Cơ sở đo lường điện tử

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
Cơ sở TP. HCM
Khoa Kỹ thuật Điện tử 2

CƠ SỞ
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ
GVHD: ThS. Ngơ Đình Phong

Email:
Lưu hành nội bộ

1


CƠ SỞ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ
ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ


NỘI DUNG

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


1.1. Đại lượng đo lường:

• Một số khái niệm cơ bản:
• Đo lường là gì?
• So sánh giữa 2 đại lượng: đại lượng

cần đo và đại lượng mẫu của phép đo.
• Đo lường điện tử là gì?
• Phương pháp xác định trị số của một
thơng số nào đó ở một cấu kiện điện
tử trong mạch điện tử hay thông số
của hệ thống thiết bị điện tử.
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Phương trình cơ bản của phép đo:
Trong đó :

X = a.X0

X : đại lượng cần đo
a : giá trị của phép đo
X0 : đại lượng mẫu của của phép
đo (đơn vị đo)

Ví dụ
1:

•
•
•
•

Dịng diện của mạch là I = 5A
I : đại lượng đo
5 : giá trị đo

A : đơn vị đo

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Đại lượng đo: là các đại lượng vật lý chưa
biết, cần xác định tham số và đặc tính nhờ
phép đo.
• Phân loại đại lượng đo: có 2 loại cơ bản

Đại lượng điện

Đại lượng không điện

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Đại lượng điện:
Đại lượng điện
tích cực (active):
đại lượng đo mà
bản thân nó mang
năng lượng.
Đó là: đại lượng
điện áp, dịng điện,
cơng suất…

Đại lượng điện thụ
động (passive): đại
lượng đo bản thân nó

khơng mang năng
lượng như: điện trở,
điện cảm, điện dung,
hỗ cảm…
=> cung cấp điện áp
hoặc dòng điện cho
các đại lượng này khi
đưa vào mạch đo.

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Đại lượng không điện: Nhiệt độ, áp
suất, trọng lượng, độ ẩm, tốc độ…

- Để đo những đại lượng
không điện ta phải sử dụng
những mạch chuyển đổi để
biến những đại lượng này
thành dòng điện hoặc điện áp.
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


1.2. Chức năng - Đặc điểm của TBĐ:

• Cung cấp thơng tin chính xác và kịp
thời về đại lượng đang được khảo sát.
• Kết quả đo có thể được lưu trữ, hiển
thị và điều khiển.

Mơ hình thiết bị đo thực tế
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


1.3 Chuẩn hóa thiết bị đo:

Có 4
cấp
chuẩn
hố
thiết
bị đo
lường:

• Cấp 1 (Chuẩn quốc tế): Thiết bị đo được
thực hiện kiểm chuẩn tại trung tâm đo
lường quốc tế.
• Cấp 2 (Chuẩn quốc gia): Thiết bị đo được
thực hiện kiểm chuẩn tại các viện kiểm định
chuẩn quốc gia.
• Cấp 3 (Chuẩn khu vực): Thiết bị đo được
thực hiện kiểm chuẩn tại các trung tâm đo
lường của từng khu vực của một quốc gia.
• Cấp 4 (chuẩn phịng thí nghiệm): Thiết bị
đo được thực hiện kiểm chuẩn tại các
phịng thí nghiệm của từng khu vực.
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


1.4. Sai số trong đo lường:

• Sai số trong đo lường nói chung là
sự khác biệt giữa giá trị đo được
với trị số tin cậy (expected value).
• Nhìn chung, một giá trị đo lường
bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số,
dẫn đến kết quả đo có thể khơng
đúng như mong muốn.
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Có 3 loại sai số cơ bản:
Sai số thơ:
do lỗi của
người đo:
đọc sai kết
quả, đo
khơng đúng
theo quy
trình họat
động của
thiết bị đo.

Sai số hệ
thống: phụ
thuộc vào
thiết bị đo,
điều kiện môi
trường.

Sai số ngẫu
nhiên: do các
yếu tố bất
thường không
tuân theo quy
luật tác động
nào. Việc đánh
giá và phân
tích dựa vào
phương pháp
thống kê.

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Các nguồn gây sai số:

• Thiết bị đo được vận hành khơng
đúng.
• Giá trị cần đo nằm ngồi vùng làm
việc thiết kế của thiết bị đo.

• Thiết bị đo khơng được bảo trì, kiểm
định định kỳ.
• Thiết bị đo hoạt động không ổn định
hoặc độ ổn định kém.
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Cách tính sai số:

Sai số tuyệt đối:

X  X đo  X t
Kết đo quả được viết:

X đo  X t  X

Trong đó:
Xđo: giá trị đo được
bởi thiết bị đo
Xt: giá trị thực (trị số
tin cậy được) của đại
lượng cần đo.

Khi đó: Xt - ΔX ≤ Xđo ≤ Xt + ΔX
Note: Sai số tuyệt đối cho biết độ chính xác của từng phép đo
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Ví dụ 2:
Dùng volt kế đo điện áp được kết quả:
U = 5 ± 0.2 V
Có nghĩa là điện áp U được xác định trong giới hạn:
4.8V ≤ U ≤ 5.2V
Ví dụ 3:
Đo 2 tần số:
f1 = 100Hz ± 1Hz
f2 = 1000Hz ± 1Hz
Cả 2 kết quả đo đều có sai số tuyệt đối : Δf = 1Hz.
Chú ý: Sai số tuyệt đối khơng đặc trưng được độ chính xác của phép đo.

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Sai số tương đối:
 Sai số tương đối chân thực:

ct 

X
.100[%]
Xt

 Sai số tương đối danh định:

dd 

X
.100[%]
X do

 Sai số tương đối qui đổi: là giá trị tuyệt đối của
tỷ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị định mức
X
của thang đo.
qd 
.100[%]
X đm

Trong đó: Xđm= Xmax -Xmin : giá trị định mức của
thang đo (khi Xmin = 0 thì

Xđm = Xmax )
Chú ý: Phép đo có sai số tương đối càng nhỏ thì càng chính xác
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


 Độ chính xác tương đối:

Xt  Xđo
A 1
Xt

 Độ chính xác tính theo %:

a  100%   ct  A 100%
 Ví dụ 4:
Điện áp 2 đầu điện trở có trị số tin cậy là 50V, dùng
vơn kế ở thang đo 70V đo được 49 V.
Tính các sai số tương đối?
- Sai số tuyệt đối: ΔU = 1V
1V
- Sai số tương đối ct:
 
 100%  2%
ct

50V

- Độ chính xác: A = 0.98 ; a = 98%
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử

Ví dụ 5:
Đo 2 tần số:
f1 = 100 ± 1Hz
f2 = 1000Hz ± 1Hz
Cả 2 kết quả đo đều có sai số tuyệt đối:
Δf = 1Hz, hỏi phép đo nào chính xác hơn?
Nhận xét:
- Sai số tuyệt đối khơng đặc trưng được độ chính xác của
phép đo.

- Sai số tương đối dùng để đánh giá độ chính xác giữa
các phép đo cùng loại.
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Giới hạn sai số:

Sai số của thiết bị đo thường xác định
bằng sai số tầm đo, đây cũng là giới
hạn sai số của thiết bị đo (cấp chính
xác của thiết bị đo) mặc dù trong thực
tế sai số thực của thiết bị đo có thể nhỏ
hơn giá trị này.
Một dụng cụ đo cho kết quả có (sai số) ≤ (sai
số quy đổi), nếu vượt quá sai số này thì dụng
cụ đo khơng cịn đảm bảo tiêu chuẩn và cần
phải được hạ cấp chính xác xuống.
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử

Cấp chính xác của thiết bị đo (CXX): là sai số
quy đổi lớn nhất trong khoảng đo của thiết bị đo.
CCX  qd max 

X
.100[%]
X đm

• CXX được kí hiệu bởi các con số và được ghi
trên mặt của máy đo: 0.01; 0.02; 0.05; 0.1; 0.5;
1; 1.5; 2…
• Chú ý : Sau khi tính tốn phải làm trịn số lên
cấp chính xác tiêu chuẩn gần nhất:
Trong cơng nghiệp : 1 ;1,5; 2,5; 5…
Trong phòng TN: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5…
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


 Sai số tuyệt đối cơ bản của phép đo được tính:
ΔX = CCX . Xđm

 Sai số tương đối:
X
X X dm
CCX

.100[%] 
.
.100[%] 

X do
X dm X do
Kd

 Trong đó: Kđ = Xđo/Xđm hệ số sử dụng giới
hạn đo.
 Với máy đo có nhiều giới hạn, cần điều chỉnh
giới hạn đo cho hợp lý để kết quả phép đo chỉ
từ ½ giá trị định mức trở lên.
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Ví dụ 6:

kế có CCX 1%, khi thực
hiện đo dịng điện qua điện trở ở
thang đo 200 mA, giá trị hiển thị
trên Ampe kế là 135 mA.
 Xác định sai số tuyệt đối, hệ số sử
dụng giới hạn đo và sai số tương
đối danh định?
 Ampe

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Ví dụ 7:
Một vơn-kế có sai số tầm đo (CCX) ±2% ở
tầm đo (thang đo) 300V. Tính giới hạn sai
số (CCX) dùng để đo điện áp 120V.

Giải:
- Sai số tuyệt đối tầm đo 300V:

X  300  0.2  6 V
- Do đó giới hạn sai số ở trị số 120V là:
6
CCX 
.100%  5%
120
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


Ví dụ 8:

và ampe-kế được dùng để xác
định cơng suất tiêu thụ của điện trở. Cả
hai thiết bị này đều ở sai số tầm đo
±1%. Nếu vôn-kế được đọc ở tầm đo
150V có chỉ thị 80V và ampe-kế được
đọc ở tầm đo 100mA là 70mA. Tính
giới hạn sai số ở trị số đọc của ampe-kế
và vôn kế và giới hạn sai số của công
suất đo được?

 Vôn-kế

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử


 Sai

số tương đối là gì:

A. Tỷ số giữa giá trị đo được và giá trị định
mức.
 B. Tỷ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị
định mức.
 C. Tỷ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị
thực.
 D. Tỷ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị đo
được.


Chương 1: Cơ sở lý thuyết về đo lường điện tử