chương 1 nặng về lý thuyết nên các tác giả có nhiều ví dụ minh họa, câu hỏi và bài tập để sinh viên có thể luyện tập, hiểu sâu hơn những vấn đề mình đã học. Trong quá trình học, sinh viên có thể trao đổi với giảng viên về cách giải các bài tập khó hay được giải đáp các câu hỏi có liên quan đến môn học. 5 6101 THIỆU GlAO TRÌNH BO LdttNG CẮM BIẾN (LÝ TIUYẾT-THựC HÁN«) Cuốn .sách được biên soạn rất lâu từ những năm 2010 làm bài giảng dựa trên cơ sở đề cương chi tiết môn học Đo Lường Cảm Biến dùng cho sinh viên khoa Cơ Điện-Điện Tử của trường Đại học Lạc Hồng, khoa Điện-Điện tử Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM nhưng chưa được in thành sách. Chỉ sau khi đã bổ sung phần thực hành đo lường cảm biến (Chương 3 và 4) các tác giả mới tiến hành biên soạn, bổ sung các thông tin mới để có tài liệu cho sinh viên học tập tại trường mà các tác giả đang làm việc cũng như có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên các trường Đại học khác có các ngành liên quan đến lĩnh vực này.
Tuy nhiên, vì trình độ của các tác giả có hạn nên trong lần xuất bản đầu, chắc chắn không thể tránh khỏi các thiếu sót. Mọi ý kiến, đóng góp để hoàn thiện tài liệu luôn được đón nhận và trân trọng nhất là ý kiến của các thầy, cô có nhiều kinh nghiệm giảng dạy để sách được hoàn thiện hơn trong lần tái bản sau. Hy vọng các bạn đọc sẽ nhanh chóng khai thác có hiệu quả vi xử lý và vi điều khiển trong công việc của mình. Dù giáo trình đã được hoàn thành về cơ bản, chắc chắn vẫn còn những sơ xuất ngoài ý muốn chưa được phát hiện, tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và sinh viên để giáo trình đáp ứng được nhu cầu của người học và người dạy trong thời đại công nghệ 4.0 góp phần đổi mới việc dạy và học.
Mọi thắc mắc, góp ý xin gửi về: TỦ SÁCH STK 742 ĐIỆN BIÊN PHỦ - QUẬN 10 - TP H ổ CHÍ MINH (028) 38334168 - 0903728344 Email: stkbook@yahoo.vn Xin chân thành cảm ơn.HCM tháng 3-2020 TS. NGUYỄN VŨ QUỲNH KS. PHẠM QUANG HUY I GIÁO T Ù M 00 Ltf0M CẢM DIỄN (LÝ TOOYẾT-TOfe OÀM) CHOANG I: THÉT B| 00 Lườne O Ệ II-L Ỷ TIBYẾT CnOONC 1 THIẾT BỊ HO LƯỜNG BIỆN - LÝ THUYẾT Các thiết bị đo điện giúp chúng ta đo được sự biến thiên của các biến như điện áp, dòng điện và điện trở.1: Thiết bị đo dòng điện 1.1 CÁC THIẾT BỊ ĐO TUYỆT Đ ốl VÀ THIẾT BỊ ĐO THỨ CẤP Có rất nhiều loại thiết bị khác nhau dùng trong đo lường điện, tuy nhiên các thiết bị này có thể được chia thành 2 nhóm chính: (i) Nhóm thiết bị tuyệt đối và (ii) Nhóm thiết bị thứ cấp. Thiết bị tuyệt đối là những thiết bị cung cấp giá trị của đại lượng cần đo phụ thuộc vào các hằng số của thiết bị và góc quay của chúng.
Các thiết bị đo tuyệt đối không cần phải được hiệu chỉnh hay so sánh trước khi sử dụng. Nguyên lý làm việc của những thiết bị dạng này chính là xác định góc quay của điện kế dùng dể đo giá trị của dòng điện theo góc quay, bán kính và số vòng dây được sử dụng và thành phần nằm ngang của từ trường trái đất. CIW N 6 1: THẾT »1 BO IƯƠHG BIÊU - IỶ TBOYẾT_ _ _ _ _ _ _ _ HÀO TIÍIHI BO LƯỪH6 CẦM IIẾH (IỶ TIUYẾT-Tlực IÀHH) Hình 1.2: Một thiết bị đo tuyệt đối Thiết bị đo thứ cấp là những thiết bị mà giá trị của đại lượng điện cần đo chỉ có thể được xác định từ góc quay của thiết bị sau khi thiết bị đã được chỉnh định trước theo một thiết bị đo tuyệt đối. Như vậy, nếu không được chỉnh định thì giá trị đo được từ những thiết bị thứ cấp là không có ý nghĩa.
Các thiết bị đo thứ cấp, thường được sử dụng phổ biến trong ứng dụng thực tế, còn các thiết bị đo tuyệt đối chỉ được ứng dụng giới hạn trong các phòng thí nghiệm để làm thiết bị chuẩn hóa.2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG VẾ ĐIỆN CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐO Tất cả các thiết bị đo lường điện đểu có nguyên lý hoạt động phụ thuộc vào các tác dụng vật lý của dòng điện hay điện áp, và do đó các thiết bị đo lường thường dược phân loại theo các hiệu ứng mà chúng sử dụng để hoạt động. Các hiệu ứng thường được sử dụng trong thiết bị đo lường là: 1. Hiệu ứng từ tính và hiệu ứng nhiệt: Thường được sử dụng trong các ampe kế và vôn kế. Hiệu ứng điện động lực: Thường được sử dụng trong các ampe kế và vôn kế.
Hiệu ứng điện từ: Thường được sử dụng trong các ampe kế, vôn kế, watt kế và công tơ điện (watt-giờ kế). I GIAO TRĨNH BO LtftfNG CÂM BIẾN (L Í TRBYẾT-TRựC HÀNH) CNỬ0NG1: TRIẾT RỊ BO LtftfNC BIỆN - LÝ TRUYẾT 4. Hiệu ứng hóa học: Thường được sử dụng trong các điện kế đo dung lượng ampe-giờ của ắc quy. Hiệu ứng tĩnh điện: Chỉ được sử dụng trong vôn kế.
Một phương pháp khác dùng để phân loại các thiết bị đo lường thứ cấp là chia chúng thành 3 nhóm sau: (i) Nhóm thiết bị chỉ thị, (ii) Nhóm thiết bị có khả năng ghi dữ liệu đo và (iii) Nhóm thiết bị tích hợp. Nhóm thiết bị chỉ thị là những thiết bị chỉ cho biết giá trị tức thời của đại lượng điện cần đo tại thời điểm đo đại lượng đó. Việc chỉ thị được thực hiện bởi một kim chỉ thị di chuyển trên một mặt hiển thị số đã được hiệu chỉnh. Các loại ampe kế, vôn kế và watt kế truyền thống thuộc nhóm thiết bị chỉ thị.
Nhóm thiết bị có khả năng ghi dữ liệu chính là những thiết bị mà thay vì thể hiện giá trị tức thời của một đại lượng điện, chúng lại có thể tạo ra một bản ghi liên tục theo thời gian hoặc sự biến thiên của một đại lượng trong một khoảng thời gian được chọn. Hệ thống chuyển động của nhóm thiết bị này sẽ làm dịch chuyển một đầu bút mực tiếp xúc nhẹ với một đồ thị hoặc biểu đồ, đầu bút sẽ di chuyển với một tốc độ chậm và không đổi theo một hướng vuông góc với góc nghiên của bút. Nét vẽ do bút tạo ra chính là bản ghi liên tục về sự biến thiên của đại lượng mà thiết bị đo được. Nhóm thiết bị tích hợp là những thiết bị vừa có khả năng đo, vừa có thể ghi lại dữ liệu thông qua một cơ cấu quay số và kim chỉ thị, cho biết được dung lượng điện của ắc quy, tính theo ampe-giờ, hoặc tổng lượng năng lượng điện mà một mạch điện tiêu thụ (tính theo watt-giờ hay kWh) trong một thời gian nhất định.
