Giáo trình Thực hành Đo lường điện và điện tử (Nghề: Cơ điện tử - Cao đẳng) - Trường CĐ nghề Kỹ thuật Công nghệ

2
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được 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.


3
LỜI GIỚI THIỆU
Trên cơ sở chương trình khung đào tạo của Bộ Lao động - Thương binh và Xã
hội đã ban hành, Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật công nghệ đã tổ chức biên soạn
giáo trình đào tạo phục vụ cho giảng viên, giáo viên giảng dạy và học tập, thực tập của
học sinh, sinh viên nghề Cơ điện tử trong thời kỳ cơng nghiệp hố – hiện đại hố đất
nước. Trong đó tài liệu mơn học Thực hành Đo lường điện - điện tử đóng vai trị
quan trọng trong việc đào tạo và hình thành các kỹ năng cơ bản cho các học viên, sinh
viên theo học nghề Cơ điện tử.
Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có
liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội
dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất
đồng thời có tính thực tiển cao.
Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 45 giờ
gồm có:
Bài 1: Khái niệm chung về đo lường
Bài 2: Dụng cụ đo cơ điện
Bài 3: Dụng cụ đo điện tử
Bài 4: Đo các đại lượng điện và không điện.
Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và
cơng nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho
phù hợp. Trong giáo trình, chúng tơi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người
học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng.

Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng
không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các
thầy, cơ giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hồn thiện hơn. Các ý kiến
đóng góp xin gửi về Khoa Điện tử - Điện lạnh, Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật công
nghệ, Thị trấn Đông Anh, Huyện Đông Anh, Thành phố Hà Nội.
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2019
BAN CHỦ NHIỆM BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH
NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ


4
MỤC LỤC
Trang
TUN BỐ BẢN QUYỀN

2

LỜI GIỚI THIỆU

3

MỤC LỤC

4

GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN

7

BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐO LƯỜNG

9

1. Khái niệm về đo lường và sai số

9

1.1. Vị trí của đo lường

9

1.2. Sai số trong đo lường

10

2. Các bộ phận chính của máy đo

11

2.1. Mạch đo

11

2.2. Cơ cấu đo

12

2.3. các bộ phận phụ

13

BÀI 2: DỤNG CỤ ĐO CƠ ĐIỆN
1. Cơ cấu đo từ điện

16
16

1.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc

16

1.2. Đặc điểm, công dụng

17

1.3. Những chú ý khi sử dụng

17

2. Cơ cấu đo điện từ

17

2.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc

17

2.2. Đặc điểm, công dụng

18

2.3. Những chú ý khi sử dụng

18

3. Cơ cấu đo điện động

19

3.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc

19

3.3. Những chú ý khi sử dụng

20

4. Cơ cấu đo cảm ứng

20

4.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc

20

4.2. Đặc điểm, công dụng

21

4.3. Đặc điểm công dụng

21

BÀI 3: DỤNG CỤ ĐO ĐIỆN TỬ

22

1. Dụng cụ đo điện tử tương tự

22


5
1.1. Khái niệm chung

22

1.2. Vôn kế tranzitor

22

1.3. Vôn kế điện tử xoay chiều

23

1.4. Ôm kế điện tử

23

1.5. Điện kế điện tử

24

1.6. Vôn kế điện tử nhiều thang đo

24

2. Dụng cụ đo hiện số

24

2.1. Khái niệm chung

24

2.2. máy đo tần số hiện số

25

2.3. Vôn kế hiện số

26

2.4. Đồng hồ vạn năng hiện số

26

3. Máy tạo tín hiệu

27

3.1. Khái niệm chung

27

3.2. Máy tạo hàm

28

3.3. Bộ tạo xung

28

4. Máy hiện sóng

29

4.1. Kh niệm chung

29

4.2. Ống tia điện tử

30

4.3. Hệ thống mạch điều khiển

31

4.4. Công dụng

32

5. Dụng cụ tự ghi

33

5.1. Khái niệm chung

33

5.2. Nguyên tắc cấu tạo

33

5.3. Công dụng

33

BÀI 4: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN VÀ KHÔNG ĐIỆN
1. Đo điện áp

34
34

1.1. Đo điện áp một chiều

35

1.2. Đo điện áp xoay chiều

35

1.3. Mở rộng giới hạn đo

38

2. Đo dòng điện

39

2.1. Đo dòng điện một chiều

39

2.2. Đo dòng điện xoay chiều

39


6
2.3. Mở rộng giới hạn đo
3. Đo công suất

43
44

3.1. Dụng cụ đo công suất

44

3.2. Đo công suất trong mạch một chiều,mạch xoay chiều một pha

45

3.3. Đo công suất mạch xoay chiều 3 pha

45

4. Đo điện năng

46

4.1. Dụng cụ đo điện năng

46

4.2. Đo điện năng mạch một pha

47

5. Đo điện trở

49

5.1. Đo điện trở bằng V-A

50

5.2. Đo điện trở bằng cầu đo

50

5.3. Đo điện trở bằng Ơm kế-Mê gơm kế

52

6. Đo tần số

56

6.1. Dụng cụ đo

57

6.2. Phương pháp đo

58

7. Đo các đại lượng không điện

58

7.1. Khái niệm chung

59

7.2. Các bộ phận chính

59

7.3. Một số bộ chuyển đổi

60

TÀI LIỆU THAM KHẢO

62


7
GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN
Tên mơ đun: Thực hành Đo lường điện - điện tử
Mã mơ đun: MĐ CĐT16
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
-

Vị trí: Mô đun này được học trước mô đun chuyên môn, với mục đích bổ

trợ cho nhau để giúp sinh viên hiểu rõ về nguyên lí của thiết bị đo, cách sử dụng
thiết bị đo...
-

Tính chất:Là mơ đun tích hợp lý thuyết với thực hành.

