Kỹ thuật đo lường điện điện tử - Cù Vân Thanh

Chia sẻ: Cù Văn Thanh | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

250
lượt xem 46
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trang bị cho sinh viên về sai số trong đo lường, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của một số thiết bị đo tương tự, đo số.- Trang bị cho sinh viên kiến thức về cấu tạo, hoạt động các thiết bị đo thông số của mạch điện, thông số của tín hiệu, quan sát dạng tín hiệu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật đo lường điện điện tử - Cù Vân Thanh

VOV-VTV-VTC KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN T Ử. HỆ CĐ-ĐTPTTH &CĐ-ĐTVT. BIÊN SOẠN :THS CÙ VĂN THANH. 09/03/13 1
TỔNG QUAN VỀ MÔN HỌC 1.NỘI DUNG: Chương 1: Cơ sở lý thuyết đo lường điện tử Chương 2: Máy hiện sóng Osiloscope Chương 3: Đo các đại lượng điện& thông số của tín hiệu Chương 4 : Sử dụng một số thiết bị đo thông dụng. 2.MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: Mục đích:- Trang bị cho sinh viên về sai số trong đo lường, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của một số thiết bị đo tương tự, đo số - Trang bị cho sinh viên kiến thức về cấu tạo, hoạt động các thiết bị đo thông số của mạch điện, thông số của tín hiệu, quan sát dạng tín hiệu. Yêu cầu: Nắm vững lý thuyết về môn cấu kiện điện tử, và vật lý đại cương. Sau khi học song sinh viên phải nắm được kiến thức cơ bản về kỹ thuật đo lường, các thiết bị và phương pháp đo lường điện tử. Có sự so sánh giữa các phương pháp đo. 3.PHÂN BỐ THỜI GIAN: Số tiết: 45 Lý thuyết: 45 Số ĐVHT: 3 Bài tập: 5 4.TÀI LIỆU THAM KHẢO. Cơ sở kỹ thuật đo lường điện tử ; NXB Khoa học và kỹ thuật. Đo lường điện - vô tuyến điện; Học viện kỹ thuật quân sự. 09/03/13 2
CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ ĐO LƯỜNG. 1.1.KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG. 1.1.1 Định nghĩa về đo lường: Đo là so sánh giữa hai đại lượng: Đại lượng cần đo với đại lượng mẫu của phép đo. Nếu gọi X là đại lượng cần đo , A là giá trị của phép đo, Xo là đại lượng mẫu của phép đo. Ta có: X= A.Xo. VD1: X= 10.m; có nghĩa X là đại lượng chiều dài cần đo, 10 là giá trị của phép đo, m là vật mẫu để đo có đơn vị là mét(m). Vd2: X= 1500.Kw; có nghĩa X là đại lượng công suất điện cần đo,1500là giá trị của phép đo, kw là đơn vị mẫu của phép đo. Vd3: X= 220.v ±5v; có nghĩa X là đại lượng điện áp cần đo, , đơn vị mẫu là vôn(v), sai số gặp phải là ±5v. Trong phép đo tồn tại sai số. 09/03/13 3
CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ ĐO LƯỜNG. 1.1.KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG. 1.1.2.Các đại lượng đo và đơn vị đo. ĐL cơ bản Tên đơn vị Độ dài Met m Kilogam Khối lượng kg Giây Thời gian Ampe S Dòng điện Kelvin A Nhiệt độ k ĐL cơ Năng lượng & công Jun J Lực Niutôn N Công suất Watt W Năng lượng Watt giây Ws ĐL điện. Điện áp, thế điện động. Culong C Cường độ điện trường Von V Điện dung Von/met V/met Điện trở Fara F Điện trở riêng Om W Hệ số điện môi tuyệt đối. Om met Wm 09/03/13 Fara/met 4 F/m
CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ ĐO LƯỜNG. 1.1.KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG. 1.1.3.Các bội và ước số hay dùng trong đơn vị đo lường. Tên cua tiep Gia trị ươc Kí hieäu Tên cua tiep Gia trị ươc Kí hieu đau ngư so đau ngư so Pico 10-12 P Deca 101 de Nano 10-9 n Hecto 102 h Micro 10-6 µ Kilo 103 K Mili 10-3 m Mega 106 M Centi 10-2 c Giga 109 G Dexi d Tera T 10-1 1012 09/03/13 5
1.2.SAI SỐ TRONG ĐO LƯỜNG. 1.2.1.Khái niệm và phân loại. Khái niệm. • Khi tiến hành phép đo,do các nguyên nhân khác nhau như điều kiện môi trường, người đo, phương tiện đo đã ảnh hưởng làm sai lệch kết quả đo dẫn tới sai số. • Sai số của phép đo là sự sai lệch kết quả so với đại lượng cần đo. • Sai số càng nhỏ thì kết quả của phép đo càng có độ chính xác cao và ngược lại. Phân loại sai số đo lường. • Sai số tuyệt đối:Là hiệu số giữa kết quả đo được với giá trị thực của đại lượng đo + Gọi Xđ : kết quả phép đo, Xt: giá trị thực của đại lượng đo,∆X : sai số tuyệt đối. Ta có : ∆X = Xđ-Xt. Hay Xt = Xđ ± ∆X VD Xt = 220v ± 5v ; sai số là ± 5v , hay giá trị thật nằm trong khoảng 215v ≤Xt ≤225v. • Sai số tương đối:Là tỷ số giữa sai số tuyệt đối với giá trị thật của phép đo. Gọi δ là sai số tương đối thì δ = (∆X /Xt).100(%). Vd kết quả của 2 lần đo điện áp như sau : V1=220v ± 5v,V2= 12v ±5v. Sai số tương đối của kết quả lần đo 1 nhỏ hơn lần 2( 5/220 so với 5/12): như vậy sai số tương đối cho ta biết độ chính xác của phép đo. Người ta thường dùng sai số tương đối để đánh giá cấp chính xác của dụng cụ đo. 09/03/13 6
1.2.SAI SỐ TRONG ĐO LƯỜNG. 1.2.2.Nguyên nhân gây sai số & biện pháp giảm sai số. Có nhiều nguyên nhân gây nên sai số khác nhau, có thể quy về hai loại nguyên nhân sau: Nguyên nhân chủ quan: • Sai số gây ra do con người tiến hành phép đo, do phương tiện đo không tốt. • Để giảm sai số này thì cần phải tiến hành kiểm tra định kỳ các phương tiện đo, tiến hành đo thử trước khi tiến hành phép đo.người tiến hành đo phải trung thực và sử dụng thành thạo các phượng tiện , dụng cụ đo. Nguyên nhân khách quan: • Sai số do những yếu tố ngẫu nhiên của môi trường tiến hành phép đo gây ra.Vd: áp suất , độ ẩm , nhiễu điện từ trường, bão từ.v.v. • Để giảm sai số này cần tiến hành thực hiện nhiều phép đo trên một đối tượng đo trên các vùng khác nhau , tại nhiều thời điểm khác nhau.Sử dụng định lu ật phân bố sai số, độ lệch trung bình bình phương, khoảng tin cậy , xác suất tin cậy để đánh giá . 09/03/13 7
1.3.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO. 1.3.1.Phương pháp đánh giá trực tiếp. • Là phương pháp đo đơn giản , thực hiện trực tiếp phép so sánh đại lượng đo với đại lượng mẫu. • Sơ đồ khối lược giản của phép đo. Xt ĐL đo SS CT Xđ Xo ĐLmẫu • VD Đo độ dài bằng dùng thước dây, thước mét đánh giá trực tiếp đối tượng đo. • Vd đo trọng lượng của các vật . 1.3.2.Phương pháp đánh giá gián tiếp. • Là phương pháp đo phức tạp, đại lượng đo không thể đánh giá trực tiếp được mà phải biến đổi thành một đại lượng trung gian rồi mới tiến hành so sánh với đại lượng mẫu để cho kết quả. • Phương pháp đo này được hầu hết các thiết bị đo lường hiện đại đều áp dụng trong cac lĩnh vực như điện, điện tử. Viễn thông,v.v. • Sơ đồ khối lược giản của phương pháp đánh giá gián tiếp: CT 09/03/13 8
1.3.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO. Sơ đồ khối lược giản của phương pháp đo gián tiếp. Xt đại thực cần đo. Xđ kết quả phép đo. Xe ∆X ∆X sai số đầu ra bộ so sánh ( SS) ĐLđoXt BĐ SS CT Xđ BĐ bộ biến đổi . Xo Đại lượng mẫu. Xes Xe đại lượng cần đo sau bộ biến đổi BĐ Xes đại lượng mẫu sau bộ biến đổi. Có 2 phương pháp so sánh gián tiếp: Mẫu Xo • So sánh cân bằng : ∆X =0; Xe=Xes,Xt=Xo. • So sánh không cân bằng : ∆X ≠0;Xt= Xo ± ∆X 09/03/13 9
1.4.CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO CHỈ THỊ BẰNG KIM. 1.4.1.Cơ cấu đo từ điện. Cấu tạo. Phần tĩnh :Nam châm ,bảng khác độ, Lõi sắt từ. Phần động:Khung dây, kim, lò so. Nguyên lý đo. Xt được biến đổi thành Id chạy vào cuộn dây, nó sẽ bị từ trường của nam châm tại khe từ tác dụng một lực làm cho khung dây và kim quay đi một góc.Khi kim dừng quay là lúc mô men quay cân bằng mô men cản ,kim chỉ thị kết quả của phép đo trên vạch khắc độ. 09/03/13 10
1.4.1. CƠ CẤU ĐO TỪ ĐIỆN. 1.4.1.Cơ cấu đo từ điện. Phương trình thang đo. Mq Fñt MC Khi kim dừng quay là lúc mô mên quay cân bằng B với mô men cản , ta có : Mq=B.S.I.W; trong đó B là cảm ứng từ ,Slà tiết diện khung dây,W số vòng dây I là dòng đo chảy vào khung dây Fñt I Mc= D.α; D là hệ số đàn hồi của là so, α.là góc Quay cuả kim chỉ thị. Mq=Mc; hay B.S.I.W= D.α.Suy ra α=Si.I; trong đó Si = B.S.I.W/D; gọi là độ nhậy. Đặc điểm ứng dụng: 09/03/13 11
1.4.1.CƠ CẤU ĐO TỪ ĐIỆN. 1.4.1.Cơ cấu đo từ điện. Đặc điểm ứng dụng. Ưu điểm: + Độ nhạy và độ chính xác cao, có thể đạt cấp chính xác 0,5% + Kết quả đo ít chịu ảnh hưởng từ trường ngoài, vì từ trường cơ cấu do nam châm vĩnh cửu tạo ra tương đối lớn. Nhược điểm: -Khả năng chịu quá tải kém nên thường dễ bị hư hỏng nếu dòng điện quá mức đi qua. - Không đo được dòng xoay chiều. - Đối với khung quay có dây xoắn dễ bị hư hỏng khi bị chấn động mạnh hoặc di chuyển quá mức giới hạn. Do đó cần đệm quá mức khi cho cơ cấu hoạt động. - Kết qủa đo chịu ảnh hưởng của nhiệt độ. - Cấu tạo phức tạp, gía thành cao. Ứng dụng: Dùng chế tạo Ampemet, vonmet, ommet. 09/03/13 12
1.4.2.CƠ CẤU ĐIỆN TỪ. Cấu tạo: Phần tĩnh: cuộn dây,bảng khắc độ.pít tông. Phần động ; Kim, lò so, đĩa kim loại.van pít tông. Nguyên lý hoạt động. Xt biến đổi thành dòng đo Id chảy vào cuộn dây sinh ra từ trường mạnh tại khe từ , nó tác động lên đĩa kim loại làm trên đĩa xuất hiện Boä phaän dòng điện xoáy , đồng thời từ trường tác động caûn dòu lên dòng điện trên đĩa làm nó xoay đi một góc .Khi kim dừng quay là lúc mô men quay do dòng điện gây ra cân bằng với mô men cản do cơ cấu tạo ra.ta đọc kết quả phép đo trên bảng khắc độ 09/03/13 13
1.4.2.CƠ CẤU ĐIỆN TỪ. Phương trình thang đo. Ta có Wt = ½.L.I2 Trong đó : L Hệ số từ cảm của cuộn dây Năng lượng này sinh ra một mô men quay: Mq = dWt/dα = ½.I2.dWl/d α = ½.F( α.)Iexp2 Trong đó : dL/d α = F(α ) Dưới tác dụng của mô men quay, phần động sẽ quay. Khi quay xoắn hai lò so phản kháng tạo ra mômen cản Mc = D. α Tại vị trí cân bằng lúc Mq = Mc ta có : ½..F( α )Iexp2 = D. α α = si.Iexp2 Trong đó Si = F(α )/2.D độ nhạy 09/03/13 14
1.4.2.CƠ CẤU ĐIỆN TỪ. Đặc điểm ứng dụng: Ưu điểm: + Đo được dòng điện xoay chiều và một chiều. + Khả năng chịu quá tải tốt. + Cấu tạo đơn giản,giá thành rẻ. Khuyết điểm: + Độ nhạy thấp và độ chính xác không cao. + Thang đo có độ chia không đều, tập trung ở đầu và thưa về cuối thang đo. + Kết quả đo chịu ảnh hưởng từ trường ngoài. Ứng dụng : Dùng để chế tạo vonmet, ampemet, loại AC có độ chính xác khoảng 0,2. 09/03/13 15
1.4.3.CƠ CẤU ĐO ĐIỆN ĐỘNG. Cấu tạo: Phần tĩnh: nam châm, loãi sắt từ, cuộn dây tĩnh .bảng khắc độ. Phần động : Khung dây,cuộn dây động, kim Nguyên lý đo: Xt biến đổi thành dòng đo Id chảy vào 2 cuộn dây tĩnh và động. Từ trường tạo ra của dòng đo chảy vào cuộn tĩnh tác động lên dòng điện chạy vào cuộn động , kết quả làm cho kim quay đi một góc, xác định giá trị của đại lượng đo. 09/03/13 16
1.4.3.CƠ CẤU ĐO ĐIỆN ĐỘNG. Phương trình thang đo: Khi cho các dòng điện một chiều đi vào cuộn dây thì năng lượng hỗ cảm trong cuộn dây : WM = I1.I2.M12 Trong đó : M12 là hệ số hỗ cảm giữa hai cuộn dây Năng lượng này sinh ra một mô men quay : Mq = dWM/d α = I1.I2.dM12/d α = α.I1.I2 trong đó : dM12/d α = F(α) Dưới tác dụng của mô men quay, phần động sẽ quay. Khi quay xoắn hai lò so phản kháng tạo ra mômen cản: Mc = D. α Tại vị trí cân bằng lúc Mq = Mc ta có : F( α.)I1.I2 = D. α Suy ra : α = SI.I1.I2 Trong đó SI = F( α.) /D độ nhạy 09/03/13 17
1.4.3.CƠ CẤU ĐO ĐIỆN ĐỘNG. Đặc điểm , ứng dụng. Ưu điem: + Đo đươc dong đien AC va DC + Đo chính xac tương đoi cao. Khuyet điem: + Thang đo cua chỉ thị không tuyen tính. + Ket qua đo chịu anh hương cua từ trương ngoai. + Cau tao tương đoi phức tap. + Đo nhay thap va tiêu thu công suat tương đoi lơn. Ứng dụng: Chủ yếu dùng để chế tạo Ampemet, Vônmet, Phamet,Tầnmet với cấp chính xác 0,1. 09/03/13 18
1.4.4.CƠ CẤU ĐO TĨNH ĐIỆN. Cấu tạo. Phần tĩnh:lá kim laoij tĩnh,bảng khắc độ. Phần động; lá kim loại đọng , kim, lò so. Nguyên lý đo: Xt biến đổi thành điện áp Ux đưa vào hai bản tụ điện tạo từ 2 lá kim loại.Dưới tác động của điện trường do Ũ tạo ra làm cho lá kim loại động xoay đi một góc cho tới khi mô men quay cân bằng với mô mên cản do cơ cấu đo tạo ra , lúc này kim đứng yên , ta đọc kết quả trên bảng khắc độ. 09/03/13 19
1.4.4.CƠ CẤU ĐO TĨNH ĐIỆN. Phương trình thang đo : Khi đưa Ux vào tạo ra điện trường có năng lượng Wđt= ½ .C.Uexp2. C là điện dung , Uexp là bình phương điện áp trên 2 điện cực. Dưới tác động của điện áp đo trên 2 điện cức xuất hiện các điện tích q chúng hút nhau tạo nên mô men quay : Mq =dWdt/dα =( 1/2).Uexp2. dC/dα Mô men cản của hệ thống là Mc = D.α. Khi kim cân bằng là Mq = Mc ta có : α = (1/2D).(dC/dα).Uexp2. = Si.Uexp2. Đặc điểm ứng dụng: + Đo dc điện áp DC,ACcao tới KV với dải tần rộng + Kết cấu đơn giản. -Độ nhậy thấp. -Chụi ảnh hưởng của từ trường ngoài. Ứng dụng: Dùng để đo điện áp cao tần. 09/03/13 20