Đang tải... (xem toàn văn)
Toàn tập về kỹ thuật đo lường
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Nguyễn Ngọc Tân - Ngô Văn Ky KỸ THUẬT ĐO TẬP ĐO ĐIỆN NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2005 MỤC LỤC Lời mở đầu Chương KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG 1.1 Đại lượng đo lường 1.2 Chức đặc tính thiết bị đo lường 10 1.3 Chuẩn hóa đo lường 11 1.4 Chất lượng đo lường 12 1.5 Những phần tử thiết bị đo điện tử 20 1.6 Lợi ích thiết thực điện tử đo lường 21 1.7 Sự chọn lựa, tính cẩn thận cách dùng thiết bị đo 21 1.8 Hệ thống đo lường 22 Chương ĐO ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN 26 2.1 Cơ cấu thị kim 26 2.2 Đo dòng chiều (DC) xoay chiều (AC) 35 2.3 Đo điện áp AC DC 42 2.4 Đo điện áp DC phương pháp biến trở 48 2.5 Vôn-kế điện tử đo điện áp DC 52 2.6 Vôn-kế điện tử đo điện áp AC 61 2.7 Ampe-kế điện tử đo dòng AC DC 70 Bài tập 71 Chương ĐO ĐIỆN TRỞ 3.1 Đo điện trở Vôn-kế Ampe-kế 3.2 Đo điện trở dùng phương pháp đo điện áp biến trở 3.3 Mạch đo điện trở Ohm-kế 3.4 Cầu Wheatstone đo điện trở 3.5 Cầu đôi Kelvin 3.6 Đo điện trở có trị số lớn 3.7 Đo điện trở đất 3.8 Đo điện trở V.O.M điện tử Bài tập Chương 82 82 84 84 91 94 96 105 111 118 ĐO ĐIỆN DUNG, ĐIỆN CẢM VÀ HỖ CẢM 125 4.1 Dùng Vôn-kế, Ampe-kế đo điện dung, điện cảm hỗ cảm 125 4.2 Dùng cầu đo đo điện dung điện cảm 128 4.3 Đo hỗ cảm 139 Bài tập 141 Chương ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG 146 5.1 Đo công suất chiều 146 5.2 Đo công suất xoay chiều pha 148 5.3 Đo công suất tải ba pha 155 5.4 Đo công suất phản kháng tải 159 5.5 Đo điện 162 5.6 Đo hệ số công suất 167 5.7 Thiết bị thị đồng hóa (Synchronoscope) 171 5.8 Tần số kế 173 Chương ĐO ĐẠI LƯNG CƠ HỌC VẬT THỂ RẮN 178 6.1 Cảm biến vị trí dịch chuyển 178 6.2 Cảm biến điện trở biến dạng 202 6.3 Cảm biến đo tốc độ 207 6.4 Cảm biến đo lực, trọng lượng 215 6.5 Cảm biến đo ngẫu lực 221 6.6 Đo gia tốc, độ rung va chạm 223 Chương ĐO NHIỆT ĐỘ 228 7.1 Thang đo nhiệt độ 228 7.2 Đo nhiệt độ điện trở 228 7.3 Đo nhiệt độ cặp nhiệt điện 234 7.4 Dùng diod transistor đo nhiệt độ 243 7.5 Đo nhiệt độ IC 246 7.6 Dùng cảm biến thạch anh đo nhiệt độ 248 Chương ĐO CÁC ĐẠI LƯNG CƠ HỌC CHẤT LỎNG 255 8.1 Đo vận tốc chất lỏng 255 8.2 Lưu lượng kế 264 8.3 Đo dò mực chất lỏng 269 Chương ĐO ĐẠI LƯNG QUANG 273 9.1 Các đặc tính riêng cảm biến quang 273 9.2 Điện trở quang 276 9.3 Diod quang 284 9.4 Transistor quang 291 9.5 Cảm biến phát xạ quang 296 Chương 10 DAO ĐỘNG KÝ, TIA ÂM CỰC VÀ MÁY GHI X-Y 310 10.1 Ống phóng điện tử (CRT) 310 10.2 Các khối chức dao động ký 314 10.3 Trình bày tín hiệu ảnh dao động ký 317 10.4 Dao động ký hai kênh 321 10.5 Thanh đo (Probe) dao động ký 323 10.6 Bộ tạo trễ 325 10.7 Ứng dụng dao động ký 327 10.8 Vôn kế tự ghi kết (Voltmeter Recorder) 332 10.9 Máy ghi hệ trục X - Y (X - Y recorder) 333 Phụ lục 333 Tài liệu tham khảo 343 Lời mở đầu KỸ THUẬT ĐO biên soạn nhằm phục vụ cho môn học Kỹ thuật Đo (Đo lường Điện Điện tử - Electrical measurements and Electronic Instrumentation) biên soạn thành hai tập: KỸ THUẬT ĐO - TẬP - ĐO ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ CƠ BẢN gồm 10 chương KỸ THUẬT ĐO - TẬP - ĐO ĐIỆN TỬ gồm chương Trong tập chương 1, 2, 3, 4, 5, 10, thạc só Nguyễn Ngọc Tân