đại lƣợng tỉ lệ với mẫu XK là không đổi và biết trƣớc, qua bộ so sánh có đƣợc ∆X = X - XK, đo ∆X sẽ có đƣợc đại lƣợng đo X = ∆X + XKtừ đó có kết quả đo: AX = X/XO = (∆X + XK)/XO Độ chính xác: độ chính xác của phép đo chủ yếu do độ chính xác của X K quyết định, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ chính xác của phép đo ∆X, giá trị của ∆X so với X (độ chính xác của phép đo càng cao khi ∆X càng nhỏ so với X). Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng để đo các đại lƣợng không điện, nhƣ đo ứng suất (dùng mạch cầu không cân bằng), đo nhiệt độ… + So sánh không đồng thời: Quá trình thực hiện: dựa trên việc so sánh các trạng thái đáp ứng của thiết bị đo khi chịu tác động tƣơng ứng của đại lƣợng đo X và đại lƣợng tỉ lệ với mẫu XK, khi hai trạng thái đáp ứng bằng nhau suy ra X = XK . Đầu tiên dƣới tác động của X gây ra một trạng thái nào đo trong thiết bị đo, sau đó thay X bằng đại lƣợng mẫu XK thích hợp sao cho cũng gây ra đúng trạng 9
thái nhƣ khi X tác động, từ đó suy ra X = XK. Nhƣ vậy rõ ràng là XK phải thay đổi khi X thay đổi. Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK. Phƣơng pháp này chính xác vì khi thay XK bằng X thì mọi trạng thái của thiết bị đo vẫn giữ nguyên. Thƣờng thì giá trị mẫu đƣợc đƣa vào khắc độ trƣớc, sau đó qua các vạch khắc mẫu để xác định giá trị của đại lƣợng đo X. Thiết bị đo theo phƣơng pháp này là các thiết bị đánh giá trực tiếp nhƣ vônmét, ampemét chỉ thị kim. + So sánh đồng thời: Quá trình thực hiện: so sánh cùng lúc nhiều giá trị của đại lƣợng đo X và đại lƣợng mẫu XK, căn cứ vào các giá trị bằng nhau suy ra giá trị của đại lƣợng đo. Ví dụ: xác định 1 inch bằng bao nhiêu mm: lấy thƣớc có chia độ mm (mẫu), thƣớc kia theo inch (đại lƣợng cần đo), đặt điểm 0 trùng nhau, đọc đƣợc các điểm trùng nhau là: 127mm và 5 inch, 254mm và 10 inch, từ đó có đƣợc: 1 inch = 127/5 = 254/10 = 25,4 mm Trong thực tế thƣờng sử dụng phƣơng pháp này để thử nghiệm các đặc tính của các cảm biến hay của thiết bị đo để đánh giá sai số của chúng. Từ các phƣơng pháp đo trên có thể có các cách thực hiện phép đo là: - Đo trực tiếp: kết quả có chỉ sau một lần đo. - Đo gián tiếp: kết quả có bằng phép suy ra từ một số phép đo trực tiếp. - Đo hợp bộ: nhƣ gián tiếp nhƣng phải giả một phƣơng trình hay một hệ phƣơng trình mới có kết quả. - Đo thống kê: đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình mới có kết quả. 2. Các sai số và phƣơng pháp hạn chế sai số. 2.1. Khái niệm về sai số. Trong kỹ thuật đo lƣơng ngƣời ta luôn tìm cách chế tạo ra những dụng cụ đo ngày càng chính xác hơn, hoàn hảo hơn, nhƣng vẫn không tránh khỏi sai số. Nguyên nhân gây nên sai số thƣờng do: - Dụng cụ đo. - Phƣơng pháp đo đƣợc chọn. 10
