TỔNG QUAN HỌC THUẬT VÀ NỘI DUNG GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ (TẬP HAI)

Tổng quan về giáo trình

Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý (Tập hai) là công trình giáo trình chuyên ngành do tập thể giảng viên và nhà khoa học thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Đo lường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội biên soạn, bao gồm PGS. Phạm Thượng Hàn (Chủ biên), cùng các tác giả Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hòa và Nguyễn Thị Vấn. Tài liệu được Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội xuất bản dưới định dạng điện tử (Số QĐXB: 1229/QĐ-ĐHBK-BKHN ngày 05/12/2023; Số QĐPH: 1284/QĐPH-ĐHBK-BKHN ngày 18/12/2023; Mã số ISBN: 978-604-471-871-2; Số ĐKXB: 3527-2023/CXBIPH/20-64/BKHN).

+-----------------------------------------------------------------------------------+
| THÔNG TIN XUẤT BẢN                                                                |
+--------------------+--------------------------------------------------------------+
| Tên giáo trình     | Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý (Tập hai - Quyển 1)   |
| Chủ biên           | PGS. Phạm Thượng Hàn                                         |
| Tác giả phối hợp   | Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hòa, Nguyễn Thị Vấn             |
| Đơn vị xuất bản    | Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội (nxbbachkhoa.vn)               |
| Mã tiêu chuẩn ISBN | 978-604-471-871-2                                            |
| Quyết định XB/PH   | QĐXB 1229/QĐ-ĐHBK-BKHN / QĐPH 1284/QĐPH-ĐHBK-BKHN (12/2023)  |
+--------------------+--------------------------------------------------------------+

Trong chương trình đào tạo đại học và sau đại học các khối ngành kỹ thuật công nghệ (Kỹ thuật Đo lường và Tin học Công nghiệp, Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Điện - Điện tử, Cơ điện tử, Vật lý kỹ thuật), môn học Kỹ thuật Đo lường giữ vị trí nền tảng, làm cầu nối giữa lý thuyết trường điện từ - mạch điện với các hệ thống thu thập dữ liệu, tự động hóa quá trình công nghệ và kiểm định chất lượng sản phẩm.

Mục tiêu học tập của giáo trình là trang bị cho người học hệ thống phương pháp luận hoàn chỉnh về:

  1. Nguyên lý chuyển đổi và đo lường các đại lượng điện (dòng điện, điện áp, công suất, năng lượng, góc pha, tần số, thông số $R, L, C, M, Q, \text{tg}\delta$).
  2. Phương pháp phân tích, đánh giá và triệt tiêu sai số hệ thống (sai số do nội trở thiết bị đo, sai số nhiệt độ, sai số tần số, sai số dạng sóng).
  3. Cơ sở thiết kế, tính toán và ứng dụng các mạch đo lường tương tự, mạch bù, mạch cầu và các thiết bị đo tích hợp kỹ thuật vi xử lý.

Tiếp nối Tập một (vốn tập trung vào Cơ sở lý thuyết của kỹ thuật đo, lý thuyết sai số, hệ thống đơn vị chuẩn SI, phương pháp bình phương cực tiểu và các khâu chức năng sơ cấp), Tập hai đi sâu vào các phương pháp đo cụ thể cho từng nhóm đại lượng vật lý. Cách tiếp cận của giáo trình đi từ mô hình toán học giải tích, thiết lập sơ đồ cấu trúc mạch đo, phân tích định lượng sai số phương pháp đến việc khảo sát chi tiết cấu tạo các thiết bị đo tương tự, thiết bị đo điện tử và thiết bị đo tích hợp số.

