Nghiên cứu, thiết lập duy trì hệ thống chuẩn công suất xoay chiều tần số công nghiệp tại viện đo lường việt nam

MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn…………………………………...........………………...…….….
2
Danh mục các bảng..…………………………………...…….………….……

3

Danh mục các hình vẽ………………………………………..….……………

4

MỞ ĐẦU………………………………………………...…..……….………

6

Chương 1: TỔNG QUAN…….….………...…………………..…….……... .

10

1.1 Vấn đề cơ bản của đại lượng đo điện…………………………………...

10

1.2 Khái niệm cơ bản về đo lường điện …………………………………...

14

1.3 Chuẩn và vấn đề liên kết chuẩn …… ………………………………….

16

1.4 Vài nét về chuẩn công suất xoay chiều ……………...…………………

21

1.5 Yêu cầu và nội dung chính cần giải quyết của luận văn ……………….

23

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LĨNH VỰC ĐO CÔNG SUẤT XOAY
CHIỀU

24

2.1 Các phương pháp đo công suất …………………………………….......

24

2.2 Các chuẩn chuyển đổi xoay chiều – một chiều ………………………...

29

2.3 Đánh giá độ không đảm bảo của phép đo ………………………………

41

Chương 3: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP DUY TRÌ,
DẪN XUẤT CHUẨN CÔNG SUẤT XOAY CHIỀU
3.1 Phương pháp duy trì ……………………………………………………

52

3.2 Phân tích quá trình hiệu chuẩn …………………………………………

54

3.3 Phương pháp dẫn xuất chuẩn công suất ………………………………..

73

KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT……………………………………………………..

79

TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………...

81

1


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên của cuốn luận văn thạc sỹ cho phép Tôi được bày tỏ lòng biết
ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương, người đã tận tình giúp đỡ và
hướng dẫn chỉ bảo những kinh nghiệm, kỹ năng cho Tôi trong quá trình làm luận
văn thạc sĩ.
Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo ở Bộ môn Đo lường và
Tin học công nghiệp, Viện đào tạo sau đại học - ĐHBK Hà nội đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và làm luận văn thạc sỹ này.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo viện, lãnh đạo phòng, cùng các
cô chú đồng nghiệp ở phòng đo lường điện – Viện đo lường Việt Nam đã tận tình
giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báu, tạo điều kiện về mặt thời gian và kinh
phí để tôi được theo học khoá học 2013-2015 này.
Và cuối cùng tôi xin dành tất cả lòng biết ơn và kính trọng sâu sắc tới cha
mẹ, người đã sinh thành nuôi dưỡng tạo điều kiện cho tôi được học tập, nghiên
cứu. Xin cám ơn gia đình tôi, những người bạn luôn sát cánh bên tôi, các đồng
nghiệp đã quan tâm giúp đỡ tôi thực hiện luận văn này.
Trong khoảng thời gian không dài, tôi đã nỗ lực và cố gắng để hoàn thành
luận văn tốt nghiệp này, song chắc chắn không thể tránh khỏi những sai xót. Vì
vậy, tôi rất mong được sự chỉ bảo, dạy dỗ của các thầy cô giáo, sự góp ý của các
chuyên gia, các đồng nghiệp và bạn bè để luận văn này được hoàn thiện hơn.

2


DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1. Hệ đơn vị quốc tế SI ……………………………………………

14

Bảng 3.1. Chuẩn và các thiết bị dùng trong hiệu chuẩn ………………….

56

Bảng 3.2. Tuần tự thực hiện đo so sánh các chuẩn ……………………….

58

Bảng 3.3. Số liệu đo so sánh các chuẩn ……………………………………

65

Bảng 3.4. Giá trị các chuẩn ………………………………………………..

66

Bảng 3.5. Bảng tổng hợp thành phần độ KĐBĐ so sánh C1-2 và MSB 100

72

Bảng 3.6. Bảng số liệu đo hiệu chuẩn PRS ……………………………….

73

Bảng 3.7. Bảng tổng hợp thành phần ĐKĐBĐ cho PRS …………………

75

3


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1. Sơ đồ liên kết chuẩn ……………………………………………..

20

Hình 1.2. Chuẩn chuyển đổi công suất C 1-2 …………………………….

22

Hình 2.1. Sự thành lập một Wattmet điện động …………………………..

26

Hình 2.2. Bộ nhân bằng ADC – DAC ……………………………………

27

Hình 2.3. Bộ nhân bằng phần tử bình phương …………………………….

27

Hình 2.4. Wattmet dùng phần tử biến đổi nhiệt ngẫu …………………….

28

Hình 2.5. Nguồn gốc các đại lượng xoay chiều từ hệ SI ………………….

30

Hình 2.6. Cấu tạo của một Single – Junction thermal converter …………

33

Hình 2.7. Cấu tạo của một Multijunction thermal converter ……………..

34

Hình 2.8. Cấu tạo của một MJTC công nghệ màng mỏng ………………..

35

Hình 2.9. Đặc tính đáp ứng tần số của SJTC và MJTV ……………………

37

Hình 2.10. Sơ đồ cơ bản nguyên lý bộ so công suất ac - dc……………….

38

Hình 2.11. Sơ đồ khối bộ so công suất ac – dc đo …………………………

39

Hình 2.12. Sơ đồ hiệu chuẩn với bộ so công suất ac – dc …………………

40

Hình 2.13. Phân bố xác suất hình chữ nhật ……………………………….

46

Hình 2.14. Phân bố xác suất hình tam giác ……………………………….

47

Hình 3.1. Sơ đồ hiệu chuẩn mắc hai kênh so sánh C 1-2 và MSB 100 …..

56

Hình 3.2. Sơ đồ hiệu chuẩn mắc hai kênh so sánh MSB 100 và MSB 100 ..

57

Hình 3.3. Các thành phần ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo ………..

60

Hình 3.4. Sơ đồ liên kết chuẩn lĩnh vực công suất xoay chiều ……………

64

Hình 3.5. Sơ đồ hệ thống đo chuẩn công suất xoay chiều được thiết lập …

68

4


Hình 3.6. Giá trị đầu ra điện áp trung bình hệ thống chuẩn công suất ……

70

Hình 3.7. Giá trị đầu ra điện áp trung bình hệ thống chuẩn công suất ……

71

Hình 3.8. Giá trị đầu ra điện áp trung bình hệ thống chuẩn công suất ……

72

Hình 3.9. Sơ đồ hiệu chuẩn PRS 200 ……………………………………..

74

5


MỞ ĐẦU
Từ xa xưa, khi biết chế tạo các công cụ lao động để sản xuất ra của cải vật chất,
người ta đã bắt đầu phải đo. Những đại lượng đo đầu tiên là những đại lượng liên quan
mật thiết đến đời sống con người như độ dài, khối lượng, dung tích, thời gian…Sau
này phát triển thành đo lường học – khoa học đo lường. Các phương pháp đo, phương
tiện đo đã được phát triển ngày càng đa dạng và sử dụng rộng rãi. Có thể thấy rõ đo
lường đã tiến một bước dài, sâu rộng trên nhiều lĩnh vực và có ảnh hưởng to lớn đến
mọi mặt đời sống xã hội. Giờ đây các thiết bị đo lường là một thành phần không thể
thiếu trong sản xuất và lưu thông hàng hoá, trong đảm bảo an toàn lao động, vệ sinh an
toàn thực phẩm và bảo vệ sức khoẻ của con người.
Đo các đại lượng điện là một lĩnh vực đo được sử dụng rộng rãi trong các ngành
công nghiệp, nghiên cứu khoa học, công nghệ và trong đời sống xã hội nói chung. Đòi
hỏi về tính chính xác cao cũng như tính thống nhất trong các phép đo ngày càng tăng
nhanh, tăng nhanh cùng với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật.
Nước ta đang trong quá trình tiến hành công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong xu

thế toàn cầu hóa, hội nhập quốc tế về kinh tế, đặc biệt là trong quá trình thực thi hiệp
định TBT (rào cản kỹ thuật trong thương mại), những đòi hỏi này ngày càng cấp bách.
Cơ sở kỹ thuật để đảm bảo tính thống nhất và độ chính xác cần thiết trong đo lường ở
từng nước là hệ thống chuẩn đo lường quốc gia và hệ thống sao truyền, dẫn xuất từ
chuẩn quốc gia đến các chuẩn khác có độ chính xác thấp hơn và đến tất cả các phương
tiện đo đang sử dụng. Đây cũng là cơ sở để từng bước hội nhập với khu vực và quốc tế
về đo lường, để tham gia và thỏa thuận công nhận lẫn nhau (MRA) về chuẩn đo lường
quốc gia và kết quả hiệu chuẩn do các Viện đo lường quốc gia công bố.
Phòng đo lường điện – Viện Đo Lường Việt Nam (VMI) nhiệm vụ hiện nay là
bảo quản và duy trì sao truyền chuẩn thuộc lĩnh vực điện tần số thấp ( tần số công
nghiệp ) bao gồm các nhóm chuẩn thuộc các lĩnh vực khác nhau như điện áp, điện trở,
6


công suất, điện năng xoay chiều. Về trình độ năng lực chuẩn hiện tại so với các nước
trong khu vực, đa số các đại lượng cũng đạt được trình độ tương đương nhưng số
lượng thì rất hạn chế. Nhiệm vụ xây dựng và phát triển hệ thống chuẩn đo lường trong
đó có chuẩn công suất xoay chiều nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội và
nhu cầu hội nhập kinh tế quốc tế đang trở thành một nhiệm vụ quan trọng của ngành
Đo lường. Chính vì vậy tôi đã đề xuất đề tài:
“Nghiên cứu, thiết lập & duy trì hệ thống chuẩn công suất xoay chiều tần số
công nghiệp tại Viện Đo Lường Việt Nam ”
1. Mục đích của đề tài
Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích tổng hợp các vấn đề lý thuyết cơ bản về đơn
vị, đại lượng chuẩn của các đơn vị, các phương pháp, phương tiện đo công suất để áp
dụng vào việc duy trì, khai thác, bảo quản, dẫn xuất hệ thống chuẩn công suất xoay
chiều tần số công nghiệp. Đánh giá độ ổn định của chuẩn, khả năng hiệu chuẩn công
suất xoay chiều. Tìm hiểu về chuẩn chuyển đổi ac – dc tiến tới xây dựng chuẩn đầu
lĩnh vực công suất.
2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn là những vấn đề:
+ Chuẩn công suất xoay chiều tần số công nghiệp
+ Các loại chuẩn chuyển đổi ac - dc
+ Lý thuyết về độ không đảm bảo đo để áp dụng cho việc thiết lập, duy trì và dẫn xuất
chuẩn công suất xoay chiều tại phòng đo lường điện – VMI.

7


3. Phương pháp nghiên cứu
Từ những lý thuyết được nghiên cứu, phân tích trên cơ sở trang thiết bị hiện có,
điều kiện cụ thể của phòng đo lường điện - VMI tiến hành thực nghiệm cụ thể để từ
các dữ liệu thu được tính toán xử lý, đánh giá độ ổn định của chuẩn, khả năng hiệu
chuẩn, độ không đảm bảo đo lĩnh vực công suất xoay chiều.
4. Những đóng góp của luận văn
Trên cơ sở điều kiện hiện có đề xuất cụ thể phương tiện, phương pháp để thiết
lập chuẩn công suất xoay chiều tần số công nghiệp
Thiết lập phương pháp duy trì, dẫn xuất chuẩn công suất xoay chiều
Xây dựng mô hình để tính toán độ không đảm bảo đo trong hiệu chuẩn công
suất xoay chiều
Đề xuất, khuyến nghị sơ đồ liên kết chuẩn, hệ thống sao truyền, dẫn xuất chuẩn.
5. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm các phần chính sau đây:
Chương 1: Tổng quan, nghiên cứu tổng hợp quá trình hình thành và phát triển
của đơn vị và chuẩn đơn vị đo điện, cơ sở lý thuyết về chuẩn và vấn đề liên kết chuẩn.
Giới thiệu khái quát về hệ thống chuẩn công suất, tại đây yêu cầu bài toán và vấn đề
tồn tại được đề cập đến một cách cụ thể.
Chương 2: Trình bày tổng quan về các phương pháp đo, cơ sở lý thuyết các
phương pháp đo công suất. Nghiên cứu, tìm hiểu về các loại cảm biến chuyển đổi nhiệt
dùng trong chuẩn chuyển đổi ac – dc, là nền tảng để xây dựng các bộ so công suất ac –

dc, tiến tới xây dựng chuẩn đầu lĩnh vực công suất. Trong chương 2 còn nghiên cứu,
tổng hợp các vấn đề chung về tính toán và trình bày độ không đảm bảo đo. Đây là

8


những cơ sở lý thuyết quan trọng để giải quyết các vấn đề thiết lập, duy trì và dẫn xuất
chuẩn lĩnh vực công suất ở chương 3.
Chương 3: Mô tả và phân tích một cách hệ thống các yếu tố hợp thành hệ thống
chuẩn công suất xoay chiều. Thiết lập, xây dựng phương pháp duy trì, đánh giá độ ổn
định của chuẩn trên cơ sở xây dựng một nhóm chuẩn, đưa ra phương pháp dẫn xuất
đến các chuẩn thấp hơn. Phân tích, đánh giá các thành phần gây ra độ không đảm bảo
đo trong phép đo công suất, đây là cơ sở khoa học – kỹ thuật quan trọng trong việc
thiết lập sơ đồ liên kết chuẩn đảm bảo tính thống nhất, chính xác.

9


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Vấn đề cơ bản của đại lượng đo điện
1.1.1 Đại cương về quá trình thiết lập và phát triển đơn vị đo điện ([6])
Năm 1832 nhà bác học người Đức Gauss đã đưa ra phương pháp xây dựng hệ
đơn vị như là một tập hợp các đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn xuất. Ông đã xây dựng một
hệ đơn vị dựa trên cơ sở ba đơn vị được chọn tùy ý và độc lập với nhau là đơn vị đo độ
dài, khối lượng và thời gian. Tất cả các đơn vị còn lại được xây dựng dựa vào ba đơn
vị cơ bản này. Các hệ đơn vị được xây dựng như vậy với ba đơn vị cơ bản đo độ dài,
khối lượng, thời gian, Gauss gọi là hệ tuyệt đối.
Cùng với sự phát triển của khoa học - kỹ thuật, dựa vào hệ mét và với phương
pháp Gauss đề xuất, người ta đã xây dựng nhiều hệ đơn vị khác nhau, đáp ứng yêu cầu

của những lĩnh vực nhất định. Dưới đây trình bày vắn tắt sự hình thành và phát triển
của một hệ số đơn vị điện từ
1.1.1.1 Các hệ CGS
Hệ CGS được xây dựng theo phương pháp của Gauss với ba đơn vị cơ bản là
centimét (cm) cho độ dài, gam (g) cho khối lượng và giây (s) cho thời gian do Hội nghị
quốc tế lần thứ nhất các nhà điện học đưa ra năm 1881 với tên hai đơn vị dẫn xuất quan
trọng nhất là: đyn để đo lực và éc: để đo công. Việc áp dụng hệ CGS vào lĩnh vực điện
từ có nhiều phức tạp. Có thể nêu ra ba hệ phổ biến nhất:
Hệ CGSe
Còn gọi là hệ tĩnh điện tuyệt đối, xây dựng trên cơ sở ba đơn vị cơ bản centimét,
gam, giây. Từ định luật Coulomb của tĩnh điện trong chân không, suy ra đơn vị điện
tích và từ đó suy ra các đơn vị điện từ khác

10


Hệ CGSm
Còn gọi là hệ tĩnh từ tuyệt đối, cũng xây dựng trên cơ sở ba đơn vị cơ bản
centimét, gam, giây như hệ CGSe. Từ định luật Coulomb của tĩnh từ suy ra đơn vị từ
khối và từ đó suy ra các đơn vị điện từ khác.
Hệ CGS đối xứng
Còn gọi là hệ Gauss, trong đó đơn vị điện là của hệ CGSe và đơn vị từ là của hệ
CGSm. Hệ CGS đối xứng có đặc điểm là xây dựng cân đối và có logic, nó là một hệ
nhất quán, do đó được dùng rất rộng rãi trong vật lý để mô tả các đại lượng cần đo và
để tính toán. Các hằng số vật lý cho đến nay vẫn còn được diễn đạt theo đơn vị CGS.
1.1.1.2 Hệ đơn vị điện từ tuyệt đối thực dụng.
Hệ đơn vị điện từ CGS có cỡ đơn vị không thực dụng, có đơn vị quá lớn lại có
đơn vị quá bé so với những nhu cầu trong đời sống và sản xuất. Hội nghị quốc tế lần
thứ nhất các nhà điện học năm 1881 cũng đã xây dựng hệ đơn vị điện từ tuyệt đối thực
dụng dẫn xuất từ hệ CGSm nhưng có cỡ đơn vị khắc phục được nhược điểm trên của

hệ CGS bằng cách nhân các đơn vị này với lũy thừa bậc nào đó của 10. Các đơn vị
thực dụng sau đây đã được thông qua đầu tiên:
- Đơn vị điện thế thực dụng là “von”, bằng 108 đơn vị điện thế của hệ CGSm.
- Đơn vị cường độ dòng điện thực dụng là “ampe”, bằng 10-1 đơn vị cường độ dòng
điện của hệ CGSm.
- Đơn vị điện trở thực dụng là “ ôm” , bằng 109 đơn vị điện trở của hệ CGSm.
- Đơn vị điện dung thực dụng là “fara”, bằng 10-9 đơn vị điện dung của hệ CGSm.
Thừa số nhân của đơn vị điện thế và điện trở được lấy bằng 108 và 109 là để cho
đơn vị “von” và “ ôm” xấp xỉ với sức điện động của pin chuẩn Daniell và điện trở của

11


một cột thủy ngân dài 100cm, tiết diện 1 mm2 đã được dùng làm đơn vị điện thế và
điện trở lúc bấy giờ.
Hội nghị quốc tế lần thứ hai các nhà điện học năm 1889 đã quy định thêm 3 đơn
vị điện từ thực dụng nữa:
- Đơn vị đo điện năng là “ jun” , bằng 107 đơn vị điện năng của hệ CGSm
- Đơn vị công suất là “oát” bằng 107 đơn vị công suất của hệ CGSm.
- Đơn vị tự cảm “ quadran” sau đổi tên là “ henry”, bằng 109 đơn vị tự cảm của hệ
CGSm.
Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC) và các đại hội cân đo quốc tế (CGPM) sau
này đã quy định nhiều đơn vị điện từ thực dụng khác nữa như “vebe” đo từ thông;
“tesla” đo cảm ứng từ, “simen” đo điện dẫn...
1.1.1.3 Các đơn vị điện từ quốc tế
Do những khó khăn trong việc thể hiện chính xác các đơn vị điện từ tuyệt đối
thực dụng theo quy định lý thuyết trên, nên Hội nghị quốc tế các nhà điện học lần thứ
ba họp năm 1893 ở Chicagô đã công nhận các đơn vị điện từ quốc tế. Các đơn vị này
khác các đơn vị điện từ tuyệt đối thực dụng ở chỗ được định nghĩa qua chính các chuẩn
để thể hiện nó chứ không phải là qua các đơn vị tuyệt đối tương ứng. Hội nghị trên đã

xây dựng ba đơn vị quốc tế cơ bản là “vôn quốc tế” được định nghĩa qua pin chuẩn
Clarca, “ampe quốc tế” định nghĩa qua bình điện phân với dung dịch điện phân là nitrat
bạc, “ôm quốc tế” định nghĩa qua cột thủy ngân. Các đơn vị điện từ khác như “Culông
quốc tế”, “ Fara quốc tế” … được dẫn xuất từ ba đơn vị cơ bản này.
Để phân biệt các hệ đơn vị điện từ tuyệt đối xây dựng trên cơ sở các đơn vị độ
dài, khối lượng và thời gian; người ta gọi tập hợp các đơn vị “vôn quốc tế”, “ampe
quốc tế”, “ôm quốc tế” và các đơn vị dẫn xuất từ chúng là “các đơn vị điện từ quốc tế”.

12


Đại hội quốc tế các nhà điện học năm 1908 ở Luân Đôn đã hoàn thành việc xây
dựng các đơn vị điện từ quốc tế và phân ranh giới rõ ràng giữa các đơn vị tuyệt đối
thực dụng và đơn vị quốc tế. Sau hội nghị này, các đơn vị điện từ quốc tế đã được công
nhận ở nhiều nước và được sử dụng rộng rãi cho đến khi Uỷ ban cân đo quốc tế
(CIPM) quyết định ngừng sử dụng các đơn vị này bắt đầu từ 01/01/1948 và chuyển
sang các đơn vị điện từ tuyệt đối thực dụng với mối liên hệ sau:
1Vqt = 1,000 34 Vtđ
1Ωqt = 1,000 49 Ωtđ
Ký hiệu qt và tđ chỉ đơn vị quốc tế và đơn vị tuyệt đối
1.1.1.4 Hệ đơn vị quốc tế SI
Việc cùng một lúc tồn tại nhiều hệ đơn vị khác nhau đã gây nhiều khó khăn và
rắc rối khi chuyển từ hệ đơn vị này sang đơn vị khác. Điều này gây khó khăn trong
việc trao đổi giao lưu kinh thế, về khoa học kỹ thuật giữa các nước với nhau. Yêu cầu
thống nhất đơn vị đo lường đặt ra ngày càng cấp bách trong phạm vi từng nước và trên
phạm vi toàn thế giới.
Vì vậy, năm 1954 ủy ban cân đo quốc tế đã thành lập một tiểu ban để nghiên
cứu xây dựng hệ đơn vị quốc tế. Năm 1960 hội nghị ở Paris đã phê chuẩn hệ này và gọi
là “hệ đơn vị quốc tế” viết tắt là SI, làm cơ sở thống nhất đo lường trên toàn thế giới.
Các đại hội cân đo quốc tế sau đó đã tiếp tục bổ xung, hoàn thiện SI nhằm đáp ứng các

yêu cầu ngày càng cao của sản xuất và khoa học kỹ thuật.

13


Hệ đơn vị quốc tế bao gồm 7 đơn vị cơ bản
Đại lượng

Tên đơn vị

Ký hiệu

Mét

m

Kilôgam

kg

Thời gian

Giây

s

Cường độ dòng điện

Ampe

A

Nhiệt độ nhiệt động học

Kenvin

K

Cường độ sáng

Candela

cd

Lượng vật chất

Mol

mol

Độ dài
Khối lượng

Bảng 1.1 Hệ đơn vị quốc tế SI
1.2 Khái niệm cơ bản về đo lường điện
1.2.1 Đại lượng, đơn vị điện áp
Đại lượng điện áp thường được ký hiệu là U
Điện áp (hiệu điện thế) U giữa 2 điểm của một dây dẫn trong trường tĩnh điện E
là tổng năng lượng (công sinh ra dưới tác dụng của lực tĩnh điện) cần thiết để dịch
chuyển một đơn vị điện tích q đi qua dây dẫn đó. Giá trị hiệu điện thế chính là tích

phân đường của cường độ điện trường từ điểm đầu đến điểm cuối của dây dẫn.

Trong đó E là cường độ điện trường có giá trị bằng lực tĩnh điện F chia cho điện
tích q (được tính từ biểu thức: F = E.q)

14


Đơn vị đo điện áp là von, ký hiệu là V. “Von là hiệu điện thế giữa hai điểm của
một dây dẫn đồng tính có nhiệt độ đều, khi giữa hai điểm đó một dòng điện cường độ 1
ampe không đổi theo thời gian tạo nên công suất 1 oát”

1.2.2 Đại lượng, đơn vị dòng điện
Ampe (A) là đơn vị cơ bản của hệ SI để đo cường độ dòng điện được định nghĩa
là: “cường độ của một dòng điện không đổi theo thời gian, khi chạy qua hai dây dẫn
thẳng song song, dài vô hạn, có tiết diện nhỏ không đáng kể, đặt trong chân không,
cách nhau 1mét thì gây trên mỗi mét dài của dây dẫn một lực bằng 2.10-7 niu tơn”.
Thiết bị thể hiện định nghĩa này của ampe là cân dòng điện. Việc thể hiện này là
rất khó khăn và phức tạp, chỉ thực hiện được tại một vài phòng thí nghiệm chuẩn quốc
gia của các nước có trình độ khoa học – công nghệ hàng đầu trên thế giới.
1.2.3 Đại lượng, đơn vị công suất:
Đơn vị công suất
Đơn vị công suất là oát, ký hiệu là W
P = k.U.I (W)
Trong đó:

- U là hiệu điện thế tính bằng von (V)
- I là cường độ dòng điện tính bằng ampe (A)
- k là hệ số công suất (k=1 với công suất một chiều)

Định nghĩa công suất
Công suất được chia làm hai loại sau:
Công suất một chiều:

15


P = U.I (W)
Oát là công suất mà một dòng điện 1A sản xuất ra trong một đoạn mạch có hiệu
điện thế hai đầu là 1 V
Công suất xoay chiều hiệu dụng:
Công suất tác dụng:

P = U.I.cosφ (W)

Oát là công suất tác dụng của một đoạn mạch có hiệu điện thế hiệu dụng 1V,
cường độ dòng điện 1A, khi độ lệch pha giữa U và I là 0.
Công suất phản kháng:

Q = U.I.sinφ (Var)

Var là công suất phản kháng trong một đoạn mạch thuần tự cảm (hoặc thuần
điện dung) đặt dưới hiệu điện thế hiệu dụng 1V và có cường độ dòng điện hiệu dụng
1A chạy qua.
Công suất biểu kiến:

S = U.I (V.A)

Vôn - ampe là công suất biểu kiến trong một đoạn mạch đặt dưới hiệu điện thế
hiệu dụng 1V, cường độ dòng điện 1 A chạy qua.

1.3. Chuẩn và vấn đề liên kết chuẩn ([6];[7])
1.3.1 Khái niệm và phân loại chuẩn
Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) 6165 - 1996 chuẩn đo lường (measurement
standard) hay vắn tắt là chuẩn, được định nghĩa như sau:
“ Chuẩn là vật đo, phương tiện đo, mẫu chuẩn hoặc hệ thống đo để định nghĩa,
thể hiện, duy trì hoặc tái tạo đơn vị hoặc một hay nhiều giá trị của đại lượng để dùng
làm mốc so sánh”.
Như vậy, chuẩn đo lường chính là sự thể hiện bằng vật chất độ lớn của đơn vị
đo lường theo định nghĩa.

16


Chuẩn được tạo thành từ một tập hợp các vật đo tương tự nhau gọi là chuẩn
nhóm, ví dụ như chuẩn đơn vị điện áp von (V) là một nhóm gồm 4 (hoặc 10) pin
chuẩn, giá trị chuẩn von này là giá trị trung bình của 4 (hoặc 10) pin chuẩn đó.
Chuẩn của các đơn vị đo lường đóng vai trò quan trọng trong việc bảo đảm tính
thống nhất, đúng đắn và chính xác của các phép đo trong phạm vi từng nước và trên
toàn thế giới.
Có thể phân loại chuẩn theo độ chính xác hoặc mục đích sử dụng. Căn cứ theo
độ chính xác có thể phân loại như sau:
Chuẩn đầu (Primary standard): Là chuẩn được chỉ định hay thừa nhận rộng rãi
là có chất lượng về mặt đo lường cao nhất và các giá trị của nó được chấp nhận không
dựa vào các chuẩn khác của cùng đại lượng.
Chuẩn thứ (Secondary standard): là chuẩn mà giá trị của nó được ấn định bằng
cách so sánh với chuẩn đầu của cùng đại lượng.
Chuẩn bậc I: là chuẩn mà giá trị của nó được ấn định bằng cách so sánh với
chuẩn thứ của cùng đại lượng
Chuẩn bậc II: là chuẩn mà giá trị của nó được ấn định bằng cách so sánh với
chuẩn bậc I của cùng đại lượng.

Căn cứ theo chức năng, mục đích sử dụng có thể phân loại:
Chuẩn quốc tế (International standard): là chuẩn được một hiệp định quốc tế
công nhận để làm cơ sở ấn định giá trị cho các chuẩn khác của đại lượng có liên quan
trên phạm vi quốc tế.
Chuẩn quốc gia (National standard): là chuẩn được một quyết định có tính chất
quốc gia công nhận để làm cơ sở ấn định giá trị cho các chuẩn khác có liên quan trong
một nước.

17


Chuẩn chính (Reference standard): là chuẩn thường có chất lượng cao nhất về
mặt đo lường có thể có ở một địa phương hoặc một tổ chức xác định mà các phép đo ở
đó đều được dẫn xuất từ chuẩn này.
Chuẩn công tác (Working standard): là chuẩn được dùng thường xuyên để hiệu
chuẩn hoặc kiểm tra vật đo, phương tiện đo hoặc mẫu chuẩn.
Chuẩn so sánh (Transfer standard): là chuẩn được sử dụng như là một phương
tiện để so sánh các chuẩn.
1.3.2. Hiệu chuẩn phương tiện đo và vấn đề liên kết chuẩn
Truyền đạt chính xác độ lớn của đơn vị đo lường từ chuẩn cao nhất đến các
phương tiện đo thông dụng nhất là biện pháp cơ bản để đảm bảo tính thống nhất và độ
chính xác cần thiết của phương tiện đo và từ đó đảm bảo tính thống nhất và độ chính
xác cần thiết của tất cả các phép đo trong từng nước và trên thế giới. Hiệu chuẩn
phương tiện đo là biện pháp quan trọng để đạt tới mục tiêu này.
Hiệu chuẩn là tập hợp các thao tác trong điều kiện quy định để thiết lập mối
quan hệ giữa các giá trị của đại lượng được chỉ bởi phương tiện đo, hệ thống đo hoặc
giá trị được thể hiện bằng vật đọ hoặc mẫu chuẩn và các giá trị tương ứng thể hiện
bằng chuẩn đo lường
Hiệu chuẩn cũng có thể xác định các tính chất đo lường. Xét về mặt kỹ thuật,
nội dung cơ bản của việc hiệu chuẩn chính là việc so sánh phương tiện đo với chuẩn đo

lường để đánh giá sai số và các đặc trưng kỹ thuật, đo lường khác của nó.
Kết hợp sự phân loại chuẩn đo lường và phương tiện đo theo độ chính xác với
sự phân loại chuẩn và phương tiện đo theo mục đích sử dụng và chức năng sử dụng của
chuẩn ta có thể tóm tắt bản chất kỹ thuật của việc hiệu chuẩn theo sơ đồ hình 1.1
Trước hết, đơn vị được thể hiện bằng chuẩn đầu quốc gia, sau đó được truyền
lần lượt đến các chuẩn chính ở các bậc chính xác khác nhau bằng việc hiệu chuẩn. Tùy
18


theo độ chính xác mà các phương tiện đo được hiệu chuẩn bằng cách so sánh với chuẩn
công tác ở bậc chính xác này hay bậc chính xác khác. Tương tự như vậy, chuẩn công
tác cũng được hiệu chuẩn bằng các so sánh với chuẩn chính này hay chuẩn chính khác
tùy theo độ chính xác của nó.
Một đặc trưng rất quan trọng của việc hiệu chuẩn là phải đảm bảo tính liên kết
chuẩn đo lường của nó. Theo TCVN 6165:1996 định nghĩa liên kết chuẩn đo lường là
tính chất của kết quả đo hoặc giá trị của một chuẩn mà nhờ đó có thể liên hệ với những
chuẩn đã định, thường là chuẩn quốc gia hay chuẩn quốc tế, thông qua một chuỗi so
sánh không đứt đoạn với những độ không đảm bảo xác định. Chuỗi so sánh không đứt
đoạn được gọi là chuỗi liên kết chuẩn.
Phép hiệu chuẩn có tính liên kết chuẩn đạt tới được khi từng phương tiện đo và
chuẩn trong một hệ thống thứ bậc từ thấp nhất đến cao nhất, mở rộng tới chuẩn quốc
gia và chuẩn quốc tế, đều đã được hiệu chuẩn một cách thích hợp. Các kết quả hiệu
chuẩn được thể hiện thành tài liệu cụ thể để cung cấp nhưng thông tin cần thiết chỉ ra
rằng tất cả các phép hiệu chuẩn đều được thực hiện một cách đúng dắn và mỗi phép
hiệu chuẩn này là một mắt xích liên tục trong chuỗi các so sánh không đứt đoạn.
Để đảm bảo việc truyền đơn vị từ chuẩn đo lường đến các phương tiện đo lường
được chính xác, thống nhất, tức là để đảm bảo tính liên kết chuẩn, người ta thường xây
dựng các sơ đồ hiệu chuẩn cho từng loại phương tiện đo. Sơ đồ hiệu chuẩn trình bày
phương tiện, phương pháp và độ không đảm bảo của việc truyền đơn vị từ chuẩn đến
các phương tiện đo.

19


Hình 1.1 Sơ đồ liên kết chuẩn

20


1.4 Vài nét về chuẩn công suất xoay chiều tại VMI
Từ năm 2006 đến 2013, tại Phòng đo lường điện – Viện đo lường Việt Nam
chuẩn công suất xoay chiều tần số công nghiệp là chuẩn chuyển đổi công suất C1-2.
Để đảm bảo duy trì và liên kết chuẩn, hàng năm chuẩn phải gửi đi hiệu chuẩn tại các
quốc gia có trình độ chuẩn cao hơn (Viện đo lường Hàn Quốc - Kriss) được dẫn xuất
đến chuẩn Quốc tế.
Từ năm 2014, được sự quan tâm của Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng
cùng với dự án tăng cường trang thiết bị của Viện Đo lường Việt Nam, phòng thí
nghiệm đã được trang bị thêm chuẩn chuyển đổi công suất MSB 100 phục vụ cho việc
duy trì, dẫn xuất chuẩn công suất xoay chiều tần số công nghiệp. Để nâng cao, đảm bảo
độ chính xác của chuẩn thì việc nghiên cứu, xây dựng và thiết lập một nhóm chuẩn
công suất để duy trì, đánh giá sự ổn định, độ chính xác cũng như khả năng hiệu chuẩn
trong điều kiện cụ thể hiện có là cần thiết và có ý nghĩa hết sức thiết thực.
Các đặc trưng kỹ thuật của chuẩn:
Chuẩn công suất
- Tên chuẩn: Bộ chuyển đổi công suất C 1-2
- Số hiệu: 23028
- Nước sản xuất: Đức
- Năm sản xuất: 2000
- Độ chính xác: 0,005%
- Độ ổn định: 0,001% (24 giờ) ; 0,003% (6 tháng); 0,005% (12 tháng)

Đặc trưng kỹ thuật và đo lường của chuẩn
+ Nguồn nuôi

: (220-240)

21

V ±10%


+ Điện áp đo

: 240

V

+ Dòng điện đo

: 5

A

+ Tần số

: (45-65)

Hz

+ Dài nhiệt độ làm việc

: (10 – 30)

˚C

+ Điện áp ra (Công suất)

: 10

VDC

+ Tần số ra (Điện năng)

: 10

Hz

10

kHz

Hình 1.2 Chuẩn chuyển đổi công suất C1-2

22


1.5 Yêu cầu và các nội dung chính cần giải quyết của luận văn
Với các nội dung đã trình bày ở trên, yêu cầu đặt ra là phải nghiên cứu và xây
dựng phương pháp duy trì, dẫn xuất hệ thống chuẩn công suất xoay chiều từ điều kiện
hiện có; đánh giá phương pháp và kết quả áp dụng phương pháp nhằm đáp ứng được
các yêu cầu kỹ thuật đo lường đối với một chuẩn đo lường.

