Đề cương lý thuyết cơ sở kỹ thuật đo lường | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

1
1. Khái niệm đo lường?
Đo lường là khoa học về các phép đo, các phương pháp và các công cụ để đảm bảo các phương
pháp đo đạt độ chính xác mong muốn.
2. Các đơn vị đo? 3. Phương pháp đo?
Là cách thức thực hiện quá trình đo lường để xác định được tham số và đặc tính của các đại lượng đo.
• Đo trực tiếp: Dùng máy đo hay các mẫu đo (các chuẩn) để đánh giá số lượng của đại lượng cần
đo. Kết quả đo chính là trị số của đại lượng cần đo.
Vd: Đo điện áp bằng vôn mét, đo công suất bằng oát mét,…
Phương pháp này có đặc điểm là đơn giản, nhanh chóng, loại bỏ được các sai số do tính toán.
• Đo gián tiếp: Kết quả đo không phải là trị số của đại lượng cần đo mà là các số liệu cơ sở để tính
ra trị số của đại lượng này khi ta không thể đo trực tiếp được.
Vd: Đo công suất bằng vôn mét và ampe mét, đo hệ số song chạy bằng dây đo…
Phương pháp này có đặc điểm cần dung nhiều phép đo và không nhận biết ngay được kết quả đo.
• Đo tương quan: Dùng để đo các quá trình phức tạp, khi không thể thiết lập một quan hệ hàm
số nào giữa các đại lượng của một quá tình nghiên cứu.
Vd: Đo tín hiệu đầu vào và đầu ra của một hệ thống…
Đặc điểm: Cần ít nhất 2 phép đo mà các thông số từ kết quả đo của chúng không phụ thuộc lẫn nhau.
• Ngoài ra còn các phương pháp đo: đo hiệu số, đo vi sai, đo thẳng, đo rời rạc hóa… 4. Phép đo?
Là việc tìm ra giá trị vật lý bằng cách thí nghiệm với sự trợ giúp cả các công cụ kỹ thuật đặc biệt, có
bản chất là quá trình so sánh đại lượng vật lý cần đo với một đại lượng vật lý được dùng làm đơn vị.
Kết quả của phép đo được biểu diễn bằng một số là tỷ lệ của đại lượng cần đo với một đơn vị đó.
5. Thế nào là một hệ thống đo lường?
Một hệ thống đo lường là một bộ các đơn vị đo lường có thể dùng để đo lường bất cứ đại lượng
vật lý nào. Bộ các đơn vị đo lường này chứa các đơn vị cơ bản, tất cả các đơn vị đo lường khác đều
có thể được suy ra từ các đơn vị cơ bản.
6. Phương tiện đo? (Thiết bị đo)
Là phương tiện kỹ thuật để thực hiện phép đo, có chức năng biến đổi tín hiệu mang thông đo thành
dạng phù hợp cho việc sử dụng và nhận kết quả đo, chúng có những đặc tính đo lường đã được quy định. Phân loại:
• Phương tiện đơn giản: mẫu, thiết bị so sánh, chuyển đổi đo lường…
• Phương tiện phức tạp: máy đo (dụng cụ đo), thiết bị đo tổng hợp và hệ thống thông tin đo lường…
7. Nguyên nhân sai số, phân loại và các khắc phục sai số? • Nguyên nhân chung:
o Khách quan: sai số dụng cụ đo, đại lượng đo bị can nhiễu không ổn định…
o Chủ quan: phương pháp đo không hợp lí, do thao tác đo sai…
• Phân loại và cách khắc phục: Có 2 cách phân loại thường dùng:
o Theo quy luật xuất hiện sai số: Sai số hệ thống Sai số ngẫu nhiên
- Do những yếu tố thường xuyên hay có
- Do những yếu tố biến đổi không theo quy luật tác động. quy luật tác động.
- Dụng cụ không hoàn hảo.
- Kết quả đo ở những lần khác nhau bị
- Phương pháp đo không hợp lý. ảnh hưởng khác nhau.
- Điều kiện môi trường ảnh hưởng.
ĐỀ CƯƠNG LÝ THUYẾT CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
LÊ KHÁNH NAM – ĐIỆN TỬ 07 – K61 2
Khắc phục: Tối ưu hóa phương pháp đo,
Khắc phục: Tiến hành đo nhiều lần, giảm
kết hợp với việc triệt tiêu nguồn gây ra sai
sai số ngẫu nhiên bằng lý thuyết xác suất số… thống kê…
o Theo biểu thức diễn đạt sai số: Dùng trong biểu diễn và tính toán bằng lý thuyết xác suất thống kê: Sai số tuyệt đối Sai số tương đối
Là trị số tuyệt đối của hiệu số giữa 2 giá trị Là tỷ số của sai số tuyệt đối và trị số thực đo
của đại lượng cần đo
o Ngoài ra còn phân loại theo sự phụ thuộc sai số vào đại lượng đo, theo vị trí sinh ra sai số….
8. Cơ cấu chỉ thị để làm gì?
Cơ cấu chỉ thị là khâu cuối cùng của dụng cụ đo, có nhiệm vụ chuyển đổi số liệu tính toán từ mạch
đo và hiển thị ra con số kèm theo đơn vị đo là kết quả của quá trình đo.
9. Độ nhạy?
Độ nhạy của 1 thiết bị đo là tỉ số độ biến thiên của đại lượng đầu ra chia cho độ biến thiên của đại
lượng đầu vào thiết bị đó. Độ nhạy là 1 hàm phụ thuộc vào đầu vào, tuy nhiên khi biến thiên lượng
vào đủ nhỏ ta có thể coi độ nhạy là 1 hằng số.
10. Nêu công dụng, cấu tạo và tính năng của Ôxilô?
• Công dụng và tính năng:
o Quan sát toàn cảnh tín hiệu
o Đo điện áp, dòng điện, công suất
o Đo tần số, chu kỳ, khoảng thời gian của tín hiệu
o Đo độ di pha của tín hiệu
o Vẽ tự động và đo đặc tính của phổ tín hiệu
o Vẽ đặc tuyến V-A của linh kiện
o Vẽ tự động, đo đặc tuyến biên độ - tần số của mạng 4 cực
• Cấu tạo: Cấu tạo của Oscilloscope 2 kênh:
Gồm các thành phần chính: Ống tia điện tử, khối lệch đứng (X) và ngang (Y), kênh điều chỉnh độ sáng Z.
Đối với Oscilloscope sử dụng chuyển mạch điện tử thì có thêm chuyển mạch điện tử:
Oscilloscope sử dụng chuyển mạch điện tử
ĐỀ CƯƠNG LÝ THUYẾT CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
LÊ KHÁNH NAM – ĐIỆN TỬ 07 – K61 3
Ống tia điện tử CRT
Trong đó quan trọng nhất là ống tia điện tử, gồm 3 phần chính: súng điện tử, hệ thống lái tia, màn hình.
Nguyên lý: Sợi đốt F nung nóng K và phát xạ ra điện tử. Điện trường do chênh lệch điện áp giữa
lưới G và A1 A2 hội tụ và tăng tốc chùm điện tử. Chùm điện tử qua hệ thống lái tia XY sẽ được
làm lệch theo cả 2 phương do hiệu điện thế đặt vào các phiến lái tia, cuối cùng đập vào màn
hình tạo thành hình ảnh.
11. Các phương pháp đo tần số?
➢ Đo tần số bằng phương pháp cầu: Sơ đồ mắc mạch đo: Tín hiệu fx Bộ chỉ thị Khi mạch cầu cân bằng: R1.R3 = R2(R4 + Zc + ZL)
 R1.R3 = R2.R4 và Zc + ZL = 0  fCH = 1 2𝜋√𝐿𝐶
Từ đó cố định L (hoặc C) và thay đổi C (hoặc L) cho đến khi mạch cầu cân bằng => tính được fx
Phương pháp này chủ yếu đo tần số từ vài chục Hz đến vài trăm kHz, khó đo ở tần số thấp do khó
chế tạo cuộn cảm có L lớn ở tần số thấp, khó thực hiện chỉ thị 0 do có tác động của điện từ trường lên cuộn cảm.
➢ Đo tần số bằng phương pháp cộng hưởng: Tương tự phương pháp cầu nhưng thay bằng các mạch
cộng hưởng khác phù hợp với dải tần số. Phù hợp đo tần số từ 10kHz đến 500MHz
➢ Đo tần số bằng phương pháp ngoại sai (nghe):
ĐỀ CƯƠNG LÝ THUYẾT CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
LÊ KHÁNH NAM – ĐIỆN TỬ 07 – K61 4 Tín hiệu vào fx ± fns Lọc thông fx - fns Chỉ thị Trộn tần fx Mạch vào thấp (LPF) fx – fns = 0 Tạo sóng ngoại sai fns
Sử dụng phương pháp trộn tần và bộ lọc thông thấp để tạo ra tần số phách fx – fns. Bộ chỉ thị là tai
nghe. Điều chỉnh bộ tạo sóng ngoại sai thỏa mãn fx – fns = 0 từ đó ta xác định được fx. Phương pháp
này thường có sai số do bộ chỉ thị (ngưỡng nghe và khả năng nghe của mỗi người là khác nhau), đo
được các tần số có | fx – fns| nằm trong ngưỡng nghe của tai người nhưng do sai số lớn nên ít được sử dụng.
➢ Đo tần số bằng phương pháp đếm xung: Sơ đồ khối: Đầ ể u vào f Bộ chuy n Bộ tạo cửa sổ Bộ chỉ x Bộ đếm dạng xung đếm thị Tín hiệu chuẩn Nguyên lý hoạt động:
Tín hiệu đầu vào fx qua bộ chuyển dạng xung sẽ chuyển về dạng xung nhọn có bề rộng nhỏ. Tín hiệu
chuẩn có tần số fc được đưa vào bộ tạo cửa sổ đếm. Tiếp đó bộ đếm thực hiện đếm số dao động
của xung nhọn trong 1 khoảng thời gian bằng đúng chu kỳ Tc của tín hiệu chuẩn được đưa vào. Khi
đó tần số fx được xác định theo đúng định nghĩa: fx = 𝑠ố 𝑑𝑎𝑜 độ𝑛𝑔 đế𝑚 đượ𝑐
Tc và được hiển thị trên bộ chỉ thị.
Phương pháp này phù hợp đo tần số cao do sai số sẽ nhỏ. Sai số chủ yếu do bộ tạo cửa sổ đếm và do bộ chuyển dạng xung.
➢ Đo tần số bằng thiết bị so sánh (Oscilloscope):
Điện áp có tần số cần đo Ufx được đưa vào kênh X, điện áp có tần số mẫu Ufy được đưa vào kênh Y.
Hình ảnh nhận được trên màn hình là Litxagiu. Thay đổi fy sao cho thu được Litxagiu ổn định nhất. Khi đó: 𝑓𝑥 𝑓𝑦 = 𝑛𝑦 𝑛𝑥
ny: số giao điểm của đường cắt dọc với ảnh
nx: số giao điểm của đường cắt ngang với ảnh
12. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái tia của Oscilloscope?
Hệ thống lái tia bao gồm 2 cặp phiến X, Y: X là cặp phiến làm lệch ngang, Y là cặp phiến làm lệch đứng.
Nguyên lý hoạt động (xét kênh Y, kênh X hoàn toàn tương tự):
ĐỀ CƯƠNG LÝ THUYẾT CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
LÊ KHÁNH NAM – ĐIỆN TỬ 07 – K61 5
Giữa cặp phiến Y có hiệu điện thế UY đặt vào, tạo ra điện trường.
Khi UY = 0, e đi thẳng tới tâm màn hình.
Khi UY ≠ 0, điện trường sẽ làm lệch quỹ đạo của e theo chiều đứng, bắn tới màn với độ lệch y: Soy gọi là độ nhạy.
Đối với kênh X hoàn toàn tương tự:
Đưa điện áp cần vẽ Uth vào kênh Y, điện áp quét Uq vào kênh X. Hệ thống lái tia điều khiển đồng
thời tia điện tử theo cả 2 trục X Y. Do tác động của điện trường tác động trên 2 cặp phiến, chùm
điện tử bị tác động theo cả 2 phương sẽ vẽ lên màn hình dạng tín hiệu theo thời gian.
Ví dụ: Khi đưa tín hiệu hình sin cần vẽ vào kênh Y, đưa tín hiệu xung răng cưa lý tưởng vào kênh X,
1 chu kỳ xung răng cưa tương ứng với thời gian kéo chùm điện tử quét hết chiều ngang màn hình,
tín hiệu hình sin ở kênh Y sẽ được thể hiện trên màn hình.
13. Nêu các đối tượng của Đo lường điện tử?
Đo lượng điện tử có phạm vi ứng dụng rất rộng rãi, đối tượng đo rất rộng. Tuy nhiên trong lĩnh vực
điện tử - viễn thông, đối tượng của đo lường tập chủ yếu vào đối tượng: Hệ thống tham số và đặc
tính của tín hiệu và của mạch điện tử.
• Hệ thống tham số và đặc tính của tín hiệu điện tử:
o Tham số về cường độ tín hiệu điện tử gồm: cường độ dòng điện, cường độ điện áp,
công suất tác dụng của tín hiệu...
o Tham số về thời gian gồm: chu kỳ, tần số của tín hiệu, góclệch pha giữa 2 tín hiệu
cùng tần số, độ rộng phổ tín hiệu, độ rộngxung, độ rộng sườn trước, sườn sau...
o Đặc tính tín hiệu gồm: phổ của tín hiệu, độ méo dạng của tín hiệu, hệ số điều chế tín hiệu...
o Tín hiệu số gồm các tham số: mức logic, tần số, chu kỳ...
• Hệ thống tham số và đặc tính của mạch điện tử:
o Các tham số về trở kháng: trở kháng tương đương, dẫn nạp tương đương, điện trở,
điện dung, điện kháng tương đương, trở kháng sóng, hệ số phản xạ, hệ số tổn hao,
hệ số phẩm chất của mạch...
o Đặc tính của mạch: đặc tuyến vôn-ampe, đặc tuyến biếnđộ - tần số, đặc tuyến pha - tần số của mạch...
ĐỀ CƯƠNG LÝ THUYẾT CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
LÊ KHÁNH NAM – ĐIỆN TỬ 07 – K61