Thiết kế vả thi công mô hình máy đo tần số hiển thị số dùng trong giảng dạy part1 pptx

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ







LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP


ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
MÁY ĐO TẦN SỐ HIỂN THỊ SỐ DÙNG
TRONG GIẢNG DẠY






SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN VĂN KHÁNH
NGUYỄN MINH TỨ
LỚP: 95 KĐĐ

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:CÔ VŨ BẢO TUYÊN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA : ĐIỆN
BỘ MÔN : ĐIỆN TỬ
NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Giáo viên hướng dẫn : cô VŨ BẢO TUYÊN
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN KHÁNH
NGUYỄN MINH TỨ
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN XÉT DUYỆT

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
3


















GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
4
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA : ĐIỆN

BỘ MÔN : ĐIỆN TỬ
NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Giáo viên xét duyệt:
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN KHÁNH
NGUYỄN MINH TỨ
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN XÉT DUYỆT















Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
5

GIÁO VIÊN XÉT DUYỆT






Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
6

MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

I./ Mục đích của đề tài:
Đề tài mô hình máy đo tần số được ứng dụng làm đồ dùng dạy học cho môn
học đo lường điện. Thiết bò đo tần số có nhiều loại và nhiều phương pháp đo như

máy đo tần số chỉ thò kim, máy đo tần số chỉ thò rung, máy đo tần số chỉ thò số.v.v…
Trong luận văn tốt nghiệp, chúng em tìm hiểu mạch điện và thi công máy
đo tần số chỉ thò số dưới dạng mô hình dùng trong giảng dạy. Mô hình này sử dụng
các linh kiện vi mạch số nhằm giới thiệu cho người hiểu thêm ứng dụng cuả vi
mạch số trong các thiết bò đo lường điện. Mô hình máy đo tần số chỉ thò số sau khi
thi công được dùng cho việc giảng dạy và học tập cuả sinh viên trường đại học sư
phạm kỹ thuật trong môn học đo lường điện.

II./ Giới hạn đề tài:

Các thiết bò đo lường điện dùng các kỹ thuật số rất đa dạng và nhiều chức
năng nhưng do thời gian hạn chế nên chỉ thực hiện những điều cơ bản: tìm hiểu về
các loại máy đo tần số, cấu trúc và nguyên lý hoạt động cuả vi mạch số. Sau cùng
là thiết kế, thi công mạch đo tần số dùng vi mạch số cơ bản. Giới hạn tần số làm
việc cuả máy trong khoảng tần số 2 HZ đến 20 KHZ, biên độ tín hiệu cần đo cao
nhất có thể đáp ứng được là 15 V và thấp nhất là 100mV. Nguồn điện cung cấp cho
máy là 220 V.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
7
MỤC LỤC
Lời nói đầu
Chương I : Tổng Quan Về Đo Lường Điện
I. Sai số và cấp chính xác
II. Các loại thiết bò đo tần số
Chương II : Cơ Sở Lý Luận
III. Giới thiệu về vi mạch số
IV. Các mạch taọ dao động
V. Cấu tạo mạch đếm

VI. Mạch giải mã và hiển thò
VII. Giao tiếp công suất
Chương III : Thiết Kế Mạch Đếm Tần Số
I. Sơ đồ khối toàn mạch
II. Mạch dao động chuẩn
III. Mạch chia tần số tín hiệu ngõ vào và mạch khống
chế thời gian đếm trong 1 giây
IV. Mạch giới hạn biên độ tín hiệu ngõ vào
V. Mạch đếm và giải mã
VI. Mạch hiển thò
VII. Mạch nguồn
Chương IV : Thi Công
I. Hình dạng mô hình
II. Sơ đồ nguyên lý
1. Mạch ngõ vào
2. Mạch dao động chuẩn
3. Mạch đếm và giải mã
4. Mạch hiển thò
III. Lắp ráp và cân chỉnh thiết bò
Chương VI: Kết Luận
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
8
Chương I

TỔNG QUAN VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN

I/ SAI SỐ VÀ CẤP CHÍNH XÁC:
1/ Nguyên nhân sai số:

