Giáo trình Đo lường điện - Nghề: Điện công nghiệp (Cao đẳng) - CĐ Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa-Vũng Tàu

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT
TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ

GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: ĐO LƢỜNG ĐIỆN
NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ
Ban hành kèm theo Quyết định số: 01 /QĐ-CĐN ngày 04 tháng 01 năm 2016
của Hiệu trƣởng trƣờng Cao đẳng nghề tỉnh BR - VT

Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2016

1


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham
khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

2


LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình “đo lƣờng điện” nhằm cung cấp cho học sinh, sinh viên những kiến
thức, kỹ năng cơ bản về phƣơng pháp và kỹ thuật đo lƣờng các đại lƣợng điện.
Giáo trình này gồm 11 bài.
Yêu cầu đối với học sinh sau khi học xong module này học sinh phải, biết sử
dụng, lắp đặt thành thạo các dụng cụ, thiết bị đo các đại lƣợng điện cơ bản.

Giáo trình này là tài liệu tham khảo cho học sinh, sinh viên chuyên nghành
Điện công nghiệp, điện dân dụng, lắp đặt điện, kỹ thuật đo lƣờng.
Trong quá trình biên soạn chắc chắn chúng tôi còn có nhiều thiếu sót, mong
quý độc giả góp ý để chúng tôi hoàn thiện tốt hơn cho lần chỉnh sữa sau. Mọi
góp ý xin gửi về Email: hoặc
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 31 tháng 8 năm 2015
Tham gia biên soạn
1. Nguyễn Trọng Công

chủ biên

2. Nguyễn Thị Tƣơi

3


MỤC LỤC
TRANG
BÀI 01: ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐO LƢỜNG ĐIỆN .................................................. 7
1. Khái niệm về đo lƣờng điện ........................................................................... 7
1.1. Khái niệm về đo lƣờng. .............................................................................. 7
1.2. Khái niệm về đo lƣờng điện. ........................................................................ 8
1.3. Các phƣơng pháp đo. ................................................................................... 8
1.3.1. Phƣơng pháp biến đổi thẳng. .................................................................... 8
1.3.2. Phƣơng pháp đo kiểu so sánh ................................................................... 9
2. Các sai số và phƣơng pháp hạn chế sai số..................................................... 11
2.1. Khái niệm về sai số. .................................................................................. 11
2.2. Các loại sai số. ........................................................................................... 12
2.2.1. Sai số hệ thống (systematic error): .......................................................... 12

2.2.2. Sai số ngẫu nhiên. ................................................................................... 12
2.2.3. Sai số dối (nhầm lẫn) .............................................................................. 13
2.3. Các phƣơng pháp hạn chế sai số. ............................................................... 14
BÀI 02: LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN ÁP ................................................. 16
1. Nguyên lý đo điện áp. ................................................................................... 16
1.1. Hình ảnh vôn kế. ...................................................................................... 16
1.2. Nguyên lý đo điện áp. ................................................................................ 17
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của Vôn mét ................................................. 17
2.1 Cơ cấu đo từ điện. ...................................................................................... 17
2.1.1 Cấu tạo. ................................................................................................... 17
2.1.2 Nguyên lý hoạt động ............................................................................... 18
2.2. Cơ cấu đo điện từ ...................................................................................... 18
2.2.1. Cấu tạo ................................................................................................... 18
2.2.2. Nguyên lý hoạt động .............................................................................. 19
2.3 Cơ cấu đo điện động. .................................................................................. 20
2.3.1. Cấu tạo. .................................................................................................. 20
2.3.2 Nguyên lý hoạt động ............................................................................... 20
1


3. Mở rộng thang đo Vôn mét .......................................................................... 21
3.1 Vôn mét từ điện .......................................................................................... 21
3.2 Vôn mét điện từ. ......................................................................................... 23
3.3 Vôn mét điện động ..................................................................................... 24
4. Đo điện áp xoay chiều (AC). ........................................................................ 25
4.1. Vị trí lắp đặt Vôn kế. ................................................................................. 25
4.2. Các bƣớc lắp đặt vôn kế đo điện áp nguồn một pha ................................... 25
4.3. Bài tập thực hành ....................................................................................... 28
5. Đo điện áp một chiều ( DC ) ......................................................................... 28
BÀI 03: LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO DÒNG ĐIỆN ........................................... 30

1. Nguyên lý đo dòng điện ............................................................................... 30
1.1. Hình ảnh ampe mét. .................................................................................. 30
1.2. Nguyên lý đo dòng điện. ............................................................................ 31
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của Ampe mét .............................................. 31
2.1. Các yêu cầu cơ bản đối với Ampe mét. .................................................... 31
2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của Ampe mét ........................................... 32
2. 2.1 Cơ cấu đo từ điện.................................................................................... 32
2. 2.2. Cơ cấu đo điện từ................................................................................... 33
2. 2.3 Cơ cấu đo điện động. .............................................................................. 34
3. Mở rộng thang đo ampe mét ......................................................................... 36
3.1 Ampe mét từ điện ....................................................................................... 36
3.2 Ampe mét điện từ ....................................................................................... 38
3.3 Ampe mét điện động .................................................................................. 39
4. Đo dòng điện xoay chiều (AC) ..................................................................... 40
4.1. Vị trí lắp đặt Ampe kế. .............................................................................. 40
4.2. Các bƣớc lắp đặt vôn kế đo dòng điện. ...................................................... 40
5. Đo dòng điện một chiều (DC)....................................................................... 43
BÀI 04: LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO TẦN SỐ ................................................... 45
1. Khái quát chung ........................................................................................... 45
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tần số kế. ................................................ 47
2


