MỞ ĐẦU: ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐO LƢỜNG ĐIỆN Mã bài: 15- 00 Giới thiệu: Đo lường là quá trình so sánh đại lượng chưa biết với đại lượng đã biết cùng loại được chọn làm mẫu. 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. Mục tiêu của bài: 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. Nội dung chính: 1. Khái niệm về đo lƣờng điện 1.
Khái niệm về đo lƣờng Đo lường là quá trình so sánh đại lượng chưa biết với đại lượng đã biết cùng loại được chọn làm mẫu (mẫu này được gọi là đơn vị). Khái niệm về đo lƣờng điện 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. Các phƣơng pháp đo a.
Phƣơng pháp đo trực tiếp Là phương pháp đo mà đại lượng cần đo được so sánh trực tiếp với mẫu đo. Phương pháp này được chia thành 2 cách đo: - Phương pháp đo đọc số thẳng. - Phương pháp đo so sánh là phương pháp mà đại lượng cần đo được so sánh với mẫu đo cùng loại đã biết trị số. Ví dụ: Dùng cầu đo điện để đo điện trở, dùng cầu đo để đo điện dụng v.
Phƣơng 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. 4 Sau đó áp dụng các công thức hoặc các định luật đã biết để tính ra trị số điện áp cần đo.
Các sai số và tính 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. Các loại sai số + 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 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 người đo nhìn lệch, nhìn nghiêng, đọc sai v.
- Dùng công thức tính toán không thích hợp, dùng công thức gần đ ng trong tính toán. Nhiệt độ môi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng của điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v. Phƣơng pháp tính sai số Gọi: A: kết quả đo được. A1: giá trị thực của đại lượng cần đo.
Tính sai số như sau: + Sai số tuyệt đối: A =A1 - A (1.1) A gọi là sai số tuyệt đối của phép đo + Sai số tương đối: A hoặc A B .2) A A1 Phép đo có B càng nhỏ thì càng chính xác. + Sai số qui đổi qđ A A A qd .3) Adm Adm 5 Với Ađm: Là giới hạn đo của dụng cụ đo (giá trị lớn nhất của thang đo) 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: A =A1 - A= 5 - 4,95 = 0,05 A + Sai số tương đối: A hoặc A 0, 05 B .100% 1% A A1 5 + Sai số qui đổi: A A A 0. Các phƣơng pháp hạn chế sai số + Đối với sai số hệ thống: tiến hành đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình của chúng. + Đối với sai số ngẫu nhiên: người sử dụng dụng cụ đo phải cẩn thận, vị trí đặt mắt phải vuông góc với mặt độ số của dụng cụ, tính toán phải chính xác, sử dụng công thức phải thích hợp, điều kiện sử dụng phải phù hợp với điều kiện tiêu chuẩn.
Hiểu thêm Hệ đơn vị đo * 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) - Thời gian: Tính bằng giây (s) - Khối lượng:Tính bằng kilôgam (kg) - Dòng điện: Tính bằng Ampe (A) * Bội và ước số của đơn vị cơ bản: Bội số: ước số: + Tiga (T): 1012 + Mili (m): 10-3 + Giga (G): 109 + Micro (): 10-6 + Mêga (M): 106 + Nano (n): 10-9 + Kilô (K): 103 + Pico (p): 10-12 6 THỰC HÀNH: ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐO LƢỜNG ĐIỆN 1. Các phƣơng pháp đo a. Phương pháp đo trực tiếp b. Phương pháp đo gián tiếp 2.
Sai số và tính sai số - Các loại sai số + Sai số hệ thống + Sai số ngẫu nhiên - Phƣơng pháp tính sai số + Sai số tuyệt đối + Sai số tương đối + Sai số qui đổi qđ - Các phƣơng pháp hạn chế sai số 7 BÀI 1: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG Mã bài: 15- 01 Giới thiệu: Tín hiệu của đại lượng cần đo được đưa vào mạch đo và được biến đổi thành đại lượng điện, đại lượng điện này được đưa vào cơ cấu đo và kết quả đo được đưa ra khối chỉ thị. Các loại cơ cấu đo gồm: Cơ cấu đo kiểu từ điện; Cơ cấu đo kiểu điện từ; Cơ cấu đo kiểu điện động; Cơ cấu đo cảm ứng Mục tiêu của bài - Phân tích được cấu tạo, nguyên lý của các cơ cấu đo thông dụng như: từ điện, điện từ, điện động,cảm ứng. - Lựa chọn phù hợp các loại cơ cấu đo trong từng trường hợp sử dụng cụ thể. - Sử dụng và bảo quản các loại cơ cấu đo đ ng tiêu chuẩn kỹ thuật Nội dung của bài: 1.
Khái niệm về cơ cấu đo a. Nguyên tắc chung của các loại máy đo chỉ thị kim: Đối với các cơ cấu chỉ thị kim khi thực hiện một phép đo luôn tuân theo trình tự sau: Tín hiệu của đại lượng cần đo được đưa vào mạch đo và được biến đổi thành đại lượng điện, đại lượng điện này được đưa vào cơ cấu đo và kết quả đo được đưa ra khối chỉ thị. Sơ đồ khối: Chuyển đổi sơ cấp Mạch đo Cơ cấu chỉ thị Chuyển đổi sơ cấp làm nhiệm vụ biến đổi các đại đo thành tín hiệu điện. Đó là khâu quan trọng nhất của thiết bị đo.
Mạch đo là khâu gia công thông tin đo sau chuyển đổi sơ cấp, làm nhiệm vụ tính toán và thực hiện trên sơ đồ mạch. Mạch đo thường là mạch điện tử vi xử lý để nâng cao đặc tính của dụng cụ đo. Cơ cấu chỉ thị đo là khâu cuối cùng của dụng cụ thể hiện kết quả đo dưới dạng con số với đơn vị. Có 3 cách thể hiện kết quả đo: + Chỉ thị bằng kim.
+ Chỉ thị bằng thiết bị tự ghi. + Chỉ thị dưới dạng con số. Cấu tạo chung của cơ cấu đo Cơ cấu đo bao gồm có phần tĩnh và phần động: Phần tĩnh: có nhiệm vụ biến đổi điện năng đưa vào thành cơ năng tác dụng lên phần động. Phần động: gắn liền với kim, góc quay của kim xác định trị số của đại lượng được đưa vào cơ cấu đo.
Khối chỉ thị. Nguyên lý làm việc chung: Với các loại máy đo chỉ thị kim nêu trên tuy về cấu tr c có khác nhau nhưng ch ng có chung một nguyên tắc sau: Khi dòng điện chạy trong từ trường sẽ sinh ra một lực điện từ, lực này sẽ sinh ra một mômen quay làm quay kim chỉ thị một góc , góc quay của kim luôn tỷ lệ với đại lượng cần đo ban đầu nên người ta sẽ đo góc lệch này để biết giá trị của đại lượng cần đo. Cơ cấu đo kiểu từ điện: * Ký hiệu: Hình 2.1: Ký hiệu cơ cấu từ điện Hình 2.2: Ký hiệu cơ cấu từ điện có chỉnh lưu * Cấu tạo: Kim chỉ thị Khe hở cực từ Nam châm N S Cực từ Cuộn dây Lõi sắt non Lò xo Đối trọng Hình 2.3: Cấu tạo cơ cấu đo kiểu từ điện Khung quay: Khung quay bằng nhôm hình chữ nhật, trên khung có quấn dây đồng bọc vecni. Toàn bộ khối lượng khung quay phải càng nhỏ càng tốt để sao cho mômen quán tính càng nhỏ càng tốt.
Toàn bộ khung quay được đặt trên trục quay hoặc treo bởi dây treo. 9 + Nam châm vĩnh cửu: khung quay được đặt giữa hai cực từ N-S của nam châm vĩnh cửu. + Lõi sắt non hình trụ nằm trong khung quay tương đối đều. + Kim chỉ thị được gắn chặt trên trục quay hoặc dây treo.
Phía sau kim chỉ thị có mang đối trọng để sao cho trọng tâm của kim chỉ thị nằm trên trục quay hoặc dây treo. + Lò xo đối kháng (kiểm soát) hoặc dây treo có nhiệm vụ kéo kim chỉ thị về vị trí ban đầu điểm 0) và kiểm soát sự quay của kim chỉ thị.4: Sơ đồ nguyên lý cơ cấu đo kiểu từ điện Khi có dòng điện cần đo I đi vào cuộn dây trên khung quay sẽ tác dụng với từ trường ở khe hở tạo ra lực điện từ F: F = N.1) Trong đó: N: số vòng dây quấn của cuộn dây. B: mật độ từ thông xuyên qua khung dây. L: chiều dài của khung dây.
I: cường độ dòng điện. Lực điện từ này sẽ sinh ra một mômen quay Mq: b M q 2F NBILb (2.2) 2 Trong đó: b là bề rộng của khung dây và L.b = S là diện tích của khung dây.3) Mômen quay này làm phần động mang kim đo quay đi một góc nào đó và lò xo đối kháng bị xoắn lại tạo ra mômen đối kháng Mđk tỷ lệ với góc quay . (K là độ cứng của lò xo) 10 Kim của cơ cấu sẽ đứng lại khi hai mômen trên bằng nhau.I BSN K Đặt K C const = C.5) C gọi là độ nhạy của cơ cấu đo từ điện (A/mm).