HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MÔN CƠ SỞ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ Giảng viên: KS Nguyễn Trung Hiếu Điện thoại/E-mail: 0916566268; trunghieutq@gmail.com Bộ môn: Kỹ thuật điện tử - Khoa KTDT1 Học kỳ/Năm biên soạn: Học kỳ 1/2009-2010 Sách tham khảo Cơ sở kỹ thuật đo lường điện tử, Vũ Quý Điềm, nhà xuất KHKT, 2001 Đo lường điện-vô tuyến điện, Vũ Như Giao Bùi Văn Sáng, Học viện kỹ thuật quân sự, 1996 Electronic Test Instruments, Bob Witte, 2002 Radio Electronic Measurements, G.Mirsky, Mir Publishers, Moscow, 1978 Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, PTIT www.ptit.edu.vn KS NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MƠN KTĐT NỘI DUNG • • • • • • • • • CHƯƠNG Giới thiệu chung đo lường điện tử CHƯƠNG Đánh giá sai số đo lường CHƯƠNG Các cấu thị máy đo CHƯƠNG Máy sóng CHƯƠNG Đo tần số, khoảng thời gian độ di pha CHƯƠNG Đo dòng điện điện áp CHƯƠNG Đo cơng suất CHƯƠNG Phân tích phổ CHƯƠNG Đo tham số mạch điện Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, PTIT www.ptit.edu.vn KS NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MƠN KTĐT CHƯƠNG • Định nghĩa • Các phương pháp đo • Phương tiện đo đặc tính phương tiện đo • Phân loại máy đo Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, PTIT www.ptit.edu.vn KS NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT Chương Giới thiệu chung đo lường điện tử 1.1 Định nghĩa Đo lường: khoa học phép đo, phương pháp công cụ để đảm bảo phương pháp đo đạt độ xác mong muốn Đo lường điện tử: đo lường mà đại lượng cần đo chuyển đổi sang dạng tín hiệu điện mang thơng tin đo tín hiệu điện xử lý đo lường dụng cụ mạch điện tử 1.2 Các phương pháp đo Phương pháp đo trực tiếp: dùng máy đo hay mẫu đo (các chuẩn) để đánh giá số lượng đại lượng cần đo Kết đo trị số đại lượng cần đo X =a - VD: đo điện áp vôn-mét, đo tần số tần số-mét, đo công suất oát-mét, - Đặc điểm: đơn giản, nhanh chóng, loại bỏ sai số tính tốn Đo gián tiếp: kết đo trị số đại lượng cần đo, mà số liệu sở để tính trị số đại lượng X = F (a1 , a2 , , an ) Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, PTIT www.ptit.edu.vn KS NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT Chương Giới thiệu chung đo lường điện tử VD: đo công suất vơn-mét ampe-mét, đo hệ số sóng chạy dây đo, - Đặc điểm: nhiều phép đo thường không nhận biết kết đo Phương pháp đo thống kê: thực đo nhiều lần đại lượng đo với thiết bị đo điện kiện đo, kết đo tính giá trị trung bình thống kê của lần đo - Đặc điểm: cho phép loại trừ sai số ngẫu nhiên thường dùng kiểm chuẩn thiết bị đo Phương pháp đo tương quan: dùng để đo q trình phức tạp, khơng thể thiết lập quan hệ hàm số đại lượng thông số trình nghiên cứu VD: tín hiệu đầu vào đầu hệ thống - Thực cách xác định khoảng thời gian kết số thuật tốn có khả định trị số đại lượng thích hợp - Đặc điểm: cần hai phép đo mà thông số từ kết đo chúng không phụ thuộc lẫn Độ xác xác định độ dài khoảng thời gian trình xét Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, PTIT www.ptit.edu.vn KS NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT Chương Giới thiệu chung đo lường điện tử Các phương pháp đo khác: • Phương pháp đo thay thế: Phép đo tiến hành hai lần, lần với đại lượng cần đo lần với đại lượng đo mẫu Điều chỉnh để hai trường hợp đo có kết thị • Phương pháp hiệu số: Phép đo tiến hành cách đánh giá hiệu số trị số đại lượng cần đo đại lượng mẫu (phương pháp vi sai, phương pháp thị khơng, phương pháp bù) • Phương pháp đo thẳng: kết đo định lượng trực tiếp độ thiết bị thị Tất nhiên khắc độ thang độ lấy chuẩn trước với đại lượng mẫu loại với đại lượng đo • Phương pháp thị số: đại lượng cần đo biến đổi thành tin tức xung rời rạc Trị số đại lượng cần đo tính số xung tương ứng Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, PTIT www.ptit.edu.vn KS NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT Chương Giới thiệu chung đo lường điện tử 1.3 Phương tiện đo đặc tính Phương tiện đo phương tiện kĩ thuật để thực phép đo, chúng có đặc tính đo lường qui định - Phương tiện đo đơn giản: mẫu, thiết bị so sánh, chuyển đổi đo lường - Phương tiện đo phức tạp: máy đo (dụng cụ đo), thiết bị đo tổng hợp hệ thống thông tin đo lường + Mẫu: phương tiện đo dùng để lại đại lượng vật lí có giá trị cho trước với độ xác cao Chuẩn mẫu có cấp xác cao Chuẩn phương tiện đo đảm bảo việc giữ đơn vị tiêu chuẩn + Thiết bị so sánh: phương tiện đo dùng để so sánh đại lượng loại để xem chúng “ = ”, “ > ”, “ < ” + Chuyển đổi đo lường: phương tiện đo dùng để biến đổi tín hiệu thông tin đo lường dạng thuận tiện cho việc truyền tiếp, biến đổi tiếp, xử lí tiếp giữ lại người quan sát nhận biết trực tiếp (VD: KĐ đo lường; biến dòng, biến áp đo lường; quang điện trở, nhiệt điện trở, ) Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, PTIT www.ptit.edu.vn KS NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT Chương Giới thiệu chung đo lường điện tử + Dụng cụ đo: phương tiện đo dùng để biến đổi tín hiệu thơng tin đo lường dạng mà người quan sát nhận biết trực tiếp (VD: vônmét, ampe mét, ) Dụng cụ đo Mức độ tự động hóa Dụng cụ đo không tự động Dụng cụ đo tự động Dạng tín hiệu Dụng cụ đo tương tự Dụng cụ đo số Các đại lượng đầu vào Phương pháp biến đổi Dụng cụ đo biến đổi thẳng Dụng cụ đo biến đổi cân Dụng cụ đo dòng điện Dụng cụ đo tần số Hình 1.1 – Sơ đồ phân loại tổng quan thiết bị đo + Thiết bị đo tổng hợp phương tiện đo phức tạp, đa dùng để kiểm tra, kiểm chuẩn đo lường tham số phức tạp + Hệ thống thông tin đo lường: Hệ thống mạng kết nối nhiều thiết bị đo, cho phép đo lường điều khiển từ xa, đo lường phân tán Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, PTIT www.ptit.edu.vn KS NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT Chương Giới thiệu chung đo lường điện tử Các đặc tính phương tiện đo • Các đặc tính tĩnh: xác định thơng qua q trình chuẩn hố thiết bị + Hàm biến đổi: tương quan hàm số đại lượng đầu Y đại lượng đầu vào X phương tiện đo, Y=f(X) + Độ nhạy: tỷ số độ biến thiên tín hiệu đầu Y phương tiện đo với độ biến thiên đại lượng đo đầu vào X tương ứng Ký hiệu: S= dY dX + Phạm vi đo: phạm vi thang đo bao gồm giá trị mà sai số cho phép phương tiện đo giá trị đo qui định + Phạm vị thị : phạm vi thang đo giới hạn giá trị đầu giá trị cuối thang đo + Cấp xác: xác định giá trị lớn sai số thiết bị đo Thường tính tốn giới hạn sai số tương đối quy đổi + Độ phân giải: Chính độ chia thang đo hay giá trị nhỏ phân biệt thang đo (mà phân biệt biến đổi thang đo) Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, PTIT www.ptit.edu.vn KS NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT 10 Chương Đo tham số mạch điện Cầu cân khi: I = I1 + I2 = Z td 1.Z td ⇒ = ∞ ⇒ Z td + Z td = Z td + Z td VD: Mạch cầu chữ T dùng đo L Điều kiện cân bằng: ⎞ ⎛ ⎜ R+ − 2⎜ + jωC1 ⎟⎟ = jωC ω C ⎝ rx + jωLx ⎠ rx ⎧ R = ⎪ ⎞ r 2⎛ x ⎪ ω Lx C ⎜⎜1 + ⎟⎟ ⎪ ⎝ ω Lx ⎠ (*) ⇒⎨ ⎪2 + C1 = ⎪ C ⎛ rx2 ⎞ ω Lx C ⎜⎜1 + ⎟⎟ ⎪ ⎝ ω Lx ⎠ ⎩ Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, PTIT www.ptit.edu.vn KS NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT C1: tụ mẫu rx Hình 9-6 202 Chương Đo tham số mạch điện Khi tần số cao,cho Từ (*),(**) ta có: Khi C1