2.1 Tần số kế cộng hƣởng điện từ. .................................................................... 47
2.2 Tần số kế cộng hƣởng điện. ........................................................................ 48
2.3. Tần số kế điện tử. ...................................................................................... 48
2.4. Cầu đo tần số. ........................................................................................... 49
2.5.Tần số kế chỉ thị số ................................................................................... 49
2.5. Máy hiện thị sóng oscillocope .................................................................. 50
3. Lắp đặt đồng hồ đo tần số kế. ....................................................................... 51

3.1. Vị trí lắp đặt tần số kế. ............................................................................... 51
3.2. Các bƣớc lắp đặt tần số kế. ........................................................................ 51
BÀI 05: LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO CÔNG SUẤT........................................... 53
1. Khái quát chung ........................................................................................... 53
2. Cấu tạo của oát kế ........................................................................................ 54
3. Nguyên lý làm việc....................................................................................... 54
4. Đo công suất 1 pha. ...................................................................................... 54
4.1. Vị trí lắp đặt oát kế. ................................................................................... 54
4.2. Các bƣớc lắp đặt oát kế. ............................................................................ 54
5. Đo công suất 3 pha. ...................................................................................... 55
5.1. Nguyên lý chung: ...................................................................................... 55
5.2.Đo công suất ba pha bằng một watmet: ...................................................... 56
5.3.Đo công suất bằng hai watmet: ................................................................... 57
5.4. Đo công suất bằng ba watmet: .................................................................. 58
5.5. Các bƣớc lắp đặt. ....................................................................................... 60
6. Đo công suất một chiều: .............................................................................. 60
6.1. Dùng vôn kế + Ampe kế một chiều ........................................................... 60
6.2. Dùng oát kế một chiều ............................................................................... 60
6.3. Các bƣớc lắp đặt ........................................................................................ 61
BÀI 06: LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ ........................ 62
1. Khái quát chung ........................................................................................... 62
2. Đo điện năng 1 pha ....................................................................................... 62
2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu chỉ thị cảm ứng. .................... 62
3


2.1.2. Cấu tạo công tơ điện 1 pha: .................................................................... 63
2.1.3. Hiệu chỉnh công tơ điện. ........................................................................ 64
2.2. Sơ đồ nguyên lý ......................................................................................... 65
2.3. Sơ đồ lắp đặt.............................................................................................. 66

2.4. Đọc các thông số trên mặt công tơ ............................................................. 67
2.5 Lắp đặt công tơ điện 1 pha.......................................................................... 67
2.6. Chọn công tơ 1 pha.................................................................................... 68
3. Đo điện năng 3 pha ....................................................................................... 69
3.1 Cấu tạo của công tơ điện 3 pha ................................................................... 69
3.2. Sơ đồ nguyên lý ......................................................................................... 70
3.3. Sơ đồ lắp đặt.............................................................................................. 71
3.4. Đọc các thông số trên mặt công tơ. ............................................................ 74
3.5 Lắp đặt công tơ 3 pha trực tiếp ................................................................... 75
3.6 Lắp đặt công tơ 3 pha gián tiếp ................................................................... 75
3.7. Chọn công tơ 3 pha.................................................................................... 76
BÀI 07: ĐO ĐIỆN TRỞ ................................................................................... 78
1. Phân loại điện trở ......................................................................................... 78
2. Đo điện trở bằng ôm kế. .............................................................................. 78
3. Đo điện trở bằng cầu điện trở. ..................................................................... 81
3.1. Cầu đơn ..................................................................................................... 81
3.2 Cầu kép ...................................................................................................... 83
4. Đo điện trở nối đất. ...................................................................................... 84
4.1 Công dụng .................................................................................................. 84
4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động .................................................................. 84
4.3. Đo điện trở bằng Mê ga ôm ....................................................................... 85
5. Đo điện trở nối đất ....................................................................................... 87
5.1. Sơ đồ kiểm tra điện trở tiếp đất .................................................................. 88
5.2. Các bƣớc đo điện trở đất ............................................................................ 88
5.3 Cách bố trí điện cực nối đất giả .................................................................. 89
BÀI 08: SỬ DỤNG ĐỒNG HỒ VẠN NĂNG.................................................. 92
4