Các nội dung cần giải quyết của luận văn là:
- Thiết lập và xây dựng phương pháp duy trì hệ thống chuẩn đo lường lĩnh vực công
suất xoay chiều tần số công nghiệp.
- Thiết lập và xây dựng phương pháp dẫn xuất từ hệ thống chuẩn đo lường lĩnh vực
công suất xoay chiều xuống các chuẩn chính và chuẩn công tác.
- Tính toán và xử lý số liệu đo cho các phương pháp duy trì, dẫn xuất.

23


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT LĨNH VỰC ĐO CÔNG SUẤT XOAY CHIỀU
2.1 Các phương pháp đo công suất
2.1.1 Tổng quan về phương pháp đo ([6])
TCVN 6165-1996 đã định nghĩa phương pháp đo là trình tự logic của các thao
tác được mô tả một cách tổng quát để thực hiện phép đo. Như vậy, phương pháp đo
chính là cách thức sử dụng nguyên lý đo và phương tiện đo. Trong đó, nguyên lý đo
được hiểu là cơ sở khoa học của phép đo. Số phương pháp đo càng ngày càng tăng lên
và càng đa dạng. Tuy nhiên có thể sắp xếp chúng theo một đặc trưng chung nhất đo là
cách so sánh đại lượng đo với đơn vị đo. Theo cách này, các phương pháp đo được chia
thành hai nhóm: Phương pháp đánh giá trực tiếp và phương pháp so sánh với vật đọ.
Phương pháp đánh giá trực tiếp: Là phương pháp đo trong đó giá trị đại lượng
được đọc trực tiếp ngay trên bộ phận chỉ thị của phương tiện đo. Đo theo phương pháp
này, người đo không phải thực hiện thêm một thao tác nào ngoài việc đưa đại lượng đo
vào phương tiện đo. Phương pháp đo này đơn giản nhưng độ chính xác không cao.
Phương pháp so sánh với chuẩn là phương pháp đo trong đó đại lượng đo được
so sánh với đại lượng thể hiện bằng chuẩn (Vật đọ). Quá trình so sánh có thể tiến hành
với chính đại lượng đo hoặc thông qua đại lượng đo khác có liên quan với nó. Phương
pháp đo này cho khả năng nhận được kết quả đo với độ chính xác cao hơn phương pháp
đánh giá trực tiếp. Sai số của phương pháp này chủ yếu xác định bởi sai số của chuẩn

dùng để so sánh và độ nhậy của dụng cụ chỉ thị. Thực hiện phép đo theo phương pháp
này đòi hỏi nhiều thời gian và điều kiện khắt khe, nên chủ yếu được dùng trong các
phòng thí nghiệm. Phương pháp so sánh được phân thành: Phương pháp hiệu, phương
pháp chỉ thị “0”, phương pháp thế và phương pháp trùng.

24


Phương pháp hiệu là phương pháp so sánh trong đó hiệu của đại lượng đo và đại
lượng thể hiện bằng chuẩn tác động lên dụng cụ chỉ thị. Giá trị của chuẩn được chọn
gần với giá trị đại lượng đo, điều này cho phép với một chuẩn có độ chính xác cao, chỉ
cần một phương tiện đo thông thường (độ chính xác thấp) cũng vẫn thu được kết quả đo
có độ chính xác cao. Giá trị của đại lượng đo bằng tổng giá trị của chuẩn và giá trị hiệu
trên.
Phương pháp chỉ thị “0” là phương pháp so sánh trong đó tác dụng của các đại
lượng so sánh được điều chỉnh để đưa số chỉ trên dụng cụ chỉ thị về vị trí vạch “0”
(trạng thái cân bằng), khi đó giá trị của đại lượng đo bằng giá trị của chuẩn. Phương
pháp này là trường hợp đặc biệt của phương pháp hiệu và được áp dụng rộng rãi trong
đo lường điện
Phương pháp thế là phương pháp đo trong đó đại lượng đo được thay thế bởi đại
lượng thể hiện bằng chuẩn. Phương pháp này đạt độ chính xác cao hơn so với các
phương pháp so sánh khác vì đại lượng đo và chuẩn cùng được đặt vào một phần tử của
phương tiện đo, nên loại trừ được sai số do tính không đối xứng của mạch đo gây ra.
Phương pháp thế là phương pháp đo để loại trừ sai số hệ thống của phương pháp đo.
Phương pháp trùng là phương pháp đo trong đó giá trị đại lượng đo được xác
định bằng cách sử dụng vạch trên thang đo hoặc của tín hiệu đặc trưng cho giá trị của
đại lượng đo với vạch hoặc tín hiệu tương tự của đại lượng cùng loại có giá trị đã biết
chính xác
2.1.2. Các phương pháp đo công suất cơ bản
2.1.2.1 Phương pháp dùng Wattmet điện động

Trong cơ cấu điện động:
: là một hàm phụ thuộc vào tích của 2 dòng điện I1 và I2.

25