Đề cương đo lường và đề thi đo lường

ĐỀ CƯƠNG ĐO LƯỜNG
I.Lý thuyết
Câu1: Định nghĩa và phân loại các cách thực hiện phép đo
-ĐN: Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết
quả bằng số so với đơn vị đo.
-Phân loại:
+Đo trực tiếp: là cách đo mà kết quả nhận được trực tiếp từ một phép đo duy nhất.
+Đo gián tiếp: là cách đo mà kết quả đo suy ra từ sự phối hợp kết quả của nhiều
phép đo dùng cách đo trực tiếp.
+Đo hợp bộ: là phương pháp có được kết quả đo nhờ giải một hệ phương trình mà
các thơng số đã biết trước chính là các số liệu đo được từ các phép đo trực tiếp.
+Đo thống kê: là phương pháp sử dụng cách đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình
để đảm bảo kết quả chính xác. Cách này được sử dụng khi đo tín hiệu ngẫu nhiên
hoặc kiểm tra độ chính xác của dụng cụ đo.
+Đo tương quan: là phương pháp được sử dụng trong trường hợp cần đo các quá
trình phức tạp mà ở đây không thể thiết lập một quan hệ hàm số nào giữa các đại
lượng là các thông số của các quá trình nghiên cứu.
Câu 2: Các đặc trưng cơ bản của kĩ thuật đo lường
+Đại lượng cần đo: là một thông số đặc trưng cho đại lượng vật lý cần đo
+Điều kiện đo:
Các thông tin đo lường bao giờ cũng gắn với môi trường sinh ra đại lượng đo. Mơi
trường ở đây có thể là điều kiện mơi trường tự nhiên và cả môi trường do con
người tạo ra.
Khi tiến hành phép đo cần tính đến ảnh hưởng của môi trường tự nhiên đến kết
quả đo và ngược lại.
Khi sử dụng dụng cụ đo phải không làm ảnh hưởng đến đối tượng đo.


+Đơn vị đo: Đơn vị chiều dài(m),đơn vị khối lượng(kg),đơn vị thời gian(s),đơn vị
cường độ dòng điện(A),…
+Thiết bị đo và Phương pháp đo:

Thiết bị đo là thiết bị kỹ thuật dùng để gia cơng tín hiệu mang thơng tin đo thành
dạng tiện lợi cho người quan sát.
Thiết bị đo gồm: thiết bị mẫu, chuyển đổi đo lường, dụng cụ đo lường, tổ hợp thiết
bị đo lường và hệ thống thông tin đo lường.
Phương pháp đo được chia làm 2 loại chủ yếu là phương pháp đo biến đổi thẳng và
phương pháp đo so sánh.
+Người quan sát: Là người tiến hành đo hoặc gia công kết quả đo.
+Kết quả đo:là những con số kèm theo đơn vị đo hay những đường cong tự ghi,
ghi lại quá trình thay đổi của đại lượng đo theo thời gian.
Câu 3: Ampemet 1 chiều
+) Các đặc tính cơ bản:
Ampe kế một chiều được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị từ điện.Như đã
biết, độ lệch của kim tỉ lệ thuận với dòng chạy qua cuộn động nhưng độ lệch kim
được tạo ra bởi dòng điện rất nhỏ và cuộn dây quấn bằng dây có tiết diện bé nên
khả năng chịu dịng rất kém. Thơng thường, dòng cho phép qua cơ cấu chỉ trong
khoảng 10^-4 đến 10^-2 A; điện trở của cuộn dây từ 20 đến 2000 với cấp chính
xác 1,1; 1; 0,5; 0,2; và 0,05
Để giữ cho cấp chính xác của ampemét từ điện không thay đổi ở các giới
hạn đo khác nhau, phải chế tạo sun với độ chính xác cao hơn độ chính xác của cơ
cấu từ điện ít nhất là một cấp


+)Sai số do nhiệt độ của Ampemet

Câu 4: Các vôn mét tương tự đo điện áp 1 chiều và xc.
+)Vôn mét từ điện đo điện áp một chiều:
Cơ cấu từ điện chế tạo sẵn,có điện áp định mức khoảng 50 ÷ 75 mV. Muốn tạo
ra các vônmet đo điện áp lớn hơn phạm vi này, phải mắc nối tiếp với cơ cấu từ
điện những điện trở phụ bằng manganin.
(SƠ ĐỒ VÔN MÉT TỪ ĐIỆN SGK CHƯƠNG 9/20)

Bằng phương pháp này ta mắc nối tiếp vào cơ cấu từ điện các điện trở phụ khác
nhau tạo ra các vôn mét từ điện nhiều thang đo
(SƠ ĐỒ MỞ RỘNG THANG ĐO SGK CHƯƠNG 9/20)
+)Vôn mét từ điện do điện áp xc:


Để đo điện áp xc, ta phối hợp mạch chỉnh lưu với cơ cấu từ điện để tạo ra các vơn
mét từ điện do điện áp xc
(HÌNH 9.4 /20)
Trong đó:-Hình a) là sơ đồ milivônmét chỉnh lưu: Rp vừa để bù nhiệt độ nên R1
bằng đồng,R2 bằng manganin còn tụ điện C để bù sai số
-Hình b) là sơ đồ vônmet chỉnh lưu: L dùng để bù sai số do tần số R1
bằng đồng,R2 bằng manganin tạo mạch bù nhiệt độ.
Câu 5: Vônmét số chuyển đổi thời gian.
-Nguyên lý chung: nguyên lý hoạt động chung của các vônmét số chuyển đổi thời
gian là biến đổi sơ bộ điện áp cần đo (Ux) thành khoảng thời gian (t) sau đó lấp
đầy khoảng thời gian t bằng các xung mang tần số chuẩn (f0); dùng bộ đếm để đếm
số lượng xung (N) tỉ lệ với Ux để suy ra Ux.
-Phân loại: có các loại vônmét chuyển đổi thời gian sau:
+Vônmét chuyển đổi thời gian một nhịp
+ Vônmét chuyển đổi thời gian hai nhịp
Sau đây ta nghiên cứu “ Vônmét chuyển đổi thời gian 1 nhịp”:
+Cấu tạo:

+Nguyên lí làm việc:
Mở máy, máy phát xung chuẩn qua bộ chia tần khởi động máy phát điện áp
răng cưa tại thời điểm t1. Từ đầu ra máy phát điện áp răng cưa có Urc đi đến bộ so

sánh để so với điện áp cần đo Ux cần đo ở đầu vào. Đồng thời cũng từ đầu ra của
máy phát điện áp răng cưa ta có xung thứ nhất đến trigơ, đặt trigơ ở vị trí thích hợp
thơng khoá (K) cho phép các xung mang tần số chuẩn (f0) từ phát xung qua khoá
(K) đến bộ đếm và chỉ thị số.
Tại thời điểm t2 khi Ux = Urc; thiết bị so sánh phát xung thứ 2 tác động
trigơ khoá (K).

Số lượng xung đến bộ đếm trong thời gian tx sẽ là:

Như vậy số lượng xung n được khắc độ theo giá trị điện áp.
Câu 6: Fazomet chỉ thị số
-Nguyên lý hoạt động: dựa trên nguyên tắc biến đổi góc lệch pha thành mã: đầu
tiên góc lệch pha cần đo giữa hai tín hiệu được biến thành khoảng thời gian. Sau đó
lắp đầy khoảng thời gian đó bằng các xung với các tần số đã biết trước. Các
fazômét xây dựng theo nguyên tắc này bao gồm bộ biến đổi góc pha thành khoảng
thời gian, bộ biến đổi thời gian - xung, bộ đếm và chỉ thị số.
-Đặc điểm: sai số của phép đo này chủ yếu phụ thuộc vào độ khơng ổn định của f0
và fx. Ngồi ra cịn sai số của việc hình thành và truyền đi khoảng tx và sai số do
lượng tử hóa khoảng thời gian tx.
Câu 7: Tần số kế chỉ thị đo tần số lớn.
Nguyên lý của một tần số kế chỉ thị số là đếm số xung N tương ứng với số chu kỳ
của tần số cần đo fx trong khoảng thời gian gọi là thời gian đo Tđo. Trong khoảng
Tđo ta đếm được N xung tỉ lệ với tần số cần đo fx


- Quá trình hoạt động của tần số kế chỉ thị số như sau:

- Sai số của phép đo và các yếu tố ảnh hưởng đến sai số: sai số cơ bản của phép đo
tần số là tần số sai số lượng tử theo thời gian, sai số này tăng khi tần số cần đo
giảm.

Câu 8: Công tơ một pha đo năng lượng
+Cấu tạo:


- Cuộn dây 1 (tạo nên nam châm điện 1): gọi là cuộn áp được mắc song song
với phụ tải. Cuộn này có số vịng dây nhiều, tiết diện dây nhỏ để chịu được điện áp
cao.
- Cuộn dây 2 (tạo nên nam châm điện 2): gọi là cuộn dòng được mắc nối tiếp
với phụ tải. Cuộn này dây to, số vịng ít, chịu được dịng lớn.
- Đĩa nhơm 3: được gắn lên trục tì vào trụ có thể quay tự do giữa hai cuộn
dây 1, 2.
- Hộp số cơ khí: gắn với trục của đĩa nhôm.
- Nam châm vĩnh cửu 4: có từ trường của nó xun qua đĩa nhơm để tạo ra
mơmen hãm.
+)Ngun lí làm việc:
Khi có dịng điện I chạy trong phụ tải, qua cuộn dòng tạo ra từ thông Ф 1 cắt đĩa
nhôm hai lần. Đồng thời điện áp U được đặt vào cuộn áp sinh ra dòng Iu, dòng này
chạy trong cuộn áp tạo thành hai từ thông:
- Ф u: là từ thông làm việc, xuyên qua đĩa nhôm
- Ф I : không xuyên qua đĩa nhôm do vậy mà không tham gia việc tạo ra mômen
quay.


Câu 9: Cấu tạo, nguyên lí hđ và ứng dụng của nhiệt kế điện trở kim loại.
Câu 11: Trình bày cấu tạo, nguyên lí hd và ứng dụng của tốc độ kế xung.
Tốc độ kế từ trở biến thiên
Giống nhau
Khác nhau
Cấu tạo

Nguyên lí hd

Ứng dụng

Tốc độ kế quang

Tốc độ kế xung có tín hiệu ra là tần số
phát
<Hình>
Gồm 1 cuộn dây có lõi sắt
từ chịu tác động của một
nam châm vĩnh cửu đặt đối
diện với một đĩa quay làm
bằng vật liệu sắt từ trên đó
có khía răng
Khi đĩa quay từ trở của
mạch từ biến thiên một
cách tuần hoàn làm cho từ
thông qua cuộn dây biến
thiên,trong cuộn dây xuất
hiện một suất điện động
cảm ứng có tần số tỉ lệ với
tốc độ quay
f=pn
p-số lượng răng trên đĩa
n-số vong quay của đĩa
trống trên 1s

<Hình>
Gồm một nguồn sáng phát

tia hồng ngoại,đĩa quay và
đầu thu.Trên đĩa có các lỗ
bố trí cách đều đầu thu là 1
phototranzitor hoặc
photodiode
Khi đĩa quay đầu thu chỉ
chuyển mạch khi nguồn
sáng ,lỗ sáng,nguồn phát
sáng thẳng hàng,đầu thu
quang nhận một thông
lượng ánh sáng biến thiên
và phát tín hiệu có tần số tỉ
lệ với tốc độ quay

Dải đo của cảm biến phụ
thuộc vào số răng của
đĩa.Khi số răng lớn,tốc độ
nmin đo được có giá trị
nhỏ,khi p nhỏ tốc độ nmax đo
được sẽ lớn

Dải đo của cảm biến phụ
thuộc vào số lượng lỗ trên
đĩa và dải thông của đầu
thu quang và của mạch điện
từ


Câu 14: Trình bày cấu tạo,ngun lí hd và ud của lưu lượng kế điện từ.
-Cấu tạo:

<HÌNH>
Gồm một ống KL khơng từ tính đặt giữa hai cực của một nam châm và hai điện
cực này được nối với một milivôn kế.
-Nguyên lí hd:
Dựa trên định luật cảm ứng điện từ.Khi có chất lỏng có tính dẫn điện chảy qua
ống.Trong chất lưu xuất hiện một suất điện động cảm ứng.
4B

E= πD *Q
Trong đó: B: cường độ từ trường.
D:đường kính trong của ống
Q:lưu lượng thể tích của chất lưu
-Ứng dụng:
Lưu lượng kế điện từ dung để đo lưu lg của chất lỏng có độ dẫn điện >= 10-5
Simen/m.Đo lưu lg khơng cần phải đo tỉ trọng của chất lỏng, các phần tử
hạt,bọt,khí và tác động của môi trường như:nhiệt độ,áp suất… nếu không làm thay
đổi độ dẫn điện của chất lưu sẽ không ảnh hưởng đến kết quả đo
Lưu lượng với đường kính ống từ 10-1000mm có thể đo lưu luonngư từ 12500m3/h với vận tốc dỏng chảy từ 0,6-10 m/s với cấp chính xác là 1;2,5


Câu 16: So sánh logomet từ điện và logomet điện từ

Giống
Khác
Đặc tính cơ bản

Ứng dụng

Logomet từ điện
Logomet điện từ

Nguyên lí hoạt động có nguyên tắc hoạt động giống
nhau
góc lệch α tỉ lệ với tỉ số
của hai dòng điện đi qua
các khung dây.

góc lệch α tỉ lệ với bình
phương tỉ số các dịng
điện. Tỉ số này khơng
thay đổi khi nguồn điện
áp cấp cho hai cuộn dây
thay đổi → loại trừ được
sai số do sự biến đổi của
nguồn cung cấp khi cần
đo các đại lượng thụ
động.

lôgômét từ điện được ứng đo các đại lượng như
dụng để đo điện trở, tần
điện trở, điện cảm, điện
số và các đại lượng không dung (trong mạch xoay
điện
chiều), đo tần số, góc pha
và các đại lượng khơng
điện…


Câu 17: So sánh cơ cấu chỉ thị từ điện và cơ cấu chỉ thị điện từ.
Giống
Cấu tạo chung

Nguyên lí làm việc

Đặc tính

CCCT từ điện
CCCT điện từ
-đều là cơ cấu chỉ thị
-cấu tạo đều có phần động và phần tĩnh
- Phần tĩnh: gồm: nam
- Phần tĩnh: là cuộn dây
châm vĩnh cửu ; mạch từ bên trong có khe hở
và cực từ và lõi sắt hình khơng khí (khe hở làm
thành mạch từ kín. Giữa
việc).
cực từ và lõi sắt có có
- Phần động: là lõi thép
khe hở khơng khí đều gọi được gắn lên trục quay ,
là khe hở làm việc, ở giữa lõi thép có thể quay tự do
đặt khung quay chuyển
trong khe làm việc của
động.
cuộn dây. Trên trục quay
- Phần động: gồm: khung có gắn: bộ phận cản dịu
dây quay được quấn bắng khơng khí , kim chỉ , đối
dây đồng. Khung dây
trọng . Ngồi ra cịn có lị
được gắn vào trục quay
xo cản, bảng khắc độ.
(hoặc dây căng, dây treo).

Trên trục quay có hai lị
xo cản mắc ngược nhau,
kim chỉ thị và thang đo
Khi có dịng điện chạy
Dịng điện I chạy vào
qua khung dây (phần
cuộn dây (phần tĩnh) tạo
động), dưới tác động của thành một nam châm điện
từ trường nam châm vĩnh hút lõi thép (phần động)
cửu (phần tĩnh) sinh ra
vào khe hở khơng khí với
mơmen quay Mq làm
mơmen quay:
dWe
khung dây lệch khỏi vị trí
Mq= dα
ban đầu một góc α.
=>

- Chỉ đo được dịng điện
một chiều.
- Đặc tính của thang đo
đều.
1

- Độ nhạy S= D Bsw

là đại lượng khơng đổi

- Góc quay α tỉ lệ với bình

phương của dịng điện,
tức là khơng phụ thuộc
vào chiều của dịng điện
nên có thể đo trong cả
mạch xoay chiều hoặc
một chiều


trong suốt thang đo, là độ
nhạy theo dịng có số đo
là [mm/A].

Ưu điểm

Nhược điểm

Ứng dụng

độ chính xác cao; ảnh
hưởng của từ trường
ngồi khơng đáng kể (do
từ trường là donam châm
vĩnh cửu sinh ra); công
suất tiêu thụ nhỏ nên ảnh
hưởng không đáng kể đến
chế độ của mạch đo; độ
cản dịu tốt; thang đo đều
(do góc quay tuyến tính
theo dịng điện).
chế tạo phức tạp; chịu quá

tải kém (do cuộn dây của
khung quay nhỏ); độ
chính xác của phép đo bị
ảnh hưởng lớn bởi nhiệt
độ, chỉ đo dịng một
chiều.

-Thang đo khơng đều, có
đặc tính phụ thuộc vào tỉ
số d dL là một đại lượng
phi tuyến.Trong thực tế để
đo đăc tính thang đo đều
người ta phải tính tốn
sao cho khi góc α thay đổi
thì tỉ số d dL thay đổi
với quy luật ngược của
bình phương dịng điện.
Như vậy đương fcong
tổng hợp sẽ là đường
tuyến tính với một độ
chính xác nào đó.
- Cản dịu thường bằng
khơng khí hoặc cảm ứng
cấu tạo đơn giản, tin cậy,
chịu được q tải lớn.

độ chính xác khơng cao
nhất là khi đo ở mạch một
chiều sẽ bị sai số (do hiện
tượng từ trễ, từ dư…); độ

nhạy thấp; bị ảnh hưởng
của từ trường ngồi. (do
từ trường của cơ cấu yếu
khi dịng nhỏ).
lơgơmét từ điện được ứng thường được sử dụng để
dụng để đo điện trở, tần
chế tạo các loại ampemét,
số và các đại lượng không vônmét trong nạch xoay
điện
chiều tần số công nghiệp
với độ chính xác cấp 1÷2.


Ít dùng trong các mạch có
tần số cao.

Câu 18: So sánh CCCT điện động và CCCT sắt điện động
Giống
Khác
Cấu tạo

Nguyên lí hd

Đặc tính

CCCT điện động
CCCT sắt điện động
-đều là cơ cấu chỉ thị
-cấu tạo đều có phần động và phần tĩnh
-có nguyên tắc hd giống nhau

- Phần tĩnh: gồm: cuộn
dây (được chia thành hai
phần nối tiếp nhau) để tạo
ra từ trường khi có dịng
điện chạy qua. Trục quay
chui qua khe hở giữa hai
phần cuộn dây tĩnh.
-Phần động: gồm một
khung dây đặt trong lòng
cuộn dây tĩnh. Khung dây
được gắn với trục quay,
trên trục có lị xo cản, bộ
phận cản dịu và kim chỉ
thị.
khi có dịng điện I1 chạy
vào cuộn dây (phần tĩnh)
làm xuất hiện từ trường
trong lòng cuộn dây. Từ
trường này tác động lên
dòng điện I2 chạy trong
khung dây (phần động)
tạo nên mơmen quay làm
khung dây 2
quay một góc α.

- Phần tĩnh gồm: ngồi
cuộn dây tĩnh 1 cịn có
thêm mạch từ 3 để tạo từ
trường trong khe hở làm
việc.

- Phần động gồm: khung
dây quay 2 gắn với trục
quay, kim chỉ thị, lị xo
phản kháng và bộ phận
cản dịu.

- Có thể dùng trong cả

-Ưu điểm: mơmen quay

Có ngun tắc hoạt động
giống cơ cấu chỉ thị điện
động, điểm khác là có
thêm mạch từ ở cuộn dây
tĩnh, mạch từ này cịn có
tác dụng làm màn chắn từ
bảo vệ cơ cấu khỏi bị ảnh
hưởng bởi từ trường ngồi
Góc quay α của phần
động được tính:


UD

mạch điện một chiều và
xoay chiều.
- Góc quay α phụ thuộc
tích (I1.I2) nên thang đo
khơng đều
- Trong mạch điện xoay

chiều α phụ thuộc góc
lệch pha φ giữa hai dịng
điện nên có thể ứng dụng
làm tmét đo cơng suất.
- Ưu điểm: có độ chính
xác cao khi đo trong mạch
điện xoay chiều.
- Nhược điểm: cơng suất
tiêu thụ lớn nên khơng
thích hợp trong mạch
cơng suất nhỏ. Chịu ảnh
hưởng của từ trường
ngồi, muốn làm việc tốt
phải có bộ phận chắn từ.
Độ nhạy thấp vì mạch từ
yếu.
chế tạo các ampemét,
vơnmét, óatmét một chiều
và xoay chiều tần số cơng
nghiệp

lớn, ít bị ảnh hưởng bởi từ
trường ngồi.
-Nhược điểm: độ chính
xác thấp (do có sai số do
hiện tượng từ xoáy, từ
trễ… của lõi thép).

được ứng dụng trong các
dụng cụ đo cần mômen

quay lớn như các dụng cụ
tự ghi. Thường khơng
dùng trong mạch một
chiều vì sai số lớn do hiện
tương từ dư trong lõi thép.


Câu 19: So sánh mạch tích phân và mạch vi phân.
*Mạch tích phân:

-Quan hệ giữa điện áp vào và ra của bộ tích phân như sau:

- Trường hợp khi tín hiệu vào thay đổi theo kiểu bậc thang thì tốc độ thay đổi của
tín hiệu ra sẽ là:

=> Ở đầu ra sẽ có tín hiệu tuyến tính tăng dần theo thời gian.
- Khi tín hiệu vào là hình sin thì mạch tích phân là một bộ lọc thấp tần mà hệ số
khuyếch đại của nó tỉ lệ nghịch với tần số.
- Một bộ tích phân lý tưởng là bộ tích phân mà khi tín hiệu vào bằng 0 thì tín hiệu
ra phải giữ ngun khơng đổi. Đặc tính này được sử dụng là bộ nhớ động.Trường
hợp muốn đưa về giá trị ban đầu cần phải ngắn mạch tụ C.
*Mạch vi phân:


Điện áp ra ở mạch hình a là:

- Khi tín hiệu vào Uv là tín hiệu hình sin, bộ vi phân có tác dụng như bộ lọc cao
tần, hệ số khuếch đại tỉ lệ với tần số tín hiệu vào.
Loại mạch vi phân này có nhược điểm là nhạy với tín hiệu ồn cao tần. Để khắc
phục nhược điểm này ta mắc song song với điện dung C một điện trở R phụ. Như

thế bộ vi phân làm việc đến tần số
hệ số truyền của mạch hầu như
không phụ thuộc tần số trong dải tần số f đó.
Câu 20: So sánh tần số kế chỉ thị số đo tần số lớn và đo tần số nhỏ.