- Mức độ cẩn thận khi đo. Do vậy kết quả đo lƣờng không đúng với giá trị chính xác của đại lƣợng đo mà có sai số, gọi là sai số của phép đo. Nhƣ vậy muốn có kết quả chính xác của phép đo thì trƣớc khi đo phải xem xét các điều kiện đo để chọn phƣơng pháp đo phù hợp, sau khi đo cần phải gia công các kết quả thu đƣợc nhằm tìm đƣợc kết quả chính xác. 2.2. Các loại sai số. Sai số phép đo ngƣời ta thƣờng chia thành các loại sau: 2.2.1. Sai số hệ thống (systematic error): Là những sai số phụ thuộc một cách có quy luật vào ngƣời đo, dụng cụ đo và hoàn cảnh đo. Khi lặp lại những lần đo thì trị số gần giống nhau. Sai số hệ thống đƣợc chia thành các loại sau.  Sai số cơ bản của dụng cụ đo: là sai số vốn có của dụng cụ đo quyết định bởi quá trình chế tạo, sai số này đƣợc quy về cấp độ chính xác của dụng cụ đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Ví dụ: sai số hệ thống không đổi có thể là: sai số do khắc độ thang đo (vạch khắc độ bị lệch…),  Sai số phụ của dụng cụ đo: gây nên do điều kiện làm việc khác điều kiện tiêu chuẩn của dụng cụ đo. Ví dụ: Sai số hệ thống thay đổi có thể là sai số do sự dao động của nguồn cung cấp (pin yếu, ổn áp không tốt…), do ảnh hƣởng của trƣờng điện từ, do hiệu chỉnh dụng cụ đo không chính xác …  Sai số do thói quen: do ngƣời đo có thói quen nhìn nghiên, nhìn lệch khi đọc kết quả đo hoặc đặt thiết bị đo không thích hợp..  Sai số lý luận: do dùng công thức không thích hợp khi tính toán. 2.2.2. Sai số ngẫu nhiên. Là sai số không tuân theo một quy luật vật lý nào mà nó tuân theo quy luật xác suất. Nguyên nhân là do sự thay đổi bất thƣờng của các điều kiện trong quá trình đo nhƣ nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, từ trƣờng… thay đổi đột ngột. Để bớt sai số này ta phải đo nhiều lần rồi lấy giá trị trung bình. 11
2.2.3. Sai số dối (nhầm lẫn) Là sai số làm lệch hẳn kết quả đo do đọc nhầm thang đo, nhìn nhầm số, … kết quả này phải hủy bỏ. Ngoài ra để đánh giá sai số của dụng cụ đo ngƣời ta dựa vào các loại sai số sau: - Sai số tuyệt đối (DX): là hiệu giữa kết quả đo lƣờng X so với giá trị của đại lƣợng đo Xth. DX = X - Xth Giá trị thực Xth của đại lƣợng đo: là giá trị của đại lƣợng đo xác định đƣợc với một độ chính xác nào đó (thƣờng nhờ các dụng cụ mẫu có cấp chính xác cao hơn dụng cụ đo đƣợc sử dụng trong phép đo đang xét). Giá trị chính xác (giá trị đúng) của đại lƣợng đo thƣờng không biết trƣớc, vì vậy khi đánh giá sai số của phép đo thƣờng sử dụng giá trị thực Xth của đại lƣợng đo. Nhƣ vậy ta chỉ có sự đánh giá gần đúng về kết quả của phép đo. Việc xác định sai số của phép đo - tức là xác định độ tin tƣởng của kết quả đo là một trong những nhiệm vụ cơ bản của đo lƣờng học. - Sai số tƣơng đối (γX): là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực tính bằng phần trăm: Sai số tƣơng đối đặc trƣng cho chất lƣợng của phép đo. Dx Dx x  .100%  .100% x th x Vì Xth  X Sai số tƣơng đối đặc trƣng cho chất lƣợng của phép đo. - Cấp chính xác. Định nghĩa: cấp chính xác của dụng cụ đo là giá trị sai số cực đại mà dụng cụ đo mắc phải. Cấp chính xác của dụng cụ đo đƣợc qui định đúng bằng sai số tƣơng đối qui đổi của dụng cụ đó và đƣợc Nhà nƣớc qui định cụ thể: DX m  qdX  .100% Xm 12
với: ∆Xm- sai số tuyệt đối cực đại, Xm- giá trị lớn nhất của thang đo. Sau khi xuất xƣởng chế tạo thiết bị đo lƣờng sẽ đƣợc kiểm nghiệm chất lƣợng, chuẩn hóa và xác định cấp chính xác. Từ cấp chính xác của thiết bị đo lƣờng sẽ đánh giá đƣợc sai số của kết quả đo. Thƣờng cấp chính xác của dụng cụ đo đƣợc ghi ngay trên dụng cụ hoặc ghi trong sổ tay kĩ thuật của dụng cụ đo. Theo quy định hiện hành của nhà nƣớc, các dụng cụ đo cơ điện có cấp chính xác: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1.0; 1,5; 2.0; 2,5; và 4.0. Thiết bị đo số có cấp chính xác: 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1. 2.3. Các phƣơng pháp hạn chế sai số. Một trong những nhiệm vụ cơ bản của mỗi phép đo chính xác là phải phân tích các nguyên nhân có thể xuất hiện và loại trừ sai số hệ thống. Mặc dù việc phát hiện sai số hệ thống là phức tạp, nhƣng nếu đã phát hiện thì việc loại trừ sai số hệ thống sẽ không khó khăn. Việc loại trừ sai số hệ thống có thể tiến hành bằng cách: - Chuẩn bị tốt trƣớc khi đo: phân tích lý thuyết; kiểm tra dụng cụ đo trƣớc khi sử dụng; chuẩn bị trƣớc khi đo; chỉnh "0" trƣớc khi đo… - Quá trình đo có phƣơng pháp phù hợp: tiến hành nhiều phép đo bằng các phƣơng pháp khác nhau; sử dụng phƣơng pháp thế… - Xử lý kết quả đo sau khi đo: sử dụng cách bù sai số ngƣợc dấu (cho một lƣợng hiệu chỉnh với dấu ngƣợc lại); trong trƣờng hợp sai số hệ thống không đổi thì có thể loại đƣợc bằng cách đƣa vào một lƣợng hiệu chỉnh hay một hệ số hiệu chỉnh: + Lƣợng hiệu chỉnh: là giá trị cùng loại với đại lƣợng đo đƣợc đƣa thêm vào kết quả đo nhằm loại sai số hệ thống. + Hệ số hiệu chỉnh: là số đƣợc nhân với kết quả đo nhàm loại trừ sai số hệ thống. Trong thực tế không thể loại trừ hoàn toàn sai số hệ thống. Việc giảm ảnh hƣởng sai số hệ thống có thể thực hiện bằng cách chuyển thành sai số ngẫu nhiên. 13
Câu hỏi bài tập: 1.1. Khái niệm đo lƣờng và đo lƣờng điện? 1.2. Các phƣơng pháp đo lƣờng thƣờng đƣợc sử dụng? 1.3. Các dạng sai số và phƣơng pháp hạn chế sai số? Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: - Sinh viên phải nắm đƣợc khái niệm đo lƣờng và đo lƣờng điện. - Sinh viên phải hiểu đƣợc các phƣơng pháp đo và các dạng sai số, cách hạn chế sai số. 14
