MỞ ĐẦU ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN Giới thiệu: Đo lường là sự so sánh đại lượng chưa biết (đại lượng đo) với đại lượng đã được chuẩn hóa (đại lượng mẫu hoặc đại lượng chuẩn). Như vậy công việc đo lường là nối thiết bị đo vào hệ thống được khảo sát và quan sát kết quả đo được các đại lượng cần thiết trên thiết bị đo. Trong thực tế rất khó xác định ‘’ trị số thực’’ của đại lượng đo. Vì vậy trị số đo được cho bởi thiết bị đo được gọi là trị số tin cây được (expected value).
Bất kỳ đại lượng đo nào cũng bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số. Do đó kết quả đo ít khi phản ánh đúng trị số tin cậy được. Cho nên có nhiều hệ số ảnh hưởng trong đo lường liên quan đến thiết bị đo. Ngoài ra có những hệ số khác liên quan đến con người sử dụng thiết bị đo.
Như vậy độ chính xác của thiết bị đo được diễn tả dưới hinh thức sai số. Mục tiêu: - Giải thích các khái niệm về đo lường, đo lường điện. - Tính toán được sai số của phép đo, vận dụng phù hợp các phương pháp hạn chế sai số. - Đo các đại lượng điện bằng phương pháp đo trực tiếp hoặc gián tiếp.
- Rèn luyện tính chính xác, chủ động, nghiêm túc trong công việc. Nội dung chính: 1.Khái niệm về đo lường điện: Mục tiêu: Trình bày được các khái niệm cơ bản về đo lường và đo lường điện Trong thực tế cuộc sống quá trình cân đo đong đếm diễn ra liên tục với mọi đối tượng, việc cân đo đong đếm này vô cùng cần thiết và quan trọng. Với một đối tượng cụ thể nào đó quá trình này diễn ra theo từng đặc trưng của chủng loại đó, và với một đơn vị đã được định trước. Trong lĩnh vực kỹ thuật đo lường không chỉ thông báo trị số của đại lượng cần đo mà còn làm nhiệm vụ kiểm tra, điều khiển và xử lý thông tin.
Đối với ngành điện việc đo lường 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 như dò tìm hư hỏng trong mạch điện. Khái niệm về đo lường: - Đo lường là quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có được kết quả bằng số so với đơn vị đo (mẫu) Kết quả đo được biểu diễn dưới dạng: X và ta có phương trình cơ bản X = A. + Mẫu đo: là dụng cụ dùng để khôi phục một đại lượng vật lý nhất định có trị số cho trước, mẫu đo được chia làm 2 loại sau: Loại làm mẫu: dùng để kiểm tra các mẫu đo và dụng cụ đo khác, loại này được chế tạo và sử dụng theo tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo làm việc chính xác cao.
Loại công tác: được sử dụng đo lường 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. - Các phương pháp đo được chia làm 2 loại + Phương pháp đo trực tiếp: là phương pháp đo mà đại lượng cần đo được 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. + Phương pháp đo gián tiếp: là phương pháp đo trong đó đại lượng cần đo sẽ được tính ra từ kết quả đo các đại lượng khác có liên quan.
Ví dụ: Muốn đo điện áp nhưng 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. Khái niệm về đo lường điện Đo lường điện là quá trình đo các đại lượng điện của mạch điện.
Các đại lượng điện được chia làm hai loại: đại lượng điện tác động và đại lượng điện thụ động. - Đại lượng điện tác động: các đại lượng như dòng điện, điện áp, công suất, điện năng…là những đại lượng mang điện. Khi đo các đại lượng này, bản thân năng lượng này sẽ cung cấp cho mạch đo. - Đại lượng điện thụ động: các đại lượng như điện trở, điện cảm, điện dung…các đại lượng này không mang năng lượng cho nên phải cung cấp điện áp hoặc dòng điện cho các đại lượng này khi đưa vào mạch đo.
Sai số và tính sai số: Mục tiêu: Tính toán được các sai số trong quá trình đo và biện pháp hạn chế sai số 2.Khái niệm về sai số: Khi đo, số chỉ của dụng cụ đo cũng như kết quả tính toán luôn có sự sai lệch với giá trị thực của đại lưọng cần đo. Lượng sai lệch này gọi là sai số.2 Các loại sai số 5 + Sai số hệ thống: là sai số cơ bản mà giá trị của nó luôn không đổi hoặc thay đổi có quy luật. Sai số này về nguyên tắc có thể loại trừ được. Nguyên nhân: Do quá trình chế tạo dụng cụ đo như ma sát, khắc vạch trên thang đo, do hiệu chỉnh “0” không đúng, do sự biến đổi của nguồn cung cấp (nguồn pin) vv.
+ Sai số ngẫu nhiên: là sai số mà giá trị của nó thay đổi rất ngẫu nhiên do sự thay đổi của môi trường bên ngoài (người sử dụng, nhiệt độ môi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng của điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v. Nguyên nhân: - Do vị trí đọc kết quả của người đo không đúng, đọc sai v. - Dùng công thức tính toán không thích hợp, dùng công thức gần đúng trong tính toán. Nhiệt độ môi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng của điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v.
Cách tính sai số: Để đánh giá sai số của dụng cụ đo khi đo một đại lượng nào đó người ta tính sai sô như sau: Gọi: X: kết quả đo được. X1: giá trị thực của đại lượng cần đo. + Sai số tuyệt đối: là hiệu giữa giá trị đại lượng đo được X và giá trị thực của đại lượng cần đoX1 X =X – X1 (2) X: gọi là sai số tuyệt đối của phép đo + Sai số tương đối: X X % . 100 % (3) X AX Phép đo có γ% càng nhỏ thì càng chính xác.
+ Sai số qui đổi qđ% X X X1 qd % .K d Xm X Xm Với K d X là hệ số sử dụng thang đo (Kd 1) Xm Nếu Kd càng gần bằng 1 thì đại lượng đo gần bằng giới hạn đo, A càng bé thì phép đo càng chính xác. Thông thường phép đo càng chính xác khi Kd 1. Ví dụ: Một dòng điện có giá trị thực là 5A. Dùng Ampemét có giới hạn đo 10A để đo dòng điện này.
Kết quả đo được 4,95 A. Tính sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số qui đổi. Giải: + Sai số tuyệt đối: X =X1 - X= 5 - 4,95 = 0,05 (A) + Sai số tương đối: 6 X X 0,05 % .100% 1% X X1 5 + Sai số qui đổi: A 0,05 qd % . Phương pháp hạn chế sai số: Để hạn chế sai số trong từng trường hợp, có các phương pháp sau: + Đối với sai số hệ thống: loại trừ hết các nguyên nhân gây ra sai số bằng cách chuẩn lại thang chia độ, hiệu chỉnh giá trị “0” ban đầu… + Đối với sai số ngẫu nhiên: người sử dụng cụ đo phải cẩn thận, vị trí đặt mắt phải vuông góc với mặt độ số của dụng cụ (vị trí kim và ảnh của kim trùng nhau), tính toán phải chính xác, sử dụng công thức phải thích hợp, điều kiện sử dụng phải phù hợp với điều kiện tiêu chuẩn.5 Hệ đơn vị đo: - Giới thiệu hệ SI (System Internation): là hệ thống đơn vị đo lường thông dụng nhất, hệ thống này qui định các đơn vị cơ bản cho các đại lượng sau: - Độ dài: Tính bằng mét (m) - Khối lượng: Tính bằng kilôgam (kg) - Thời gian: Tính bằng giây (s) - Dòng điện: Tính bằng Ampe (A) - Bội và ước số của đơn vị cơ bản: Bội số: Ước số: 12 + Tiga (T): 10 + Mili (m): 10-3 + Giga (G): 109 + Micro (): 10-6 + Mêga (M): 106 + Nano (n): 10-9 + Kilô (K): 103 + Pico (p): 10-12 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP: A.
Trả lời nhanh các câu hỏi: 1. Giá trị bằng hiệu số giữa giá trị đúng của đại lượng cần đo và giá trị đo được trên mặt đồng hồ đo được gọi là: a. Sai số phụ; b. Sai số cơ bản; c.
Sai số tuyệt đối; d. Sai số tương đối. Tỷ lệ giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực cần đo (tính theo %) được gọi là: a. Sai số tương đối; b.
Sai số phụ; c. Sai số cơ bản; d. Tỷ lệ phần trăm của sai số tuyệt đối. Khi đo điện áp xoay chiều 220V với dụng cụ đo có sai số tương đối 1,5% thì sai số tuyệt đối lớn nhất có thể có với dụng cụ là: a.
Bài tập: Nêu các định nghĩa về đo lường. Phương pháp đo là gì? Có mấy phương pháp đo? Đơn vị đo là gì? Thế nào gọi là đơn vị tiêu chuẩn? Dụng cụ đo là gì? Sai số là gì? Có mấy loại sai số? Phương pháp hạn chế sai số? Cách tính sai số? 8 BÀI 1 MỘT SỐ CƠ CẤU ĐO CHỈ THỊ KIM MÃ BÀI: MĐ16_01 Giới thiệu: Hiện nay khoa học kỹ thuật rất phát triển. Người ta đã chế tạo ra được nhiều thiết bị đo lường điện tử chỉ thị kết quả đo bằng đèn số có độ chính xác cao. Tuy nhiên các thiết bị đo lường sử dụng cơ cấu chỉ thị kết quả đo bằng kim vẫn được sử dụng rất phổ biến trong các xí nghiệp, trường học cũng như trong các phòng thí nghiệm vì tính ưu việt của nó.
Các thiết bị đo lường sử dụng cơ cấu đo chỉ thị kim được dùng nhiều nhất là Vôn mét và Ampe mét hơn thế nữa các cơ cấu này thao tác sử dụng đơn giản và giá thành cũng rẻ hơn rất nhiều so với các thiết bị đo lường chỉ thị kết quả đo lường bằng đèn số. Vì vậy người công nhân cần phải hiểu ró cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như sử dụng thành thạo các cơ cấu đo chỉ thị kim. Mục tiêu thực hiện: - Phân tích được cấu tạo, nguyên lý của các loại cơ cấu đo thông dụng như: từ điện, điện từ, điện động. - Lựa chọn các loại cơ cấu đo phù hợp với từng trường hợp sử dụng cụ thể.
- Sử dụng, bảo quản các loại cơ cấu đo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn.