UBND TỈNH THÁI NGUYÊN TRƢỜNG CAO ĐẲNG THÁI NGUYÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tên đề tài: BÀI GIẢNG CẢM BIẾN ĐO LƢỜNG VÀ THIẾT BỊ ĐO Ban hành kèm theo Quyết định số: 688/QĐ-CĐTN ngày 10 tháng 12 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Thái Nguyên SỐ TÍN CHỈ: 2 (2/0) CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ DÂN DỤNG HỆ: TRUNG CẤP NĂM HỌC ĐĂNG KÝ:2021 – 2022 (Lƣu hành nội bộ) Chủ biên: ThS. Nguyễn Thị Bích Nga Đơn vị: Khoa kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, năm 2022 LỜI GIỚI THIỆU Bài giảng Cảm biến đo lƣờng và thiết bị đo đƣợc biên soạn dựa theo chƣơng trình khung của mô đun Cảm biến đo lƣờng và thiết bị đo nằm trong chƣơng trình đào tạo của nghề Điện công nghiệp và dân dụng. Bài giảng trình bày các kiến thức về kỹ thuật đo dùng trong ngành điện hiện nay, giới thiệu những phép đo cơ bản để ứng dụng trong các ngành sản xuất công nghiệp, các phƣơng pháp đo các đại lƣợng vật lý: đại lƣợng điện nhƣ điện áp, dòng điện, công suất,….và các đại lƣợng không điện nhƣ nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc,…. Các kiến thức trong toàn bộ giáo trình có mối liên hệ logic, chặt chẽ.
Bài giảng Cảm biến đo lƣờng và thiết bị đo đƣợc biên soạn dựa trên các giáo trình và tài liệu tham khảo mới nhất hiện nay, đƣợc dùng làm tài liệu giảng dạy và tài liệu học tập cho học sinh ngành Điện công nghiệp và dân dụng hệ trung cấp, ngoài ra bài giảng cũng có thể đƣợc dùng nhƣ tài liệu tham khảo cho một số ngành khác. Nội dung bài giảng gồm 2 phần đƣợc chia làm 3 bài. Bài 1: Đại cƣơng về đo lƣờng điện Bài 2: Khái quát về cảm biến và ứng dụng Bài 3: Các loại cảm biến thông dụng Phần đo lƣờng cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về kỹ thuật đo lƣờng trong ngành điện, trình bày các dụng cụ đo, nguyên lý đo và phƣơng pháp đo các thông số, trên cơ sở đó ngƣời học biết cách sử dụng dụng cụ đo và xử lý kết quả đo trong công việc sau này. Phần cảm biến trình bày khái quát về cảm biến và ứng dụng của cảm biến trong thực tế, giới thiệu một số loại cảm biến thông dụng hiện nay và cách lắp đặt cảm biến trên mô hình thực tế gắn với các mô đun cảm biến hiện có của nhà trƣờng Trong quá trình biên soạn bài giảng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế.
Tôi mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp để bài giảng đƣợc hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2022 Biên soạn ThS. Nguyễn Thị Bích Nga 1 MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU. 2 BÀI GIẢNG MÔ ĐUN.
4 BÀI 1: ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐO LƢỜNG ĐIỆN. KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƢỜNG. Các phƣơng pháp đo. Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo lƣờng.
SAI SỐ VÀ CÁCH HẠN CHẾ SAI SỐ. Sai số của phép đo. Sai số của dụng cụ đo. Cách hạn chế sai số.
GIỚI THIỆU MỘT SỐ CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG. Cơ cấu đo kiểu từ điện. Cơ cấu đo kiểu điện từ. Cơ cấu đo điện động.
Cơ cấu đo cảm ứng. Đồng hồ vạn năng. Tê rô mét – đo điện trở tiếp đất. KHÁI QUÁT VỀ CẢM BIẾN VÀ ỨNG DỤNG.
KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC BỘ CẢM BIẾN. Phân loại các bộ cảm biến. ỨNG DỤNG CỦA CÁC BỘ CẢM BIẾN. Ứng dụng trong công nghiệp.
Ứng dụng trong nghiên cứu khoa học. CÁC LOẠI CẢM BIẾN THÔNG DỤNG. CẢM BIẾN NHIỆT. Giới thiệu cảm biến nhiệt.
Thiết bị thực hành. CẢM BIẾN TIỆM CẬN. Giới thiệu cảm biến tiệm cận. Thiết bị thực hành.
Lắp đặt cảm biến. CẢM BIẾN KIỂU PHẢN XẠ. Giới thiệu cảm biến kiểu phản xạ. Thiết bị thực hành.
Lắp đặt cảm biến. CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI. Giới thiệu cảm biến hồng ngoại. Thiết bị thực hành.
Lắp đặt cảm biến. CẢM BIẾN KHÓI. Giới thiệu cảm biến khói. Thiết bị thực hành.
Lắp đặt cảm biến. CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT. Giới thiệu cảm biến đo áp suất. Thiết bị thực hành.
Lắp đặt cảm biến. 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 64 3 BÀI GIẢNG MÔ ĐUN Tên mô đun: Cảm biến đo lƣờng và thiết bị đo Mã mô đun: MĐ 12 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Là mô đun đƣợc bố trí sau khi đã học xong các môn chung và một số môn học, mô đun cơ sở nhƣ khí cụ điện, vẽ kỹ thuật điện. - Tính chất: Là mô đun cơ sở nghề, thuộc các mô đun đào tạo bắt buộc đối với học sinh trung cấp chuyên ngành Điện công nghiệp và dân dụng.
- Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức về đo lƣờng, các thiết bị đo và các cảm biến gắn liền với thực tế. Mục tiêu của mô đun: - Về kiến thức: + Cung cấp cho ngƣời học một cách nhìn tổng quát về các loại cảm biến, các thiết bị đo lƣờng, các ứng dụng. + Trình bày đƣợc cấu tạo cũng nhƣ nguyên lý hoạt động, từ đó sử dụng các loại cảm biến, các dụng cụ đó cho hiệu quả. + Trình bày đƣợc các bƣớc đo đối với các dụng cụ đo lƣờng, các bƣớc thí nghiệm đối với các loại cảm biến cơ bản.
- Về kỹ năng: + Phân tích đƣợc nguyên lý hoạt động của các dụng cụ đo lƣờng cơ bản, cảm biến trong các thiết bị, hệ thống điện. + Sử dụng hợp lý các loại dụng cụ đo, các loại cảm biến vào các ứng dụng cụ thể nhằm đáp ứng đƣợc yêu cầu công nghệ. + Thực hiện đƣợc các thí nghiệm đối với các loại cảm biến và các thiết bị đo lƣờng cơ bản. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Vận dụng các kiến thức và kỹ năng để phân tích, lắp đặt các hệ thống cũng nhƣ các thiết điện sử dụng cảm biến, đo các đại lƣợng điện bằng các thiết bị đo lƣờng cơ bản.
+ Sử dụng các loại cảm biến và các thiết bị đo lƣờng để đo các đại lƣợng điện và ứng dụng vào các thiết bị trên thực tế. Nội dung của mô đun: 4 BÀI 1: ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐO LƢỜNG ĐIỆN Mã bài: MĐ 12 - 01 Giới thiệu: Nội dung bài trình bày các khái niệm về đo lƣờng, các cơ cấu đo thông dụng. Giới thiệu một số loại máy đo và cách sử dụng các loại máy đo lƣờng điện thƣờng dùng trong điện công nghiệp. Mục tiêu: - Giải thích các khái niệm về đo lƣờng, đo lƣờng điện.
- Đo các đại lƣợng điện bằng phƣơng pháp đo trực tiếp hoặc gián tiếp. - Tính toán đƣợc sai số của phép đo, dụng cụ đo và vận dụng phù hợp các phƣơng pháp hạn chế sai số. - Phân tích đƣợc cấu tạo, nguyên lý của các loại cơ cấu đo thông dụng nhƣ: từ điện, điện từ, điện động…., và các loại máy đo thông dụng nhƣ: VOM, Ampe kìm, MΩ,. - Sử dụng thành thạo các loại máy/thiết bị đo thông dụng để đo các thông số trong mạch/mạng điện.
- Rèn luyện tính chính xác, chủ động, nghiêm t c trong công việc. Nội dung bài: 1. KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƢỜNG 1. Khái niệm về đo lường Trong thực tế cuộc sống quá trình cân đo đong đếm diễn ra liên tục với mọi đối tƣợng, việc cân đo đong đếm này vô cùng cần thiết và quan trọng.
Với một đối tƣợng cụ thể nào đó quá trình này diễn ra theo từng đặc trƣng của chủng loại đó, và với một đơn vị đã đƣợc định trƣớc. Trong lĩnh vực kỹ thuật đo lƣờng không chỉ thông báo trị số của đại lƣợng cần đo mà còn làm nhiệm vụ kiểm tra, điều khiển và xử lý thông tin. Đối với ngành điện việc đo lƣờng các thông số của mạch điện là vô cùng quan trọng. Nó cần thiết cho quá trình thiết kế lắp đặt, kiểm tra vận hành cũng nhƣ dò tìm hƣ hỏng trong mạch điện.
- Đo lƣờng là quá trình đánh giá định lƣợng đại lƣợng cần đo để có đƣợc kết quả bằng số so với đơn vị đo (mẫu). - Kết quả đo đƣợc biểu diễn dƣới dạng: A X X0 Và ta có phƣơng trình cơ bản: X = A.1) Ví dụ: I = 5A thì: Đại lƣợng đo là: dòng điện (I) Đơn vị đo là: Ampe (A) Con số kết quả đo là: 5 5 * Dụng cụ đo và mẫu đo: - Dụng cụ đo: Các dụng cụ thực hiện việc đo đƣợc gọi là dụng cụ đo nhƣ: dụng cụ đo dòng điện (Ampemét), dụng cụ đo điện áp (Vônmét) dụng cụ đo công suất (Oátmét) v. - Mẫu đo: là dụng cụ dùng để khôi phục một đại lƣợng vật lý nhất định có trị số cho trƣớc, mẫu đo đƣợc chia làm 2 loại sau: + Loại làm mẫu: dùng để kiểm tra các mẫu đo và dụng cụ đo khác, loại này đƣợc chế tạo và sử dụng theo tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo làm việc chính xác cao. + Loại công tác: đƣợc sử dụng đo lƣờng trong thực tế, loại này gồm 2 nhóm sau: Mẫu đo, dụng cụ đo thí nghiệm và mẫu đo, dụng cụ đo dùng trong sản xuất.
Khái niệm về đo lường điện - Đo lƣờng điện là quá trình đo các đại lƣợng điện của mạch điện. Các đại lƣợng điện đƣợc chia làm hai loại: đại lƣợng điện tác động và đại lƣợng điện thụ động. + Đại lƣợng điện tác động: các đại lƣợng nhƣ dòng điện, điện áp, công suất, điện năng…là những đại lƣợng mang điện. Khi đo các đại lƣợng này, bản thân năng lƣợng này sẽ cung cấp cho mạch đo.
+ Đại lƣợng điện thụ động: các đại lƣợng nhƣ điện trở, điện cảm, điện dung…các đại lƣợng này không mang năng lƣợng cho nên phải cung cấp điện áp hoặc dòng điện cho các đại lƣợng này khi đƣa vào mạch đo. Các phƣơng pháp đo - Phƣơng pháp đo trực tiếp: là phƣơng pháp đo mà đại lƣợng cần đo đƣợc so sánh trực tiếp với mẫu đo. Ví dụ: Dùng cầu đo điện để đo điện trở, dùng cầu đo để đo điện dung v. - Phƣơng pháp đo gián tiếp: là phƣơng pháp đo trong đó đại lƣợng cần đo sẽ đƣợc tính ra từ kết quả đo các đại lƣợng khác có liên quan.
Ví dụ: Muốn đo điện áp nhƣng ta không có Vônmét, ta đo điện áp bằng cách: + Dùng Ômmét đo điện trở của mạch. + Dùng Ampemét đo dòng điện đi qua mạch. + Sau đó áp dụng các công thức hoặc các định luật đã biết để tính ra trị số điện áp cần đo.