Mọi phép đo đều có sai số. Sai số do các nguyên nhân khác nhau gây
ra như dụng cụ đo, do điều kiện tiến hành phép đo và do người đo.
Dụng cụ đo được chế tạo với độ chính xác khác nhau và giá trò đọc
được từ dụng cụ đo.
Độ chính xác bản thân dụng cụ đo còn phụ thuộc vào môi trường. Mức
độ ảnh hưởng của môi trường đến kết quả đo tùy thuộc vào kết cấu cụ thể
của dụng cụ đo.
Người ta cũng đưa thêm một đại lượng sai số đáng kể vào kết quả đo.
Sai số do người đo, trước hết là sai số đọc đặc biệt khi phải suy với thang đo
phi tuyến. Khi kim chỉ nằm giữa hai độ khắc vạch người đọc cần phải phán
đoán giá trò gần đúng của kết quả đo. Sai số ngoại suy không quá 0,5 giá trò
giữa hai vạch khắc độ. Ngoài ra còn phụ thuộc vào trình độ sử dụng dụng cụ
đo, người đo còn gây ra những sai số khác nữa. Nhưng sai số này có thể rất
lớn, và ta gọi nó là phép đo sai số, phải loại bỏ khi tính toán.

2/ Phân loại sai số:
Người ta chia sai số ra làm 2 loại theo tính chất thống kê.
a/ Sai số hệ thống:
Là sai số có giá trò xác đònh trong những điều kiện xác đònh. Do đó ta
có thể biết trước được giá trò này và tính bù vào kết quả đo, tức là ta có thể
bỏ sai số hệ thống khỏi kết quả đo sau khi tính toán.

b/ Sai số ngẫu nhiên:
Là sai số có giá trò ngẫu nhiên khi tiến hành các phép đo cùng điều
kiện.
Để có được các kết quả đo chính xác ta dùng phương pháp thống kê,
lấy trung bình cộng các kết quả đo, với số phép đo rất lớn.
Cần nhớ rằng phép lấy trung bình cộng không thể loại bỏ sai số hệ
thống.
Việc phân chia sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên cũng có tính chất

tương đối. Cùng một nguyên nhân gây ra sai số, tùy thuộc vào điều kiện
nghiên cứu, lúc này có thể coi là sai số ngẫu nhiên, lúc khác có thể coi là sai
số hệ thống. Nói chung khi sai số được coi là sai số hệ thống nếu ta biết rõ
nguyên nhân và mức độ gây ra sai số của tác động ấy. Nếu ta chỉ quan tâm
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
9
đến tính chất thống kê của sai số, không khống chế nguyên nhân gây ra sai
số, sai số sẽ có tính chất ngẫu nhiên. Việc lấy trung bình cộng chỉ có thể loại
được sai số ngẫu nhiên nếu số lượng phép đo đủ lớn, sau cho tác động gây ra
sai số ngẫu nhiên biến đổi trong phạm vi lớn, sai số ngẫu nhiên có dạng phân
bố chuẩn .

3/ Cấp chính xác của dụng cụ đo:
Cấp chính xác của một dụng cụ hay thiết bò đo là tỉ số tính theo phần
trăm giữa sai số lớn nhất cho phép trong điều kiện làm việc bình thường của
thiết bò đo với giá trò đònh mức của thiết bò đó. Do đó khi sử thiết bò đo lường
chúng ta cần quan tâm đến cấp chính xác của thiết bò đo được ghi trên máy
hoặc trong sổ tay kỹ thuật của thiết bò đo. Để từ cấp chính xác này chúng ta
sẽ đánh giá được sai số của kết quả đo. Ví dụ một vôn kế có ghi cấp chính
xác là 1 nghóa là giới hạn sai số của nó cho tầm đo là 1%.

II/ CÁC LOẠI THIẾT BỊ ĐO TẦN SỐ:
1/ Tần số kim chỉ kiểu tỉ số kế điện động:




Hình II.1a

Tần số kim chỉ kiểu tỉ số điện động, cơ cấu đo là tỉ số điện động.
Cuộn tónh được mắc nối tiếp nối tụ điện C
1
. Cuộn động 1 được mắc
nối tiếp với tụ C
2
, cuộn động 2 được mắc nối tiếp với điện cảm LF. Chọn giá
trò điện cảm L đủ lớn, và các tụ điện có giá trò đủ nhỏ để có thể bỏ qua ảnh
hưởng của điện trở bản thân các cuộn dây của tỉ số kế. Từ (H.II.1) ta thấy
dòng I
1
sẽ cùng pha với dòng I
t
, còn I
2
chậm pha 180
o

so với 2 dòng kia. Để
loại bỏ gốc chậm pha này, ta bảo đầu cuộc dây động 2 và lúc này cả 3 dòng
điện qua dòng tónh và hai cuộn động đồng pha, không phụ thuộc vào tần số
nguồn.
Giá trò hiệu dụng các dòng điện qua các cuộn dây động được tính:
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
10

Lf

U
I
CUfI
.2
2
2
1





Như vậy gốc  chỉ của kim sẽ tương ứng với giá trò:

 
2
2
2
1
22
11
.2 LCf
I
I
CosI
CosI





Với các giá trò L,C đã biết và không thay đổi ta xác đònh được giá trò
tần số nguồn theo chỉ số  của kim. Người ta khắc độ trực tiếp lên mặt độ số.
Để tăng độ nhạy trong phạm vi đo từ f
1
đến f
2
tức là phạm vi cần đo
của tầng số kế ta thay L và C
2
bằng hai mạch cộng hưởng nối tiếp với tần số
cộng hưởng nhỏ hơn f
1
, vò trí C
2
được thay bằng mạch cộng hưởng nối tiếp
tầng số cộng hưởng cao hơn f
2
.
Với mọi tần số trong khoảng f
1
đến f
2
, mạch cộng hưởng 1 luôn có tính
chất điện cảm, cộng hưởng 2 luôn có tính chất điện dung, với điều kiện pha
tương tự như khi mắc L và C
2
, nhưng với mạch cộng hưởng trở kháng ở lân
cận tần số cộng hưởng thay đổi rất nhanh theo tần số, vì vậy độ nhạy cao hơn.

2./ Tần số kim chỉ kiểu tỉ số từ điện:


Hình. II.2
Người ta có thể dùng cơ cấu đo là tỉ số kế từ điện để tạo tần số kế kim
chỉ.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
11
Nhưng tỉ số kế từ điện chỉ đo được dòng một chiều do đó ta phải dùng mạch
chỉnh lưu. Và vì đã dùng mạch chỉnh lưu nên ta không phải quan tâm đến pha
của các dòng điện nên mạch đo cũng đơn giản hơn. Cuộn động 1 được nối
đến đường chéo của cầu chỉnh lưu (I), cuộn động 2 được nối đến đường chéo
cầu chỉnh lưu (II). Dòng qua cuộn 1 là dòng chỉnh lưu của mạch chứa điện
dung, còn dòng qua cuộn 2 là dòng chỉnh lưu của mạch chứa điện trở. Bỏ qua
trở kháng vào của các cầu chỉnh lưu.
Ta có:

UCfI
R
U
I
C
R
2=
=


Tỉ số kế đo tỉ số dòng qua cuộn 1 và cuộn 2 chính là đo tỉ số giữa I

R
và I
C


R
C
f
I
I
R
C
.
2
=


Như vậy ta có thể khắc độ tỉ số kế trực tiếp theo tần số. Để tăng độ
nhạy, ta có thể thay C bằng 1 mạch cộng hưởng nối tiếp, cộng hưởng ở tần số
thấp hơn hoặc cao hơn bằng tần số cần đo.

3/ Tần số kế kiểu rung:
Tần số kế kiểu rung dựa vào hiện tượng cộng hưởng cơ học. Nó cấu
tạo như hình (H.II.3). Gồm 1 nam châm điện (1), lõi làm bằng thép lá kỹ
thuật điện, thuộc loại sắt từ mềm. Nam châm điện hút giá đỡ (2) của bộ rung.
Trên giá rung gắn các lá rung (3), có tần số cộng hưởng riêng khác nhau. Nếu
tần số nguồn đo là 50Hz, ta chọn cả lá rung có tần số cộng hưởng riêng
khoảng 88  100Hz cách nhau 1 Hz.
Khi cấp nguồn có tần số cần đo cho cuộn dây nam châm điện, cuộn
dây hút giá đỡ bộ rung. Do dòng điện qua nam châm điện thay đổi theo thời

gian, lực hút của nam châm cũng thay đổi theo thời gian, tần số thay đổi của
lực hút bằng 2 lần tần số nguồn điện, các lực rung bò rung theo. Lực hút thay
đổi làm giá trò bò rung theo, với tần số của lực hút, tức 2 lần tần số nguồn. Do
tính chất cộng hưởng lá rung, lá rung có tần số riêng bằng tần số của lực sẽ
rung mạnh nhất. Quan sát các bản rung, ta sẽ biết bản nào rung mạnh nhất, từ
đó xác đònh tần số của nguồn điện cần đo. Để tiện sử dụng người ta không
khắc độ bản rung tần số riêng mà theo tần số nguồn, tức nửa tần số rung.

4/ Tần số kế chỉ thò số: