Bài 09 thiết bị đo số

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU
ĐO LƯỜNG
Mai Quốc Khánh
Nguyễn Hùng An
Học viện KTQS
06/2019

*


Tài liệu tham khảo
1. Xử lý tín hiệu đo lường (Tập bài giảng), Mai Quốc Khánh,
Nguyễn Hùng An, Bộ môn LTM-ĐL / Khoa VTĐT, 2019.
2. Kỹ thuật xử lý tín hiệu đo lường, Nguyễn Hùng An, Mai
Quốc Khánh, Dương Đức Hà, Nhà xuất bản Khoa học kỹ
thuật, năm 2019.

2


Bài 9: Thiết bị đo số
1. Máy đo vạn năng số và bộ đếm tần
2. Máy hiện sóng số
3. Đo lường số công suất và năng lượng

3


1. Máy đo vạn năng số và tần kế số

•

Máy đo vạn năng số (đồng hồ vạn năng số)

•

Bộ đếm tần


Khái niệm thiết bị đo số
• Thiết bị đo với hầu hết các thao tác xử lý tín hiệu được

thực hiện bằng phương pháp số.
• Đang dần thay thế các thiết bị đo tương tự.

5


Máy đo vạn năng số
• Máy đo vạn năng số DMM (Digital Multimeter) điển hình

cho phép đo điện áp, dòng điện, điện trở và tần số.
• Ngoài ra, một số máy đo vạn năng còn cho phép đo điện

dung, kiểm tra đi ốt và transistor, đo nhiệt độ ...
Hand-held DMM

Portable DMM

Bench-top DMM

6


Máy đo vạn năng số (tt)
 Một số DMM còn được kết hợp với máy hiện sóng số 

ScopeMeter.

ScopeMeter 190-204 của Fluke

ScopeMeter U1620 của Agilent

7


Sơ đồ khối chức năng của DMM

SĐK chức năng của DMM điển hình
• Mạch vào bao gồm các mạch điều phối:
•
•
•
•

Bộ phân áp (hoặc BKĐ) để đo điện áp trong các dải khác nhau
Các điện trở shunt để đo dòng điện
Nguồn cung cấp để đo trở kháng
Các bộ chuyển đổi DC/AC
8

Mạch điều khiển logic và mạch giao tiếp
• Mạch điều khiển logic: điều khiển mọi chức năng của DMM

như thay đổi tự động thang đo (trong một số DMM), đồng
bộ chu trình đo, điều khiển ADC, ghi dữ liệu vào bộ nhớ ...
• Mạch giao tiếp: cho phép truyền dữ liệu từ DMM tới các

thiết bị ngoại vi (máy tính, máy in ...) và điều khiển DMM
bằng hệ thống máy tính bên ngoài (VD, thay đổi phạm vi
của các hàm).
• Các DMM cao cấp được trang bị giao tiếp GPIB.

• Các DMM thông thường được trang bị giao tiếp RS232, USB,

RJ-45 (LAN) ...
9


Một số giao tiếp của DMM
Mặt trước

Mặt sau

Ví dụ một số giao
tiếp của DM 3058
của Rigol

10

Ví dụ về chất lượng của một số DMM
Kiểu

Xách tay

Thiết bị
phòng Lab

Độ chính xác

Model

110

34401A

2002

Nhà sản xuất

Fluke

Agilent

Keithley

Số digit

3 ¾ (6000)

6½

7 hoặc 7 ½

Phép đo

U, I, R, C, F

U, I, R, F

U, I, R, F, T

Độ bất định DC

0,7%

0,0035+0,0005%

0,0006+0,00008%

Rin trong điện áp DC

10 M

>10 G

>10 G

Độ bất định AC

1%

0,06+0,03%

0,02+0,01%

Băng thông

50-500 Hz

10 Hz - 300 Hz

1 Hz - 2 MHz

Tốc độ đọc

40/s

1000/s DC. 50/s AC

2000/s 4 ½ số

Bộ nhớ

512 kết quả

30000 kết quả

Giao tiếp

RS232C, HPIB

GPIB

Phép đo 200mV

Chất lượng của một số DMM

11


Ví dụ về máy đo vạn năng số

Ví dụ: DMM phòng thí nghiệm 34401A của Agilent

 Chức năng: đo điện áp, dòng điện (DC,AC), điện trở, tần số.

 Sai số khoảng 0,004% DC và 0,1% AC.
 Khi đo giá trị AC, thiết bị đo làm việc như một vôn mét DC

với chuyển đổi AC rms /DC.
12


Mạch vào của DMM
Mạch vào của
DMM điển hình

• Đo AC và DC được thực hiện riêng biệt

rms  AC  DC   AC 2  DC 2

• Khi đo DC, mạch vào được cách ly bằng tụ điện.
• Khi đo AC, mạch vào mắc thêm bộ chuyển đổi AC/DC.
• Nếu chuyển đổi này tính giá trị rms của tín hiệu vào AC 

thiết bị đo True RMS.
13


Mạch vào đo điện dung

Các mạch vào cho phép đo điện dung

• Quá trình đo được chia thành 2 chu trình:

1) Chuyển mạch ở vị trí 1: tụ điện đo được nạp điện từ điện áp
nguồn Uref qua điện trở R.
2) Chuyển mạch ở vị trí 2: tụ phóng điện.
14


Mạch vào đo điện dung (tt)

 Điện dung đo tỷ lệ với điện tích Q  tín hiệu ra của mạch

tích phân tỷ lệ với điện dung cần đo
T

 idt

Q
C
0
U ref U ref

15


Mạch vào đo điện dung (tt)
 Điện áp trên tụ điện tăng

theo hàm mũ

U c  U ref 1  e  t / RC 

 Sau thời gian=RC điện áp đạt

tới 0,632 Uref , bằng điện áp
đầu vào thứ hai  thì bộ so
sánh đóng cổng sau thời gian
.
 Như vậy, điện dung cần đo đã được chuyển đổi thành
khoảng thời gian.
 Nếu bộ dao động mẫu được nối tới cổng thì bộ đếm số chỉ
trực tiếp điện dung cần đo.

16

Đo trở kháng
 Thay vì sử dụng các dụng cụ đo trở kháng chuyên dụng (đắt

tiền) xác định trở kháng sử dụng phương pháp 3 vôn mét.
U12  U 22  U 32
cos  
2U 2U 3

U3 U3
Zx 

R
I U2

Rx  Z x cos 
X x  Z x2  Rx2

 Có thể sử dụng 1 vôn mét (DMM) được nối tới ba nguồn tín

hiệu U1, U2, U3 dùng chuyển mạch.

Đo trở kháng theo phương pháp 3 vôn mét

17


ADC trong DMM
 Các ADC thường dùng trong DMM:
 ADC kiểu tích phân (thông dụng nhất) do có khả năng khắc

phục ảnh hưởng của nhiễu tần số tương ứng với thời gian
tích phân (thường là nhiễu 50 Hz).
 ADC kiểu Delta-Sigma (một số DMM gần đây),
 ADC kiểu SAR (hiếm gặp hơn).

18


Bộ đếm tần
Đo tần số

Đo chu kỳ

• Đối với tần số cao  đo tần số
• Đối với tần số thấp  đo chu kỳ.
19


Ví dụ về bộ đếm tần

Ví dụ về Bộ đếm tần 1823A của BK Precision

20


2. Máy hiện sóng số


Máy hiện sóng số
 Dạng sóng tương tự được chuyển đổi thành tín

hiệu số.
 Ứng dụng:
 Quan sát và đo các tham số (biên độ, tần số, pha ...)

của tín hiệu
 Ghi lại và tái tạo tín hiệu hình ảnh của nhiều tín hiệu
ở cùng thời điểm (hoạt động đa kênh).
 Có thể có các chức năng khác: phân tích phổ, lấy
trung bình, tích phân tín hiệu

22


Máy hiện sóng số (tt)

Ví dụ về màn hình của máy hiện sóng số
23


Máy hiện sóng số (tt)

Ví dụ về MHS số

24


Máy hiện sóng số (tt)

Sơ đồ khối của máy hiện sóng số điển hình

25