KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN pptx

03/26/14 1
VOV-VTV-VTC
KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ.
HỆ CĐ-ĐTPTTH &CĐ-ĐTVT.
BIÊN SOẠN :THS CÙ VĂN THANH.
03/26/14 2
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.
03/26/14 3
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.
03/26/14 4
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
Độ dài
Khối lượng
Thời gian
Dòng điện
Nhiệt độ
Tên đơn vị
Met
Kilogam
Giây
Ampe
Kelvin

m
kg
S

A
k
ĐL cơ
Năng lượng & công
Lực
Công suất
Năng lượng
Jun
Niutôn
Watt
Watt giây
J
N
W
Ws
ĐL điện.
Điện áp, thế điện động.
Cường độ điện trường
Điện dung
Điện trở
Điện trở riêng
Hệ số điện môi tuyệt đối.
Culong
Von
Von/met
Fara
Om
Om met
Fara/met
C

V
V/met
F
W
Wm
F/m
03/26/14 5
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
đau ngư
Gia trị ươc
so
Kí hieäu Tên cua tiep
đau ngư
Gia trị ươc
so
Kí hieu
Pico
Nano
Micro
Mili
Centi
Dexi
10
-12
10
-9
10

-6
10
-3
10
-2
10
-1
P
n
µ
m
c
d
Deca
Hecto
Kilo
Mega
Giga
Tera
10
1
10
2
10
3
10
6
10
9
10

12
de
h
K
M
G
T
03/26/14 6
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.
03/26/14 7
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 luật phân bố
sai số, độ lệch trung bình bình phương, khoảng tin cậy , xác suất tin cậy để đánh giá
.
03/26/14 8
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.

•
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
ĐLmẫu
SS CT
Xđ
Xo
ĐL đo
Xt
03/26/14 9
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.
∆X sai số đầu ra bộ so sánh ( SS)
BĐ bộ biến đổi .
Xo Đại lượng mẫu.
Xe đại lượng cần đo sau bộ biến đổi

Xes đại lượng mẫu sau bộ biến đổi.
Có 2 phương pháp so sánh gián tiếp:
•
So sánh cân bằng : ∆X =0; Xe=Xes,Xt=Xo.
•
So sánh không cân bằng : ∆X ≠0;Xt= Xo ± ∆X
ĐLđoXt
BĐ
BĐ
SS CT
Xđ
Xes
Xe
∆X
Mẫu Xo
03/26/14 10
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.
03/26/14 11

1.4.1. CƠ CẤU ĐO TỪ ĐIỆN.
1.4.1.Cơ cấu đo từ điện.
Phương trình thang đo.
Khi kim dừng quay là lúc mô mên quay cân bằng
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
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:
F
ñt
F
ñt
B
M
q
I
M
C
03/26/14 12
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.
03/26/14 13
1.4.2.C CU IN T.
Cu to:
Phn tnh: cun dõy,bng khc .pớt tụng.
Phn ng ; Kim, lũ so, a kim loi.van pớt tụng.
Nguyờn lý hot ng.
Xt bin i thnh dũng o Id chy vo cun
dõy sinh ra t trng mnh ti khe t , nú tỏc
ng lờn a kim loi lm trờn a xut hin
dũng in xoỏy , ng thi t trng tỏc ng
lờn dũng in trờn a lm nú xoay i mt gúc
.Khi kim dng quay l lỳc mụ men quay do
dũng in gõy ra cõn bng vi mụ men cn do c cu to ra.ta c kt qu phộp o trờn
bng khc
Boọ phaọn
caỷn dũu
03/26/14 14
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
03/26/14 15
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.
03/26/14 16
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.
03/26/14 17
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
03/26/14 18
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.
03/26/14 19
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.
03/26/14 20
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.
03/26/14 21
1.5.CƠ CẤU ĐO CHỈ THỊ SỐ.
1. 5.1.Chỉ thị số cơ khí:
Gồm có các bánh răng được ghép lại, từ hàng đơn vị đến hàng chục, trên có các con
từ 0→9. Các bánh răng này khi chuyển động sẽ thể hiện các con số và được nối với
một bộ nhông, và khi một bánh răng quay hết một vòng thì sẽ kéo theo bánh răng
hàng chục lệnh một đơn vị.
Cơ cấu này thường được dùng trong đồng hồ đo công suất điện tiêu thụ
1.5.2. Chỉ thị so ghep:
Cac con so từ 0→9 được tạo thành bởi nhiều đèn ghép lại theo nhiều cách khách nhau.
Như vậy mỗi đèn chỉ tượng trưng cho một phần của các con số trên nền màn chỉ
thị. Để thể hiện các con số này phải sử dụng một mạch điện tử được thiết kế bởi các
phép logic điều khiển cho các đèn sáng lên một cách hợp lý.
Cac loai đen thương dung đe ghep thanh cac con so la :
Đen huynh quang,
Đen diode phat quang (LED), đen tinh the long (LCD) 7 đoan.
Cơ cấu này thường sử dụng ở các thiết bị đo lường số.
03/26/14 22
1.5.CƠ CẤU ĐO CHỈ THỊ SỐ.
1.5.3. Sơ đồ khối lược giản của ccđ số.
Các khối gồm có:
Khối giải mã:BGM
Đầu vào gồm xung nhị phân Nx
và xung đồng hồ Ck.
Đầu ra là các tín hiệu:
Dx dữ liệu thập phân số và ký tự.
Vx dữ liệu video.
Ax dữ liệu audio.
Khối hiển thị HTS:

Thường là :
Đèn led 7 đoạn.
Màn hình LCD.
BGM
Nx
Dx
Vx
Ax
HTS
SP
Ck
03/26/14 23
CÂU HỎI BÀI TẬP CUỐI CHƯƠNG
1. Trình bầy các loại sai số trong đo lường?
2. Các nguyên nhân gây sai số biện pháp giảm sai số?
3. Trình bầy các phương pháp đo lường?
4. Trình bầy các loại cơ cấu đo?
5. So sánh CCD từ điện với điện từ? Loại CCD nào dùng để đo điện áp cao tần?
03/26/14 24
CHƯƠNG 2 : MÁY HIỆN SÓNG.(MHS).
2.1.TỔNG QUAN VỀ MÁY HIỆN SÓNG.
2.1.1.Khái niêm,ứng dụng & phân loại máy hiện sóng.
Khái niệm& ứng dụng:
MHS là thiết bị đo hiện đại dùng để quan sát dạng tín hiệu và đo các thông số của tín hiệu như:
+Đo tần số.
+Đo góc lệch pha.
+Đo độ méo phi tuyến.
+Đo độ sâu điều chế.
Phân loại:
Có nhiều loại MHS khác nhau:

+MHS đèn điện tử.
+MHS bán dẫn.
+MHS một tia.
+MHS nhiều tia.
03/26/14 25
2.1.TỔNG QUAN VỀ MÁY HIỆN SÓNG.
2.1.2.Đèn ống ng tia điện tử của MHS.
Cấu tạo của ống tia điện tử loại 1 tia.
1.Ống thủy tinh
2.Ka tốt
3.Cực điều khiển
4.A.nốt thứ nhất
5.A nốt thứ hai
6.Bản cực lệch ngang X
7.Bản cực lệch dọc Y
8.Màn hùynh quang
2
3
4
5
6
7
8
1