biên soạn: trình bày phần đo lường điện đo lường điện tử Nguyên lý hoạt động thiết bị đo gồm thị, mạch đo phương pháp đo vôn-kế, ampe-kế, thiết bị đo điện trở, điện dung, điện cảm, điện kế, cosϕ-kế, tần số kế Trong phần vôn-kế, ampe-kế, ohm-kế trình bày thêm mạch đo điện tử nhằm mục đích để sinh viên hiểu rõ nguyên lý đo máy đo điện thông thường chuyển sang nguyên lý máy đo điện tử ngày sử dụng rộng rãi Các chương 6, 7, 8, tập chương 2, 3, thạc só Ngô Văn Ky biên soạn: trình bày nguyên lý hoạt động đặc tính kỹ thuật cảm biến đo đại lượng cơ, nhiệt, quang, học lưu chất Đây cảm biến chuyển đổi đại lượng không điện sang đại lượng điện sử dụng thiết bị đo lường công nghiệp (industrial instrumentation) hệ thống đo lường điều khiển tự động Cuốn sách nhằm cung cấp kiến thức thiết bị đo lường cho sinh viên ngành Điện - Điện tử - Máy tính (Công nghệ Thông tin) trường đại học; đồng thời giúp ích cho sinh viên ngành khác muốn tìm hiểu thiết bị đo Chúng mong nhận nhiều ý kiến đóng góp quý đồng nghiệp, độc giả để lần tái sách hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp, Bộ môn Cơ sở Kỹ thuật Điện - Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Bách khoa giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành sách Địa chỉ: Bộ môn Cơ sở Kỹ thuật Điện - Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TPHCM - 268 Lý Thường Kiệt, Q10 ĐT: (08) 8647685 Email: nntan@hcmut.edu.vn nvky@hcmut.edu.vn Nguyễn Ngọc Tân - Ngô Văn Ky Chương KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG 1.1 ĐẠI LƯNG ĐO LƯỜNG Trong lónh vực đo lường, dựa tính chất đại lượng đo, phân hai loại Đại lượng điện Đại lượng không điện (non electrical) đại lượng vật lý, hóa học, sinh học, y học, không mang đặc trưng đại lượng điện Tùy thuộc vào tính chất cụ thể đại lượng đo, đặt phương pháp cách thức đo để từ thiết kế chế tạo thiết bị đo 1.1.1 Đại lượng điện Được phân hai dạng: Đại lượng điện tác động (active) Đại lượng điện thụ động (passive) 1- Đại lượng điện tác động Đại lượng điện áp, dòng điện, công suất đại lượng mang lượng điện Khi đo đại lượng này, thân lượng cung cấp cho mạch đo Trong trường hợp lượng lớn, giảm bớt cho phù hợp với mạch đo Ví dụ phân áp, phân dòng Nếu trường hợp nhỏ khuếch đại đủ lớn cho mạch đo hoạt động CHƯƠNG 10 2- Đại lượng điện thụ động Đại lượng điện trở, điện cảm, điện dung, hỗ cảm, đại lượng không mang lượng phải cung cấp điện áp dòng điện cho đại lượng đưa vào mạch đo Trong trường hợp đại lượng phần tử mạch điện hoạt động, phải quan tâm đến cách thức đo theo yêu cầu Ví dụ cách thức đo nóng nghóa đo phần tử mạch hoạt động cách thức đo nguội phần tử ngưng hoạt động Ở cách thức đo có phương pháp đo riêng 1.1.2 Đại lượng không điện Đây đại lượng hữu đời sống (nhiệt độ, áp suất, trọng lượng, độ ẩm, độ pH, nồng độ, tốc độ, gia tốc ) Trong hệ thống tự động hóa công nghiệp ngày nay, để đo lường điều khiển tự động hóa đại lượng không điện nói trên, cần chuyển đổi đại lượng nói sang đại lượng điện chuyển đổi cảm biến hoàn chỉnh, thuận lợi, xác, tin cậy lónh vực đo lường điều khiển tự động 1.2 CHỨC NĂNG VÀ ĐẶC TÍNH CỦA THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG 1.2.1 Chức thiết bị đo Hầu hết thiết bị đo có chức cung cấp cho kết đo đại lượng khảo sát Kết thị ghi lại suốt trình đo, dùng để tự động điều khiển đại lượng đo Ví dụ: hệ thống điều khiển nhiệt độ, máy đo nhiệt độ có nhiệm vụ đo ghi l kết đo hệ thống hoạt động giúp cho hệ thống xử lý điều khiển tự động theo thông số nhiệt độ Nói chung thiết bị đo lường có chức quan trọng kiểm tra hoạt động hệ thống tự động điều khiển, nghóa đo lường trình công nghiệp (industrial process measurements) Đây môn học ngành tự động hóa 1.2.2 Đặc tính thiết bị đo lường Với nhiều cách thức đo đa dạng khác cho nhiều đại lượng có đặc tính riêng biệt, phân biệt hai dạng thiết bị đo phụ thuộc vào đặc tính cách tổng quát KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG 11 Ví dụ: Để đo độ dẫn điện dùng thiết bị đo dòng điện túy điện micro ampe-kế mili ampe-kế Nhưng dùng thiết bị đo có kết hợp mạch điện tử để đo độ dẫn điện phải biến đổi dòng điện đo thành điện áp đo Sau mạch đo điện tử đo dòng điện dạng điện áp Như thiết bị đo điện thiết bị đo điện tử có đặc tính khác Có loại thiết bị đo, kết thị kim thị (thiết bị đo dạng analog), có loại số (thiết bị đo dạng digital) Hiện loại sau thông dụng Đây đặc tính phân biệt thiết bị đo Ngoài thiết bị đo lường mang đặc tính thiết bị điện tử (nếu thiết bị đo điện tử) như: tổng trở nhập cao, độ nhạy cao, hệ số khuếch đại ổn định có độ tin cậy đảm bảo cho kết đo Còn có thêm chức năng, truyền nhận tín hiệu đo lường từ xa (telemetry) Đây môn học quan trọng lónh vực đo lường điều khiển từ xa 1.3 CHUẨN HÓA TRONG ĐO LƯỜNG 1.3.1 Cấp chuẩn hóa Khi sử dụng thiết bị đo lường, mong muốn thiết bị chuẩn hóa (calibzate) xuất xưởng nghóa chuẩn hóa với thiết bị đo lường chuẩn (standard) Việc chuẩn hóa thiết bị đo lường xác định theo bốn cấp sau: Cấp 1: Chuẩn quốc tế (International standard) - thiết bị đo lường cấp chuẩn quốc tế thực định chuẩn Trung tâm đo lường quốc tế đặt Paris (Pháp), thiết bị đo lường chuẩn hóa cấp theo định kỳ đánh giá kiểm tra lại theo trị số đo tuyết đối đơn vị vật lý hội nghị quốc tế đo lường giới thiệu chấp nhận Cấp 2: Chuẩn quốc gia - thiết bị đo lường Viện định chuẩn quốc gia quốc gia khác giới chuẩn hóa theo chuẩn quốc tế chúng chuẩn hóa viện định chuẩn quốc gia Cấp 3: Chuẩn khu vực - quốc gia có nhiều trung tâm định chuẩn cho khu vực (standard zone center) Các thiết bị đo lường trung tâm đương nhiên phải mang chuẩn quốc gia (National standard) Những thiết bị đo lường định chuẩn trung tâm định chuẩn mang chuẩn khu vực (zone standard) Cấp 4: Chuẩn phòng thí nghiệm - khu vực có phòng thí nghiệm công nhận để chuẩn hóa thiết bị dùng sản xuất công nghiệp Như thiết bị chuẩn hóa phòng thí nghiệm ... đầu KỸ THUẬT ĐO biên soạn nhằm phục vụ cho môn học Kỹ thuật Đo (Đo lường Điện Điện tử - Electrical measurements and Electronic Instrumentation) biên soạn thành hai tập: KỸ THUẬT ĐO - TẬP - ĐO. .. đầu Chương KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG 1.1 Đại lượng đo lường 1.2 Chức đặc tính thiết bị đo lường 10 1.3 Chuẩn hóa đo lường 11 1.4 Chất lượng đo lường 12 1.5 Những phần tử thiết bị đo điện tử 20 1.6 Lợi... THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ CƠ BẢN gồm 10 chương KỸ THUẬT ĐO - TẬP - ĐO ĐIỆN TỬ gồm chương Trong tập chương 1, 2, 3, 4, 5, 10, thạc só Nguyễn Ngọc Tân biên soạn: trình bày phần đo lường điện đo lường điện