Đang tải... (xem toàn văn)
Chương 1 Khái Niệm Đo Lường Chương 2 Đo Dòng và Áp Chương 3 Đo Điện Trở Chương 4 Đo Điện Dung, Điện Cảm và Hỗ Cảm Chương 5 Dao Động Ký Tia Âm cực Chương 6 Thiết Bị Phân Tích Tín Hiệu Chương 7 M
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG §1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1. Khái niệm về đo lường: Trong Vật lý học, các đònh luật vật lý phản ánh mối quan hệ mang tính quy luật giữa các hiện tượng của tự nhiên, chúng được biểu diễn bằng các công thức toán học thông qua các đại lượng vật lý. Các đại lượng vật lý đặc trưng cho những tính chất khác nhau của các vật thể, cũng như các hiện tượng xảy ra theo thời gian. Việc đánh giá đònh lượng tính chất của các vật thể (đối tượng) nghiên cứu được thực hiện bằng cách đo các đại lượng vật lý. Quá trình đo lường là một thực nghiệm vật lý, thực hiện phép so sánh đại lượng vật lý đó với một đại lượng cùng loại chọn làm đơn vò. Phép đo đôi khi chỉ là một thực nghiệm đơn giản, nhưng đôi khi hết sức phức tạp. Kết quả của phép đo luôn có thể biểu diễn dưới dạng một con số với đơn vò kèm theo. Phương trình của phép đo có thể viết dưới dạng (1.1) YXA = (1.1) Trong đó: X - Đại lượng đo Y - Đơn vò đo A - Giá trò bằng số. Hay : X = A.Y ; Giá trò đại lượng đo sẽ bằng A lần đơn vò đo. Như vậy ta có thể đònh nghóa: Đo một đại lượng vật lý là quá trình đánh giá đònh lượng đại lượng đo để có kết quả bằng số so với đơn vò. 1.2. Đơn vò, hệ đơn vò đo lường. Để biểu diễn các đại lượng vật lý dưới dạng một con số, phải chọn “cỡ” cho nó, nghóa là lượng hóa nó, ta phải chọn đơn vò đo. Về mặt nguyên tắc, theo (1.1) ta có thể chọn đơn vò là một lượng tùy ý. Tuy nhiên giá trò của nó phải phù hợp với thực tế và tiện lợi khi sử dụng. Năm 1832, nhà toán học Đức K. Gauss đã chỉ ra rằng, nếu như chọn 3 đơn vò độc lập để đo chiều dài (L), khối lượng (M), thời gian (T) - thì trên cơ sở 3 đại lượng này nhờ các đònh luật vật lý, có thể thiết lập được đơn vò đo của tất cả các đại lượng vật lý. Tập hợp các đơn vò đo theo nguyên tắc Gauss đã đưa ra hợp thành hệ đơn vò đo. Những đơn vò đo được chọn một cách độc lập và chúng thể hiện những tính chất cơ bản của thế giới vật chất (khối lượng, thời gian, độ dài, . ) được gọi là những đơn vò cơ bản. Các đơn vò được thành lập trên cơ sở các đơn vò cơ bản nhờ các công thức biểu diễn các đònh luật vật lý được gọi là các đơn vò dẫn suất. Phần lớn các đơn vò trong vật lý là đơn vò dẫn suất. Phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa các đơn vò dẫn suất và các đơn vò cơ bản gọi là công thức thứ nguyên. Đơn vò của một đại lượng cơ bất kỳ có thể biểu diễn qua phương trình thứ nguyên (1.2) dim X = Lp Mq Tr (1.2) (dim = dimension) Ví dụ, thứ nguyên của vận tốc được biểu diễn qua công thức v = l/t : [][][]1LTTLtlv−=== (1.3) * Hệ SI ( System International). Năm 1960, Ủy ban quốc tế về đo lường đã chính thức thông qua hệ đơn vò quốc tế SI. Trong hệ SI có 7 đơn vò cơ bản, 2 đơn vò bổ trợ, 27 đơn vò dẫn suất * Các đơn vò cơ bản là : - Chiều dài : mét (m) - Khối lượng : kilôgram (kg) - Thời gian : giây (s) - Nhiệt độ : độ kelvin (oK) - Cường độ dòng điện : Ampe (A) - Cøng độ sáng : candela (nến) (Cd) - Khối lượng phân tử gam : mol * Hai đơn vò bổ trợ là: - Đơn vò đo góc