Đang tải... (xem toàn văn)
luận văn máy đo tần số trong giảng dạy
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số 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 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 1 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số 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 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 2 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 3 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số 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 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 4 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số GIÁO VIÊN XÉT DUYỆT Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 5 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số 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. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 6 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số 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 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 7 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số 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 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 8 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số 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 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 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 9 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số 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: Lf U I CUfI .2 2 2 1 π π = = Như vậy gốc α chỉ của kim sẽ tương ứng với giá trò: ( ) 2 2 2 1 22 11 .2 LCf I I CosI CosI π ψ ψ == Với các giá trò L,C đã biết và không thay đổi ta xác đònh được giá trò tần số nguồn theo chỉ số α 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: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 10 [...]... 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: Hình II.4: Sơ đồ mạch chia tần số Điện áp Ux có tần số fx cần đo được khuếch đại thành điện áp U 1,... Tỉ số kế đo tỉ số dòng qua cuộn 1 và cuộn 2 chính là đo tỉ số giữa I R và IC I C 2 f C = IR R 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 Trườ n g Đạ i Họ c Sư Phạ m Kỹ Thuậ t Thà n h Phố Hồ Chí Minh 11 Luậ n n tố t Nghiệ p Số Mô Hình Má y Đo Tầ n 3/ Tần số kế... p Số Mô Hình Má y Đo Tầ n Hình III.1.b Các FF sẽ đổi trạng thái khi xung vào cổng Clock đổi từ 1 xuống 0 Như vậy QA của FFA sẽ đổi trạng thái ở cạnh sau của xung vào đầu bằng phân nửa Dạng sóng của QA có tác dụng như xung đồng hồ đối với FF B nên tần số ra ở QB bằng phân nũa tần số QA Tương tự tần số ở QD bằng phân nữa tần số ở QC Như vậy tác dụng của mạch là chia tiếp tần số, nên sau bốn tầng tần số. .. 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. .. thạch anh tạo ra, vì tần số lớn (fo từ 100KHz ÷ 1MHz), nên sau khi sửa thành dạng xung vuông (U 3) cần cho qua mạch chia tần số để thành U 4 có tần số fn xung chuẩn (U4) tác động vào Flip – Flop theo nguyên lý kích thích bằng cạnh trước (ký hiệu FF) tạo ra xung mở cổng (U5) trong thời gian Tn Sai số của xung được đếm trong thời gian cổng mở là ±1 xung Vì thế khi tần số fx cần đo thấp thì cần thay đổi... thái của mạch trở lại như trong quá trình C1 xả điện Điện trở R3 nằm trên đường xả điện của C 1 và C2 có thể thay đổi giá trò để cho tần số mạch thay đổi Khi mạch đối xứng nghóa là C1 = C2; R1 = R2, tần số ra của mạch là: f= 1 2 RC Để có tần số dao động thấp (vài Hezt) ta có thể dùng tụ lớn đến vài ngàn µF, nếu không cần dạng sóng ổn đònh cao về tần số giới hạn trên, tần số của mạch khoảng 10MHz Nếu... Phạm vi ứng dụng của vi mạch số: Trườ n g Đạ i Họ c Sư Phạ m Kỹ Thuậ t Thà n h Phố Hồ Chí Minh 14 Luậ n n tố t Nghiệ p Số Mô Hình Má y Đo Tầ n Vi mạch số được ứng dụng trong nhiều lónh vực như quân sự, các dụng cụ y tế, các loại máy móc trong sản xuất II/ CÁC MẠCH TẠO DAO ĐỘNG: Mạch dao động tạo xung đóng vai trò quan trọng trong các mạch số Xung đồng bộ giúp cho các phần trong thiết bò làm việc theo... mức cao trong 3 chu kỳ xung rồi lại xuống thấp trong 3 chu kỳ xung, rồi lại lên cao trong 3 chu kỳ xung tiếp theo Trườ n g Đạ i Họ c Sư Phạ m Kỹ Thuậ t Thà n h Phố Hồ Chí Minh 24 Luậ n n tố t Nghiệ p Số Mô Hình Má y Đo Tầ n Hình III.3d Hình III.3c Dạng sóng ngõ ra là dạng sóng riêng có tần số bằng 1 lần tần số xung 6 vào, nhưng có lệch pha nhau Sự hoạt động của mạch được tóm tắt ở (Hình III.3f) Số xung... p Số Mô Hình Má y Đo Tầ n Hình IV.2.a.3 Hình IV.2a.4 Hình IV.2a.4 là ứng dụng để chỉ báo của 7445, ngõ vào 7445 chỉ chòu được 5V nhưng có thể nhận dòng lớn (đến 80mA) nên chỉ có thể dùng để thúc trực tiếp b./ Đèn Led 7 đo n: Một trong các số chỉ báo thông dụng là đèn Led 7 đo n Đèn gồm 7 đo n mang tên a, b, c, d, e, f, g được sắp xếp theo hình số 8, xem hình (H.IV.2.b.1) Bên dưới mặt 7 đo n là một số. ..Luậ n n tố t Nghiệ p Số Mô Hình Má y Đo Tầ n Hình II.2 Người ta có thể dùng cơ cấu đo là tỉ số kế từ điện để tạo tần số kế kim chỉ 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 . 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. hưởng ở tần số thấp hơn hoặc cao hơn bằng tần số cần đo. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 11 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số 3/ Tần số kế kiểu rung: Tần số kế kiểu. 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: Hình II.4: Sơ đồ mạch chia tần số Điện áp U x có tần số f x cần đo được khuếch đại thành