Nội dung kiến thức cốt lõi

+-------------------------------------------------------------------------------+
| CẤU TRÚC PHÂN CHƯƠNG TẬP HAI (PHẦN III: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN VÀ KHÔNG ĐIỆN)  |
+-----------+-----------------------------------+-------------------------------+
| Chương 8  | Đo dòng điện                      | DC, AC, dòng nhỏ, dòng lớn    |
| Chương 9  | Đo điện áp                        | Tương tự, so sánh bù, số/$\mu P$|
| Chương 10 | Đo công suất và năng lượng        | 1 pha, 3 pha, phản kháng, cao áp|
| Chương 11 | Đo góc lệch pha & khoảng thời gian| Biến đổi thẳng, bù, tương quan|
| Chương 12 | Đo tần số                         | Thẳng, so sánh, tần số kế $\mu P$|
| Chương 13 | Đo các thông số của mạch điện     | $R, L, C$, góc $\delta$, phẩm chất $Q$ |
+-----------+-----------------------------------+-------------------------------+

Các chương và chủ đề chính

Chương 8: Đo dòng điện

Chương này khảo sát ba nhóm phương pháp đo cơ bản: trực tiếp, gián tiếp (qua điện trở mẫu $R_N$) và phương pháp so sánh (phương pháp bù). Nội dung phân tích yêu cầu công suất tiêu thụ của ampemét $P_A = I_A^2 \cdot R_A \to 0$ để giảm thiểu sai số phương pháp.

  • Ampemét một chiều: Sử dụng cơ cấu chỉ thị từ điện ($I_{ct} = 10^{-6} \div 10^{-2}\text{ A}$, cấp chính xác $0.05 \div 1.5$, nội trở $r_{ct} = 20 \div 2000\ \Omega$). Mở rộng thang đo bằng điện trở sun $R_s = \frac{r_{ct}}{n-1}$ (với $n = I / I_{ct}$). Bù sai số nhiệt độ do khung quay dây đồng bằng nhiệt điện trở bán dẫn hệ số nhiệt độ âm $R_T$ hoặc phối hợp mạch cầu điện trở manganin ($R_1, R_2, R_3$) và điện trở đồng ($r_{ct}, R_4$).
  • Ampemét xoay chiều:
    • Ampemét điện từ: Phân đoạn cuộn dây tĩnh mắc nối tiếp hoặc song song, kết hợp biến dòng để mở rộng dải đo.
    • Ampemét điện động: Dùng làm thiết bị mẫu chính xác ($0.2 \div 0.5$) ở tần số $400 \div 2000\text{ Hz}$; cấu trúc cuộn tĩnh và cuộn động mắc nối tiếp ($I \le 0.5\text{ A}$) hoặc mắc song song ($I > 0.5\text{ A}$).
    • Ampemét chỉnh lưu: Ghép cơ cấu từ điện với điốt Si/Ge ($k_{cl} = 10^5 \div 10^6$), khắc độ theo trị hiệu dụng sóng sin ($k_h = 1.11$), tích hợp cuộn cảm $L$ hoặc tụ điện $C$ bù sai số tần số.
    • Ampemét nhiệt điện: Dùng cặp nhiệt ngẫu đo dòng xoay chiều tần số cao đến siêu cao (hàng trăm MHz) dựa trên phương trình sức điện động nhiệt $E_t = k_1 k_2 I_x^2$.
  • Đo dòng điện nhỏ ($10^{-11} \div 10^{-10}\text{ A}$): Sử dụng điện kế từ điện khung quay treo gương (đạt độ nhạy $10^{-12} \div 10^{-9}\text{ A/m}$ với cự ly quang học 1m); khuếch đại vi sai vi điện tử; khuếch đại điện kế kiểu bù (cảm ứng, quang điện, nhiệt điện, tĩnh điện).
  • Đo dòng điện lớn: Ghép song song nhiều sun; đo gián tiếp qua từ trường khe hở không khí của mạch từ xuyến ($B = \frac{\mu_0}{\delta} I_x$); dùng biến dòng một chiều có hai lõi pecmaloi điều chế từ ($15 \div 70\text{ kA}$, cấp chính xác 0.5); kết hợp biến dòng xoay chiều (như biến dòng YTT-5) với ampemét.

Chương 9: Đo điện áp

Phân tích yêu cầu điện trở trong của vônmét $R_v \to \infty$ và điều kiện $R_v \ge \frac{R_t}{\gamma}$ (với $\gamma$ là cấp chính xác, $R_t$ là điện trở tải). Công thức hiệu chỉnh sai số hệ thống: $U_x = U_v \left(1 + \frac{R_t}{R_v}\right)$.

  • Vônmét tương tự: Vônmét từ điện đo một chiều mở rộng dải bằng điện trở phụ manganin $R_p = R_{ct}(m-1)$; vônmét từ điện chỉnh lưu có mạch bù nhiệt và bù tần số; vônmét điện từ (cuộn dây $1000 \div 6000$ vòng); vônmét điện động nhiều thang đo.
  • Đo điện áp bằng phương pháp so sánh (Điện thế kế):
    • Điện thế kế một chiều điện trở lớn: Giữ dòng công tác $I = \text{const}$, dùng pin mẫu Weston ($E_N = 1.01863\text{ V}$ ở $20^\circ\text{C}$, hiệu chỉnh nhiệt độ $E_{Nt} = E_{N20} - 40 \cdot 10^{-6}(t-20) - 10^{-6}(t-20)^2$, cấp chính xác $0.001% \div 0.01%$).
    • Điện thế kế một chiều điện trở nhỏ: Giữ $R_N = \text{const}$, thay đổi dòng công tác $I_{ct}$ bằng mạch khuếch đại thuật toán và mạng điện dẫn $\sum g_i$, loại trừ sai số điện trở tiếp xúc và sức điện động nhiệt ký sinh.
    • Điện thế kế tự động cân bằng: Cấu trúc mạch cầu, bộ chuyển đổi rung đảo điện một chiều thành xoay chiều, động cơ thuận nghịch điều khiển con trượt bút ghi, ứng dụng đo nhiệt độ qua cặp nhiệt ngẫu.
    • Điện thế kế xoay chiều: Loại tọa độ cực (dùng bộ điều chỉnh pha) và tọa độ vuông góc (dùng hỗ cảm $M$ tạo 2 thành phần vuông góc, tính $U_x = \sqrt{U_{x1}^2 + U_{x2}^2}$).
  • Vônmét điện tử và vi xử lý: Khảo sát các sơ đồ khối Chỉnh lưu - Khuếch đại, Khuếch đại - Chỉnh lưu, Khuếch đại một chiều có điều chế (tránh trôi điểm không); vi mạch khuếch đại transistor BJT, FET; cấu trúc vônmét chỉ thị số và vônmét số điều khiển bằng vi xử lý.
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| CƠ CHẾ CÂN BẰNG TRONG ĐIỆN THẾ KẾ MỘT CHIỀU VÀ TỰ ĐỘNG                           |
|                                                                                   |
| 1. Điện thế kế điện trở lớn:   Ux = EN = I_ct * R_N  (Chuẩn hóa I_ct bằng pin mẫu)|
| 2. Điện thế kế điện trở nhỏ:   Ux = R_N * (EN * \sum g_i)  (Điều khiển qua Op-Amp)|
| 3. Điện thế kế tự động:        \Delta U = Ex - Ux \to Bộ rung \to KĐAC           |
|                                \to Động cơ 2 pha kéo con trượt \to \Delta U = 0  |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Chương 10: Đo công suất và năng lượng

Khảo sát nguyên lý đo công suất tác dụng $P$, công suất phản kháng $Q$ và năng lượng $W$ trong mạch điện 1 pha, 3 pha đối xứng và không đối xứng bằng phương pháp cơ điện (oátmét điện động, công tơ cảm ứng) và phương pháp điện tử/số; kỹ thuật đo công suất và năng lượng trong lưới điện cao áp qua máy biến điện áp ($TU$) và máy biến dòng điện ($TI$).

Chương 11: Đo góc lệch pha và khoảng thời gian

Phân tích phương pháp biến đổi thẳng (phương pháp cơ điện, phương pháp số đếm xung), phương pháp so sánh kiểu bù, phương pháp tương quan và kỹ thuật đo khoảng thời gian giữa hai tín hiệu xung hoặc dạng sin.

Chương 12: Đo tần số

Khảo sát các phương pháp đo tần số tín hiệu: biến đổi thẳng (tần số kế cơ điện, biến đổi tần số - điện áp), phương pháp so sánh (phương pháp cộng hưởng, phương pháp cầu đo, phương pháp so pha) và cấu trúc tần số kế vạn năng kỹ thuật số điều khiển bằng vi xử lý.

Chương 13: Đo các thông số của mạch điện

Chương này cung cấp toàn bộ các sơ đồ mạch xác định thông số $R, L, C, M, \text{tg}\delta, Q$:

  • Đo điện trở: Phương pháp vôn-ampe; ômmét sơ đồ nối tiếp (thang đo ngược, $R_x = R_0$ ở giữa thang, bù trôi nguồn bằng $R_m$); ômmét sơ đồ song song (thang đo thuận, đo $R$ nhỏ); ômmét kiểu lôgômét (2 khung dây chéo góc, góc quay $\alpha = f(I_1/I_2) \sim R_x$, không phụ thuộc điện áp nguồn).
  • Đo điện trở lớn ($10^6 \div 10^{12}\ \Omega$): Phương pháp vôn-ampe có vòng bảo vệ/màn chắn tĩnh điện triệt tiêu dòng rò bề mặt; megômmét điện tử dùng FET với điện trở nền $R_0 = 100\text{ M}\Omega$; kỹ thuật đo teraômmét ($10^{14}\ \Omega$).
  • Cầu đo thuần trở một chiều:
    • Cầu đơn Wheatstone: Điều kiện cân bằng $R_x = R_1 \frac{R_3}{R_2}$; gồm cầu hộp (chỉnh $R_1$, cố định tỷ số $R_3/R_2$) và cầu biến trở (chỉnh con trượt $D$).
    • Cầu kép Thomson (Kelvin): Đo điện trở nhỏ và rất nhỏ ($< 1\ \Omega$), cấu trúc điện trở 4 cực loại bỏ điện trở tiếp xúc và dây nối; phương trình cân bằng $R_x = R_0 \frac{R_3}{R_2}$ khi $\frac{R_1}{R_2} = \frac{R_3}{R_4}$ (ví dụ cầu mẫu P329 có cấp chính xác $0.05 \div 1.0$ cho dải đo $10^{-6} \div 10^{-2}\ \Omega$).
  • Đo điện dung và góc tổn hao dielectric ($\text{tg}\delta$): Mô hình tụ điện nối tiếp (tổn hao nhỏ: $\text{tg}\delta = \omega R C$) và song song (tổn hao lớn: $\text{tg}\delta = \frac{1}{\omega R C}$). Cầu Schering 4 nhánh xoay chiều: cân bằng đồng thời $C_x = \frac{R_2}{R_1} C_N$ và $R_x = R_N \frac{R_1}{R_2}$.
  • Đo điện cảm ($L$) và hệ số phẩm chất ($Q = \frac{\omega L}{R}$):
    • Cầu dùng cuộn cảm mẫu.
    • Cầu Maxwell-Wien (dùng tụ điện mẫu): $R_x = R_1 \frac{R_3}{R_2}$, $L_x = C_2 R_1 R_3$, $Q = \omega C_2 R_2$.
    • Cầu hộp Hay: Đo cuộn cảm có hệ số phẩm chất cao.
    • Cầu 6 nhánh Anderson: Đo cuộn dây có hệ số phẩm chất rất nhỏ ($Q < 0.5$) bằng phép biến đổi mạng tam giác - sao ($\Delta - Y$).
  • Cầu vạn năng biến trở dây căng: Nguồn dao động $1\text{ kHz}$ LC 3 điểm cảm ứng, chỉ thị micrôampemét, đo $R, L, C, \text{tg}\delta, Q$ với sai số $1.5% \div 5%$, quan hệ đo $A_x = A_0 \frac{R_3}{R_2}$.
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| TỔNG HỢP CÁC SƠ ĐỒ CẦU ĐO THÔNG SỐ MẠCH ĐIỆN (CHƯƠNG 13)                         |
+---------------------+-------------------+-----------------------------------------+
| Loại cầu đo         | Đại lượng đo      | Biểu thức cân bằng chính                |
+---------------------+-------------------+-----------------------------------------+
| Cầu đơn Wheatstone  | Điện trở trung bình| Rx = R1 * (R3 / R2)                     |
| Cầu kép Thomson     | Điện trở nhỏ (<1\Omega)| Rx = R0 * (R3 / R2) khi R1/R2 = R3/R4   |
| Cầu Schering        | Cx, tg\delta (tụ điện)| Cx = CN * (R2 / R1); tg\delta = \omega*Rx*Cx|
| Cầu Maxwell-Wien    | Lx, Q (cuộn cảm)  | Lx = C2 * R1 * R3; Q = \omega * C2 * R2 |
| Cầu 6 nhánh Anderson| Lx, Q (với Q<0.5) | Chuyển đổi \Delta-Y, cân bằng độc lập R3|
+---------------------+-------------------+-----------------------------------------+

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  1. Lý thuyết trường điện từ và mạch điện: Thiết lập mối liên hệ giữa sức từ động, từ thông, mật độ dòng điện và cảm ứng từ trong các cơ cấu đo cơ điện và cảm biến từ trường.
  2. Nguyên lý cân bằng mạch cầu và phương pháp bù: Thiết lập phương trình giải tích điều kiện cân bằng biên độ và góc pha cho các mạch đo một chiều và xoay chiều ($Z_1 Z_4 = Z_2 Z_3$).
  3. Mô hình hóa sai số thực nghiệm: Phương pháp đánh giá sai số do các thông số ký sinh (điện dung phân tán, điện cảm dây quấn, dòng rò bề mặt vật liệu cách điện) và giải pháp triệt tiêu bằng phần cứng.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng tính toán thiết kế: Tính toán thông số điện trở sun, điện trở phụ, mạch phân áp, các phần tử bù nhiệt độ ($R_T$) và bù tần số ($L, C$).
  • Kỹ năng thiết lập và cân bằng mạch đo: Vận hành các mạch cầu hộp, cầu biến trở, cầu vạn năng, điện thế kế chuẩn và xử lý điều kiện cân bằng độc lập giữa các nhánh.
  • Kỹ năng phân tích đo lường thực tế: Khả năng phân loại và lựa chọn phương pháp đo phù hợp với tính chất của đối tượng đo (dòng cực nhỏ, dòng cực lớn, thông số tập trung, thông số phân bố).

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp sư phạm tiếp cận giải tích kết hợp ứng dụng mạch thực tế. Nội dung mỗi chuyên đề đi từ việc phân tích bản chất vật lý của đại lượng cần đo, xây dựng mô hình toán học giải tích, thiết lập sơ đồ nguyên lý mạch đo, và cuối cùng là phân tích các nguyên nhân gây sai số cùng phương pháp khắc phục.

+-------------------------------------------------------------------------------+
| TIẾN TRÌNH SƯ PHẠM CỦA MỖI CHỦ ĐỀ ĐO LƯỜNG                                   |
|                                                                               |
| [Bản chất vật lý] -> [Mô hình toán giải tích] -> [Sơ đồ mạch đo nguyên lý]   |
|         -> [Phân tích sai số phương pháp/thiết bị] -> [Giải pháp mạch bù]     |
+-------------------------------------------------------------------------------+
  • Bài tập và phân tích cấu trúc mạch: Các chương cung cấp các bài toán tính toán tham số mạch đo cụ thể (ví dụ: tính toán giá trị điện trở sun $R_s$, điện trở phụ $R_p$, thiết kế mạch phân dòng nhiều thang đo, tính tham số mạch bù nhiệt độ bằng thermistor kết hợp điện trở manganin).
  • Thực hành và thí nghiệm: Nội dung lý thuyết trong sách tương thích trực tiếp với các bài thí nghiệm đo lường tại phòng thực hành: đo điện trở bằng cầu Wheatstone, cầu Thomson P329; đo điện dung và góc tổn hao $\text{tg}\delta$ bằng cầu Schering; chuẩn hóa vônmét bằng điện thế kế một chiều và pin mẫu Weston.
  • Phương pháp đánh giá: Đánh giá năng lực người học qua khả năng:
    1. Chứng minh các phương trình cân bằng mạch đo.
    2. Tính toán thiết kế mạch mở rộng thang đo và mạch bù sai số.
    3. Phân tích nguyên nhân và định lượng sai số của phép đo trong các điều kiện môi trường và tần số xác định.
  • Hướng dẫn tự học: Người học cần đối chiếu các phương pháp đo cùng một đại lượng (ví dụ: so sánh phương pháp đo điện áp bằng vônmét cơ điện, vônmét điện tử và phương pháp bù bằng điện thế kế) để hiểu rõ giới hạn ứng dụng, độ chính xác và dải đo của từng giải pháp.

