Giáo trình nghề Điện tử công nghiệp - Môđun: Đo lường điện tử
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI
GIÁO TRÌNH
Tên mô đun: Đo lường điện tử
NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ
Ban hành kèm theo Quyết định số:
/QĐ-CĐCNPY, ngày tháng năm 2019
của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại
Vĩnh Phúc, năm 2019
0
2
MỤC LỤC
Bài 1. Khái niệm về đo lường điện tử.............................................................................9
1.1.Định nghĩa đo lường.................................................................................................9
1.2.Đại lượng điện và đại lượng không điện...................................................................9
1.3.Phân loại phương pháp đo.......................................................................................11
1.4.Đơn vị, hệ đơn vị đo lường.....................................................................................13
1.5.Sai số, phân loại, cấp chính xác của dụng cụ đo điện.............................................14
1.6. Các bộ phận chủ yếu của máy đo...........................................................................16
Bài 2. Máy đo đa dụng VOM/DMM.............................................................................19
2.1. Các thông số kỹ thuật của máy đo VOM...........................................................19
2.2. Sơ đồ khối chức năng của VOM........................................................................20
2.3. Nguyên lý cấu tạo mạch đo trong VOM............................................................21
2.4. Máy đo đa dụng chỉ thị số DMM.......................................................................23
2.5. Sử dụng và bảo quản VOM, DMM....................................................................24
Bài 3. Đo điện trở bằng VOM.......................................................................................28
3.1. Các phương pháp đo điện trở ................................................................................28
3.2.Sử dụng VOM để đo điện trở.................................................................................29
3.3.Bảo quản VOM......................................................................................................30
Bài 4. Đo dòng điện và điện áp bằng VOM.................................................................33
4.1.Đo dòng điện và điện áp một chiều.......................................................................33
4.2.Đo dòng điện và điện áp xoay chiều.....................................................................35
4.3.Bảo quản máy đo VOM.........................................................................................37
Bài 5. Dao động ký điện tử tương tự...........................................................................39
5.1.Nguyên lý cấu tạo, tính năng và các thông số kỹ thuật của dao động ký..............39
5.2.Kiểm tra và cài đặt chế độ ban đầu cho dao động ký............................................39
5.3.Chuẩn độ cho dao động ký....................................................................................51
5.4.Hiệu chỉnh đồng bộ của dao động ký....................................................................52
Bài 6. Dao động ký điện tử số.....................................................................................54
6.1.Nguyên lý cấu tạo, tính năng và các thông số kỹ thuật của dao động ký.............54
6.2.Kiểm tra và cài đặt chế độ ban đầu cho dao động ký...........................................56
6.3.Chuẩn độ cho dao động ký...................................................................................57
6.4.Sử dụng và bảo quản dao động ký số...................................................................62
Bài 7. Đo biên độ, tần số và góc pha của tín hiệu......................................................63
2
3
7.1.Phương pháp đo biên độ của tín hiệu...................................................................63
7.2.Đo biên độ của tín hiệu........................................................................................68
7.3.Phương pháp đo tần số và góc pha của tín hiệu...................................................68
7.4.Đo tần số của tín hiệu...........................................................................................73
7.5.Đo độ di pha.........................................................................................................74
7.6.Bảo quản thiết bị đo..............................................................................................76
3
4
CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN
Tên mô đun: ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ
Mã mô đun: MĐCC14010021
Thời gian thực hiện mô đun: 60 giờ(Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm,
thảo luận, bài tập: 27 giờ; Kiểm tra: 3 giờ).
I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN:
- Vị trí: Mô đun được bố trí dạy sau các mô đun Linh kiện điện tử, Điện cơ bản.
- Tính chất: là mô đun cơ sở ngành bắt buộc.
II. MỤC TIÊU MÔ ĐUN:
* Kiến thức:
Trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về phương pháp và kỹ thuật đo điện
- điện tử:
- Khái niệm đo điện, đại lượng đo, chuẩn và đơn vị đo.
- Phương pháp đo điện, đo không điện. Cấu hình và kỹ thuật thực hiện phép đo.
- Nguyên lý cấu tạo, tính năng và kỹ thuật sử dụng các máy đo chuyên dụng: VOM,
DMM, Osilloscope để đo các đại lượng điện: I, U, R, L, C và đo các tham số tín
hiệu: biên độ, chu kỳ, tần số, pha…
- Nguyên lý cấu tạo, tính năng và kỹ thuật sử dụng các máy phát tín hiệu, máy tạo
hàm trong thực nghiệm.
* Kỹ năng:
- Rèn luyện cho sinh viên các kỹ năng sử dụng VOM, DMM, Osilloscope trong
kiểm tra sửa chữa điện, điện tử:
- Đo thử và kiểm tra các thiết bị điện, các linh kiện điện tử, bán dẫn: R, L, C, diode,
Led, transistor, …
- Đo đạc các thông số của mạch điện: dòng, áp, các thông số tín hiệu: biên độ, chu
kỳ, tần số, pha,…
- Kỹ năng phán đoán và xử lý các sự cố bất thường và hư hỏng thông qua các phép
đo.
4
5
* Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Dự lớp đầy đủ theo quy định, rèn luyện tác
phong công nghiệp, biết cách làm việc nhóm.
III. NỘI DUNG MÔ ĐUN:
1.Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:
Thời gian giờ
Thực
Số
hành, thí
nghiệm,
thảo
Lý
thuyế
t
Kiể
m
Tên các bài trong mô đun
Tổn
g số
TT
tra
luận, bài
tập
1
Bài 1. Khái niệm về đo lường điện tử
9
3
3
2
3
8
1
12
1.1.Định nghĩa đo lường.