-

Ý nghĩa và vai trị của mơ đun:

Mục tiêu của mô đun:
- Kiến thức:
+ Mô tả được nguyên tắc hoạt động của các thiết bị đo.
+ Hiểu biết các sai phạm để tránh khi sử dụng các thiết bị đo.
- Kỹ năng:
+ Sử dụng được các thiết bị đo lường thông dụng
+ Đo và đọc các thông số và các đại lượng cơ bản của mạch điện.
+ Vận dụng thiết bị đo để xác định được các linh kiện điện tử hư hỏng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Rèn luyện thái độ làm việc chuyên nghiệp;tinh thần tích cực học tập, chủ
động trau dồi kiến thức, tu dưỡng đạo đức nghề nghiệp.
Nội dung của mô đun:
Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:
Thời gian (giờ)
Số
TT

1

Tên các bài trong mô đun

Bài 1: Khái niệm chung về đo lường

Tổng

Lý

số

thuyết

2

2

11

3

Thực hành, thí
nghiệm, thảo
luận, bài tập

Kiểm
tra

1. Khái niệm về đo lường và sai số
2. Các bộ phận chính của máy đo
2

Bài 2: Dụng cụ đo cơ điện

7

1


8

1. Cơ cấu đo từ điện
2. Cơ cấu đo điệntừ
3. Cơ cấu đo điện động
4. Cơ cấu đo cảm ứng
3 Bài 3: Dụng cụ đo điện tử

14

3

11

15

6

8

1. Dụng cụ đo điện tử tương tự
2.Dụng cụ đo hiện số
3. Máy tạo tín hiệu
4. Máy hiện sóng
5. Dụng cụ tự ghi
4

Bài 4: Đo các đại lượng điện và

1

không điện

1. Đo điện áp
2. Đo dịng điện
3. Đo cơng suất
4. Đo điện năng
5. Đo điện trở
6. Đo tần số
7. Đo các đại lượng không điện
Thi kết thúc mô đun

3

3
Cộng:

45

14

26

5


9
BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐO LƯỜNG
Mã bài: MĐ CĐT16 - 01
Giới thiệu:
Đo lường là sự so sánh đại lượng chưa biết (Đại lượng đo) với đại lượng đã
được chuẩn hóa (Đại lượng mẫu hoặc đại lượng chuẩn).
Như vậy công việc đo lường là nối thiết bị đo vào hệ thống được khảo sát và quan sát

kết quả đo được các đại lượng cần thiết trên thiết bị đo. Trong thực tế rất khó xác định
‘’ trị số thực’’ của đại lượng đo. Vì vậy trị số đo được cho bởi thiết bị đo được gọi là
trị số tin cây được (Expected value).
Bất kỳ đại lượng đo nào cũng bị ảnh hưởng bởi nhiều thơng số. Do đó kết quả
đo ít khi phản ánh đúng trị số tin cậy được. Cho nên có nhiều hệ số ảnh hưởng trong
đo lường liên quan đến thiết bị đo. Ngồi ra có những hệ số khác liên quan đến con
người sử dụng thiết bị đo. Như vậy độ chính xác của thiết bị đo được diễn tả dưới hinh
thức sai số.
Mục tiêu:
+ Cung cấp các khái niệm cơ bản về đo lường và sai số, các bộ phận chính của
một dụng cụ đo điện
+Chủ động và sáng tạo trong học tập.
Nội dung chính:
1. Khái niệm về đo lường và sai số
1.1. Vị trí của đo lường
Trong thực tế cuộc sống q trình cân đo đong đếm diễn ra liên tục với mọi đối
tượng, việc cân đo đong đếm này vô cùng cần thiết và quan trọng. Với một đối tượng
cụ thể nào đó q trình này diễn ra theo từng đặc trưng của chủng loại đó, và với một
đơn vị đã được định trước.
Trong lĩnh vực kỹ thuật đo lường không chỉ thơng báo trị số của đại lượng cần
đo mà cịn làm nhiệm vụ kiểm tra, điều khiển và xử lý thông tin.
Đối với ngành điện việc đo lường các thông số của mạch điện là vơ cùng quan
trọng. Nó cần thiết cho quá trình thiết kế lắp đặt, kiểm tra vận hành cũng như dị tìm
hư hỏng trong mạch điện.
Đo lường là quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có được kết quả
bằng số so với đơn vị đo (mẫu).


10
Đo lường điện là quá trình đo các đại lượng điện của mạch điện. Các đại lượng

điện được chia làm hai loại: đại lượng điện tác động và đại lượng điện thụ động.
+ Đại lượng điện tác động: các đại lượng như dịng điện, điện áp, cơng suất,
điện năng…là những đại lượng mang điện. Khi đo các đại lượng này, bản thân năng
lượng này sẽ cung cấp cho mạch đo.
+ Đại lượng điện thụ động: các đại lượng như điện trở, điện cảm, điện
dung…các đại lượng này không mang năng lượng cho nên phải cung cấp điện áp hoặc
dòng điện cho các đại lượng này khi đưa vào mạch đo.
1.2. Sai số trong đo lường
Khi đo, số chỉ của dụng cụ đo cũng như kết quả tính tốn ln có sự sai lệch với
giá trị thực của đại lưọng cần đo. Lượng sai lệch này gọi là sai số.
Các loại sai số:
+ Sai số hệ thống: là sai số cơ bản mà giá trị của nó ln khơng đổi hoặc thay
đổi có quy luật. Sai số này về nguyên tắc có thể loại trừ được.
Ngun nhân: Do q trình chế tạo dụng cụ đo như ma sát, khắc vạch trên thang đo,
do hiệu chỉnh “0” không đúng, do sự biến đổi của nguồn cung cấp (nguồn pin) vv...
+ Sai số ngẫu nhiên: là sai số mà giá trị của nó thay đổi rất ngẫu nhiên do sự
thay đổi của môi trường bên ngồi (người sử dụng, nhiệt độ mơi trường thay đổi, chịu
ảnh hưởng của điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v.v...).
Nguyên nhân:
- Do vị trí đọc kết quả của người đo không đúng, đọc sai v.v...
- Dùng cơng thức tính tốn khơng thích hợp, dùng cơng thức gần đúng trong
tính tốn. Nhiệt độ mơi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng của điện trường, từ trường, độ
ẩm, áp suất v.v..).
Phương pháp hạn chế sai số:
Để hạn chế sai số trong từng trường hợp, có các phương pháp sau:
+ Đối với sai số hệ thống: loại trừ hết các nguyên nhân gây ra sai số bằng cách
chuẩn lại thang chia độ, hiệu chỉnh giá trị “0” ban đầu…
+ Đối với sai số ngẫu nhiên: người sử dụng cụ đo phải cẩn thận, vị trí đặt mắt
phải vng góc với mặt độ số của dụng cụ (vị trí kim và ảnh của kim trùng nhau), tính
tốn phải chính xác, sử dụng cơng thức phải thích hợp, điều kiện sử dụng phải phù hợp

với điều kiện tiêu chuẩn.


11
2. Các bộ phận chính của máy đo
Đo lường là quá trình so sánh đại lượng đo với đơn vị. Phép đo phải thực hiện 3
thao tác chính:
- Biến đổi tín hiệu và tin tức
- So sánh đại lượng đo với đơn vị (hay với mẫu)
- Chỉ báo kết quả
Thiết bị cho phép thực hiện quá trình so sánh đại lượng đo với đơn vị (hay với
mẫu) gọi là dụng cụ đo hay máy đo. Theo phương pháp thực hiện phép đo phân ra hai
dạng máy đo chính: máy đo tương tự (analog) và máy đo số (digital).
2.1. Mạch đo
Máy đo tương tự thường là dạng cơ điện, chỉ thị kim và có sơ đồ cấu trúc bao
gồm 3 khối chức năng cơ bản: mạch đo, cơ cấu đo và chỉ thị. Khi đo các đại lượng thụ
động (R,L,C) mạch đo được cấp thêm nguồn ni (hình 1.2).
ĐẠI LƯỢNG ĐO

MẠCH ĐO

CƠ CẤU ĐO
CƠ ĐIỆN

CHỈ THỊ KIM

NGUỒN NI

Hình 1. 1. Sơ đồ cấu trúc của một máy đo cơ điện.
Máy đo số có sơ đồ cấu trúc như hình 1.3 bao gồm các khối chức năng chính:

mạch đo, biến đổi tương tự số, giải mã, mạch chỉ thị số.
ĐẠI LƯỢNG ĐO

MẠCH ĐO

BIẾN ĐỔI
TƯƠNG TỰ - SỐ

GIẢI MÃ

NGUỒN NI

Hình 1 2.Sơ đồ cấu trúc của một máy đo chỉ thị số.
Mạch đo có nhiệm vụ thu nhận và biến đổi tín hiệu cần đo về dạng tín hiệu
chuẩn phù hợp với cơ cấu đo. Mạch đo thường thực hiện các chức năng như: mạch
chọn thang đo (mạch phân áp, phân dòng), mạch chọn chức năng đo, mạch chỉnh lưu,
mạch chuyển đổi dòng- áp, mạch phối hợp trở kháng…
Với máy đo các đại lượng khơng điện thì mạch đo cịn bao gồm cả mạch cảm
biến và chuyển đổi đo lường, mạch biến đổi tín hiệu.


12
Với máy đo chỉ thị số thì phần mạch đo còn thực hiện các chức năng như:
chuyển mạch thang đo (di chuyển dấu chấm động), biến đổi và lấy mẫu tín hiệu đo, …
2.2. Cơ cấu đo
Với máy đo cơ điện cơ cấu đo chính là phần nhận năng lượng điện từ mạch đo
để biến đổi thành cơ năng quay phần động của cơ cấu chỉ thị. Theo nguyên lý tác động
điện từ có các loại cơ cấu đo sau:
 Cơ cấu từ điện,
 Cơ cấu điện từ,

 Cơ cấu điện động,
 Cơ cấu cảm ứng,
 Cơ cấu nhiệt điện,
 Cơ cấu tĩnh điện.
Nguyên lý làm việc của các cơ cấu đo cơ điện dựa trên tác động của từ trường lên
phần động của cơ cấu chỉ thị khi có dịng điện chạy qua và tạo ra mơ men quay M. Độ
lớn của mô men quay tỷ lệ với độ lớn của dòng điện đưa vào cơ cấu đo và được xác
định theo hệ thức:

M 

dW
d

(1.10)

Trong đó: W- năng lượng điện từ đưa vào cơ cấu đo

- góc quay phần động.
Dưới tác động của mô men quay M trục quay phần động sẽ quay đi một góc .
Lúc này lị xo cản trên trục quay sẽ bị xoắn lại tạo ra mô men cản Mc.
Mc = K 

(1.11)

K hệ số phụ thuộc bản chất và kích thước lị xo. Tại thời điểm cân bằng mômen
quay và mô men cản M = Mc ta có:

dW
 K

d

 
hay:

1 dW
K d

Đây là phương trình đặc tính thang đo của cơ cấu đo cơ điện.

(1.11)


13
2.3. Các bộ phận phụ
2.3.1. Cơ cấu chỉ thị kim
Hầu hết cơ cấu đo cơ điện đều khắc độ thang đo theo phương trình thang đo
(1.11). Góc lệch phần động α được chỉ thị nhờ một kim chỉ thị gắn với trục quay. Giá
trị thang độ được xác định theo phương trình thang đo của từng cơ cấu đo cụ thể. Nếu
phương trình đặc tính thang đo là tuyến tính thì thang độ sẽ đều, ngược lại nếu phương
trình phi tuyến thang độ sẽ khơng đều.
Hình dạng một số thang độ của dụng cụ đo thể hiện trên hình 1.4.

AC VOLTAGE

DC
MICROAMPERES

Hình 1.3. Mặt số của một vài loại dụng cụ đo
2.3.1. Cơ cấu chỉ thị số

Để có thể dễ dàng đọc kết quả đo người ta đã sử dụng các bộ chỉ thị số để hiển
thị kết quả đo lường. Có nhiều cách khác nhau để tổ chức bộ chỉ thị số:
a) Chỉ thị số dạng cơ hoặc cơ điện.
Thường được dùng cho các bộ đếm số của các đồng hồ đo tốc độ, đo lưu lượng.
Bộ chỉ thị số ở dạng hộp số với các vòng số gắn với bộ truyền động bánh răng đếm tốc
độ quay.
Ví dụ cơ cấu đếm của công tơ điện được thiết kế theo dạng truyền động kiểu hộp
số (hình 1.5). Bộ truyền động được tính tốn sao cho chỉ số của trống quay chỉ thị trực
tiếp ra số ki lơ ốt-giờ.

Hình 1. 4. Cơ cấu đếm của công tơ cơ điện
1, 6 – Các bánh răng truyền động; 2 – Các vòng số của bộ đếm;
3 – Trục quay; 4 – lẫy liên kết; 5 – Các bánh răng gài giữ hộp số.


14
b) Bộ chỉ thị số là một hệ thống các khe chiếu sáng trên panel.
Thường dùng khi cần chỉ thị lớn ở nơi công cộng như các bộ chỉ báo giờ và nhiệt
độ, chỉ thị quang báo trên các bảng panel lớn, v.v… Mỗi chữ số được cấu tạo từ tổ hợp
các khe. Thông thường hệ thống này gồm 7 hoặc 9 khe. Khi các bộ chỉ thị cần kích
thước lớn thì các khe này được chiếu sáng nhờ các đèn đốt tim hoặc đèn neon.
c) Chỉ thị dùng Led 7 đoạn.

a)

b)

Common Cathode R/H Decimal point

Common Anode R/H Decimal point

c)

f

e

d

a

f

b

g
c

e
DP

d

a

f

b

g

c

e
DP

d

d)

a

f

b

g
c

e
DP

d

a

f

b

g

c

e
DP

d

a

f

b

g
c

e
DP

d

a

f

b

g
c

e
DP

d

a

f

b

g
c

e
DP

d

a

f

b

g
c

e
DP

d

a

f

b

g
c

e
DP

d

a
b

g
c

DP

e)
Hình 1.5. Cấu trúc Led 7 đoạn và nguyên tắc hiển thị số
Với các bộ chỉ thị vừa và nhỏ thường dùng các diode phát quang (LED-Light
Emitting Diode). Các LED sẽ phát sáng khi được phân cực thuận.
Trên hình 1.6 là hình dạng của đèn Led 7 đoạn thơng dụng và cách bố trí các

đoạn hiện số. Mỗi đèn đơn cịn bố trí thêm đèn chỉ dấu chấm thập phân DP, ứng với
chân số 5 trên hình 1.6,c,d. Có hai dạng bố trí các Led: cathode chung (hình 1.6,c) và
anode chung (hình 1.6, d). Để hiện số nào người ta điều khiển để cho các đoạn ghép
tương ứng với số đó sáng lên (hình 1.6, e).
d) Chỉ thị số dùng LCD (Liquid Crystal Display) 7 đoạn.
Nguyên tắc bố trí tương tự như các bộ chỉ thị LED 7 đoạn. Ở đây mỗi đoạn được
thay bằng một ô tinh thể lỏng.
Cấu trúc của đèn LCD 7 đoạn được minh họa trên hình 1.7. Tinh thể lỏng được
đặt thành lớp giữa 2 bề mặt thủy tinh và các điện cực trong suốt bằng oxyt thiếc


15
(SnO2) kết tủa ở mặt trong. Một điện thế xoay chiều được áp vào giữa đoạn (đã phủ
kim loại) cần hiển thị và mặt phơng (Back Plane). Khi khơng có hiệu điện thế tác động
thì đoạn phủ kim loại phản xạ ánh sáng tới, đồng thời do tinh thể lỏng trong suốt nên
ánh sáng cũng phản xạ từ mặt phông làm đoạn bị hịa lẫn vào nền phơng, ta chỉ thấy
toàn mặt của bộ hiển thị một màu sáng bạc yếu.
Nền thủy tinh

Mặt phơng

Khung

f
Tinh thể lỏng

e

a
g

d

b

c
DP

Điện cực
SnO2
Trong suốt

Hình 1. 6. Cấu trúc của LCD 7 đoạn
Khi có hiệu điện thế tác động, điện trường giữa đoạn và mặt phông làm thay đổi
tính chất quang học của tinh thể (phá vỡ sự sắp xếp trật tự của các phân tử trong tinh
thể) làm cho chất lỏng giữa đoạn và mặt phông khơng cịn trong suốt nữa. Lúc này ánh
sáng khơng phản xạ được từ mặt phông ở vùng tương ứng với đoạn, kết quả ơ được
kích hoạt trong bộ hiện số sẽ nổi (đen) lên trên nền phơng của chúng.
Vì các ô tinh thể lỏng chỉ là vật phản xạ hoặc truyền xạ chứ không phải vật phát
ánh sáng nên chúng tiêu tốn rất ít năng lượng. Dịng tồn phần cho 4 bộ hiện số 7 đoạn
nhỏ chỉ vào khoảng 300A, nhờ vậy mà bộ chỉ thị số dùng đèn tinh thể lỏng rất hữu
ích trong các thiết bị đo lường kích thước nhỏ.

Hình 1. 7. Modul chỉ thị 7 đoạn 3 ½ digit
Các led 7 đoạn thường được chế tạo thành các bộ chỉ thị chuyên dụng dùng cho
đồng hồ số, máy tính bỏ túi, các máy đo chỉ thị số,… Hình dạng và kích thước của của
một loại chỉ thị 7 đoạn với 3 ½ digit chỉ ra trên hình 1.8.


16

BÀI 2: DỤNG CỤ ĐO CƠ ĐIỆN
Mã bài: MĐ CĐT16 - 02
Giới thiệu:
Cơ cấu đo là thành phần cơ bản để tạo nên các dụng cụ và thiết bị đo lường ở
dạng tương tự (Analog) và hiện số (digitals).
Ở dạng tương tự (Analog) là dụng cụ đo biến đổi thẳng: đại lượng cần đo như: điện áp,
tần số, góc pha,… được biến đổi thành góc quay α của phần động (so với phần tĩnh),
tức là biến đổi từ năng lượng điện từ thành năng lượng cơ học
Các cơ cấu chỉ thị này thường dùng trong các dụng cụ đo các đại lượng: dỏng
điện, điện áp, tần số, cơng suất, góc pha, điện trở,… của mạch điện một chiều và xoay
chiều tần số công nghiệp.
Hiện số (Digital) là cơ cấu chỉ thị số ứng dụng các kỹ thuật điện từ và kỹ thuật
máy tính để biến đổi và chỉ thị đại lượng đo. Có nhiều loại thiết bị hiện số khác nhau
như: đèn sợi đốt, LED 7 đoạn, màn hình tinh thể lỏng LCD, màn hình cảm ứng,…
Mục tiêu:
- Phân loại được các cơ cấu chỉ thị
- Khắc phục các sự cố hư hỏng của các cơ cấu
- Chủ động và sáng tạo trong học tập.
Nội dung chính:
1. Cơ cấu đo từ điện
1.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc
Phần tĩnh: Nam châm vĩnh cữu, lõi sắt, cực từ. Giữa cực từ và lõi sắt có khe hở
khơng khí hẹp.
Phần động: Khung dây được quấn bằng dây đồng, khung dây gắn trên trục,
quay trong khe hở khơng khí.
Ngồi ra cịn một số bộ phận khác như : trục, trụ, 2 lò xo cản ở hai đầu trục, kim
chỉ …
Nguyên lý hoạt động: Khi có dịng điện chạy trong khung dây dưới tác động của
từ trường nam châm vĩnh cửu khung dây sẽ bị lệch khỏi vị trí cân bằng ban đầu một
góc là:



1
B.S.W .I  K.I
D


17
Trong đó :
+ B là độ từ cảm của nam châm
+ S là diện tích của khung dây
+ W là số vòng dây của khung dây
+ I là dòng điện chạy trong khung dây
+ D là mô men cản riêng của lị xo phản
kháng
+ K là hệ số khơng đổi.
Hình 1.10: Cơ cấu chỉ thị từ điện
1.2. Đặc điểm, công dụng
Cơ cấu chỉ thị từ điện có độ nhạy khá cao, thang đo đều do góc lệch α tỉ lệ với
dòng điện đưa vào theo một hằng số K. Chỉ đo được dịng một chiều và phân biệt cực
tính, muốn đo dịng xoay chiều thì phải kết hợp với bộ chỉnh lưu. Được ứng dụng để
chế tạo Vônmet, Ampemet, Ohmmet nhiều thang đo với dải đo rộng.
1.3. Những chú ý khi sử dụng
- Do cơ cấu có độ nhạy cao nên dùng để chế tạo điện kế có thể đo dòng đến 1012

A, đo áp đến 10-4V, đo điện lượng.
- Làm chỉ thị trong mạch đo các đại lượng không điện khác.
- Dùng với các bộ biến đổi khác như chỉnh lưu, cảm biến cặp nhiệt để có thể đo

dịng hay áp xoay chiều.
2. Cơ cấu đo điện từ
2.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc
Đối với loại cuộn dây dẹt: Phần tĩnh là một cuộn dây phẳng, bên trong có khe
hở khơng khí. Phần động là một lõi thép được gắn trên trục quay, lõi thép có thể quay
tự do trong khe hở khơng khí.
Đối với loại cuộn dây trịn: Phần tĩnh là cuộn dây có mạch từ khép kín, bên
trong có khe hở khơng khí và 1 lá thép cố định nằm trong lòng cuộn dây, gọi là lá tĩnh.
Phần động là một lá thép có khả năng di chuyển tương đối với lá tĩnh trong khe hở
khơng khí, gọi là lá động và lá động được gắn với trục quay.


18

Hình 1.14a: Cơ cấu chỉ thị điện từ cuộn

Hình 1.14b: Cơ cấu chỉ thị điện từ cuộn

dây dẹp (kiểu hút)

dây trịn (kiểu đẩy)

Khi có dịng điện chạy vào cuộn dây tĩnh, trong lịng cuộn dây sẽ có một từ
trường. Đối với cuộn dây dẹt từ trường này hút lá thép vào trong lòng cuộn dây tĩnh,
còn đối với cuộn dây trịn thì từ trường sẽ từ hố các lá thép, khi đó các lá thép trở
thành các nam châm có cùng cực tính nên đẩy nhau. Cả hai trường hợp trên sẽ làm cho
phần động quay đi một góc α.
 

1 2 dL

I
2.D d

(1.13)

+ D: mô men cản riêng của lò xo phản kháng
+ I : Dòng điện đưa vào cuộn dây
+ L: Giá trị điện cảm của cuộn dây
2.2. Đặc điểm, cơng dụng
Góc lệch  khơng phụ thuộc vào chiều của I, thang đo khơng đều vì tỉ lệ với I 2.
Cơ cấu chỉ thị điện từ không cần phân biệt cực tính cho dây đo, có thể được dùng để
chế tạo dụng cụ đo dòng một chiều và dịng xoay chiều như Vơnmet, Ampemet tần số
cơng nghiệp nhưng độ chính xác thấp.
2.3. Những chú ý khi sử dụng
- Thang đo khơng đều (có đặc tính bậc hai). Ngồi ra đặc tính thang đo lại cịn
phụ thuộc vào tỉ số dl/d là một đại lượg phi tuyến. (Trong thực tế để cho đặc tính
thang đo đều người ta phải tính tốn sao cho khi góc lệch  thay đổi thì tỉ số dl/d
thay đổi theo quy luật ngược với bình phương cường độ dịng điện).
Nếu dL/d biến thiên theo hàm log thì kết quả thu được sẽ là hàm phi tuyến vì
vậy thang chia sẽ đều (để có điều này người ta phải tính tốn đến kích thước, hình
dáng của cuộn dây, cũng như vị trí tương đối lá thép của cuộn dây sao cho phù hợp.


19
- Cản dịu thường bằng khơng khí hoặc cảm ứng.
- Cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu được quá tải lớn.
- Cơng suất tiêu thụ tuơng đối lớn, độ chính xác không cao, nhất là khi đo ở
mạch điên một chiều sẽ bị sai số do hiện tuợng từ trễ, từ dư, độ nhay thấp, bị ảnh
hưởng của từ truờng ngoài do từ truờng của bản thân cơ cấu yếu khi dòng nhỏ.
- Cơ cấu được ứng dụng để chế tạo Ampemét, vôn mét trong mạch xoay chiều

tần số công nghiệp ở các dụng cụ để bảng cấp chính xác 1,0 và 1,5 và các dụng cụ
nhiều thang đo ở phịng thí nghiệm cấp chính xác 0,5 và 1,0.
3. Cơ cấu đo điện động
3.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc
Cuộn dây tĩnh được chia làm 2 phần
nối tiếp nhau (quấn cùng chiều) để tạo
thành nam châm điện khi có dịng chạy
qua.Cuộn dây động quay trong từ trường
được tạo ra bởi cuộn tĩnh. Các cuộn dây
có lõi làm bằng vật liệu có độ từ thẩm cao
để tạo ra từ trường mạnh. Thơng thường
chúng sẽ được bọc kín bằng màn chắn từ
để tránh ảnh hưởng của từ trường bên

Hình 1.15: Cơ cấu chỉ thị điện động

ngoài. Kim chỉ thị được gắn trên trục
quay của phần động. Lị xo phản kháng
tạo mơ men cản và các chi tiết phụ trợ
khác.
Nguyên lý hoạt động :
Khi cho dịng điện vào các cuộn dây thì từ trường của 2 cuộn dây tương tác với
nhau khiến cho cuộn động di chuyển và kim bị lệch đi khỏi vị trí 0.



dM 12
1
.I1 .I 2 .
D

d

+ I1, I2: Hai dòng điện đưa vào các cuộn dây
+ M12: Hỗ cảm giữa hai cuộn dây tĩnh và động

(1.15)


20
3.2. Đặc điểm, cơng dụng
- Vì góc lệch khơng tỉ lệ tuyến tính với dịng cần đo nên thang đo của cơ cấu
điện động là thang đo không đều. Cơ cấu điện động có thể được sử dụng để đo dịng
xoay chiều và một chiều. Tuy nhiên nó có độ nhạy kém và tiêu thụ công suất khá lớn.
- Cơ cấu điện động có thể được sử dụng để đo dịng xoay chiều và một chiều.
Tuy nhiên nó có độ nhạy kém và tiêu thụ công suất khá lớn nên dùng trong mạch cơng
suất nhỏ khơng thích hợp.
3.3. Những chú ý khi sử dụng
- Cơ cấu có độ chính xác cao khi đo trong mạch xoay chiều vì khơng sử dụng
vật liệu sắt từ tức là loại bỏ được sai số do dịng xốy và bão hồ từ.
- Cơ cấu khơng có lõi thép nên từ trường của cơ cấu yếu, độ ổn định thấp do
phụ thuộc vào từ trường ngoài, độ nhạy thấp.
- Khả năng chịu được quá tải thấp.
- Cấu tạo tương đối phức tạp, giá thành cao.
- Cơ cấu được ứng dụng chế tạo vôn kê, ampe kế và oát kế.
4. Cơ cấu đo cảm ứng
4.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc
Phần tĩnh:Gồm các cuộn dây 2 và 3 có cấu tạo để khi có dịng điện chạy
trongcuộn dây sẽ sinh ra từ trường móc vịng qua mạch từ và qua phần động.
Phần động:Gồm đĩa nhôm gắn trên trục quay, quay quanh trụ đỡ như hình vẽ.
Nguyên lý hoạt động:

Dựa trên sự tác động tương hỗ giữa
từ trường xoay chiều và dịng điện xốy
tạo ra trong đĩa nhơm làm cho đĩa nhơm
quay. Mơmen quay được tính theo biểu
thức:
Mq= C f Ф1Ф2sinψ
Với: C là hằng số
f là tần số của dịng điện I1, I2
ψ là góc lệch pha giữa I1, I2
Ф1, Ф2 la các từ thông sinh ra khi cho các
dịng điện vào các khung dây.

Hình 1.16: Cơ cấu đo kiểu cảm ứng


21
4.2. Đặc điểm, công dụng
Cơ cấu này chỉ làm việc trong mạch xoay chiều. Nhược điểm là mômen quay
phụ thuộc vào tần số nên cần phải ổn định tần số. Chủ yếu để chế tạo công tơ đo năng
lượng.
4.3. Những chú ý khi sử dụng
- Cơ cấu đo kiểu cảm ứng chỉ làm việc trong mạch xoay chiều
- Mômen quay lớn và đạt giá trị cực đại nếu góc lệch pha  giữa I1, I2 bằng π/2.
- Điều kiện để có mơmen quay là ít nhất phải có hai từ trường.
- Mơmen quay phụ thuộc vào tần số dịng điện tạo ra các từ trường số nên cần
phải ổn định tần số.
- Độ chính xác khơng cao do có tổn hao lớn trên lõi thép và điện trở của đĩa phụ
thuộc vào nhiệt độ.
- Cơ cấu chủ yếu sử dụng để chế tạo công tơ đo năng lượng, đôi khi được dùng
để đo tần số.

22
BÀI 3: DỤNG CỤ ĐO ĐIỆN TỬ
Mã bài: MĐ CĐT16 - 03
Giới thiệu:
Trong cuộc sống hiện đại, hầu như ta thấy mọi vật, mọi việc đều liên quan đến
điện. Các thiết bị công nghệ như điện thoại, tivi, điều khiển cũng liên quan đến ngành
công nghiệp điện – điện tử. Trong q trình sản xuất, nghiên cứu, sữa chữa địi hỏi hệ
thống rất nhiều thiết bị đo lường điện tử tùy vào nhu cầu nghiên cứu.
Mục tiêu:
- Mô tả được nguyên lý mạch điện trong các dụng cụ đo điện tử tương tự
- Sử dụng thành thạo, khắc phục các sự cố hư hỏng trong các máy đo hiện số
- Phân tích được sơ đồ mạch, sử dụng,khắc phục các sự cố hư hỏng của máy tạo
tín hiệu
- Phân tích được sơ đồ mạch, sử dụng, khắc phục các sự cố hư hỏng của máy
hiện sóng
- Phân tích được ngun tắc cấu tạo của dụng cụ tự ghi
- Nghiêm túc trong học tập.
Nội dung chính:
1. Dụng cụ đo điện tử tương tự
1.1. Khái niệm chung
Đo lường điện tử là phương pháp xác định trị số của một thông số nào đó ở một
cấu kiện điện tử hay hệ thống điện tử. Thiết bị dùng để xác định giá trị được gọi là
"thiết bị đo", chẳng hạn, đồng hồ đo nhiều chức năng [multimeter] dùng để đo trị số
của điện trở, điện áp, và dòng điện trong mạch điện. Kết quả đo tuỳ thuộc vào hạn chế
của thiết bị đo. Các hạn chế đó sẽ làm cho giá trị đo được (hay giá trị biểu kiến) hơi
khác nhẹ với giá trị đúng (tức là giá trị tính tốn theo thiết kế). Do vậy, để quy định
hiệu suất của các thiết bị đo, cần phải có các định nghĩa về độ chính xác [accuracy], độ
rõ [precision], độ phân giải [resolution], độ nhạy [sensitivity] và sai số [error].

1.2. Vôn kế tranzitor
Vôn kế hay volt kế là dụng cụ đo điện dùng để đo hiệu điện thế giữa hai đầu
đoạn mạch (hoặc các dụng cụ điện như đèn...).
Trong các sơ đồ mạch điện Vôn kế thường được thể hiện bằng ký hiệu (V).
Hiện có các loại volt kế chính:


23
-

Volt kế tương tự được cấu tạo từ một gavanô kế, hiển thị số liệu trên một dải

liên tục thông qua một kim chỉ trên thang đo;
-

Volt kế số, hay volt kế hiện số, thông qua mạch chuyển đổi tương tự ra

số (ADC) và hiện số liệu trên màn hiện số.
Khi nối volt kế vào mạch cần đo, thì volt kế trích ra một phần năng lượng điện
để xác định độ lớn điện áp. Mức độ trích xác định bởi điện trở của volt kế ở thang đo
đó, và để tránh làm sai lệch mạch cần đo thì điện trở này phải đủ lớn.
Trước đây đề có volt kế trở lớn dùng cho phép đo trong các thí nghiệm người ta
chế ra volt kế đèn, là volt kế có mạch khuếch đại dùng đèn điện tử hoặc transistor, đảm
bảo điện trở vào hàng chục mega Ohm. Ngày nay kỹ thuật vi mạch phát triển, các
thang đo volt của đồng hồ vạn năng hiện số phổ thông đảm bảo được các yêu cầu về
trở kháng vào cao này.
1.3. Vôn kế điện tử xoay chiều
Vôn kế cho phép đo điện áp hoặc chênh lệch hiệu điện thế giữa hai điểm của
mạch một cách an tồn, đồng thời khơng làm thay đổi điện áp của mạch đó. Khả năng
đo điện áp là rất quan trọng của Vơn kế. Bên cạnh đó Vơn kế cũng có các ứng dụng

khác. Ví dụ: bạn muốn bật quạt nhưng nó khơng hoạt động. Có thể quạt bị hỏng hỏng,
ổ cắm trên tường có thể khơng nhận được điện. Khi đó Vơn kế có thể được sử dụng để
đo điện áp của phích cắm. Nếu nó khơng ở khoảng 120V, thì phích cắm có thể bị
hỏng.
1.4. Ơm kế điện tử
Ôm kế hay Ohmmeter là dụng cụ đo lường điện dùng để đo điện trở của mạch
điện hay khối vật chất. Kết quả đo điện trở theo đơn vị đo điện trở là Ôm, Ohm, hay ký
hiệu là Ω. Đơn vị đo này đặt theo tên của nhà vật lý người Đức, Georg Simon Ohm.
Trong thực tế, khả năng đo của Ôm kế được chia ra các dải khác nhau:
-

Micro Ôm kế (microhmmeter hoặc micro-ohmmeter): thực hiện các phép

đo điện trở thấp, như của kim loại.


24

-

Ơm kế phổ biến: đo các điện trở thơng thường.

-

Mega Ôm kế (Megohmmeter, có hãng đăng ký tên là Megger): đo các giá trị

lớn của điện trở, như độ cách điện của khối điện môi.
1.5. Điện kế điện tử
Một điện kế cũng có thể được sửa đổi để trở thành một ampe kế. Nó được sử
dụng để đo dịng điện lớn hơn. Khi dụng cụ này được sử dụng để đo điện áp, điện kế

biến thành vôn kế được nối song song với diện tích mà nó đang đo. Vì vơn kế phải
được gắn vào một mạch song song, nó cần được chế tạo theo cách có điện trở cao.
Trong một mạch, dịng điện sẽ ln đi theo con đường có điện trở nhỏ nhất. Khi
đó sự khác biệt tiềm năng trong bất kỳ phần nào của mạch. Điều quan trọng là phải
thay đổi phần đó càng ít càng tốt khi thực hiện các phép đo.
1.6. Vôn kế điện tử nhiều thang đo
Vơn kế trong phịng thí nghiệm có phạm vi tối đa từ 1000 – 3000 V. Hầu hết
các vơn kế thương mại có các thang đo khác nhau. Ví dụ: 0-1 V, 0-10 V, 0-100 V và
0-1000 V. Trong ngành điện tốn, vơn kế phịng thí nghiệm tiêu chuẩn là phù hợp. Vì
hiệu điện thế đo được ở mức trung bình. Thường là giữa 1 V và 15 V. Thông thường,
vôn kế analog được sử dụng để đo điện áp từ một phần của volt đến vài nghìn volt.
Ngược lại, vơn kế kỹ thuật số có độ chính xác cao hơn. Chúng được sử dụng để đo
điện áp rất nhỏ trong phịng thí nghiệm và các thiết bị điện tử.
2. Dụng cụ đo hiện số
2.1. Khái niệm chung
Các dụng cụ đo lường điện tử (đôi khi được gọi là hệ thống đo lường điện tử) là
các dụng cụ đo lường có chức năng đo lường các đại lượng vật lý hoặc phi vật lý với
sự trợ giúp của các thiết bị điện tử. Chúng thường biểu diễn kết quả đo thông qua các
phương tiện hiển thị khác nhau.


25
Thơng thường một dụng cụ đo lường điện tử có cấu trúc gồm khối cảm biến,
bộ khuếch đại, bộ xử lý và cuối cùng là bộ hiển thị. Bộ cảm biến có nhiệm vụ thực
hiện cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý hoặc phi vật lý cần đo thành các tín
hiệu điện. Các tín hiệu điện này sau đó sẽ được khuếch đại và hiệu chỉnh sao
cho tương quan sự biến đổi giữa các đại lượng vật lý hoặc phi vật lý và tín hiệu
điện sau cảm biến có tính chất tuyến tính. Hay nói cách khác, sự biến đổi của tín hiệu
điện sau cảm biến sẽ phản ánh thực chất của quá trình biến đổi các đại lượng vật lý/phi
vật lý đó. Tiếp sau, các tín hiệu này sẽ được tiếp tục đưa qua các hệ thống xử lý tín

hiệu (có thể là xử lý tín hiệu số hoặc tương tự) rồi sau đó phối ghép và đưa qua các
phương tiện hiển thị như màn hình, bảng hiển thị LED, các thiết bị in ấn hoặc các thiết
bị ngoại vi khác...
2.2. Máy đo tần số hiện số
Máy đếm tần số là một thiết bị đo điện chuyên dụng, dùng để nghiên cứu, chế
tác thiết bị tại các máy sản xuất phục vụ công tác đo, kiểm tra tần số và các tham số
thời gian trong thời gian nhanh nhất và mang lại độ chính xác cao.
Máy đến tần số là một thiết bị đo điện chuyên dụng. Tùy theo hạn định đo của
mỗi loại máy mà máy đếm tần số sẽ cho phép đo và kiểm tra tần số trong khoảng giới
hạn quy định. Hiện nay, máy đếm tần số được tích hợp nhiều tính năng khác nhau nên
đây là thiết bị được xếp vào nhóm thiết bị giàu chức năng.
Với những cải tiến vượt trội, độ phân giải chưa từng có, máy đếm tần số có thể
xử lý được sự thay đổi rất nhỏ của tần số và thời gian.
Cùng với chế độ phân tích tồn diện nhất của ngành cơng nghiệp, bao gồm cả
số liệu thống kế đo lường, biểu đồ,… máy đếm tần số là thiết bị đo phân tích tín hiệu
một cách chính xác và nhanh chóng nhất.
Đồng thời máy có thể dùng tự động để đo tần số, chu kỳ, tỷ lệ, khoảng thời
gian, khoảng thời gian lỗi, độ xung,… ngoài ra máy đếm tần số còn đo tự động được
các tín hiệu sau: đo sườn lên, sường xuống, góc pha, chu kỳ hoạt động, điện áp max,
điện áp đỉnh – đỉnh.


26
2.3. Vôn kế hiện số

Dùng để đo điện áp, kết quả phép đo được chỉ thị bằng cách hiển thị số trên
màn hình kỹ thuật số.
2.4. Đồng hồ vạn năng hiện số
Đồng hồ vạn năng điện tử còn gọi là vạn năng kế điện tử là một đồng hồ vạn
năng sử dụng các linh kiện điện tử chủ động, do đó cần có nguồn điện như pin. Đây là

loại thơng dụng nhất hiện nay cho những người làm công tác kiểm tra điện và điện tử.
Kết quả của phép đo thường được hiển thị trên một màn tinh thể lỏng nên đồng hộ còn
được gọi là đồng hồ vạn năng điện tử hiện số.
Việc lựa chọn các đơn vị đo, thang đo hay vi chỉnh thường được tiến hành bằng
các nút bấm, hay một cơng tắc xoay, có nhiều nấc, và việc cắm dây nối kim đo vào
đúng các lỗ. Nhiều vạn năng kế hiện đại có thể tự động chọn thang đo.
Đồng hồ số sử dụng nguyên lý của mạch số để đo điện áp tương tự. Đồng hồ số
có tất cả các ưu điểm của mạch điện tử số khi so với mạch điện tử tương tự.Vạn năng
kế điện tử cịn có thể có thêm các chức năng sau:
1. Kiểm tra nối mạch: máy kêu "bíp" khi điện trở giữa 2 đầu đo (gần) bằng 0.
2. Hiển thị số thay cho kim chỉ trên thước.
3. Thêm các bộ khuếch đại điện để đo hiệu điện thế hay cường độ dòng điện
nhỏ khi điện trở lớn.
4. Đo độ tự cảm của cuộn cảm và điện dung của tụ điện, có ích khi kiểm tra và
lắp đặt mạch điện.
5. Kiểm tra diode và transistor, có ích cho sửa chữa mạch điện.
6. Hỗ trợ cho đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt.
7. Đo tần số trung bình, khuếch đại âm thanh, để điều chỉnh mạch điện của
radio. Nó cho phép nghe tín hiệu thay cho nhìn thấy tín hiệu (như trong dao động kế).
8. Dao động kế cho tần số thấp, có ở các vạn năng kế có giao tiếp với máy tính.
9. Bộ kiểm tra điện thoại.
10. Bộ kiểm tra mạch điện ô-tô.