Điểm nổi bật và cập nhật

  1. Tính hệ thống và bao quát kỹ thuật đo lường: Giáo trình bao quát đầy đủ từ các thiết bị đo cơ điện cổ điển (từ điện, điện từ, điện động, sắt điện động, lôgômét) đến các thiết bị đo điện tử tương tự (khuếch đại BJT, FET, Op-Amp) và các hệ thống đo lường số hóa tích hợp vi điều khiển/vi xử lý.
  2. Phân tích chuyên sâu các giải pháp xử lý sai số thực tế:
    • Khảo sát chi tiết giải pháp bù nhiệt độ bằng cách kết hợp điện trở đồng ($r_{ct}, R_4$) và manganin ($R_1, R_2, R_3$) trong ampemét từ điện.
    • Ứng dụng kỹ thuật biến đổi sao - tam giác ($\Delta - Y$) trong cầu 6 nhánh Anderson để đo chính xác cuộn cảm có hệ số phẩm chất rất thấp ($Q < 0.5$).
    • Kỹ thuật dùng màn chắn tĩnh điện và vòng bảo vệ phân dòng để loại trừ sai số do dòng điện rò bề mặt khi đo điện trở cách điện khối và cách điện mặt ($10^6 \div 10^{12}\ \Omega$).
  3. Giải quyết bài toán đo lường ở dải đo cực hạn:
    • Đo dòng điện siêu nhỏ ($10^{-11}\text{ A}$) bằng điện kế gương quang học và khuếch đại điện kế bù cảm ứng/quang điện.
    • Đo dòng điện một chiều siêu lớn ($15 \div 70\text{ kA}$) bằng phương pháp biến dòng một chiều pecmaloi và cảm biến từ trường khe hở không khí.
    • Đo điện trở siêu nhỏ ($10^{-6}\ \Omega$) qua cấu trúc điện trở 4 đầu của cầu kép Thomson nhằm triệt tiêu hoàn toàn điện trở tiếp xúc và điện trở dây nối.

Đối tượng sử dụng giáo trình

+-------------------------------------------------------------------------------+
| MA TRẬN ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG VÀ ĐIỀU KIỆN TIÊN QUYẾT                             |
+----------------------+-----------------------------+--------------------------+
| Nhóm đối tượng       | Mục đích sử dụng            | Yêu cầu tiên quyết       |
+----------------------+-----------------------------+--------------------------+
| Sinh viên đại học    | Học phần Kỹ thuật Đo lường, | Vật lý đại cương,        |
| (Năm 3 - Năm 4)      | Đo lường Điện - Điện tử     | Mạch điện I & II,        |
|                      |                             | Điện tử tương tự / số    |
+----------------------+-----------------------------+--------------------------+
| Học viên Cao học /   | Nghiên cứu, thiết kế hệ     | Lý thuyết đo lường nâng  |
| Nghiên cứu sinh      | thống cảm biến và đo lường  | cao, Xử lý tín hiệu số   |
+----------------------+-----------------------------+--------------------------+
| Giảng viên & Kỹ sư   | Giáo trình giảng dạy, tra   | Kiến thức chuyên ngành   |
| chuyên ngành         | cứu thiết kế mạch đo chuẩn  | Kỹ thuật Đo lường        |
+----------------------+-----------------------------+--------------------------+
  • Sinh viên đại học: Sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 thuộc các ngành Kỹ thuật Điện, Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Đo lường và Tin học Công nghiệp, Vật lý Kỹ thuật.
  • Kiến thức tiên quyết: Người học cần hoàn thành các học phần: Vật lý đại cương (phần Điện - Từ), Lý thuyết Mạch điện, Kỹ thuật Điện tử tương tự và số, và Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý (Tập một).
  • Học viên cao học và nghiên cứu sinh: Sử dụng làm tài liệu tham khảo để nghiên cứu các sơ đồ chuyển đổi đo lường chính xác cao, thiết kế cấu trúc phần cứng trong các hệ thống đo lường và kiểm tra tự động.
  • Giảng viên và kỹ sư thực tế: Dùng làm khung tài liệu chuẩn trong giảng dạy lý thuyết, thiết kế bài tập lớn, đồ án môn học và tra cứu thông số kỹ thuật, cấu trúc mạch đo lường trong công tác kiểm định thiết bị công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với những môn học nào trong chương trình đào tạo?

Giáo trình phục vụ trực tiếp cho các học phần: Kỹ thuật Đo lường, Đo lường Điện và Thiết bị đo, Đo lường các đại lượng không điện, Cảm biến và Kỹ thuật đo lường, và Thực tập Đo lường Điện tử tại các trường đại học kỹ thuật.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học Tập hai?

Người học cần nắm vững lý thuyết mạch điện (định luật Kirchhoff, phương pháp dòng nhánh, dòng vòng, mạch xoay chiều tần số phức), lý thuyết linh kiện điện tử (điốt, BJT, FET, Op-Amp) và các kiến thức cơ sở về chuẩn đo lường SI, lý thuyết sai số đã được trình bày ở Tập một.

3. Điểm khác biệt về mặt học thuật của giáo trình này so với các tài liệu đo lường đại cương là gì?

Giáo trình không dừng lại ở việc mô tả tính năng của thiết bị thương mại mà đi sâu vào bản chất giải tích của sơ đồ nguyên lý mạch đo: chứng minh toán học điều kiện cân bằng mạch cầu, phân tích định lượng sai số phương pháp, và khảo sát chi tiết cấu trúc mạch bù sai số tần số/nhiệt độ ở các dải đo cực hạn (dòng cực nhỏ $10^{-11}\text{ A}$, dòng cực lớn $70\text{ kA}$, điện trở $10^{-6}\ \Omega$ và $10^{14}\ \Omega$).

4. Làm thế nào để tự học và nắm vững kiến thức trong giáo trình hiệu quả?

Người học nên tự thiết lập lại các phương trình toán học mô tả mạch đo (như công thức cân bằng cầu Schering, Maxwell-Wien, Anderson), vẽ lại sơ đồ nguyên lý và lập bảng so sánh ưu - nhược điểm, cấp chính xác và dải tần làm việc của từng phương pháp đo tương ứng với mỗi đại lượng vật lý.

5. Có những tài liệu bổ trợ nào gắn liền với giáo trình này?

Tài liệu bổ trợ trực tiếp gồm có Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý - Tập một (Cơ sở lý thuyết của kỹ thuật đo) của cùng nhóm tác giả, các tài liệu hướng dẫn thí nghiệm đo lường chuyên ngành của Đại học Bách khoa Hà Nội, và các văn bản quy trình kiểm định đo lường của Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng.

Kết luận

Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý (Tập hai) của nhóm tác giả PGS. Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hòa, Nguyễn Thị Vấn là công trình học thuật chuyên ngành có tính hệ thống cao, kết tinh kinh nghiệm nghiên cứu và giảng dạy nhiều năm tại Đại học Bách khoa Hà Nội. Giáo trình cung cấp đầy đủ cơ sở lý thuyết, mô hình giải tích và giải pháp thiết kế mạch đo cho toàn bộ các đại lượng điện và thông số mạch điện cơ bản.

Lộ trình học tập khuyến nghị là kết hợp nghiên cứu lý thuyết phân tích mạch trong giáo trình với việc thực hành tính toán thông số mạch bù, kiểm chứng điều kiện cân bằng cầu trên các thiết bị thí nghiệm tiêu chuẩn và mở rộng tra cứu các tài liệu tiêu chuẩn đo lường chuyên ngành.