1.2.Đại lượng điện và đại lượng không
điện.
1.3.Phân loại phương pháp đo.
1.4.Đơn vị, hệ đơn vị đo lường.
1.5.Sai số, phân loại, cấp chính xác của
dụng cụ đo điện.
1.6.Các bộ phận chủ yếu của máy đo.
Bài 2. Máy đo đa dụng VOM/DMM
6
2
2.6. Các thông số kỹ thuật của máy đo
VOM
2.7. Sơ đồ khối chức năng của VOM
2.8. Nguyên lý cấu tạo mạch đo trong
VOM
2.9. Máy đo đa dụng chỉ thị số DMM
2.10. Sử dụng và bảo quản VOM,
DMM
1
12
Bài 3. Đo điện trở bằng VOM
3
5
6
3.1. Các phương pháp đo điện trở
3.2.Sử dụng VOM để đo điện trở
3.3.Bảo quản VOM
Kiểm tra
Bài 4. Đo dòng điện và điện áp bằng
VOM
3
3
6
4
4.1. Đo dòng điện và điện áp một chiều
4.2. Đo dòng điện và điện áp xoay
chiều.
4.3. Bảo quản máy đo VOM
Bài 5. Dao động ký điện tử tương tự
3
3
6
5
5.1. Nguyên lý cấu tạo, tính năng và
các thông số kỹ thuật của dao động ký.
5.2. Kiểm tra và cài đặt chế độ ban
đầu cho dao động ký
5.3. Chuẩn độ cho dao động ký.
. 5.4. Hiệu chỉnh đồng bộ của dao động
ký
Bài 6. Dao động ký điện tử số
3
3
6
6
6.1. Nguyên lý cấu tạo, tính năng và
các thông số kỹ thuật của dao động
ký.
6.2. Kiểm tra và cài đặt chế độ ban đầu
cho dao động ký.
6.3. Chuẩn độ cho dao động ký.
6.4. Sử dụng và bảo quản dao động ký
số.
6
5
1
12
7
Bài 7. Đo biên độ, tần số và góc pha của
6
7
tín hiệu
7.1. Phương pháp đo biên độ của tín hiệu
7.2. Đo biên độ của tín hiệu
7.3. Phương pháp đo tần số và góc pha
của tín hiệu.
7.4. Đo tần số của tín hiệu..
7.5. Đo độ di pha
7.6. Bảo quản thiết bị đo
Cộng
60
30
27
3
7
8
Bài 1: Khái niệm về đo lường điện tử
Thời gian: 12 giờ
* Mục tiêu của bài:
- Nắm vững những khái niệm cơ bản: đại lượng đo, đơn vị đo, phương pháp đo, cơ
cấu đo và chỉ thị.
- Mô tả được sơ đồ nguyên tắc và cấu hình của một hệ đo lường.
- Giải thích được nguyên tắc các cơ cấu đo và chỉ thị trong đo lường.
- Phân biệt được các đại lượng đo điện, đại lượng không điện.
- Viết đúng đơn vị các đại lượng đo.
- Tính sai được sai số phép đo.
- Cẩn thận đảm bảo an toàn thiết bị và dụng cụ
- Nghiêm túc, khoa học, tỉ mỷ.
* Nội dung của bài:
1.1. Định nghĩa đo lường.
Đơn vị đo: Là giá trị đơn vị tiêu chuẩn về một đại lượng đo nào đó được quốc tế qui
định mà mỗi quốc gia đều phải tuân thủ. Năm 1832, nhà toán học Đức K. Gauss đã
chỉ ra rằng, nếu như chọn 3 đơn vị độc lập để đo chiều dài (L), khối lượng (M), thời
gian (T) - thì trên cơ sở 3 đại lượng này nhờ các định luật vật lý, có thể thiết lập
được đơn vị đo của tất cả các đại lượng vật lý. Tập hợp các đơn vị đo theo nguyên
tắc Gauss đã đưa ra hợp thành hệ đơn vị đo.
Trên thế giới các nhà khoa học đã thống nhất đưa ra những đơn vị tiêu chuẩn
được gọi là các chuẩn. Ðây là một hệ thống đơn vị đo lường quốc tế
pháp ở đa số các nước trên thế giới hiện nay.
( SI ) hợp
Ví dụ: Chuẩn “ ampe”, ohm”, “ volt”,…
Rèn luyện tính tư duy, cẩn thận và chính xác
1.2. Đại lượng điện và đại lượng không điện.
1.2.1. Đại lượng điện
Để cho nhiều nước có thể sử dụng một hệ thống đơn vị duy nhất người ta đã
thành lập hệ thống đơn vị quốc tế (SI) năm 1960 đã được thông qua ở hội nghị quốc
tế về mẫu và cân. Trong hệ thống đó các đơn vị được xác định như sau:
- Đơn vị chiều dài: met (m)
- Đơn vị khối lượng: kilogam (kg)
- Đơn vị thời gian: giây (s)
- Đơn vị cường độ dòng điện: Ampe (A)
- Đơn vị nhiệt độ: Kelvin (0K)
- Đơn vị cường độ sáng: Candela (Cd)
8
9
- Đơn vị số lượng vật chất: Mol
Mét là đơn vị đo khoảng cách, một trong bảy đơn vị cơ bản trong hệ đo lường quốc
tế (SI). Định nghĩa gần đây nhất của mét bởi Viện đo lường quốc tế (Bureau
International des Poids et Mesures) vào năm 1998 là: " 1 khoảng cách có chiều dài
đúng bằng quãng đường đi của 1 tia sáng trong chân không, trong khoảng thời gian
1/299.792.458 giây". Trong cách hành văn hàng ngày, nhiều khi một “mét” còn
được gọi là một thước.
Kilôgam là đơn vị đo khối lượng, một trong bảy đơn vị đo cơ bản của hệ đo
lường quốc tế (SI), được định nghĩa là "khối lượng của khối kilôgam chuẩn quốc tế,
mẫu chuẩn một kilogramme là một hình ống trụ hợp kim gồm 90% platin và 10%
iridi, có đường kính 39 mm, cao 39 mm” thể hiện ở hình 1.1
Mẫu này được chế tạo vào năm 1879 ở Luân Dôn và hiện được bảo quản, đậy kín
bởi một chuông kính, đặt tại Văn phòng Quốc tế về Đo lường, ở vùng Sèvres -
Paris.
Hình 1.1
Tuy nhiên, sau hơn 100 năm được chế tạo ra, mẫu chuẩn này đã bị biến đổi.
Một vấn đề rất quan trọng là hiện nay kilôgam có xu hướng mất bớt khối lượng với
thời gian do bị mòn đi (bằng khoảng một hạt cát có đường kính 0,4 mm). Đối với
chúng ta, điều này chẳng hề hấn gì. Nhưng các nhà khoa học không chấp nhận như
vậy bởi vì đơn vị trọng lượng là cơ sở cho nhiều đơn vị đo lường khác, và khoa học
đòi hỏi phải chính xác không cho phép một sự sai lệch như vậy. Cần phải tìm một
mẫu chuẩn khác theo đúng định nghĩa, tức là có thuộc tính không thay đổi của tự
nhiên. Nói một cách khác, mẫu chuẩn phải là phi vật thể.
Đa phần mỗi quốc gia tuân thủ hệ đo lường quốc tế đều có bản sao của khối
kilôgam chuẩn, được chế tạo và bảo quản y hệt như bản chính, và được đem so sánh
lại với bản chính khoảng 10 năm một lần.
Chữ kilô (hoặc trong viết tắt là k) viết liền trước các đơn vị trong hệ đo lường
quốc tế để chỉ rằng đơn vị này được nhân lên 1000 lần. Tại Việt Nam, kilôgam còn
thường được gọi là cân trong giao dịch thương mại đời thường.
1.2.2.Đại lượng không điện
9
10
Giây (viết tắt là s theo chuẩn quốc tế và còn có kí hiệu là ″ ) là đơn vị đo thời
gian, là một đơn vị cơ bản trong hệ đo lường quốc tế (SI). Định nghĩa quen thuộc
của giây vốn là khoảng thời gian bằng 1/60 của phút, hay 1/3600 của giờ.
Hay Giây là một khoảng thời gian bằng 9.192.631.770 lần chu kỳ của thời
lượng bức xạ tương ứng trong sự chuyển tiếp giữa hai mức năng lượng trong trạng
thái cơ bản của nguyên tử Cs133 (Xêzi ). Trong vật lí người ta còn sử dụng các đơn
vị nhỏ hơn như mili giây (một phần nghìn giây), micrô giây (một phần triệu giây),
hay nano giây (một phần tỉ giây)
1.3. Phân loại phương pháp đo.
Ampe là cường độ của dòng điện không đổi khi chạy qua trong hai dây dẫn
thẳng, tiết diện nhỏ, rất dài, song song với nhau và cách nhau 1m trong chân không
thì trên mỗi mét dài của mỗi dây có một lực từ bằng 2.10-7 N (Niutơn) trên một mét
chiều dài. Ampe có ký hiệu là A, là đơn vị đo cường độ dòng điện I trong hệ SI, lấy
tên theo nhà Vật lý và Toán học người Pháp André Marie Ampère.
1.3.1. Phân loại theo thao tác đo
Trong hệ thống đo lường quốc tế, Kelvin là một đơn vị đo lường cơ bản cho
nhiệt độ. Nó được kí hiệu bằng chữ K. Mỗi độ K trong nhiệt giai Kelvin (1K) tương
ứng bằng một độ trong nhiệt giai Celsius (1°C) , Thang nhiệt độ này được lấy theo
tên của nhà vật lý, kỹ sư người Ireland William Thomson, nam tước Kelvin thứ
nhất.
Nhiệt độ trong nhiệt giai Kelvin đôi khi còn được gọi là nhiệt độ tuyệt đối, do
0K ứng với nhiệt độ nhỏ nhất mà vật chất có thể đạt được. Tại 0K, trên lý thuyết,
mọi chuyển động nhiệt hỗn loạn đều ngừng. Thực tế chưa quan sát được vật chất
nào đạt tới chính xác mức 0K, chúng luôn có nhiệt độ cao hơn 0K một chút, tức là
vẫn có chuyển động nhiệt hỗn loạn ở mức độ nhỏ.