1. Các bộ phận chính của VOM ........................................................................ 92

2. Cách sử dụng thang đo ................................................................................. 93
3. Cách đọc thang đọc trên mặt đồng hồ ........................................................... 94
4. Đo điện áp. ................................................................................................... 95
4.1. Đo điện áp xoay chiều (ACV) ................................................................... 95
4.2. Đo điện áp một chiều (DCV) ..................................................................... 98
5. Đo điện trở ................................................................................................. 100
6. Kiểm tra diode. ........................................................................................... 101
7. Kiểm tra tụ điện. ......................................................................................... 102
8. Đo dòng điện một chiều (AC.mA) .............................................................. 102
BÀI 09: SỬ DỤNG AMPE KÌM .................................................................... 104
1. Các bộ phận chính của Ampe kìm .............................................................. 104
2. Cách sử dụng thang đo. .............................................................................. 106
3. Cách đọc thang đọc trên mặt đồng hồ. ........................................................ 107
4. Đo dòng điện. ............................................................................................. 108
5. Đo điện áp. ................................................................................................. 109
6. Đo điện trở. ................................................................................................ 110
BÀI 10: LẮP ĐẶT MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP .................................................... 111
1. Cấu tạo máy biến điện áp. .......................................................................... 112
2. Nguyên lý làm việc của máy biến điện áp. ................................................. 113
3. Lựa chọn máy biến điện áp. ........................................................................ 114
4. Lắp đặt máy biến điện áp. ........................................................................... 114
BÀI 11: LẮP ĐẶT MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN .............................................. 116
1. Cấu tạo máy biến dòng điện. ...................................................................... 116
2. Nguyên lý làm việc của máy biến dòng điện. ............................................. 117
3. Lựa chọn máy biến dòng điện. .................................................................... 118
4. Lắp đặt máy biến dòng điện........................................................................ 118
CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG DO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP ........................ 120
CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN ............................................................ 121
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 121
5

MÔ ĐUN: ĐO LƢỜNG ĐIỆN
Mã mô đun: MĐ13
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:
- Vị trí: Mô đun này học sau các môn học An toàn lao động; Mạch điện..
- Tính chất: Là mô đun kĩ thuật chuyên môn, thuộc mô đun đào tạo nghề bắt
buộc
Mục tiêu của môn học:
- Đo đƣợc các thông số và các đại lƣợng cơ bản của mạch điện.
- Sử dụng đƣợc các loại máy đo để kiểm tra, phát hiện hƣ hỏng của thiết bị/ hệ
thống điện.
- Gia công kết quả đo nhanh chóng, chính xác.
- Đảm bảo an toàn cho ngƣời và thiết bị.
- Phát huy tính chủ động, sáng tạo và tập trung trong công việc.
Nội dung của module:

1
2
3

Đại cƣơng về đo lƣờng điện
Lắp đặt đồng hồ đo điện áp
Lắp đặt đồng hồ đo dòng điện
Kiểm tra bài 1, 2, 3

4
8
8
1

Hình thức
giảng dạy
Lý thuyết
Tích hợp
Tích hợp
Tích hợp

4
5
6

Lắp đặt đồng hồ đo tần số
Lắp đặt đồng hồ đo công suất
Lắp đặt đồng hồ đo điện năng tiêu thụ

4
6
10

Tích hợp
Tích hợp
Tích hợp

Kiểm tra bài 4, 5, 6

1

Tích hợp

Đo điện trở
Sử dụng đồng hồ vạn năng
Sử dụng Am pe kìm
Kiểm tra bài 7, 8, 9
Lắp đặt máy biến điện áp

15
12
8
2
5

Tích hợp
Tích hợp
Tích hợp
Tích hợp
Tích hợp

Lắp đặt máy biến dòng điện
Kiểm tra 10, 11

5
1

Tích hợp
Tích hợp

Số TT

7

8
9
10
11

Tên các bài trong mô đun

Cộng

Thời gian

90

6


BÀI 01
ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐO LƢỜNG ĐIỆN
Giới thiệu:
Bài 01 trình bày khái niệm đo lƣờng, các phƣơng pháp đo và các dạng sai số,
cách hạn chế sai số trong đo lƣờng.
Mục tiêu:
- Giải thích các khái niệm về đo lƣờng, đo lƣờng điện.
- Nắm đƣợc các loại sai số của phép đo, vận dụng phù hợp các phƣơng pháp
hạn chế sai số.
- Đo các đại lƣợng điện bằng phƣơng pháp đo trực tiếp hoặc gián tiếp.
- Rèn luyện tính chin
́ h xác , chủ động, nghiêm túc trong công việc.
Nội dung:
1. Khái niệm về đo lƣờng điện

1.1. Khái niệm về đo lƣờng.
Trong quá trình nghiên cứu khoa học nói chung và cụ thể là từ việc nghiên
cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm cho đến khi vận hành, sữa chữa các thiết bị,
các quá trình công nghệ… đều yêu cầu phải biết rõ các thông số của đối tƣợng
để có các quyết định phù hợp. Sự đánh giá các thông số quan tâm của các đối
tƣợng nghiên cứu đƣợc thực hiện bằng cách đo các đại lƣợng vật lý đặc trƣng
cho các thông số đó.
Đo lƣờng là một quá trình đánh giá, định lƣợng về đại lƣợng cần đo để
có kết quả bằng số so với đơn vị đo.
Kết quả đo lƣờng (Ax) là giá trị bằng số, đƣợc định nghĩa bằng tỉ số giữa đại
lƣợng cần đo (X) và đơn vị đo (X o):
Ax = X/Xo.

1.1

Từ (1.1) có phƣơng trình cơ bản của phép đo:
X = Ax .Xo
7


Chỉ rõ sự so sánh X so với Xo, nhƣ vậy muốn đo đƣợc thì đại lƣợng cần đo X
phải có tính chất là các giá trị của nó có thể so sánh đƣợc, khi muốn đo một đại
lƣợng không có tính chất so sánh đƣợc thƣờng phải chuyển đổi chúng thành đại
lƣợng có thể so sánh đƣợc.
Ví dụ: đo đƣợc dòng điện I=5A, có nghĩa là: đại lƣợng cần đo là dòng điện I,
đơn vị đo là A(ampe), kết quả bằng số là 5.
1.2. Khái niệm về đo lƣờng điện.
Đo lƣờng điện là một quá trình đánh giá định lƣợng về các đại lƣợng điện
(điện áp, dòng điện, điện trở, điện dung, điện cảm, tần số, công suất, điện năng,
hệ số công suất… ) để có kết quả bằng số so với đơn vị đo.

1.3 Các phƣơng pháp đo.
Định nghĩa:
Phƣơng pháp đo là việc phối hợp các thao tác cơ bản trong quá trình đo, bao
gồm các thao tác: xác định mẫu và thành lập mẫu, so sánh, biến đổi, thể hiện kết
quả hay chỉ thị.
Phân loại:
Trong thực tế thƣờng phân thành hai loại phƣơng pháp đo:
o

Phƣơng pháp đo biến đổi thẳng.

o

Phƣơng pháp đo so sánh.

1.3.1 Phƣơng pháp biến đổi thẳng.
- Định nghĩa:
Là phƣơng pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa là không
có khâu phản hồi.
- Quá trình thực hiện:
+ Đại lƣợng cần đo X qua các khâu biến đổi để biến đổi thành con số N X, đồng
thời đơn vị của đại lƣợng đo XO cũng đƣợc biến đổi thành con số NO .
+ Tiến hành quá trình so sánh giữa đại lƣợng đo và đơn vị (thực hiện phép chia
NX/NO),
Thu đƣợc kết quả đo:

AX = X/XO = NX/NO

(1.2)

8


X
X

BĐ

A/D
X0

Nx
N0

Nx
N0

SS

X0

Hình 1.1: Lƣu đồ phƣơng pháp đo biến đổi thẳng
Quá trình này đƣợc gọi là quá trình biến đổi thẳng, thiết bị đo thực hiện quá
trình này gọi là thiết bị đo biến đổi thẳng. Tín hiệu đo X và tín hiệu đơn vị X O
sau khi qua khâu biến đổi (có thể là một hay nhiều khâu nối tiếp) có thể đƣợc
qua bộ biến đổi tƣơng tự-số A/D để có NX và NO , qua khâu so sánh có NX/NO.
Dụng cụ đo biến đổi thẳng thƣờng có sai số tƣơng đối lớn vì tín hiệu qua
các khâu biến đổi sẽ có sai số bằng tổng sai số của các khâu, vì vậy dụng cụ đo
loại này thƣờng đƣợc sử dụng khi độ chính xác yêu cầu của phép đo không cao
lắm.

1.3.2 Phƣơng pháp đo kiểu so sánh
- Định nghĩa: là phƣơng pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng, nghĩa
là có khâu phản hồi.

X

DX

SS

Nx

BD

A/D

CT

000

XK

D/A
Hình 1. 2: Lƣu đồ phƣơng pháp đo biến đổi kiểm so sánh
- Quá trình thực hiện:
+ Đại lƣợng đo X và đại lƣợng mẫu XO đƣợc biến đổi thành một đại lƣợng vật
lý nào đó thuận tiện cho việc so sánh.
+ Quá trình so sánh X và tín hiệu XK (tỉ lệ với XO) diễn ra trong suốt quá trình
đo, khi hai đại lƣợng bằng nhau đọc kết quả XK sẽ có đƣợc kết quả đo. Quá trình
9

đo nhƣ vậy gọi là quá trình đo kiểu so sánh. Thiết bị đo thực hiện quá trình này
gọi là thiết bị đo kiểu so sánh (hay còn gọi là kiểu bù).
- Các phƣơng pháp so sánh: bộ so sánh SS thực hiện việc so sánh đại lƣợng
đoX và đại lƣợng tỉ lệ với mẫu XK, qua bộ so sánh có: ∆X = X - XK. Tùy thuộc
vào cách so sánh mà sẽ có các phƣơng pháp sau:
+ So sánh cân bằng:
o Quá trình thực hiện: đại lƣợng cần đo X và đại lƣợng tỉ lệ với mẫu X K =
NK.XO đƣợc so sánh với nhau sao cho ∆X = 0, từ đó suy ra X = X K = NK.XO
⇒ suy ra kết quả đo:

AX= X/XO = NK

(1.3)

Trong quá trình đo, XK phải thay đổi khi X thay đổi để đƣợc kết quả so sánh
là ∆X = 0 từ đó suy ra kết quả đo.
o Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK và độ nhạy của thiết bị
chỉ thị cân bằng (độ chính xác khi nhận biết ∆X = 0).
Ví dụ: cầu đo, điện thế kế cân bằng …
+ So sánh không cân bằng:
o Quá trình thực hiện: đại lƣợng tỉ lệ với mẫu XK là không đổi và biết trƣớc,
qua bộ so sánh có đƣợc ∆X = X - XK, đo ∆X sẽ có đƣợc đại lƣợng đo X = ∆X +
XKtừ đó có kết quả đo:
AX = X/XO = (∆X + XK)/XO
o Độ chính xác: độ chính xác của phép đo chủ yếu do độ chính xác của X K
quyết định, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ chính xác của phép đo ∆X, giá trị của
∆X so với X (độ chính xác của phép đo càng cao khi ∆X càng nhỏ so với X).
Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng để đo các đại lƣợng không điện,

nhƣ đo ứng suất (dùng mạch cầu không cân bằng), đo nhiệt độ…
+ So sánh không đồng thời:
o Quá trình thực hiện: dựa trên việc so sánh các trạng thái đáp ứng của thiết
bị đo khi chịu tác động tƣơng ứng của đại lƣợng đo X và đại lƣợng tỉ lệ với mẫu
XK, khi hai trạng thái đáp ứng bằng nhau suy ra X = XK .
Đầu tiên dƣới tác động của X gây ra một trạng thái nào đo trong thiết bị đo,
sau đó thay X bằng đại lƣợng mẫu XK thích hợp sao cho cũng gây ra đúng trạng
10


thái nhƣ khi X tác động, từ đó suy ra X = XK. Nhƣ vậy rõ ràng là XK phải thay
đổi khi X thay đổi.
o Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK. Phƣơng pháp này
chính xác vì khi thay XK bằng X thì mọi trạng thái của thiết bị đo vẫn giữ
nguyên. Thƣờng thì giá trị mẫu đƣợc đƣa vào khắc độ trƣớc, sau đó qua các
vạch khắc mẫu để xác định giá trị của đại lƣợng đo X. Thiết bị đo theo phƣơng
pháp này là các thiết bị đánh giá trực tiếp nhƣ vônmét, ampemét chỉ thị kim.
+ So sánh đồng thời:
o Quá trình thực hiện: so sánh cùng lúc nhiều giá trị của đại lƣợng đo X và
đại lƣợng mẫu XK, căn cứ vào các giá trị bằng nhau suy ra giá trị của đại lƣợng
đo.
Ví dụ: xác định 1 inch bằng bao nhiêu mm: lấy thƣớc có chia độ mm (mẫu),
thƣớc kia theo inch (đại lƣợng cần đo), đặt điểm 0 trùng nhau, đọc đƣợc các
điểm trùng nhau là: 127mm và 5 inch, 254mm và 10 inch, từ đó có đƣợc:
1 inch = 127/5 = 254/10 = 25,4 mm
Trong thực tế thƣờng sử dụng phƣơng pháp này để thử nghiệm các đặc tính
của các cảm biến hay của thiết bị đo để đánh giá sai số của chúng. Từ các
phƣơng pháp đo trên có thể có các cách thực hiện phép đo là:
- Đo trực tiếp: kết quả có chỉ sau một lần đo.
- Đo gián tiếp: kết quả có bằng phép suy ra từ một số phép đo trực tiếp.

- Đo hợp bộ: nhƣ gián tiếp nhƣng phải giả một phƣơng trình hay một hệ
phƣơng trình mới có kết quả.
- Đo thống kê: đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình mới có kết quả.
2. Các sai số và phƣơng pháp hạn chế sai số.
2.1. Khái niệm về sai số.
Trong kỹ thuật đo lƣơng ngƣời ta luôn tìm cách chế tạo ra những dụng cụ
đo ngày càng chính xác hơn, hoàn hảo hơn, nhƣng vẫn không tránh khỏi sai số.
Nguyên nhân gây nên sai số thƣờng do:
-

Dụng cụ đo.

- Phƣơng pháp đo đƣợc chọn.
11


- Mức độ cẩn thận khi đo.
Do vậy kết quả đo lƣờng không đúng với giá trị chính xác của đại
lƣợng đo mà có sai số, gọi là sai số của phép đo.
Nhƣ vậy muốn có kết quả chính xác của phép đo thì trƣớc khi đo phải xem
xét các điều kiện đo để chọn phƣơng pháp đo phù hợp, sau khi đo cần phải gia
công các kết quả thu đƣợc nhằm tìm đƣợc kết quả chính xác.
2.2. Các loại sai số.
Sai số phép đo ngƣời ta thƣờng chia thành các loại sau:
2.2.1. Sai số hệ thống (systematic error):
Là những sai số phụ thuộc một cách có quy luật vào ngƣời đo, dụng cụ đo
và hoàn cảnh đo. Khi lặp lại những lần đo thì trị số gần giống nhau. Sai số hệ
thống đƣợc chia thành các loại sau.
 Sai số cơ bản của dụng cụ đo: là sai số vốn có của dụng cụ đo quyết định bởi
quá trình chế tạo, sai số này đƣợc quy về cấp độ chính xác của dụng cụ đo ở

điều kiện tiêu chuẩn.
Ví dụ: sai số hệ thống không đổi có thể là: sai số do khắc độ thang đo (vạch
khắc độ bị lệch…),
 Sai số phụ của dụng cụ đo: gây nên do điều kiện làm việc khác điều kiện tiêu
chuẩn của dụng cụ đo.
Ví dụ: Sai số hệ thống thay đổi có thể là sai số do sự dao động của nguồn
cung cấp (pin yếu, ổn áp không tốt…), do ảnh hƣởng của trƣờng điện từ, do hiệu
chỉnh dụng cụ đo không chính xác …
 Sai số do thói quen: do ngƣời đo có thói quen nhìn nghiên, nhìn lệch khi đọc
kết quả đo hoặc đặt thiết bị đo không thích hợp..
 Sai số lý luận: do dùng công thức không thích hợp khi tính toán.
2.2.2. Sai số ngẫu nhiên.
Là sai số không tuân theo một quy luật vật lý nào mà nó tuân theo quy luật
xác suất. Nguyên nhân là do sự thay đổi bất thƣờng của các điều kiện trong quá
trình đo nhƣ nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, từ trƣờng… thay đổi đột ngột. Để bớt sai
số này ta phải đo nhiều lần rồi lấy giá trị trung bình.
12


2.2.3. Sai số dối (nhầm lẫn)
Là sai số làm lệch hẳn kết quả đo do đọc nhầm thang đo, nhìn nhầm số, … kết
quả này phải hủy bỏ.
Ngoài ra để đánh giá sai số của dụng cụ đo ngƣời ta dựa vào các loại sai số
sau:
- Sai số tuyệt đối (DX): là hiệu giữa kết quả đo lƣờng X so với giá trị của đại
lƣợng đo Xth.
DX = X - Xth
Giá trị thực Xth của đại lƣợng đo: là giá trị của đại lƣợng đo xác định đƣợc với
một độ chính xác nào đó (thƣờng nhờ các dụng cụ mẫu có cấp chính xác cao
hơn dụng cụ đo đƣợc sử dụng trong phép đo đang xét).

Giá trị chính xác (giá trị đúng) của đại lƣợng đo thƣờng không biết trƣớc, vì
vậy khi đánh giá sai số của phép đo thƣờng sử dụng giá trị thực Xth của đại
lƣợng đo.
Nhƣ vậy ta chỉ có sự đánh giá gần đúng về kết quả của phép đo. Việc xác định
sai số của phép đo - tức là xác định độ tin tƣởng của kết quả đo là một trong
những nhiệm vụ cơ bản của đo lƣờng học.
- Sai số tƣơng đối (γX): là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực tính bằng
phần trăm:
Sai số tƣơng đối đặc trƣng cho chất lƣợng của phép đo.

x 

Dx
Dx
.100% 
.100%
x th
x

Vì Xth  X
Sai số tƣơng đối đặc trƣng cho chất lƣợng của phép đo.
- Cấp chính xác.
Định nghĩa: cấp chính xác của dụng cụ đo là giá trị sai số cực đại mà dụng
cụ đo mắc phải. Cấp chính xác của dụng cụ đo đƣợc qui định đúng bằng sai số
tƣơng đối qui đổi của dụng cụ đó và đƣợc Nhà nƣớc qui định cụ thể:
 qdX 

DX m
.100%
Xm

13


với: ∆Xm- sai số tuyệt đối cực đại, Xm- giá trị lớn nhất của thang đo.
Sau khi xuất xƣởng chế tạo thiết bị đo lƣờng sẽ đƣợc kiểm nghiệm chất
lƣợng, chuẩn hóa và xác định cấp chính xác. Từ cấp chính xác của thiết bị đo
lƣờng sẽ đánh giá đƣợc sai số của kết quả đo.
Thƣờng cấp chính xác của dụng cụ đo đƣợc ghi ngay trên dụng cụ hoặc ghi
trong sổ tay kĩ thuật của dụng cụ đo.
Theo quy định hiện hành của nhà nƣớc, các dụng cụ đo cơ điện có cấp chính
xác: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1.0; 1,5; 2.0; 2,5; và 4.0.
Thiết bị đo số có cấp chính xác: 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1.
2.3. Các phƣơng pháp hạn chế sai số.
Một trong những nhiệm vụ cơ bản của mỗi phép đo chính xác là phải phân
tích các nguyên nhân có thể xuất hiện và loại trừ sai số hệ thống. Mặc dù việc
phát hiện sai số hệ thống là phức tạp, nhƣng nếu đã phát hiện thì việc loại trừ sai
số hệ thống sẽ không khó khăn.
Việc loại trừ sai số hệ thống có thể tiến hành bằng cách:
- Chuẩn bị tốt trƣớc khi đo: phân tích lý thuyết; kiểm tra dụng cụ đo trƣớc
khi sử dụng; chuẩn bị trƣớc khi đo; chỉnh "0" trƣớc khi đo…
- Quá trình đo có phƣơng pháp phù hợp: tiến hành nhiều phép đo bằng các
phƣơng pháp khác nhau; sử dụng phƣơng pháp thế…
- Xử lý kết quả đo sau khi đo: sử dụng cách bù sai số ngƣợc dấu (cho một
lƣợng hiệu chỉnh với dấu ngƣợc lại); trong trƣờng hợp sai số hệ thống không đổi
thì có thể loại đƣợc bằng cách đƣa vào một lƣợng hiệu chỉnh hay một hệ số hiệu
chỉnh:
+ Lƣợng hiệu chỉnh: là giá trị cùng loại với đại lƣợng đo đƣợc đƣa thêm vào
kết quả đo nhằm loại sai số hệ thống.
+ Hệ số hiệu chỉnh: là số đƣợc nhân với kết quả đo nhàm loại trừ sai số hệ

thống.
Trong thực tế không thể loại trừ hoàn toàn sai số hệ thống. Việc giảm ảnh
hƣởng sai số hệ thống có thể thực hiện bằng cách chuyển thành sai số ngẫu
nhiên.
14


Câu hỏi bài tập:
1.1.

Khái niệm đo lƣờng và đo lƣờng điện?

1.2.

Các phƣơng pháp đo lƣờng thƣờng đƣợc sử dụng?

1.3.

Các dạng sai số và phƣơng pháp hạn chế sai số?

Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:
- Sinh viên phải nắm đƣợc khái niệm đo lƣờng và đo lƣờng điện.
- Sinh viên phải hiểu đƣợc các phƣơng pháp đo và các dạng sai số, cách hạn
chế sai số.

15


BÀI 02
LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN ÁP

Giới thiệu:
Vôn mét là thiết bị dùng để đo điện áp, đƣợc lắp đặt cố định trên mặt tủ điện
hoặc tại một vị trí cố định nào đó cần theo dõi điện áp. Bài này trình bày cấu
tạo, nguyên lý hoạt động của vôn mét và phƣơng pháp lựa chọn và lắp đặt vôn
mét đo điện áp.
Mục tiêu:
- Trình bày đƣợc cấu tạo, nguyên lý làm việc của vôn mét
- Lựa chọn, lắp đặt đƣợc đồng hồ đo điện áp đúng yêu cầu kỹ thuật.
- Đọc đúng giá trị điện áp đo đƣợc.
- Sử dụng và bảo quản đồng hồ đo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật.
- Rèn luyện tính chin
́ h xác , chủ động, nghiêm túc trong công việc.
Nội dung:
1. Nguyên lý đo điện áp.
Để đo điện áp ngƣời ta thƣờng dùng các vônmet từ điện, điện từ, điện động,
từ điện chỉnh lƣu…mắc song song với mạch cần đo.
1.1. Hình ảnh vôn kế.
+ Vôn kế analog.

a)

b)

c)

Hình 2. 1: Hình ảnh Vôn kế analog
a) Vôn kế từ điện b) Vôn kế điện từ c) Vôn kế điện động

16

+ Vôn kế digital.

Hình 2. 2: Hình ảnh vôn kế Digital
1.2. Nguyên lý đo điện áp.
Để đo điện áp ta dùng vôn kế mắc song song với phần tử cần đo điện áp nhƣ
hình vẽ.

V

V
Rt

L

Rt

N

U

Hình 2. 3: Nguyên lý đo điện áp
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của Vôn mét
Vôn mét đƣợc cấu tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị từ điện, điện từ, điện động, từ
điện chỉnh lƣu…..
2.1 Cơ cấu đo từ điện.
2.1.1 Cấu tạo.

Hình 2. 4: Cơ cấu đo từ điện
C

17


Cơ cấu từ điện gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động:
- Phần tĩnh: gồm: nam châm vĩnh cửu 1 tạo ra từ trƣờng cố định, thang đọc 8
để đọc giá trị đo đƣợc và trụ 9 dùng để làm giá đỡ cho trục quay.
- Phần động: gồm: khung dây quay 4 đƣợc quấn lên lõi thép 2. Khung dây
đƣợc gắn vào trục quay 3 (hoặc dây căng, dây treo). Trên trục quay có hai lò xo
cản 5 mắc ngƣợc chiều nhau dùng tạo ra momen cản và để đƣa dòng điện vào
khung dây, đối trọng 7 dùng để thăng bằng kim chỉ 6.
2.1.2 Nguyên lý hoạt động
Khi có dòng điện chạy qua khung dây 5 (phần động), dƣới tác động của từ
trƣờng nam châm vĩnh cửu 1 (phần tĩnh) sinh ra mômen quay Mq làm khung dây
lệch khỏi vị trí ban đầu một góc α. Mômen quay đƣợc tính theo biểu thức:
dw e
d
we : là năng lƣợng điện từ tỷ lệ với độ lớn của từ thông trong khe hở không khi
Mq 

và dòng điện trong khung dây.
We = Ø.I = BSWIα
B: độ từ cảm của nam châm vĩnh cữu.
S: tiết diện của khung dây.
W: số vòng dây của khung dây.
α: góc lệch của khung dây khỏi vị trí ban đầu.
từ trên ta có:

Mq 

dw e dBSIW 


 BSWI
d
d

Tại vị trí cân bằng, mômen quay bằng mômen cản:
M q  M c  BSWI  D.   

1
BSWI  S I .I
D

(PTĐTCC đo từ điện)

Với một cơ cấu chỉ thị cụ thể do B, S, W, D là hằng số nên góc lệch α tỷ lệ
bậc nhất với dòng điện I chạy qua khung dây.
2.2. Cơ cấu đo điện từ
2.2.1. Cấu tạo
18


gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động:
- Phần tĩnh: là cuộn dây 1 bên trong có khe hở không khí (khe hở làm việc) và
thang đọc 8.
- Phần động: là lõi thép 2 đƣợc gắn lên trục quay 5, lõi thép có thể quay tự do
trong khe làm việc của cuộn dây. Trên trục quay có gắn: bộ phận cản dịu không
khí 4, kim chỉ 6, đối trọng 7. Ngoài ra còn có lò xo cản 3.

Hình 2. 5: Cấu tạo chung của cơ cấu chỉ thị điện từ.
2.2.2. Nguyên lý hoạt động

Dòng điện I chạy vào cuộn dây 1 (phần tĩnh) tạo thành một nam châm điện
hút lõi thép 2 (phần động) vào khe hở không khí vớimômen quay:

Mq 

dw e
d

L.I 2
we 
2

với:

L: điện cảm của cuộn dây.
I: dòng điện chảy trong cuộn dây.
Do đó:
Khi ở vị trí cân bằng :

Mc = M q

I 2L
d(
)
1 dL
2
Mq 
 I2
d
2 d

1 2
I
2
1
 
I2
2D
 D 

dL
d
dL
d

Là phƣơng trình thể hiện đặc tính của cơ cấu chỉ thị điện từ.
19


2.3 Cơ cấu đo điện động.
2.3.1. Cấu tạo.
Gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động:

Hình 2. 6: Cấu tạo của cơ cấu chỉ thị điện động.
- Phần tĩnh: gồm: cuộn dây 1 (đƣợc chia thành hai phần nối tiếp nhau) để tạo ra
từ trƣờng khi có dòng điện chạy qua. Trục quay chui qua khe hở giữa hai phần
cuộn dây tĩnh.
- Phần động: gồm một khung dây 2 đặt trong lòng cuộn dây tĩnh. Khung dây 2
đƣợc gắn với trục quay, trên trục có lò xo cản, bộ phận cản dịu và kim chỉ thị.
Cả phần động và phần tĩnh đƣợc bọc kín bằng màn chắn để ngăn chặn ảnh

hƣởng của từ trƣờng ngoài.
2.3.2 Nguyên lý hoạt động
Khi có dòng điện I1 chạy vào cuộn dây 1 (phần tĩnh) làm xuất hiện từ
trƣờng trong lòng cuộn dây. Từ trƣờng này tác động lên dòng điện I 2 chạy trong
khung dây 2 (phần động) tạo nên mômen quay làm khung dây 2 quay một góc α.
Mômen quay đƣợc tính:
Mq 

với:

dw e
d

We là năng điện từ trƣờng.

Có hai trƣờng hợp xảy ra:
- I1, I2 là dòng điện một chiều:

We 
Trong đó:

1
1
L1I12  L1I12  M12 I1I 2
2
2

L1, L2 : là điện cảm của cuộn dây phần tỉnh và phần động.

M12: là hỗ cảm giữa hai cuộn dây tĩnh và động.

20


I1, I2 : là dòng điện 1 chiều chạy trong hai cuộn dây tĩnh và động.
Do L1, L2 không thay đổi khi khung dây quay trong cuộn dây tĩnh do đó đạo
hàm của chúng theo góc α bằng 0 và ta có.
Mq 

Khi ở vị trí cân bằng:

dw e dM12

I1 I 2
d
d

Mq = M c
dM 12
I1 I 2  D
d
1 dM 12
 
I1 I 2
D d


ptđt cơ cấu

- I1 và I2 là dòng điện xoay chiều:
1

1
We  L1I12  L1I12  M12 I1I 2 cos
2
2
Với ψ là góc lệch pha giữa hai dòng điện.
ở điều kiện cân bằng:

Mq = Mc

dM 12
I1 I 2cos  D
d
1 dM 12
 
I1 I 2cos
D d


ptđt cơ cấu

3. Mở rộng thang đo Vôn mét
3.1 Vôn mét từ điện
Vônmét từ điện ứng dụng cơ cấu chỉ thị từ điện để đo điện áp, gồm có:
- Vônmét từ điện đo điện áp một chiều
- Vônmét từ điện do điện áp xoay chiều
 Vôn mét từ điện đo điện áp một chiều:
Cơ cấu từ điện chế tạo sẵn, có điện áp định mức khoảng 50 ÷ 75mV. Muốn
tạo ra các vônmét đo điện áp lớn hơn phạm vi này cần phải mắc nối tiếp với cơ
cấu từ điện những điện trở phụ RP (thƣờng làm bằng vật liệu manganin) nhƣ
hình 2.7:

21


a)

b)

Hình 2.7: Mở rộng thang đo vônmét từ điện:
a) Một cấp điện trở phụ: mở rộng thêm 1 thang đo
b) Ba cấp điện trở phụ: mở rộng thêm 3 thang đo
Giá trị điện trở phụ phù hợp với điện áp U X cần đo đƣợc xác định nhƣ sau:
RP = Rcc. (m - 1)
Với : m = UX/UCC: gọi là hệ số mở rộng thang đo điện áp.
UCC: gọi là điện áp định mức của cơ cấu.
Bằng phƣơng pháp này có thể tạo ra các vônmét từ điện nhiều thang đo khi
mắc nối tiếp vào cơ cấu từ điện các điện trở phụ khác nhau. Ví dụ sơ đồ vônmét
từ điện có 3 thang đo nhƣ hình 2.7b.
Bài tập: Tính giá trị điện trở phụ phù hợp với các điện áp cần đo là UX1 =
110V, UX2 = 220V, UX3 = 380V. Biết rằng vôn mét có cơ cấu đo từ điện và có
Ucc = 60mV và Rcc = 99Ω.
Giải:
Giá trị điện trở phụ RP1 phù hợp với điện áp cần đo UX1 = 110V là
m1 = UX1/Ucc = 110/0.06 = 1833,3
RP1 = Rcc. (m - 1) = 99*(1833.3 -1) = 181401 (Ω) ≈ 181,4 (KΩ)
Giá trị điện trở phụ RP2 phù hợp với điện áp cần đo UX2 = 220V là
(Tương tự trên học sinh tự làm)
Các vônmét từ điện đo trực tiếp tín hiệu một chiều có sai số do nhiệt độ không
đáng kể vì hệ số nhiệt độ của mạch vônmét đƣợc xác định không chỉ là hệ số
nhiệt độ dây đồng của cơ cấu từ điện mà còn tính cả hệ số nhiệt độ của điện trở

phụ trong khi điện trở phụ có điện trở ít thay đổi theo nhiệt độ do đƣợc chế tạo
bằng manganin.
22