Giá trị tổng đo được thể hiện tích sô giữa công suất điện và thời gian, nhưng không thể hiện trực tiếp cường độ truyền năng lượng, vì khả năng ghi chép của các thiết bị nay độc lập với cường độ của dòng điện chạy quay thiết bị. Ampe kế và watt kế là các điện kế thuộc lớp thiết bị tích hợp. CltftfNG 1: TIIẾT B| BOLtftfNG BIỆN - LÝ TIBYỂT GIÁP TRINI BBLếỪNỊ CẨM BIẾN (LÝ TIŨYẼT-Ĩlực HÀNH) 1.3 ÇÀÇ ỴÊU TỐ CẦN THIẾT CỦA THIẾT BỊ CHỈ THỊ Như đã định nghĩa ở trên, các thiết bị chỉ thị là những thiết bị cho biết giá trị của đại lượng cần đo tại thời điểm đo đại lượng đó. Các thiết bị dạng này có cấu tạo gồm một kim chỉ thị dl chuyển trên một thang đo (đã được chỉnh tỷ lệ) và klm này được gắn với một hệ thống chuyển động quay với lò xo xoắn.
Hệ thống chuyển động phải chịu tác động của 3 mômen sau đây: 1. Mô men quay (còn gọi là mô men hoạt động). Mô men điều khiển (còn gọi là mô men hồi phục). Mô men giảm chấn.4 MÔ MEN HOẠT ĐỘNG Mô men quay hay còn gọi là mô men hoạt động, ký hiệu Td, là mô men sinh ra từ một trong các hiệu ứng của dòng điện đã được đề cập ở mục 1.2 như: Hiệu ứng từ tính, hiệu ứng tĩnh điện, hiệu ứng điện động lực, hiệu ứng nhiệt hoặc hiệu ứng điện cảm.
Cơ chế tạo ra mô men quay trên thực te còn phụ thuọc vào từng loại thiết bị đo và sẽ được đề cập trong các mục tiếp theo. Mô men quay làm cho hệ thống chuyển động của thiết bị đo nói chung hay kim quay nói riêng dịch chuyển từ vị trí dược đánh số 0 đến một vị trí nào đó trên thang đo. Vị trí được đánh số 0 chính là vị trí ban đầu của kim đo, khi thiết bị đo được ngắt khỏi nguồn điện.5 MÔ MEN ĐIỀU KHIỂN Nếu không có mô men điều khiển (hay mô men phục hồi) thì kim của thiết bị đo sẽ quay đến một vị trí không thể xác đinh trước được. Mô men điều khiển có chiều ngược lại với mô men tác động và có giá trị tăng lên khi mô men tác động tăng lên.
Khi cả hai mô men này cân bằng với nhau thì lúc đó kim quay sẽ dừng lại ở một vị trí cố định trên thang đo. Mô men tác động có độ lớn tỷ lệ với cường độ dòng điện chạy qua thiết bị do. II GIÁO TRINI 00 LƯỜNG CẢM OIỂN (L Í TIOYẾT-TIƯCIANI) CIƯƠNG1: TRIẾT I I 00 LƯ0NG BỆN - LÝ TIOYỄT Nếu không có mô men điều khiển thì kim quay của thiết bị có thể quay đến vị trí tối đa, thay vì quay đến vị trí tương ứng với dòng điện đo được. Ngoài ra, nếu không có mô men điều khiển thì kim quay sẽ không thể tự trở về vị trí ban đầu khi không còn dòng điện chạy qua thiết bị đo.
Có thể diều chỉnh mô men điều khiển trong thiết bị đó bằng một trong các phương pháp như: sử dụng lò xo hoặc sử dụng trọng lực, các phương pháp này lần lượt được mô tả dưới đây: (a) Điều khiển bằng lò xo Phương pháp này sử dụng một lò xo mảnh, thường được làm từ photpho-đồng, lò xo được gắn vào hệ thống chuyển động của thiết bị đo như trong hình 1. Khi kim chỉ thị quay một góc, lò xo được xoắn theo chiều ngược lại. Sự xoắn của lò xo làm sinh ra một mô men hồi phục, mô men này tỷ lệ thuận với góc lệch của kim chỉ thị. ClMNG 1: TIIẾT l | BO LtfllNG BIỆN - LÝ TIUYẾT GIẮO TRINI BO LOHNS CẢM BIẾN (LÝ ĨBUYÉT THựC IÀNR) Kim .chì thị sẽ nằm yên tại một vị trí cân bằng, tại đó mô men hoạt động (Td) và mô men điều khiển (Tc) bằng nhau.