Độ Celsius (°C hay độ C) là đơn vị đo nhiệt độ được đặt tên theo nhà thiên văn
học người Thụy Điển Anders Celsius (1701–1744). Ông là người đầu tiên đề ra hệ
thống đo nhiệt độ căn cứ theo trạng thái của nước với 100 độ là nước đá đông và 0
độ là nước sôi ở khí áp tiêu biểu (standard atmosphere) vào năm 1742. Hai năm sau
nhà khoa học Carolus Linnaeus đảo ngược hệ thống đó và lấy 0 độ là nước đá đông
và 100 là nước sôi. Hệ thống này được gọi là hệ thống centigrade tức là bách phân
và danh từ này được dùng phổ biến cho đến nay mặc dù kể từ năm 1948, hệ thống
nhiệt độ này đã chính thức vinh danh nhà khoa học Celsius bằng cách đặt theo tên
của ông. Một lý do nữa Celsius được dùng thay vì centigrade là vì thuật ngữ "bách
phân" cũng được sử dụng ở lục địa châu Âu để đo một góc phẳng bằng phần vạn
của góc vuông
- Có thể biến đổi bằng công thức từ 0C sang K bởi công thức sau:
10
11
t° = T -273,15 T = 273,15+ t°
(0°C tương ứng với 273,15 K hay 0K = - 273,150C)
Trong đó:
t0: Kí hiệu nhiệt độ Celcius, đơn vị 0C
T: Kí hiệu nhiệt độ giai Kelvin, đơn vị K
Chú ý: là không dùng chữ "độ K" (hoặc "0K") khi ghi kèm số, chỉ kí hiệu K thôi, ví
dụ 45K, 779K, chứ không ghi 45 độ K (hoặc 450K), và đọc là 45 Kelvin, 779 Kelvin,
chứ không phải "45 độ Kelvin",...
0
- Trong đời sống ở Việt Nam và nhiều nước, nó được đo bằng C (10C trùng
274,15K)
0
- Trong đời sống ở nước Anh, Mỹ và một số nước, nó được đo bằng F (10F trùng
255,927778K, 10C bằng 1.80F).
1.3.2.Phân loại theo phương pháp và kỹ thuật đo
Công cơ học, gọi tắt là công, là năng lượng được thực hiện khi có một lực tác
dụng lên vật thể làm vật thể và điểm đặt của lực chuyển dời. Công cơ học thu nhận
bởi vật thể được chuyển hóa thành sự thay đổi công năng của vật thể, khi nội năng
của vật thể này không đổi.
Công được xác định bởi tích vô hướng của véctơ lực và véctơ quảng đường đi:
A=F.s (1.5)
Trong đó:
- A là công, trong SI tính theo “J”.
- F là véc-tơ lực không biến đổi trên quãng đường di chuyển, trong SI tính theo
“N”
- s là véc-tơ quãng đường thẳng mà vật đã di chuyển, trong SI tính theo “m”
1.3.3.Đo các đại lượng không điện bằng phương pháp đo điện
Năng lượng là đại lượng vật lý đặc trưng để xác định định lượng chung
cho mọi dạng vận động của vật chất.
Năng lượng theo lý thuyết tương đối của Albert Einstein là một thước đo khác
của lượng vật chất được xác định theo công thức liên quan đến khối lượng toàn
phần E = mc².
Trong đó :
- E : là năng lượng, trong hệ SI đơn vị là kg (m/s)² .
- m: là khối lượng , đơn vị là kg
- c: Tốc độ ánh sáng gần bằng 300,000,000 m /sec ( 300.000 km/s), đơn vị là
(m/s).
Công suất được định nghĩa là tỷ số giữa công và thời gian. Nếu một lượng công
được sinh ra trong khoảng thời gian t thì công suất sẽ là
11
12
P = A/t (1.6)
Trong đó :
- P : là công suất, đơn vị là Watt ( W)
- A: là công sinh ra , đơn vị là jun ( J)
- t: là thời gian, đơn vị là giây ( s)
- Trước đây người ta dùng đơn vị mã lực để đo công suất.
+ Ở nước Pháp: 1 mã lực = 1CV = 736W
+ Ở nước Anh: 1 mã lực = 1HP = 746W
1.4. Đơn vị, hệ đơn vị đo lường.
1.4.1. Hệ đơn vị đo lường quốc tế SI
Các hạt mang điện cùng dấu (cùng dương hoặc cùng âm) sẽ đẩy nhau. Ngược
lại, các hạt mang điện khác dấu sẽ hút nhau. Tương tác giữa các hạt mang điện nằm
ở khoảng cách rất lớn so với kích thước của chúng tuân theo định luật Coulomb.
Định luật Coulomb (đọc là Cu-lông), đặt theo tên nhà vật lý Pháp Charles de
Coulomb, phát biểu là:
Độ lớn lực tương tác giữa hai điện tích, tỷ lệ thuận với tích độ lớn của các
điện tích và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
q1 q2
F ke
(1.7)
Công Thức :
Trong đó:
r2
- F: độ lớn của lực
- Ke: hằng số
- q1 q1 : điện tích
- r: khoảng cách
1.4.2.Ước, bội thập phân của các đơn vị cơ bản.
- Sức điện động: là đại lượng đặc trưng cho nguồn năng lượng điện, có bản chất
không phải tĩnh điện, cần thiết để duy trì dòng điện trong mạch điện. Sức điện động
có giá trị bằng công phải tiêu tốn để chuyển một đơn vị điện tích dương dọc theo
toàn mạch kín. Sức điện động tổng cộng trong mạch có dòng điện không đổi, bằng
hiệu điện thế giữa hai đầu mạch hở. Sức điện động cảm ứng được tạo thành bởi điện
trường xoáy sinh ra trong từ trường biến đổi. Nó thường được ký hiệu bằng chữ E,
Đơn vị của volt (V)
- Điện áp hay hiệu điện thế: là giá trị chênh lệch điện thế giữa hai điểm. Cũng
tương tự như dòng điện, điện áp có 2 loại điện áp một chiều và điện áp xoay chiều.
Điện áp một chiều là sự chênh lệch điện thế giữa hai điểm mà tại đó sự chênh lệch
điện thế tạo ra các dòng điện một chiều. Điện áp xoay chiều tương ứng với trường
hợp sự thay đổi liên tục về cực tính giữa hai điểm tương ứng và điều này chính là
nguyên nhân tạo ra sự thay đổi chiều dòng điện và chúng ta có dòng điện xoay
12
13
chiều. Nó thường được ký hiệu bằng chữ U, Đơn vị của điện áp và hiệu điện thế
là volt (V)
1.5.Sai số, phân loại, cấp chính xác của dụng cụ đo điện.
1.5.1.Phân loại theo quy luật xuất hiện sai số
- Từ thông: là thông lượng đường sức từ đi qua một điện tích. Từ thông là
tích phân của phép nhân vô hướng giữa mật độ từ thông với véctơ thành phần điện
tích, trên toàn bộ điện tích.
Theo ký hiệu toán học:
(1.11)
Với:
-
là từ thông
- B là mật độ từ thông
Hướng của véctơ B theo quy ước là từ cực nam lên cực bắc của nam châm, khi
đi trong nam châm, và từ cực bắc đến cực nam, khi đi ngoài nam châm.
Trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị đo từ thông là Weber (Wb), và đơn vị đo
mật độ từ thông là Tesla hay Weber trên mét vuông.
1.5.2.Sai số hệ thống.
Cuộn cảm (hay cuộn từ, cuộn từ cảm): là một linh kiện điện tử thụ động tạo ra
từ một dây dẫn điện với vài vòng quấn, sinh ra từ trường khi có dòng điện chạy qua.
Cuộn dây có biểu tượng mạch điện
có một độ tự cảm (hay
từ dung) L đo bằng đơn vị Henry (H).
Đối với dòng điện một chiều (DC), dòng điện có cường độ và chiều không đổi
(tần số bằng 0), cuộn dây hoạt động như một điện trở có điện kháng gần bằng không
hay nói khác hơn cuộn dây nối đoản mạch. Dòng điện trên cuộn dây sinh ra một từ
trường, B, có cường độ và chiều không đổi.
1.5.3.Sai số ngẫu nhiên
Khi mắc điện xoay chiều (AC) với cuộn dây, dòng điện trên cuộn dây sinh ra
một từ trường, B, biến thiên và một điện trường, E, biến thiên nhưng luôn vuông
góc với từ trường. Độ tự cảm của cuộn từ lệ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều.
Khi có dòng điện chạy qua, cuộn dây sinh từ trường và trở thành nam châm
điện. Khi không có dòng điện chạy qua, cuộn dây không có từ. Từ trường sản sinh tỉ
lệ với dòng điện
B = I L (1.12)
1.5.4.Phân loại theo biểu thức diễn đạt sai số
Về mặt lưu trữ năng lượng, tụ điện có phần giống với ắc qui. Mặc dù cách
hoạt động của chúng thì hoàn toàn khác nhau, nhưng chúng đều cùng lưu trữ năng
lượng điện. Ắc qui có 2 cực, bên trong xảy ra phản ứng hóa học để tạo ra electron ở
13
14
cực này và chuyển electron sang cực còn lại. Tụ điện thì đơn giản hơn, nó không thể
tạo ra electron - nó chỉ lưu trữ chúng. Tụ điện có khả năng nạp và xả rất nhanh. Đây
là một ưu thế của nó so với ắc qui
1.5.5.Sai số tuyệt đối
- Tụ điện một chiều hay còn gọi là tụ phân cực (Electrolytic Capacitor): Khi
đấu nối phải đúng cực âm - dương. Thường trên tụ quy ước cực âm bằng cách sơn
một vạch màu sáng dọc theo thân tụ, hoặc khi tụ chưa cắt thì chân dài hơn là cực
dương thể hiện ở hình 1.2 a, tụ không phân cực được thể hiện ở hình 1.2b.
1.5.6.Sai số tương đối
Hoặc: Điện áp hay hiệu điện thế là hiệu số điện thế giữa hai điểm khác nhau của
mạch điện. Thường một điểm nào đó của mạch được chọn làm điểm gốc có điện thế
bằng 0 (điểm nối đất). Khi đó, điện thế của mọi điểm khác trong mạch có giá trị âm
hay dương được mang so sánh với điểm gốc và được hiểu là điện áp tại điểm tương
ứng. Tổng quát hơn, điện áp giữa hai điểm A và B của mạch (ký hiệu là U) xác định
bởi: UAB = VA- VB = -UAB
1.5.7.Cấp chính xác của đồng hồ đo điện.
Độ chính xác của một phép đo và mức chính xác phụ thuộc vào rất nhiều yếu
tố như chất lượng của thiết bị đo, người sử dụng các thiết bị đó và yếu tố môi
trường. Cấp chính xác của dụng cụ đo là đặc trưng tổng quát của nó, được quy định
bởi các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về các giới hạn của sai số đo cơ bản và thứ
yếu, cũng như về các thông số khác có ảnh hưởng đến độ chính xác của các dụng cụ
đo. Để đánh giá độ chính xác của đồng hồ đo điện, người ta dùng khái niệm cấp
chính xác của dụng cụ đo. Cấp chính xác có thể kí hiệu bằng chữ hoặc số theo các
quy định xác định. Cấp chính xác được biểu diễn bởi biểu thức 2.3
X m
%
100% (2.3)
Am
Dụng cụ đo điện có 8 cấp chính xác sau: 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,5 và 5. Cấp
chính xác được ghi trên mặt của đồng hồ đo. Biết cấp chính xác ta có thể tính được
sai số tuyệt đối lớn nhất cho phép của phép đo:
X m
Am
% Am
100 %
%
100 % X m
Ví dụ: Một vôn-kế có ghi cấp chính xác là 1, nghĩa là giới hạn sai số của nó cho tầm
do là 1%.
Ví dụ: Một miliampe kế có thang độ lớn nhất Amax = 100mA, cấp chính xác là 2,5.
Sai số tuyệt đối lớn nhất cho phép sẽ là:
X
A m
% A m
100 %
2 ,5 x100
m
%
100 % X
2 ,5 mA
m
100
Vượt quá giá trị 2,5mA này đồng hồ sẽ không còn đạt cấp chính xác 2,5 nữa.
Khi sử dụng thiết bị đo lường, chúng ta mong muốn thiết bị được chuẩn hóa
(calibzate) khi được xuất xưởng nghĩa là đã được chuẩn hóa với thiết bị đo lường
14
15
chuẩn (standard). Việc chuẩn hóa thiết bị đo lường được xác định theo bốn cấp như
sau:
1.6.Các bộ phận chủ yếu của máy đo.
Phép đo cần phải được thực hiện một cách cẩn thận và sự thể hiện các số liệu
đo phải phù hợp sau khi đã có tính toán đến các giới hạn về độ nhạy, độ chính xác
và khả năng của thiết bị đo. Ðôi khi số đo có thể đúng nhưng nếu thể hiện kết quả
sai, người ta có thể hiểu mạch đang tốt là có sai hỏng và ngược lại. Hơn nữa, việc
sử dụng thiết bị đo sai có thể tạo ra các nguy hiểm cho sự an toàn của người đo và
thiết bị đo. Các kỹ thuật đo sau đây cần phải tuân theo khi đo thử hay thực hiện các
phép đo trong việc chẩn đoán hư hỏng, sửa chữa và bảo dưỡng các thiết bị điện tử.
1.6.1.
Mạch đo
Nối thiết bị đến nguồn điện lưới, tốt hơn hết là thông qua đầu nối ba chân, và
thực hiện bật nguồn cho hệ thống theo trình tự sau: Các điểm quan trọng được
chuyển mạch ON đầu tiên, tiếp theo là đóng [ON] nguồn cung cấp, sau đó đóng
[ON] thiết bị đo, và cuối cùng đóng nguồn cung cấp cho mạch cần đo thử. Khi tắt
(chuyển mạch sang OFF), thì trình tự là ngược lại, thì trình tự phải được thực hiện
ngược lại: trước tiên tắt nguồn cung cấp cho mạch cần đo, tiếp theo là tắt thiết bị đo,
sau đó tắt nguồn cung cấp và cuối cùng là ngắt điện lưới. Ðiều này sẽ bảo vệ thiết bị
đo và thiết bị cần đo khỏi các xung quá độ. Không hàn hay tháo mối hàn linh kiện
khi nguồn cung cấp đang bật.
Bất kỳ lúc nào cũng phải tắt thiết bị đo còn nếu thiết bị đo được chuyển mạch
sang đóng [ON] ngay sau đó thì cần phải có khoảng thời gian đáng kể để cho phép
các tụ xả điện.
Các thiết bị đo thử cần phải được nối đất một cách hiệu quả để giảm thiểu các
biến thiên của nhiễu.
Chọn thang đo phù hợp theo tham số cần đo, tuỳ theo giá trị đo yêu cầu. Nếu
không biết giá trị đo yêu cầu, thì hãy chọn thang đo cao nhất và sau đó giảm dần
thang đo cho phù hợp, để tránh cho thiết bị đo bị quá tải và bị hư hỏng. Thang đo
được chọn cuối cùng sẽ cho kết quả đo gần với độ lệch lớn nhất có thể có đối với
phép đo điện áp và dòng điện, và gần mức trung bình đối với phép đo điện trở, để
có độ chính xác tối ưu đối với hệ thống đo.
Khi giá trị đo bằng 0, thì đồng hồ đo cần phải chỉ thị bằng 0, nếu không thì cần
phải được chỉnh về 0 cho phù hợp.
Không sử dụng các đầu que đo nhọn có kích thước lớn vì chúng có thể gây
ngắn mạch. Các đầu que đo cần phải nhọn nhất nếu có thể được.
Ðiều quan trọng của việc nối các điểm đo thử: các hãng chế tạo thiết bị thường
quy định các điểm đo thử tại các vị trí thuận tiện trên bảng mạch in. Ðiện trở, mức
15
16
điện áp DC, mức điện áp tín hiệu và các dạng sóng của tín hiệu sẽ được quy định
cho mỗi điểm đo thử. (điểm đo thử thường là cọc lắp đứng trên bảng mạch in). Các
điểm đo thử sẽ được đệm tốt nhất để tránh nguy hiểm quá tải cho mạch cần đo. Các
điểm đo thử được thiết kế bởi các nhà chuyên môn có kinh nghiệm, khi cần khảo sát
thiết bị, không được bỏ qua các điểm đo thử như vậy trong quá trình sửa chữa.
Thông thường các đầu que đo mang dấu dương và âm đối với các phép đo điện
áp và dòng điện trong mạch. Nguồn pin bên trong đồng hồ đo sẽ có cực tính ngược
lại, tức là đầu que đo âm của nguồn pin trong đồng hồ đo sẽ được nối đầu que được
đánh dấu dương (que đo màu đen) và ngược lại thể hiện ở hình 2.1. Thực tế này cần
phải nhớ khi đo thử các diode, các tụ điện phân, các transistor và các vi mạch.
Hình 2.1
1.6.2.Cơ cấu đo
Nếu các điểm đo thử là không cho trước, hoặc nếu các phép đo là được thực hiện tại
các điểm khác nhau, thì cần phải chú ý các điểm như sau:
a) Khi đo các điện áp DC, phép đo cần phải được thực hiện ngay tại các
linh kiện thực tế, và đối với vi mạch đo trực tiếp trên các chân.
b) Sử dụng đầu kẹp đo thử IC để thực hiện các phép đo trên các chân của
IC.
c) Khi cần đo tín hiệu trên mạch in trong bảng mạch, nên kẹp đầu đo trên
chân của cấu kiện điện tử được nối với đường mạch in.
d) Khi thực hiện các phép đo trên bảng mạch, cần phải đảm bảo rằng các IC
không bị điện tích tĩnh đo thiết bị đo.
e) Khi kiểm tra hở mạch, hãy tháo một đầu của cấu kiện điện tử rồi thực
hiện phép đo. Nếu cấu kiện không được tháo một đầu, thì các cấu kiện khác mắc
song song với cấu kiện nghi ngờ sẽ chỉ thị không đáng tin cậy. Có thể kiểm tra cấu
kiện nghi ngờ bằng cầu đo. Khi tháo mối hàn ra khỏi bảng mạch in là khó khăn thì
có thể cắt đường mạch in liên quan, do dễ dàng hàn lại vết cắt hơn so với việc tháo
mối hàn cấu kiện để đo rồi hàn lại, nhưng khi hàn lại vết cắt, cần đề phòng mối hàn
bị nứt không xảy ra.
16
17
f) Việc tháo và hàn IC là một quá trình khá phức tạp cần phải hết sức cẩn
thận. Cần phải tháo mối hàn cho IC để đo thử chỉ khi xác minh chắc chắn các phép
đo trên bảng mạch cho thấy IC đã thực sự hỏng.
1.6.3. Cơ cấu chỉ thị
Cần phải tuân theo các luu ý về an toàn để đảm bảo an toàn cho người đo,
thiết bị đo.
Cần phải tuân theo các chỉ dẫn từ hướng dẫn sử dụng thiết bị đo thử, cũng
như trình tự đo thử.
Cần phải nghiên cứu kỹ cách vận hành thiết bị đo để thực hiện phép đo và
cần phải tuân theo tất cả các điểm lưu ý đã được đề cập.
17
18
Bài 2: Máy đo đa dụng VOM, DMM
Thời gian: 6 giờ
* Mục tiêu của bài: Sau khi học xong bài này học viên sẽ có khả năng:
- Trình bày được sơ đồ khối và các thông số kỹ thuật của máy đo đa dụng
VOM/DMM.
- Phân tích được các mạch đo trong VOM. Sử dụng thành thạo VOM, DMM trong
công việc đo đạc và sửa chữa các thiết bị điện tử dân dụng.
- Cẩn thận đảm bảo an toàn thiết bị và dụng cụ
- Nghiêm túc, khoa học, tỉ mỷ.
*Nội dung của bài
2.1. Các thông số kỹ thuật của máy đo VOM
2.1.1.Khái niệm chung
Khi thực hiện phép đo, điều quan trọng là số liệu nhận được có đúng với giá
trị của linh kiên cẩn đo để từ đó nhận ra nguyên nhân của sự khác biệt giữa kết quả
đo được và kết quả dự kiến. Nếu kết quả thu được, khác với dự kiến thì cũng có thể
là dụng cụ đo bị hỏng, hay bộ phận đọc số liệu bị hỏng hoặc kém, sự hiểu biết về
các thông số đo chưa đầy đủ,…
2.1.2.Độ nhạy của đồng hồ
Là độ chênh lệch giữa kết quả đo và giá trị thực của đại lượng đo. Nó phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như: thiết bị đo, phương thức đo, người đo…
- Nguyên nhân gây sai số
Không có phép đo nào là không có sai số. vấn đề là khi đo phải chọn đúng
phương pháp thích hợp, cũng như cần cẩn thận, thành thạo khi thao tác , để hạn chế
sai số các kết quả đo sao cho đến mức ít nhất.Các nguyên nhân gây ra sai số thì có
nhiều, người ta phân loại nguyên nhân gây ra sai số là đo các yếu tố khách quan và
chủ quan gây nên. Các nguyên nhân khách quan ví dụ: dụng cụ đo lường không
hoàn hảo, đại lượng đo được bị can nhiễu nên không hoàn toàn được ổn
định…Nguyên Nhân chủ quan, ví dụ: đo thiếu thành thạo trong thao tác, phương
pháp tiến hành đo không hợp lý…
Vì có các nguyên nhân đó và ta cũng không thể tuyệt đối loại trừ hoàn toàn
được như vậy nên kết quả của phép đo nào cũng chỉ cho giá trị gần đúng. Ngoài
việc cố gắng hạn chế sai số đo đến mức thấp nhất, ta còn cần đánh giá được xem kết
quả đo có sai số đến mức độ nào.
- Phân loại sai số
Mỗi thiết bị đo có thể cho độ chính xác cao, nhưng có thể có các sai số đo các
hạn chế của thiết bị đo, do các ảnh hưởng của môi trường, và các sai số đo người đo
18
19
khi thu nhận các số liệu đo. Các loại sai số có ba dạng: Sai số chủ quan (Sai số thô),
sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên.
2.1.3.Cấp chính xác
(Các sai số thô): có thể quy cho giới hạn của các thiết bị đo hoặc là các sai số đo
người đo.
Giới hạn của thiết bị đo: Ví dụ như ảnh hưởng quá tải gây ra bởi một voltmeter có
độ nhạy kém. Voltmeter như vậy sẽ rẽ dòng đáng kể từ mạch cần đo và vì vậy sẽ tự
làm giảm mức điện áp chính xác.
2.1.4.Tính thăng bằng
: Sai lệch có cùng dạng, không thay đổi được gọi là sai số hệ thống.
Ví dụ: Giả sử dùng thước 20m để đo một đoạn thẳng nào đó, nhưng chiều dài
thật của thước lúc đó lại là 20,001m. Như vậy trong kết quả một lần kéo thước có
chứa 1mm, sai số này được gọi là sai số hệ thống.
- Có hai loại sai số: Sai số của thiết bị đo và sai số do môi trường đo.
Sai số của thiết bị đo: là do ma sát ở các bộ phận chuyển động của hệ thống
đo hay do ứng suất của lò xo gắn trong cơ cấu đo là không đồng đều. Ví dụ, kim chỉ
thị có thể không dừng ở mức 0 khi không có dòng chảy qua đồng hồ. Các sai số
khác là đo chuẩn sai, hoặc do đao động của nguồn cung cấp, do nối đất không đúng,
và ngoài ra còn do sự già hoá của linh kiện.
Cũng là loại sai số tương tự sai số đọc, nhưng không phải do mắt, mà do sự
hiển thị của các thiết bị đo kỹ thuật số. Các giá trị mà chúng có thể cho hiển thị trên
màn hình chỉ là các giá trị gián đoạn (ví dụ: card chuyển từ analog – “tín hiệu tương
tự” sang digital – “tín hiệu số”, nếu là loại 8 bits thì chỉ có thể hiển thị được 28=256
mức khác nhau), nếu kết quả đo không trùng với các mức đó thì sẽ được làm tròn.
Ngoài ra, khi đại lượng cần đo có sự dao động lớn hơn khoảng cách giữa hai mức
tín hiệu số cạnh nhau, ta còn thấy các con số hiển thị thay đổi liên tục, việc chọn giá
trị nào là tùy người sử dụng.
2.2. Sơ đồ khối chức năng của VOM
: Giả sử thước có vạch chia nhỏ nhất đến 1mm, thì sai số dọc thước ở phần ước
lượng nhỏ hơn mm là sai số ngẫu nhiên.
Sai số ngẫu nhiên là những sai số mà trị số và đặc điểm ảnh hưởng của nó đến mỗi
kết quả đo đạc không rõ ràng, khi thì xuất hiện thế này, khi thì xuất hiện thế kia, ta
không thể biết trước trị số và dấu của nó.
Vì vậy sai số ngẫu nhiên xuất hiện ngoài ý muốn chủ quan của con người, chủ
yếu do điều kiện bên ngoài, ta khó khắc phục mà chỉ có thể tìm cách hạn chế ảnh
hưởng của nó. Sai số ngẫu nhiên có các đặc tính sau. Sai số ngẫu nhiên có trị số và
19
20
dấu xuất hiện không theo quy luật, nhưng trong cùng một điều kiện đo nhất định,
sai số ngẫu nhiên sẽ xuất hiện theo những quy luật.
Đặc tính giới hạn: Trong những điều kiện đo đạc cụ thể, trị tuyệt đối của sai
số ngẫu nhiên không vượt quá một giới hạn nhất định.
Đặc tính tập trung: Sai số ngẫu nhiên có trị tuyệt đối càng nhỏ, thì có khả
năng xuất hiện càng nhiều.
Đặc tính đối xứng: Sai số ngẫu nhiên dương và âm với trị số tuyệt đối bé có
số lần xuất hiện gần bằng nhau.
Đặc tính bù trừ: Khi số lần đo tiến tới vô cùng, thì số trung bình cộng của các
sai số đo đạc ngẫu nhiên của cùng một đại lượng sẽ tiến tới không. Tức là:
n
i
lim i1
0 (2.4)
n
n
- Ngoài các sai số trên để đánh giá sai số của dụng cụ khi đo một đại lượng nào đó
người ta còn phân loại.
- Sai số tuyệt đối:là hiệu giữa giá trị đại lượng đo Yn và giá trị thực Xn
e = Yn - Xn
Y n X
n
er |
| 1 0 0 % ( 2 .5 )
- Sai số tương đối (tính theo %):
Y n
Trong đó: er - sai số tương đối, Yn - giá trị đại lượng đo; Xn - giá trị thực (trị số
đo được)
- Độ chính xác tính theo %:
a = 100% – er = (A×100%) (2.6)
2.3. Nguyên lý cấu tạo mạch đo trong VOM
Thị sai thể hiện trạng thái trong đó chỉ có một điểm để xác định đường thẳng
từ mắt đến thang đo và điểm này chính là đầu kim hay đầu nhọn của thước đo (phụ
thuộc vào điểm nhìn). Sự khác nhau trong việc đọc không do dụng cụ gây nên mà
do vị trí của mắt so với mũi nhọn của kim đo. Các nhầm lẫn như vậy có thể do đánh
giá sai khi kim nằm giữa hai vạch chia.
2.3.1.
Mạch đo dòng DC.
Nhiệm vụ của người quan sát khi thực hiện phép đo:
Chuẩn bị trước khi đo: phải nắm được phương pháp đo, am hiểu về thiết bị
đo được sử dụng, kiểm tra điều kiện đo, phán đoán về khoảng đo để chọn thiết bị
phù hợp, chọn dụng cụ đo phù hợp với sai số yêu cầu và phù hợp với môi trường
xung quanh.
2.3.2.
Mạch đo áp DC
Trong khi đo: Phải biết điều khiển quá trình đo để có kết quả mong muốn.
20
Tải về để xem bản đầy đủ
78 trang
18040
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình nghề Điện tử công nghiệp - Môđun: Đo lường điện tử", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_nghe_dien_tu_cong_nghiep_modun_do_luong_dien_tu.pdf