phẳng : radian (rad) - Đơn vò đo góc khối : steradian (sr) Ngoài hệ SI (còn gọi là hệ MKS hay hệ mét), các nước Anh, Mỹ và một số nước nói tiếng Anh dùng phổ biến hệ UK . §2. PHƯƠNG PHÁP & THIẾT BỊ ĐO Đo lường là quá trình so sánh đại lượng đo với đơn vò. Phép đo phải thực hiện 3 thao tác chính: - Biến đổi tín hiệu và tin tức - So sánh đại lượng đo với đơn vò (hay với mẫu) - Chỉ báo kết quả Thiết bò cho phép thực hiện quá trình so sánh đại lượng đo với đơn vò (hay với mẫu) gọi là dụng cụ đo. Sơ đồ cấu trúc của một dụng cụ đo bao gồm 3 khối chức năng cơ bản : mạch đo, cơ cấu đo và khối chỉ thò (hình 1-1). Hình 1-1 Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật cũng như cách thức tổ chức các thiết bò đo mà ta có các phương pháp đo khác nhau. Để có kết quả bằng số so với đơn vò, thiết bò đo phải thực hiện một phép so sánh. • Nếu việc so sánh với đơn vò thông qua quá trình khắc độ thiết bò sẽ tạo nên hệ thống đo biến đổi thẳng. • Nếu là so sánh với mẫu hay với đại lượng bù ta có hệ thống đo kiểu so sánh hay kiểu bù. Trên hình 1-2 là bảng phân loại các hệ thống đo lường. Hình 1-2. Các hệ thống đo lường cơ bản Thiết bò đo là một hệ thống trong đó đại lượng đo là lượng vào, lượng ra là đại lượng chỉ thò trên thang độ (thiết bò đo Analog - loại tác động liên tục) hoặc một con số kèm đơn vò đo (thiết bò đo Digital - loại chỉ thò số). 2.1. Hệ thống đo kiểu biến đổi thẳng. Hệ thống đo biến đổi thẳng thực hiện theo nguyên tắc (1.4) Y = SX (1.4) ƠÛ đây, X là lượng vào, qua các khâu biến đổi trung gian thành đại lượng ra Y, còn S là toán tử thể hiện cấu trúc của thiết bò đo. Nếu các khâu biến đổi là nối tiếp, ta có thể biểu diễn (1.4) thành: Y = Tn . T n - 1 . T 1 .X (1.5) Trong đó: T n . T 1 là hàm truyền đạt của từng khâu biến đổi (hình 1-3). Hình 1-3 Căn cứ vào véc tơ lượng vào và véc tơ lượng ra ta có các hệ thống sau : Hình 1.4 Hình 1.5 2.1.1. Véc tơ lượng vào và véc tơ lượng ra có cùng số chiều (n). Các kênh biến đổi không liên quan nhau (ma trận biến đổi S là chéo), ta có hệ thống đo kênh biến đổi độc lập (hình 1-4). 21.2. Véc tơ lượng vào n chiều, véc tơ lượng ra 1 chiều. Hệ thống này cho phép xác đònh một đại lượng có liên quan tới nhiều đại lượng vào theo một quan hệ xác đònh, ta có hệ thống đo kiểu gián tiếp (hình 1-5). 2.1.3. Véc tơ lượng vào n chiều, véc tơ lượng ra m chiều. Hệ thống đo là một mô hình giải một hệ phương trình. Ta có hệ thống đo hợp bộ (hình 1-6). Trong hệ thống này kết quả đo sẽ được đưa ra cùng một lúc với nhau khi giải hệ phương trình trên. Hình 1.6 2.2. Hệ thống đo kiểu so sánh. Trong hệ thống đo kiểu so sánh, đại lượng đo X được biến đổi thành đại lượng trung gian YX qua một phép biến đổi T: YX = T.X Sau đó YX được so sánh với đại bù YK thực hiện thông qua một mạch trừ (hình 1-7): YX – YK = ∆Y Hình 1-7 Căn cứ vào cách thực hiện thao tác so sánh, ta có các phương pháp đo khác nhau: - Phương pháp so sánh cân bằng - Phương pháp so sánh vi sai - Phương pháp mã hóa thời gian - Phương pháp mã hóa tần số xung - Phương pháp mã hóa số xung - Phương pháp mã hóa số xung ngược - Phương pháp đếm xung - Phương pháp trùng phùng. 2 .2.1 Phương pháp so sánh cân bằng. Trong phương pháp này, đại lượng vào so sánh YX = const, đại lượng bù YK = const. Phép so sánh thực hiện ∆Y = YX – YK = 0, và YX = YK (hình 1-8). 2.2.2. . Phương pháp so sánh vi sai. Trong phương pháp này, đại lượng vào so sánh YX = const, đại lượng bù YK = const. Độ sai khác giữa 2 đại lượng rất nhỏ nhưng ∆Y = YX – YK ≠ 0 (hình 1-9). 2.2.3. Phương pháp mã hóa thời gian. Trong phương pháp này thì Yx = const, còn đại lượng bù Yk là một lượng tỉ lệ với thời gian: Yk = Y0t. Tại thời điểm tx xảy ra cân bằng : Yk = Y0tx = Yx. (1-6) Như vậy đại lượng đo Yx đã được biến ra khoảng thời gian tx . Phép so sánh thực hiện một bộ ngưỡng (hình 1-10): ∆Y = Sign(YX – YK) = (1-7) 2.2.4. Phương pháp mã hóa tần số xung. Trong phương pháp này đại lượng YX tỉ lệ với thời gian và lượng vào X: YX = X t, còn đại lượng bù YK = Y0 = const . Ngưỡng so sánh: ∆Y = Sign (YX – YK). Lúc cân bằng ta có: YK = X tX Hay (1-8) Như vậy đạïi lượng đo X được biến đổi ra tần số f X (hình 1-11) 2.2.5. Phương pháp mã hóa số xung. Trong phương pháp này đại lượng YX = const, còn đại lượng bù YK là một hàm bậc thang đều: (1-9) Ngưỡng so sánh cũng có dạng: ∆Y = Sign (YX – YK). (1-10) YX và YK sẽ cân bằng nhau sau n xung bước nhảy (H. 1-12): (1-11) 2.2.6. Phương pháp mã hóa số xung ngược. Trong trường hợp này đại lượng bù YK = const, còn lượng vào so sánh được biến đổi thành một hàm bậc thang: (1-12) Ngưỡng so sánh: ∆Y = Sign (YX – YK). YX và YK sẽ cân bằng nhau sau n xung bước nhảy: (1-13) 2.2.7. Phương pháp đếm xung Trong phương pháp này đại lượng vào so sánh có dạng là một dãy xung hẹp: (1-14) và YK = Y0 = const trong khoảng thời gian (t1,t2). Bộ so sánh là một bộ ngưỡng tổng ∆Y = Sign (YX + YK), ta có phương pháp đếm xung hay phép so sánh khoảng thời gian (t1, t2) vơ i gian T (H. 1-13). ùi khoảng thờ (1-15) 2.2.8. Phương pháp trùng phùng. Phương pháp trùng phùng thường được dùng để đo các khoảng thời gian nhỏ, hoặc các khoảng di chuyển nhỏ. Trong phương pháp này đại lượng vào so sánh là một dãy xung hẹp: (1-16) Đại lượng bù cũng có dạng là một dãy xung hẹp: (1-17) [...]... 2.6. Lo nh 2.6. Lo ạ ạ i h i h ú ú t H t H ì ì nh 2.7: Lo nh 2.7: Lo ạ ạ i đ i đ ẩ ẩ y y Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 21 Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 12 Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 3 2.1. 2.1. Cơ c Cơ c ấ ấ u ch u ch ỉ ỉ th th ị ị kim kim Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 13 2.2. 2.2. Đo dòng DC v Đo dòng DC v à à AC AC 2.2.1.Nguyên lý 2.2.1.Nguyên lý : C : C ả ả 3 3 cơ c cơ c ấ ấ u n u... (1.1) Y X A = (1.1) Trong đó: X - Đại lượng đo Y - Đơn vị đo A - Giá trị bằng số. Hay : X = A.Y ; Giá trị đại lượng đo sẽ bằng A lần đơn vị đo. Như vậy ta có thể định nghóa: Đo một đại lượng vật lý là quá trình đánh giá định lượng đại lượng đo để có kết quả bằng số so với đơn vị. Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 1 Ch.2: Ch.2: Đo dòng v Đo dòng v à à á á p p 2.1. 2.1. Cơ c Cơ c ấ ấ u... số tầm đo ± 2% ở tầm đo (thang đo) 30 dùng để đo điện áp 120V. Sai số tầm đo: 300V×0,02 = Do đó giới hạn sai số ở 120V: / %%× = 6 120 100 5 ợc dùng để xác định công suất tiêu thụ của điện trở. Cả Ví dụ 2: vôn-kế và ampe-kế đư hai thiết bị này đều ở sai số tầm đo ± 1%. Nếu vôn-kế được đọc ở tầm đo 150V có chỉ thị 80V và ampe-kế được đọc ở tầm đo 100mA là 80mA. Giới hạn của sai số tầm đo của... (1-27) 4.3. Cấp chính xác của đồng hồ đo điện. Để đánh giá độ chính xác của đồng hồ đo điện, người ta dùng khái niệm cấp chính xác của dụng cụ. Cấp chính xác của dụng cụ đo điện được định nghóa là: (1-28) ∆X max – là sai số tuyệt đối lớn nhất của dụng cụ đo ở thang đo tương ứng; A max – là giá trị lớn nhất của thang đo . Dụng cụ đo điện có 8 cấp chính xác sau : 0,05; 0,1; 0,2;... lạnh Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 23 - Khối lượng phân tử gam : mol * Hai đơn vị bổ trợ là: - Đơn vị đo góc phẳng : radian (rad) - Đơn vị đo góc khối : steradian (sr) Ngoài hệ SI (còn gọi là hệ MKS hay hệ mét), các nước Anh, Mỹ và một số nước nói tiếng Anh dùng phổ biến hệ UK . §2. PHƯƠNG PHÁP & THIẾT BỊ ĐO Đo lường là quá trình so sánh đại lượng đo với đơn vị. Phép đo phải... ĐQT 14 2.2.2.N 2.2.2.N ớ ớ i r i r ộ ộ ng t ng t ầ ầ m đo ampe m đo ampe - - k k ế ế Dùng điện trở shunt: R s =I fs R m /(I tđ -I fs ). Nới rộng nhiều tầm đo với điện trở shunt có cách mắc thơng thường và cách mắc Ayrton. Thay đổi số vịng dây quấn cơ cấu đo (điện từ, điện động). . . CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG §1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1. Khái niệm về đo lường: Trong Vật lý học, các định... quốc tế về đo lường đã chính thức thông qua hệ đơn vị quốc tế SI. Trong hệ SI có 7 đơn vị cơ bản, 2 đơn vị bổ trợ, 27 đơn vị dẫn suất * Các đơn vị cơ bản là : - Chiều dài : mét (m) - Khối lượng : kilôgram (kg) - Thời gian : giây (s) - Nhiệt độ : độ kelvin ( o K) - Cường độ dòng điện : Ampe (A) - Cøng độ sáng : candela (neán) (Cd) Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 20 Bài giảng Đo điện 12/2007... khơng sin). u khơng sin). Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 22 2.2.4.Ampe k 2.2.4.Ampe k ề ề m m L L à à thi thi ế ế t b t b ị ị đo dịng đi đo dịng đi ệ ệ n m n m à à khơng không c c ầ ầ n ng n ng ắ ắ t m t m ạ ạ ch nên r ch nên r ấ ấ t ti t ti ệ ệ n l n l ợ ợ i (v i (v í í d d ụ ụ như đo dịng đ như đo dòng đ ộ ộ ng cơ đi ng cơ đi ệ ệ n). n). M M ạ ạ ch đo dòng đi ch đo dòng đi ệ ệ n s n s ử ử d d ụ ụ ng... kim . . 2.2. 2.2. Đo dòng đi Đo dòng đi ệ ệ n AC v n AC v à à DC DC . . 2.3. 2.3. Đo đi Đo đi ệ ệ n n á á p AC v p AC v à à DC DC . . 2.4. 2.4. Đo đi Đo đi ệ ệ n n á á p DC b p DC b ằ ằ ng phương ph ng phương ph á á p bi p bi ế ế n tr n tr ở ở . . 2.5. Vôn k 2.5. Vôn k ế ế đi đi ệ ệ n t n t ử ử đo đi đo đi ệ ệ n n á á p DC. p DC. 2.6. Vôn k 2.6. Vôn k ế ế đi đi ệ ệ n t n t ử ử đo đi đo đi ệ ệ n... điện: Dùng phương pháp tia lửa điện để đánh thủng giấy ghi từng lúc, hoặc dùng phản ứng hóa học trên giấy ghi. – Ghi bằng phim ảnh, giấy ảnh. Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 26 2.3 2.3 . . Đo đi Đo đi ệ ệ n n á á p AC v p AC v à à DC DC Bài giảng Đo điện 12/2007 ĐQT 10 2.1.3. 2.1.3. Cơ c Cơ c ấ ấ u đi u đi ệ ệ n đ n đ ộ ộ ng ng D D ù ù ng v ng v ớ ớ i c i c ả ả 2 2 dòng đi dòng đi ệ ệ n . khung quay); - Cơ cấu đo kiểu điện từ; - Cơ cấu đo kiểu điện động; - Cơ cấu đo kiểu nhiệt điện; - Cơ cấu đo tónh điện; - Cơ cấu đo kiểu cảm ứng. . .. dụng cụ đo điện thông dụng là loại cơ điện, tùy thuộc vào nguyên lý tác động của cơ cấu đo mà người ta chia ra các loại sau : - Cơ cấu đo từ điện (điện kế