BÀI 02 LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN ÁP Giới thiệu: Vôn mét là thiết bị dùng để đo điện áp, đƣợc lắp đặt cố định trên mặt tủ điện hoặc tại một vị trí cố định nào đó cần theo dõi điện áp. Bài này trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động của vôn mét và phƣơng pháp lựa chọn và lắp đặt vôn mét đo điện áp. Mục tiêu: - Trình bày đƣợc cấu tạo, nguyên lý làm việc của vôn mét - Lựa chọn, lắp đặt đƣợc đồng hồ đo điện áp đúng yêu cầu kỹ thuật. - Đọc đúng giá trị điện áp đo đƣợc. - Sử dụng và bảo quản đồng hồ đo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật. - Rèn luyện tính chin ́ h xác , chủ động, nghiêm túc trong công việc. Nội dung: 1. Nguyên lý đo điện áp. Để đo điện áp ngƣời ta thƣờng dùng các vônmet từ điện, điện từ, điện động, từ điện chỉnh lƣu…mắc song song với mạch cần đo. 1.1. Hình ảnh vôn kế. + Vôn kế analog. a) b) c) Hình 2. 1: Hình ảnh Vôn kế analog a) Vôn kế từ điện b) Vôn kế điện từ c) Vôn kế điện động 1
+ Vôn kế digital. Hình 2. 2: Hình ảnh vôn kế Digital 1.2. Nguyên lý đo điện áp. Để đo điện áp ta dùng vôn kế mắc song song với phần tử cần đo điện áp nhƣ hình vẽ. V V Rt L Rt U N Hình 2. 3: Nguyên lý đo điện áp 2. Mở rộng thang đo Vôn mét 2.1 Vôn mét từ điện Vônmét từ điện ứng dụng cơ cấu chỉ thị từ điện để đo điện áp, gồm có: - Vônmét từ điện đo điện áp một chiều - Vônmét từ điện do điện áp xoay chiều  Vôn mét từ điện đo điện áp một chiều: Cơ cấu từ điện chế tạo sẵn, có điện áp định mức khoảng 50 ÷ 75mV. Muốn tạo ra các vônmét đo điện áp lớn hơn phạm vi này cần phải mắc nối tiếp với cơ cấu từ điện những điện trở phụ RP (thƣờng làm bằng vật liệu manganin) nhƣ hình 2.7: 2
a) b) Hình 2.4: Mở rộng thang đo vônmét từ điện: a) Một cấp điện trở phụ: mở rộng thêm 1 thang đo b) Ba cấp điện trở phụ: mở rộng thêm 3 thang đo Giá trị điện trở phụ phù hợp với điện áp U X cần đo đƣợc xác định nhƣ sau: RP = Rcc. (m - 1) Với : m = UX/UCC: gọi là hệ số mở rộng thang đo điện áp. UCC: gọi là điện áp định mức của cơ cấu. Bằng phƣơng pháp này có thể tạo ra các vônmét từ điện nhiều thang đo khi mắc nối tiếp vào cơ cấu từ điện các điện trở phụ khác nhau. Ví dụ sơ đồ vônmét từ điện có 3 thang đo nhƣ hình 2.7b. Bài tập: Tính giá trị điện trở phụ phù hợp với các điện áp cần đo là UX1 = 110V, UX2 = 220V, UX3 = 380V. Biết rằng vôn mét có cơ cấu đo từ điện và có Ucc = 60mV và Rcc = 99Ω. Giải: Giá trị điện trở phụ RP1 phù hợp với điện áp cần đo UX1 = 110V là m1 = UX1/Ucc = 110/0.06 = 1833,3 RP1 = Rcc. (m - 1) = 99*(1833.3 -1) = 181401 (Ω) ≈ 181,4 (KΩ) Giá trị điện trở phụ RP2 phù hợp với điện áp cần đo UX2 = 220V là (Tương tự trên học sinh tự làm) Các vônmét từ điện đo trực tiếp tín hiệu một chiều có sai số do nhiệt độ không đáng kể vì hệ số nhiệt độ của mạch vônmét đƣợc xác định không chỉ là hệ số nhiệt độ dây đồng của cơ cấu từ điện mà còn tính cả hệ số nhiệt độ của điện trở phụ trong khi điện trở phụ có điện trở ít thay đổi theo nhiệt độ do đƣợc chế tạo bằng manganin. 3