Tài liệu Đo và ghi các đại lượng biến thiên_chương 14 pdf

GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 14: O VÀ GHI CÁC I LNG BIN THIÊN
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
1
C
C
H
H




N
N
G
G


1
1
4
4
.
.






O
O

V
V
À
À


G
G
H
H
I
I


C
C
Á
Á
C
C






I
I

L
L




N
N
G
G


B
B
I
I


N
N


T
T
H
H
I
I

Ê
Ê
N
N




(
(
4
4


L
L
T
T
)
)



14.1. C s chung, ý ngha và phân loi.
 quan sát, ghi li mt quá trình công ngh trong sn xut, trong nghiên cu
khoa hc hay trong thc nghim cng nh trong y t... thông thng không ch
đo các đi lng vt lý khác nhau mà còn ghi li quá trình thay đi theo thi gian
ca giá tr ca các đa lng đó.  thc hin nhiêm v đó ngi ta s dng các
dng c t ghi khác nhau.
Tùy theo kt qu ghi đc ca các đi lng cn đo mà có th xác đnh các

giá tr tc thi cng nh mc đ thay đi ca đi lng đo, và t đó mà xác đnh
đc mi quan h hàm gia các đi lng đo v.v...
Có nhiu loi dng c t ghi, ta có th phân loi chúng tu thuc vào các ch
tiêu khác nhau:
- Tùy thuc vào cu to: có th chia thành loi dng c t ghi mt kênh hay
nhiu kênh:
̇ Loi dng c mt kênh: là loi ch có mt bút ghi duy nht.  đu vào ch
có mt đi lng do duy nht. Ví d: các đin th k mt kênh, dao đng kí
đin t mt tia…
̇ Loi dng c nhiu kênh: là loi cùng mt lúc phc v nhiu đi lng đo
có nhiu bút ghi. Ví d: dao đng kí ánh sáng nhiu kênh, dao đng kí đin
t nhiu tia...
- Tùy thuc vào hình thc ghi: có th phân bit thành dng c t ghi trên
bng giy, bng t hay in s...
- Tùy thuc vào s đ cu trúc: có th phân thành 2 nhóm:
̇ Dng c đo bin đi thng: là các loi dng c có cu trúc thc hin theo
các phng pháp bin đi thng
̇ Dng c đo bin đi kiu bù: là các loi dng c có cu trúc thc hin
theo các phng pháp so sánh.
Dng c t ghi thng đc s dng đ ghi li các tín hiu thay đi theo thi
gian. Cng có th là loi dng c t ghi hai ta đ cho phép ghi li quan h hàm
gia hai đi lng đin ph thuc nhau.
V mt tn s tín hiu, tu thuc vào cu trúc và nguyên lý ca dng c đo
mà có th phc v các loi tín hiu có tn s khác nhau.
̇ Loi dng c t ghi c đin thông thng: tín hiu vào thng có tn s
trong khong 0 ÷ 150 Hz.
̇ Loi doa đng kí ánh sáng: tn s ca tín hiu đo có th đn 25 kHz.
̇ Loi t ghi bng bng t, đa t: tn s ca tín hiu đo có th đt đn
hàng chc MHz.
̇ Loi dao đng kí đin t: có th s dng chi tín hiu có tn s đn

10GHz.
Các loi thit b t ghi và quan sát ngày nay đc cài đt µP đ điu chnh
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 14: O VÀ GHI CÁC I LNG BIN THIÊN
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
2
quá trình đo. Các dao đng ký đin t s ra đi cho phép ta không ch quan sát
mt lúc nhiu tín hiu mà còn cho ta bit c s ch v đ ln và các thông s khác
ca tín hiu na.
14.2. Dng c t ghi trc tip.
Là loi dng c đo c đin theo phng pháp bin đi thng da trên các c
cu ch th t đin hay st đin đng.  đây kim ch đc gn vi thit b ghi (bút
ghi) đ ghi li s thay đi ca tín hiu theo thi gian. Bút ghi có th là mc, chì
hay bng phng pháp nhit đt chy giy nn...
C cu ch th thng đc s dng trong dng c t ghi phi có mômen
quay đ ln đ thng đc lc ma sát ca bút ghi tì trên giy. Do vy thng s
dng c cu t đin và st đin đng vì hai loi c cu này có th to đc
mômen quay ln nh mch t, mômen quay c 0,5 ÷ 1,0 Nm.
Xét mt dng c t ghi s dng c cu ch th t đin có s đ nguyên lý nh
hình 14.1:

Hình 14.1. S đ nguyên lý ca dng c t ghi s dng c cu ch th t đin
Nam châm vnh cu thng phi to ra đc đ t cm tng đi ln so vi
dng c t đin kim ch bình thng. Ngoài bút ghi lên bng giy hay đa giy
còn có th ch th lên bng khc đ nh mt kim ch ni lin vi bút ghi.
C cu ch th t đin thng đc s dng đ ch to các loi dng c t ghi
nh ampemét, vônmét mt chiu. Ngoài ra lôgômét t đin chnh lu có th s
dng đ ch to tn s k.
C cu ch th st đin đng thng ng dng đ ch to dng c t ghi các
tín hiu xoay chiu nh vônmét, ampemét, watmét, fazomét (hay cosϕ mét) mà
không s dng trong mch mt chiu đ tránh hin tng t d gây ra sai s. Cp

chính xác ca dng c st đin đng c 1,5÷2,5. Tn s làm vic t 0 ÷ 150Hz
(nhng thng dùng cho loi tín hiu có tn s thp không quá 1Hz).  loi tr
sai s phi tuyn trong dng c t ghi st đin đng thì cn phi tính toán và hiu
chnh mch t đ có th bù đc sai s đó.

GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 14: O VÀ GHI CÁC I LNG BIN THIÊN
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
3
14.3. Dao đng ký ánh sáng (optical oscilloscope, optical oscillograph).
14.3.1. Nguyên lý hot đng, cu to:
Dao đng kí ánh sáng là loi dao đng kí dùng tia sáng in lên màn hình hay in
lên giy nh đ quan sát và ghi li các tín hiu đin thay đi theo thi gian. a s
các loi dao đng kí ánh sáng s dng phng pháp chp nh lên giy nh, hin
hình sau vài phút. B phn quan trng nht tip nhn tín hiu đó là mt c cu
ch th t đin có cu to đc bit đc gi là c cu dao đng.
V cu to ca c cu dao đng đã đc đ cp  chng 5 (mc 5.2.4).
Thng mt dao đng kí ánh sáng có cha t 3÷50 c cu dao đng nh vy. Nó
cho phép cùng mt lúc quan sát và ghi li nhiu quá trình khác nhau.


a) b)
Hình 14.2: Dao đng ký ánh sáng:
a) S đ cu to ca dao đng ký ánh sáng
b) Cu to ca c cu dao đng
Tn s cc đi ca tín hiu đo có th đt đn 25kHz. Khi có tín hiu đo đi vào
c cu dao đng s làm cho phn đng ca c cu dao đng theo tn s ca tín
hiu cn đo ⇒ làm cho tia sáng phn chiu qua tm gng nh gn vào phn
đng dao đng trên b mt bng giy nh đang chuyn đng và chp li quá trình
thay đi đó. Kt qu ta nhn đc đng cong ph thuc thi gian.
ng thi vic quan sát đng cong đc thc hin bng nhng c cu khác:

tia sáng qua thu kính
⇒ đp vào mt “trng gng” quay hình tr to ra tia
sáng phn chiu ⇒ tia sáng phn chiu lên mt kính m và ta quan sát đc
dng ca đng cong ph thuc thi gian.
14.3.2. C cu dao đng:
Cu to: c cu dao đng da trên c cu ch th t đin (H.14.2b) có cu to
nh sau: khung dao đng 3 (dài ≈ 10÷15mm, rng ≈ 0,3÷0,4mm) đt vào gia
khe h ca nam châm vnh cu 4 và đc treo trên dây treo 1 có gn vi gng
phn chiu 2 (có kích thc ≈ 0,5 x 0,8mm).
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 14: O VÀ GHI CÁC I LNG BIN THIÊN
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
4
Nguyên lý hot đng: khi có dòng chy qua khung dây s phát sinh mômen
quay. Góc quay α thng rt nh (ch vài đ ) cho nên có th coi cosα ≈ 1.
Gi s dòng đin i đi vào khung là: i = I
m
sinωt thì mômen quay tc thi s là:
tIWSBtM
mq
ω
sin...)( =

nh vy phng trình chuyn đng ca phn đng có dng:
tIWSBD
dt
d
P
dt
d
J

m
ωα
αα
sin...
2
2
=++

vi: J - mômen quán tính ; P - h s cn du ; D - mômen cn riêng
Gii phng trình vi phân trên có đc góc quay ca phn đng là:








−
−
+−
=
2
2222
1
2
sin.
4)1(
q
q

arctgqt
qq
m
β
β
α
α

vi: α
m
: góc lch cc đi:
m
m
m
Ik
D
IWSB
.
...
==
α


D
J
q
ω
ω
ω
==

0
, vi ω là tn s ca dòng đin, ω
0
là tn s dao đng
riêng ca phn đng
β: bc suy gim ca dao đng ca phn đng.
Nh vy  ch đ xác lp phn đng s thc hin mt dao đng có các tính cht:
̇ Biên đ: ph thuc vào β và q. So vi dòng đin cn đo i, dao đng ca
phn đng gp phi sai s tng đi v biên đ là:
100.1
4)1(
%
2222








−
+−
=
qq
k
β
α

nu ch to sao cho k = 1 thì sai s %

α
→ 0 khi q → 0; sai s nh nht khi q
trong khong 0 ÷ 0,5.
̇ Góc pha: lch pha vi dòng đin cn đo i mt góc ϕ ph thuc vào β và
q. Sai s v góc là:
2
1
2
q
q
arctg
−
=
β
ϕ

Thông thng mt loi c cu dao đng có tn s riêng ω
0
ca nó. Vì vy khi
bit trc tn s ca dòng đin ta có th la chn loi c cu dao đng có tn s
riêng gn vi tn s ca tín hiu cn đo đ đ nhy v dòng là cc đi. Tn s
ca c cu dao đng có th đt ti giá tr cc đi là f
max
= 25 kHz.
Ví d : Loi c cu dao đng M017- 400 có tn s riêng 400Hz.  nhy cc
đi vi đ dài tia sáng 300mm là 1,06.10
-4
mm/mA; dòng cc đi là 1 mA.
Khi cn thit phi quan sát hay ghi li tín hiu có tn s ln hn thì phi dùng
loi dao đng kí có tn s ln đó là dao đng kí đin t (electronic oscilloscope).

14.4. Dao đng ký đin t (electronic oscilloscope).
Dao đng kí đin t (còn gi là máy hin sóng đin t) bao gm mt ng
phóng tia đin t và mch đin t đ điu khin và đa tín hiu vào. Dao đng kí
đin t đc s dng đ quan sát dng ca tín hiu đng thi đo mt s đi lng
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 14: O VÀ GHI CÁC I LNG BIN THIÊN
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in
5
ca tín hiu.
ng phóng tia đin t là mt đèn chân không, trong đó có các đin t
(electron) phát ra t catt b nung bi si đt đc to thành mt chùm hp và
đc tng tc, bn v phía màn hình quang. Màn hunh quang s phát sáng ti
nhng đim có chùm tia đin t đp vào. Chùm tia đin t đc lái theo chiu
thng đng Y và chiu ngang X trên màn hình nh các đin áp đt vào các bn
cc Y và bn cc X ca ng phóng tia đin t.
 quan sát mt tín hiu trc tiên ta đt tín hiu đó lên hai bn cc Y nhng
đng thi  hai bn X cng đt vào mt đin áp to gc thi gian (gi là tín hiu
quét - trigger signal, thng là xung có dng hình rng ca).
14.4.1. Tín hiu quét:
 hình 14.3a v tng trng màn hunh quang và các bn cc Y và X. Khi
đt tín hiu cn quan sát vào hai bn cc Y thì tia đin t (di dng mt chm
sáng) s xê dch theo chiu thng đng theo s thay đi ca tín hiu vào. Nu
không có tác đng kéo ngang ra thì ta ch thy mt vch thng đng duy nht:

Hình 14.3. S đ nguyên lý màn hunh quang và các bn cc
ca dao đng ký đin t
 kéo tín hiu nm ngang ra ngi ta s dng mt tín hiu to gc thi gian
đt vào hai bn cc X gi là tín hiu quét ngang. Tín hiu này có dng xung hình
rng ca (H.14.3b). Nu tn s ca tín hiu quét nh hn n ln tn s ca tín hiu
cn quan sát thì trên màn nh s có n chu kì tín hiu quan sát.
Nu t s gia tm s quét và tn s tín hiu cn đo là mt s nguyên thì trên

màn hunh quang s xut hin mt đng cong đng yên, ngc li đng cong
s chuyn đng liên tc trên màn hunh quang và ta s không quan sát đc gì
c. Vì vy cn thit phi có s đng b gia tín hiu vào và tín hiu quét.  đt
đc s đng b đó ta điu chnh tn s quét bng mt núm điu khin  ngay
trên mt ca dao đng kí đn khi nào hình nh trên màn hunh quang đng yên
thì thôi.
(Xem thêm phn 5.2.4 - chng 5 ).
14.4.2. S đ khi mt dao đng kí thông dng:
Mt dao đng kí đin t c bn bao gm các b phn chính nh  hình 14.4:
trong s đ này b ngun và mch điu khin các đin áp anôt và li không
đc th hin:
Tín hiu cn quan sát Y đc đa đn b phân áp vào
⇒ đn b khuch đi
Y (KY) và đc đa thng vào hai bn cc Y (trng hp nu tín hiu đ ln
thì không cn qua khuch đi na). ng thi tín hiu t b KY đc đa qua