Giáo trình Đo lường điện và Thiết bị đo

đếm và chỉ thị số. Đặc điểm:sai số của phép đo này chủ yếu phụ thuộc vào độ không ổn định của f0và fX. Ngoài ra còn sai số của việc hình thành và truyền đi khoảng tXvà sai số do lƣợng tử hóa khoảng thời gian tX. Nhƣợc điểm:là kết quả đo phụ thuộc vào tần số fX của tín hiệu cần đo. Tần số này rất khó giữ ổn định vì vậy fazômét loại này ít đƣợc sử dụng Đo góc pha bằng phƣơng pháp biến đổi bù. Nguyên lý của phƣơng pháp này nhƣ sau: góc lệch pha cần đo đƣợc so sánh với một góc lệch pha chuẩn ϕk do một bộquay pha tạo ra. Đây thực chất là phƣơng pháp so sánh: ϕX- ϕk= ∆ϕ Có hai phƣơng pháp so sánh là so sánh cân bằng và so sánh không cân bằng. + Khi so sánh cân bằng: thay đổi ϕk sao cho bằng ϕX tức là đạt đƣợc ∆ϕ= 0, suy ra kết quả ϕX= ϕk. (6.25) + Khi so sánh không cân bằng thì: ϕX= ϕk+ ∆ϕ (6.26) suy ra giá trị góc lệch pha cần đo ϕX bằng tổng của ϕk (ghi ở trên mặt bộ quay pha) và ∆ϕ (hiển thị ở bộ chỉ thị đo ∆ϕ). Hình 6.8: Đồng hồ đo hệ số công suất 6.7 Tần số kế. Tần số (f: frequency): đƣợc xác định bởi số các chu kỳ lặp lại của sự thay đổi tín hiệu trong một đơn vị thời gian. Tần số là một trong các thông số quan trọng nhất của quá trình dao động có chu kỳ. Chu kỳ (Time period, Time cycle): là khoảng thời gian nhỏ nhất mà giá trị của tín hiệu lặp lại độ lớn của nó (tức là thỏa mãn phƣơng trình u(t) = u(t + T) ). Quan hệ giữa tần số và chu kỳ của tín hiệu dao động là: Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 76 f[Hz] = )( 1 sT (6.27) Tần số góc tức thời (ω): đƣợc xác định nhƣ là vi phân theo thời gian của góc pha của tín hiệu, tức là: dt d t   )( (6.28) Quan hệ giữa tần số góc tức thời và tần số là: )(2)( tft      2 )( )( t tf  (6.29) với f(t) là tần số tức thời. Đối với tín hiệu dao động điều hòa (tín hiệu hình sin) vì có góc pha biến đổi theo thời gian theo quy luật tuyến tính nên tần số góc tức thời là một hằng số:  (t ) = d /dt = 0 = const (6. 30) Tần số f là một đại lƣợng không đổi:     2 )( 2 1 0 tf (6.31) Khoảng tần số đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau nhƣ: vô tuyến điện tử, tự động hoá, vật lý thí nghiệm, thông tin liên lạc...với dải tần từ một phần Hz đến hàng nghìn GHz. Tần số kế: là dụng cụ để đo tần số. Ngoài ra còn có thể đo tỉ số giữa hai tần số, tổng của hai tần số, khoảng thời gian, độ dài các xung... Hình 6.8: Đồng hồ đo tần số Các phƣơng pháp đo tần số: việc lựa chọn phƣơng pháp đo tần số đƣợc xác định theo khoảng đo, theo độ chính xác yêu cầu, theo dạng đƣờng cong và công suất nguồn tín hiệu có tần số cần đo và một số yếu tố khác. Để đo tần số của tín hiệu điện có hai phƣơng pháp: phƣơng pháp biến đổi thẳng và phƣơng pháp so sánh: 6.7.1 Đo tần số bằng phƣơng pháp biến đổi thẳng: Các tần số kế cơ điện tƣơng tự (tần số kế điện từ, điện động, sắt điện động): đƣợc sử dụng để đo tần số trong khoảng từ 20Hz ÷ 2,5kHz trong các mạch nguồn với cấp chính xác không cao (cấp chính xác 0,2; 0,5; 1,5; 2,5). Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 77 Các loại tần số kế này nói chung hạn chế sử dụng vì tiêu thụ công suất khá lớn và bị rung. Các tần số kế điện dung tƣơng tự: để đo tần số trong dải tần từ 10Hz ÷ 500kHz, đƣợc sử dụng khi hiệu chỉnh, lắp ráp các thiết bị ghi âm và rađiô v.v... Tần số kế chỉ thị số: đƣợc sử dụng để đo chính xác tần số của tín hiệu xung và tín hiệu đa hài trong dải tần từ 10Hz ÷50GHz. Còn sử dụng để đo tỉ số các tần số, chu kỳ, độ dài các xung, khoảng thời gian. 6.7.2 Đo tần số bằng phƣơng pháp so sánh: Đƣợc thực hiện nhờ ôxilôscôp, cầu xoay chiều phụ thuộc tần số, tần số kế đổi tần, tần số kế cộng hƣởng: Sử dụng ôxilôscôp: đƣợc thực hiện bằng cách đọc trực tiếp trên màn hình hoặc so sánh tần số cần đo với tần số của một máy phát chuẩn ổn định (dựa trên đƣờng cong Lítsazua). Phƣơng pháp này dùng để đo tần số các tín hiệu xoay chiều hoặc tín hiệu xung trong dải tần từ 10Hz đến 20MHz. Tần số kế trộn tần: sử dụng để đo tần số của các tín hiệu xoay chiều, tín hiệu điều chế biên độ trong khoảng từ 100kHz ÷20GHz trong kĩ thuật vô tuyến điện tử. Cầu xoay chiều phụ thuộc tần số: để đo tần số trong khoảng từ 20Hz - 20kHz. Tần số kế cộng hƣởng: để đo tần số xoay chiều tần số tín hiệu điều chế biên độ, điều chế xung trong khoảng từ 50kHz ÷ 10GHz; thƣờng sử dụng khi lắp thiết bị thu phát vô tuyến. Trong những năm gần đây tần số kế chỉ thị số đƣợc sử dụng rộng rãi và còn cài đặt thêm µP để điều khiển và sử dụng kết quả đo nữa... 6.8 Đo công suất, điện năng bằng Walt met, công tơ điện 6.8.1 Đo công suất dùng Walt met Trong thực tế công suất thƣờng đo trực tiếp bằng watmet điện động và sắt điện động. Những dụng cụ đo này có thể do công suất trong mạch một chiều và xoay chiều một pha tần số công nghiệp cũng nhƣ tần số siêu âm đến 15kHz. Hình 6.11: Một số hình ảnh về đồng hồ đo công suất Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 78 Watmet chỉnh lƣu điện tử dùng điốt: có độ chính xác không cao (chủ yếu là do đặc tính của các điôt không giống nhau). Sai số cỡ ±1,5÷6%. Độ nhạy thấp, công suất tiêu thụ lớn. Dải tần tín hiệu khoảng vài chục kHz. Watmet dùng chuyển đổi Hall: đo công suất xoay chiều với tần số đến hàng trăm MHz. Ƣu điểm: không có quán tính, có cấu tạo đơn giản, bền, tin cậy. Nhƣợc điểm: có sai số do nhiệt độ lớn. Đo công suất bằng phƣơng pháp nhiệt điện: gồm watmet nhiệt điện và watmet nhiệt lƣợng kế. Watmet nhiệt điện: có nguyên lý hoạt động gần giống watmet chỉnh lƣu điện tử, chỉ khác là thay thế các điôt bằng các chuyển đổi cặp nhiệt để tạo ra các bộ bình phƣơng. Hiệu điện thế động sinh ra ở các đầu tự do (đầu lạnh) của các chuyển đổi đƣợc đo bởi một milivônmet từ điện. Điện áp này tỉ lệ với công suất trung bình tiêu thụ trên một phụ tải.Ứng dụng của watmet nhiệt điện: thƣờng để đo công suất trong mạch có dòng và áp không phải hình sin, tần số có thể lên tới 1MHz; đo công suất trong mạch có sự chệnh lệch pha lớn giữa dòng và áp. Ngoài ra còn dùng để xác định sai số do tần số của các vônmet điện động. Watmet nhiệt lƣợng kế: đƣợc chế tạo theo nguyên tắc xác định công suất theo sự thay đổi nhiệt độ của môi trƣờng Hình 6.9. Sơ đồ nguyên lý của watmet nhiệt lƣợng kế Waltmet dựa trên phƣơng pháp độ rộng xung: Sai số của các waltmet sử dụng các cặp điều chế là độ dài của chu kì điều chế bị hạn chế. Điều này làm cho dải tần bị hạn chế. Hình 6.10. Sơ đồ và dạng sóng Watmet theo phƣơng pháp điều chế độ rộng xung Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 79 Ví dụ: với T0 = 5μs và tần số của các tín hiệu vào là 10kHz thì sai số của watmet điều chế ĐRX–BĐX cỡ khoảng 0,1%. Ở Nhật Bản phƣơng pháp điều chế đã đƣợc sử dụng để chế tạo chuẩn đơn vị công suất điện trong khoảng tần số từ 40Hz đến 10.00Hz có độ chính xác cao với sai số hệ thống từ 0,01÷0,2%. 6.8.2 Đo năng lƣợng dùng công tơ điện. Dụng cụ đo năng lƣợng là công tơ. Công tơ đƣợc chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị cảm ứng: Công tơ một pha: Hình 6.12 : Hình ảnh công tơ điện 1 pha 2 dây và thông số Ý nghĩa thông số kỹ thuật - Nguồn áp 220V: điện áp định mức của công tơ. - Dòng 10(40)A: Dòng điện định mức của công tơ là 10A. Có thể sử dụng quá tải đến 40A mà vẫn đảm bảo độ chính xác. Nếu sử dụng quá 40A thì công tơ chạy không đảm bảo chính xác và có thể hỏng. - Vòng quay 450 vòng/kWh: Đĩa công tơ quay 450 vòng thì đƣợc 1kWh. 900 vòng/kWh, hoặc 225 vòng/kWh cũng tƣơng tự. - Cấp 2: Cấp chính xác của công tơ. Sai số 2% toàn dải đo. Tƣơng tự cho cấp 1, cấp 0.5. (Cấp càng nhỏ càng chính xác) - Tần số50Hz: Tần số lƣới điện Cấu tạo: gồm các bộ phận chính Cuộn dây 1 (tạo nên nam châm điện 1): gọi là cuộn áp đƣợc mắc song song với phụ tải. Cuộn này có số vòng dây nhiều, tiết diện dây nhỏ để chịu đƣợc điện áp cao. Cuộn dây 2 (tạo nên nam châm điện 2): gọi là cuộn dòng đƣợc mắc nối tiếp với phụ tải. Cuộn này dây to, số vòng ít, chịu đƣợc dòng lớn. Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 80 Đĩa nhôm 3: đƣợc gắn lên trục tì vào trụ có thể quay tự do giữa hai cuộn dây 1, 2. Hộp số cơ khí: gắn với trục của đĩa nhôm. Nam châm vĩnh cửu 4: có từ trƣờng của nó xuyên qua đĩa nhôm để tạo ra mômen hãm. Hình 6.13 : Sơ đồ cấu tạo công tơ điện 1 pha + Nguyên lý làm việc: khi có dòng điện I chạy trong phụ tải, qua cuộn dòng tạo ra từ thông Φ1 cắt đĩa nhôm hai lần. Đồng thời điện áp U đƣợc đặt vào cuộn áp sinh ra dòng Iu, dòng này chạy trong cuộn áp tạo thành hai từ thông: ΦU: là từ thông làm việc, xuyên qua đĩa nhôm ΦI: không xuyên qua đĩa nhôm do vậy mà không tham gia việc tạo ra mômen quay. Cách thức đấu nối đồng hồ đo điện năng 1 pha Hình 6.13 : Sơ đồ nối dây công tơ điện 1 pha Công tơ ba pha: Tƣơng tự nhƣ công to một pha nhƣng dùng để đo năng lƣợng công (kWh) dƣới lƣới điện xoay chiều 3 pha 4 dây. Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 81 Hình 6.14: Hình ảnh tổng thể công tơ điện ba pha DT03P05 Sơ đồ đấu dây: Hình 6.15: Sơ đồ đấu dây công tơ điện ba pha. Ngày nay nhờ tiến bộ khoa học đắc biệt trong lĩnh vực viễn thông, các công tơ đã đƣợc tích hợp các tính năng cảnh báo nhƣ kết nối sai pha, đảo ngƣợc cực tính,..; ngăn ngừa các trƣờng hợp gian lận điện năng nhƣ can thiệp từ trƣờng bên ngoài, mở nắp đầu dây và vỏ công tơ. Đồng thời có thể đọc chỉ số công tơ từ xa bằng song vô tuyến và lƣu trữ vào bộ nhớ không bay hơi, cho phép đọc chỉ số trong trƣờng hợp mất điện áp lƣới. Tích hợp công nghệ RFSPIDER. Hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa qua sóng vô tuyến đƣợc tích hợp vào bên trong công tơ Nhân viên ghi điện sử dụng thiết bị cầm tay (Handheld Unit) để ghi chỉ số công tơ và in giấy Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 82 báo tiền điện mà không cần phải trèo trụ hay vào nhà khách hàng, cải thiện khâu giao tiếp khách hàng. Hình 6.16: Mô hình tính điện năng tiêu thụ hiện nay Số liệu ghi điện đƣợc cập nhật tự động vào Cơ sở dữ liệu khách hàng, loại bỏ đƣợc sai sót trong quá trình nhập liệu bằng tay, giúp cải thiện quy trình kinh doanh điện năng. Tích hợp công nghệ RFSPIDER, sẵn sàng cho việc thu thập dữ liệu công tơ tự động. Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 83 CÂU HỎI ÔN TẬP TỰ LUẬN Câu 1) Trình bày các biểu thức dùng để tính công suất một chiều DC. Câu 2) Trình bày các phƣơng pháp dùng để đo công suất AC một pha. Câu 3) Nêu các vấn đề cần lƣu ý khi đo công suất tải ba pha. Câu 4) Trình bày các biểu thức dùng để tính công suất phản kháng của tải 1 pha và 3 pha. Câu 5) Trình bày các phƣơng pháp dùng để đo điện năng. Câu 6). Đo hệ số công suất: cos cần phải thực hiện các lƣu ý nào nhằm hạn chế sai số Câu 7) Tần số kế là gì? Trình bày các loại tần số kế Câu 8) Trình bày các sơ đồ đấu mạch để đo điện năng 1 pha và 3 pha TRẮC NGHIỆM Câu 9) Biểu thức P = UIcos là dùng để tính a) Công suất tiêu thụ 1 pha b) Công suất tiêu thụ 1 pha c) Công suất biểu kiến 1 pha d) Công suất phản kháng 1 pha Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 84 : DAO ĐỘNG KÝ. (6 TIẾT) CHƢƠNG 7 Máy hiện sóng điện tử hay còn gọi là dao động ký điện tử (electronic scilloscope) là một dụng cụ hiển thị dạng sóng rất thông dụng. Nó chủ yếu đƣợc sử dụng để vẽ dạng của tín hiệu điện thay đổi theo thời gian. Bằng cách sử dụng máy hiện sóng ta xác định đƣợc: + Giá trị điện áp và thời gian tƣơng ứng tín hiệu + Tần số dao động của tín hiệu + Góc lệch pha giữa hai tín hiệu + Dạng sóng tại mỗi điểm khác nhau trên mạch điện tử + Thành phần của tín hiệu gồm th ành phần một chiều và xoay chiều nhƣ thế nào + Xác định thành phần nhiễu và nhiễu đó có thay đổi theo thời gian hay không Các thiết bị điện tử thƣờng đƣợc chia thành 2 nhóm cơ bản là thiết bị tƣơng tự và thiết bị số, máy hiện sóng cũng vậy. Máy hiện sóng tƣơng tự (Analog oscilloscope) sẽ chuyển trực tiếp tín hiệu điện cần đo thành dòng electron bắn lên màn hình. Điện áp làm lệch chùm electron một cách tỉ lệ và tạo ra tức thời dạng sóng tƣơng ứng trên hình. Trong khi đó, máy hiện sóng số (Digital osciloscope) sẽ lấy mẫu dạng sóng, đƣa qua bộ chuyển đổi tƣơng tự/số (ADC). Sau đó nó sử dụng các thông tin dƣới dạng số để tái tạo lại dạng sóng trên màn hình. Tùy vào ứng dụng mà ngƣời ta sử dụng máy hiện sóng loại nào cho phù hợp. Máy hiện sóng hiện nay đƣợc gọi là máy hiện sóng vạn năng vì không đơn thuần chỉ là hiển thị dạng sóng mà nó còn thực hiện đƣợc nhiều kỹ thuật khác nhƣ thực hiện hàm toán học, thu nhận thông tin và xử lý số liệu và thậm chí còn phân tích cả phổ tín hiệu ... Các nội dung chính trong chƣơng 7 7.1. Ống phóng điện tử. 7.2. Các khối chức năng trong dao động ký. 7.3. Đầu đo Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 85 7.1 Ống phóng điện tử. Dao động ký (electronic oscilloscope) là một dụng cụ hiển thị dạng sóng rất thông dụng. Nó chủ yếu đƣợc sử dụng để vẽ dạng của tín hiệu điện thay đổi theo thời gian. CRT là cụm viết tắt của Cathode-Ray Tube, có nghĩa là ống phóng điện tử chân không. 7.1.1 Cấu tạo ống phóng tia điện tử CRT (Cathode Ray Tube) : Màn hình CRT đƣợc cấu tạo từ một ống phóng điện tử và cụm màn hình bằng thuỷ tinh. Toàn bộ phần bên trong đƣợc hút chân không để đảm bảo rằng không có không khí thông thƣờng. Hình 7.1 Ống phóng chùm tia điện tử Bộ phận chính là súng phóng điện tử đƣợc đặt trong một ống phóng bằng thủy tinh đã hút khí tạo chân không, gồm: Catốt K Cực điều khiển tia điện tử ĐT Annốt A1 và A2 Bản cực điều chỉnh lệch phƣơng thẳng đứng Y Cặp bản cực điều chỉnh lệch phƣơng ngang X Các điện trở điều chỉnh R1và R2 Màn hình phủ huỳnh quang CRT là một ống chân không với các hệ thống điện cực và màn hùynh quang, chùm electron do katot phát ra sẽ đƣợc hƣớng tới màn hình theo sự điều khiển từ bên ngoài và làm phát sáng lớp photpho tại điểm chúng đập vào. Phần 3 cực (triot) gồm catot, lƣới và anot. Catot làm bằng niken hình trụ đáy phẳng phủ oxit để phát ra điện tử. Một sợi đốt nằm bên trong katot có nhiệm vụ nung nóng catot để tăng cƣờng thêm số điện tử phát xạ. Sợi đốt có điện thế khỏang 6,3v nhƣng catốt có điện thế xấp xỉ 2kv. Lƣới là một cốc niken có lỗ ở đáy bao phũ lấy catot. Thế của lƣới xấp xỉ từ 2kv đến 2,05kv để điều khiển dòng electron từ catot hƣớng đến màn hình. Khi thế của lƣới thay đổi sẽ điều chỉnh lƣợng electron bắn ra khỏi catot, tức làm cho điểm sáng trên màn hình có độ chói khác nhau. Vì vậy thành phân điều khiển thế của lƣới còn gọi là thành phần điều khiển độ chói. Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 86 Anot gồm 3 anot A1, A2, A3. Trong đó A1 có dạng hình trụ, một đầu hở và một đầu kín có lỗ ở giữa cho electron đi qua. A2 tiếp đất nên có thế dƣơng hơn catot, electron đƣợc gia tốc từ catot qua lƣới và anot đến màn hình. Các anot này đƣợc gói là các điện cực điều tiêu hay thấu kính điện từ. Vì các electron cùng mang điện tích âm nên chúng có xu hƣớng đẩy nha, nghĩa là chùm tia điện tử sẽ loe rộng ra và khi đập vào màn hùynh quang sẽ tao ra một vùng sáng, nghĩa là hình ảnh hiển thị bị nhòe. Nhờ có các điện cực điều tiêu, chùm electron sẽ bị hội tụ lại làm cho các electron hƣớng tới một điểm nhỏ trên màn hình, tức là hình ảnh hiển thị đƣợc rõ nét. A2 có thế 2kv để tạo ra các đƣờng đẳng thế làm cho các electron chuyển động qua anot có tốc độ ổn định. Phần 3 cực trên đôi khi còn đƣợc gọi là súng điện tử. Hình 7.2: Cấu trúc của CRT Hệ thống làm lệch (hay còn gọi là lái tia) Khi các tấm làm lệch ngang và đứng đƣợc tiếp đất hoặc không nối thì chùm electron có thể đi qua chúng và đập vào tâm màn hình. Khi đặt điện áp lên các tấm làm lệch thì các electron sẽ bị hút vào tấm có thế dƣơng và bị đẩy raxa khỏi tấm có thế âm. Để tác dụng của các điện áp làm lệch +/- Gây ra những khoảng lệch nhƣ nhau thì thế +e/2 phải đƣa vào một tấm và thế -E/2 đi vào tấm còn lại (với e là thế chênh lệch giữa hai tấm). Điện áp cần thiết để tạo ra một vạch chia độ lệch ở màn hình đƣợc gọi là hệ số làm lệch đứng của ống, đơn vị là (v/cm). Độ lệch do 1v tao ra trên màn hình gọi là độ nhạy lái tia, (cm/v). Ngoài ra, để tránh ảnh hƣởng của điện trƣờng giữa các cặp lái tia ngƣời ta đôi khi còn sử dụng một màn chắn cách điện giữa cắp lái tia ngang và cặp lái tia đứng. Màn hình của CRT đƣợc mạ một lớp photpho ở mặt trong của ống, khi chùm electron đập vào màn hình thì các electron bên trong lớp mạ sẽ chuyển lên mức năng lƣợng cao và khi trở về trạng thái bình thƣờng sẽ phát ra ánh sáng. Sự lƣu sáng của photpho khá dài từ vài ms đến vài s Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 87 nên mắt ngƣời mới nhìn thấy hình dạng sóng hiện. Lớp than chì có tác dụng thu hồi các electron thứ cấp vì nếu không thu hồi lại thì sự tích tụ của các electron có thể tạo ra một thế âm ở màn hình và thế âm này sẽ chống lại sự di chuyển của dòng electron tiến đến màn hình. Ngoài ra, ngƣời ta có thể dùng màn nhôm thể thu góp electron và dẫn tới đất. Màng nhôm này có tác dụng tăng cƣờng độ chói của lớp sáng do phản xạ ánh sáng về phía màn thủy tinh và tản nhiệt cho màn hình. Đƣờng xoắn ốc làm bắng chất liệu có điện trở cao kết tủa trong ống thủy tinh từ chổ tấm lái tia tới màn hình có tác dụng gia tốc cho electron sau khi làm lệch để có đƣợc độ chói cần thiết (nếu gia tốc trƣớc lúc làm lệch thì sẽ làm giảm khả năng điều chỉnh dòng electron của các tấm làm lệch). 7.1.2 Nguyên lý hiển thị hình ảnh Màn hình CRT sử dụng phần màn huỳnh quang dùng để hiển thị các điểm ảnh, để các điểm ảnh phát sáng theo đúng màu sắc cần hiển thị cần các tia điện tử tác động vào chúng để tạo ra sự phát xạ ánh sáng. Ống phóng CRT sẽ tạo ra các tia điện tử đập vào màn huỳnh quang để hiển thị các điểm ảnh theo mong muốn. Hình 7.3: Cách tạo điểm sáng trên màn hình CRT Cụm đầu phóng điện tử bao gồm ống phóng các chùm tia điện tử (1). Ở đây có ba ống để phục vụ cho ba màu khác nhau. Trong mỗi ống có một sợi đốt (kiểu giống dây tóc bóng đèn sợi đốt mà chúng ta thƣờng thấy, nhƣng tóc sợi đốt ở đây thì có hình dạng đặc biệt hơn nhiều). Khi làm việc thì sợi đốt đƣợc nung nóng đến nhiệt độ nhất định để các điện tử tự do trong kim loại của sợi dây tóc nhảy khỏi bề mặt. Khi các điện tử nhảy ra thì chúng đã đƣợc nằm trong một điện trƣờng có hiệu điện thế rất lớn giữa (1) và (5) thì bị hút vào điện trƣờng đó thành các chùm tia điện tử (2). Để tạo ra một tia điện tử có thể hội tụ tại mặt nạ của màn hình (7), ống CRT có cụm thấu kính từ (3) (hệ thấu kính từ này không giống nhƣ các thấu kinh quang học). Để lái các tia điện tử Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 88 đến các điểm mong muốn thì ống CRT có các cuộn lái tia theo hai phƣơng (ngang và đứng) điều khiển tia này đến các vị trí trên màn huỳnh quang (4). Hình 7.3: Cấu tạo ống phóng điện tử lên màn hình CRT Các chùm tia điện tử đã đƣợc điều khiển theo các toạ độ khác nhau bởi các cuộn lái tia thì sẽ hội tụ tại các điểm lỗ của mặt nạ (7), xuyên qua các lỗ này thì chúng đập vào lớp phốt pho (8) mà ở đó sẽ hiển thị đối với các màu sắc khác nhau. Mỗi lỗ trên mặt nạ là một điểm ảnh, tƣơng ứng với ba màu đỏ-xanh lục-xanh lam. Catot phát ra electron và đƣợc các hệ thống điện cực điều khiển để có số lƣợng hạt, vận tốc và độ hội tụ cần thiết. Hệ thống làm lệch sẽ làm cho chùm tia điện tử di chuyển trên màn hình theo phƣơng ngang và phƣơng đứng để hiện dạng của tín hiệu. Ở chế độ hiển thị dạng sóng thông thƣờng, tín hiệu cần hiển thị đƣợc đƣa vào cặp làm lệch đứng còn một tín hiệu dạng răng cƣa đƣợc đƣa vào cặp lệch ngang. Khi đó với tần số răng cƣa (còn gọi là tần số quét) phù hợp trên màn hình sẽ có một sóng đứng có dạng sóng cần hiển thị. Hình 7.4: Dùng sóng răng cƣa để hiển thị tín hiệu trên màn hình Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 89 Chú ý : Với các máy hiện sóng nhiều kênh (tia) thì có thể thực hiện theo hai cách nhƣ sau : Sử dụng cho mỗi kênh một súng điện tử và cặp làm lệch đứng riêng nhƣng cùng chung cặp làm lệch ngang. Sử dụng một súng điện tử, tách chùm tia điện tử thành nhiều phần trƣớc khi cho qua các cặp làm lệch đứng (ứng với số kênh) và tất cả cùng qua một cặp làm lệch ngang. Các màn hình loại CRT có các ƣu nhƣợc điểm: Ƣu điểm: Thể hiện màu sắc rất trung thực, tốc độ đáp ứng cao, độ phân giải có thể đạt đƣợc cao. Phù hợp với games thủ và các nhà thiết kế, xử lý đồ hoạ. Nhƣợc điểm: Chiếm nhiều diện tích,nặng, tiêu tốn điện năng hơn các loại màn hình khác, thƣờng gây ảnh hƣởng sức khoẻ nhiều hơn với các loại màn hình khác. 7.2 Các khối chức năng trong dao động ký. 7.2.1 Sơ đồ khối và chức năng hoạt động Sơ đồ khối Hình 7.5: Sơ đồ khối của máy hiện sóng Oscilloscope Chức năng hoạt động: Tín hiệu vào đƣợc đƣa qua bộ chuyển mạch AC/DC (khoá K đóng khi cần xác định thành phần DC của tín hiệu còn khi chỉ quan tâm đến thành phần AC thì mở K). Tín hiệu này sẽ qua bộ phân áp (hay còn gọi là bộ suy giảm đầu vào) đƣợc điều khiển bởi chuyển mạch núm xoay núm xoay VOLTS/DIV, nghĩa là xoay núm này cho phép ta điều chỉnh tỉ lệ của sóng theo chiều Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 90 đứng. Chuyển mạch Y- POS để xác định vị trí theo chiều đứng của sóng, nghĩa là có thể di chuyển sóng theo chiều lên hoặc xuống tuỳ ý bằng cách xoay núm vặn này. Sau khi qua phân áp, tín hiệu vào sẽ đƣợc bộ khuếch đại Y khuếch đại làm lệch rồi đƣa tới điều khiển cặp làm lệch đứng. Tín hiệu của bộ KĐ Y cũng đƣợc đƣa tới trigo (khối đồng bộ), trƣờng hợp này gọi là đồng bộ trong, để kích thích mạch tạo sóng răng cƣa (còn gọi mạch phát quét) và đƣa tới điều khiển cặp làm lệch ngang để tăng hiệu quả điều khiển, một số mạch còn sử dụng thêm các bộ khuếch đại X sau khối tạo điện áp răng cƣa). Đôi khi ngƣời ta cũng cho mạch làm việc ở chế độ đồng bộ ngoài bằng cách cắt đƣờng tín hiệu từ khuếch đại Y, thay vào đó là cho tín hiệu ngoài kích thích khối tạo sóng răng cƣa. Hình 7.6: Các thông số hiện thị trên màn hình dao động ký số Đi vào khối tạo sóng răng cƣa còn có hai tín hiệu điều khiển từ núm vặn TIME/DIV và X - POS. TIME/DIV (có nhiều máy kí hiệu là SEC/DIV) cho phép thay đổi tốc độ quét theo chiều ngang, khi đó dạng sóng sẽ dừng trên màn hình với n chu kỳ nếu tần số của sóng đó lớn gấp n lần tần số quét). X - POS là núm điều chỉnh việc di chuyển sóng theo chiều ngang cho tiện quan sát. Màn hình hiển thị các thông số của tín hiệu 7.2.2 Các khối chức năng Một dao động ký thông thƣờng có mặt trƣớc gồm ba phần chính là vertical (phần điều khiển đứng), horizontal (phần điều khiển ngang) và trigger (phần điều khiển đồng bộ). Một số phần còn lại focus (độ nét), intensity (độ sáng).Có thể khác nhau tùy thuộc vào hãng sản xuất, loại máy và model. Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 91 Chức năng chính của một số nút điều khiển 1. Nút POWER. 4. Độ sáng của hình ảnh 5. Độ rõ của hình ảnh 6. Nguồn tín hiệu 1 Khz (dùng để điều chỉnh probe) 7. Điều chỉnh vị trí của tín hiệu trên màn hình 9. Chiều dọc: điều chỉnh số mV hay V trong 1 cm 11. Nối tín hiệu DC hay AC (DC dùng cho tín hiệu 1 chiều hay tần số thấp, AC dùng cho tín hiệu có tần số cao) 13. Cột nhận tín hiệu kênh 1 (Channel 1) 14. Cột nhận tín hiệu kênh 2 (Channel 2) Hình 7.7: Mặt trƣớc của dao động ký 2 tia 15. Biểu thị kênh 1, kênh 2 hoặc cả hai kênh 16. Phóng đại hình ảnh 19. Chiều ngang: điều chỉnh bao nhiêu millisec, usec, hay nanosec trong 1 ngấn 25. Điều chỉnh mức độ trigger Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 92 7.2.3 Thiết lập chế độ hoạt động và cách điều khiển một máy hiện sóng Hình 7.8: Dao động ký số và tƣơng tự Sau khi nối đất cho máy hiện sóng ta sẽ điều chỉnh các núm vặn hay công tắc để thiết lập chế độ hoạt động cho máy. Hình 7.9 : Các nút dùng để điều chỉnh vị trí 1. + Đƣa tất cả các nút bấm về vị trí OUT + Đƣa tất cả các thanh trƣợt về vị trí UP + Đƣa tất cả các núm xoay về vị trí CENTRED + Đƣa nút giảm của VOLTS/DIV, TIME/DIV, HOLD OFF về vị trí CAL (cân chỉnh) 2. Vặn VOLTS/DIV và TIME/DIV về vị trí 1V/DIV và .2s/DIV 3. Bật nguồn Hình 7.10 : Các nút chỉnh VOLTS/DIV, TIME/DIV, và nguồn ON/OFF Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 93 4. Xoay Y-POS để điều chỉnh điểm sáng theo chiều đứng (điểm sáng sẽ chạy ngang qua màn hình với tốc độ chậm). Nếu vặn TIME/DIV ngƣợc chiều kim đồng hồ (theo chiều giảm) thì điểm sáng sẽ di chuyển nhanh hơn và khi ở vị trí cở µs trên màn hình sẽ là một vạch sáng thay cho điểm sáng. Hình 7.11 : Các nút chỉnh Y-POS, INTENS và FOCUS 5. Điều chỉnh INTENS để thay đổi độ chói vệt FOCUS để thay đổi độ nét của vạch sáng trên màn hình. 6. Đƣa tín hiệu chuẩn để kiểm tra độ chính xác của máy đƣa đầu đo tới vị trí lấy chuẩn (hoặc là từ máy phát chuẩn hoặc ngay trên máy hiện sóng ở vị trí CAL 1Vpp, 1kHz). Với giá trị chuẩn nhƣ trên nếu VOLTS/DIV ở vị trí 1V/DIV và TIME/DIV ở vị trí 1ms/DIV thì trên màn hình xuất hiện một sóng vuông có biên độ đỉnh đỉnh 1 ô trên màn hình và độ rộng xung cũng là 1 ô trên màn hình. (xoay Y - POS và X - POS để đếm ô một cách chính xác) Sau khi lấy lại các giá trị chuẩn ở trên, tuỳ thuộc chế độ làm việc mà ta sử dụng các nút điều khiển tƣơng ƣng. 7.2.4 Điều khiển màn hình Hình 7 12: Màn hình dao động ký Phần này bao gồm: Màn hình của dao động ký đƣợc chia ô, 10 ô theo chiều ngang và 8 ô theo chiều đứng. Ở chế độ hiển thị thông thƣờng, dao động ký hiện dạng sóng biến đổi theo thời gian : Trục đứng y là trục điện áp, trục ngang x là trục thời gian. Độ chói hay độ sáng của màn Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 94 hình đôi khi còn gọi là trục z. Hình 7.13: Các nút điều chỉnh tín hiệu hiện trên màn hình + Điều chỉnh độ sáng - INTENSITY - của dạng sóng. Thông thƣơng khi tăng tần số quét cần tăng thêm độ sáng để tiện quan sát hơn. Thực chất đây là điều chỉnh điện áp lƣới + Điều chỉnh độ nét – FOCUS - của dạng sóng. Thực chất là điều chỉnh điện áp các anot A1, A2 và A3 + Điều chỉnh độ lệch của trục ngang – TRACE (khi vị trí của máy ở những điểm khác nhau thì tác dụng của từ trƣờng trái đất cũng khác nhau nên phải điều chỉnh để có vị trí cân bằng) 7.2.5 Điều khiển theo trục đứng Phần này sẽ điều khiển vị trí và tỉ lệ của dạng sóng theo chiều đứng. Khi tín hiệu đƣa vào càng lớn thì VOLTS/DIV cũng phải ở vị trí lớn và ngƣợc lại. Ngoài ra còn một số phần nhƣ Hình 7.14 : Khối chức năng điều khiển tín hiệu theo trục đứng INVERT: Đảo dạng sóng DC/AC/GD: hiển thị phần một chiều/xoay chiều/đất của dạng sóng CH I/II: Chỉnh kênh 1 hoặc kênh 2 Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 95 DUAL: Chỉnh cả 2 kênh ADD: Cộng tín hiệu của cả hai kênh Khi bấm nút INVERT dạng sóng của tín hiệu sẽ bị đảo ngƣợc lại đảo pha1800) Khi gạt công tắc về vị trí GND trên màn hình sẽ xuất hiện một vệt ngang, dịch chuyển vị trí của đƣờng này để xác định vị trí đất của tín hiệu. Gạt công tắc về vị trí DC nghĩa là trong tín hiệu bao gồm cả thành phần một chiều và xoay chiều, gạt về vị trí AC là hiện dạng sóng đã tách thành phần một chiều. Khi ấn nút DUAL để chọn cả hai kênh thì trên màn hình sẽ xuất hiện 2 đồ thị của 2 dạng sóng ứng với 2 đầu đo. ADD để cộng các sóng với nhau. Nói chung vị trí của 3 nút CH I/II, DUAl và ADD sẽ cho các chế độ hiển thị khác nhau tuỳ thuộc vào từng loại máy. Hình 7.15: Dạng sóng hiển thị trên màn hình 7.2.6 Điều khiển theo trục ngang Phần này điều khiển vị trí và tỉ lệ của dạng sóng theo chiều ngang. Khi tín hiệu đƣa vào có tần số càng cao thì TIME/DIV phải càng nhỏ và ngƣợc lại. Ngoài ra còn một số phần sau: X - Y: ở chế độ này kênh thứ 2 sẻ làm trục X thay cho thời gian nhƣ ở chế độ thƣờng. Chú ý: Khi máy hoạt động ở chế độ nhiều kênh thì cũng chỉ có một phần điều khiển theo trục ngang nên tần số quét khi đó sẽ là tần số quét chung cho cả 2 dạng sóng. Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 96 Hình 7.16 : Khối chức năng điều khiển tín hiệu theo trục ngang 7.3 Đầu đo Nối các đầu đo vào đúng vị trí (thƣờng có ký hiệu ch1, ch2). Các dao động ký thông thƣờng sẽ có hai que đo ứng với hai kênh và màn hình sẽ hiện dạng sóng tƣơng ứng với mỗi kênh. Hình 7.9: Đầu đo sử dụng cho dao động ký Sử dụng đầu đo để đo các tín hiệu Đo điện áp Việc tính giá trị điện áp của tín hiệu đƣợc thực hiện bằng cách đếm số ô trên màn hình và nhân với giá trị volts/div Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 97 Hình 7.10: Cách đọc giá trị điện áp của tín hiệu Ví dụ: Volts/DIV chỉ 1 V thì tín hiệu cho ở hình trên có : Vp = 2,7 ô x 1v = 2,8 v Vpp = 5,4 ô x 1v = 5,4 v Vrms = 0,707vp = 1,98 v Ngoài ra, với tín hiệu xung ngƣời ta còn sử dụng máy hiện sóng để xác định thời gian tăng sƣờn xung (rise time), giảm sƣờn xung (fall time) và độ rộng xung ( pulse width) Hình 7.11: Dùng đầu đo để kiểm tra tín hiệu ra trên tụ Đo tần số và khoảng thời gian Khoảng thời gian giữa hai điểm của tín hiệu cũng đƣợc tính bằng cách đếm số ô theo chiều ngang giữa hai điểm và nhân với giá trị của time/div. Việc xác định tần số của tín hiệu đƣợc xác định bằng cách tính chu kỳ theo cách nhƣ trên. Sau đó nghịch đảo chu kỳ ta tính đƣợc tần số. Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 98 Ví dụ : Ở hình bên time/div là 1ms, chu kỳ của tín hiệu là 16ô, nhƣ vậy chu kỳ là 16ms, suy ra f = 1/16ms = 62,5hz. Hình 7.12: Cách đọc giá trị tần số của tín hiệu Các bƣớc lấy sóng Trƣớc khi tiến hành đo đạc ta cần chỉnh để lấy sóng cho dao động ký. Tùy theo tần số, độ lớn và hình dạng của tín hiệu mà cách sử dụng khác nhau. Có thể dùng phƣơng pháp chung sau đây để thấy sóng rồi điều chỉnh lại các nút để nhìn sóng rõ ràng hơn  Gắn tín hiệu vào kênh 1, và vặn DISPLAY CHANNEL qua số 1  Vặn VOLTS/DIV qua vị trí trung bình,  Tắt VARIABLE volts/div  Vặn INPUT COUPLING kênh 1 sang DC  Tắt mọi phóng đại (MAGNIFICATION)  Vặn TRIGGER MODE qua AUTO  Tắt TRIGGER HOLDOFF  Vặn TIME/DIVISION dùng những trị số trung bình  Cuối cùng xoay xoay TRIGGER LEVEL cho tới khi thấy sóng trên màn hình Các bƣớc chuẩn hóa nhƣ sau : 1. Đƣa tất cả các nút bấm về vị trí out. Đƣa tất cả các thanh trƣợt về vị trí up. Đƣa tất cả các núm xoay về vị trí centered Đƣa nút giữa của volts/div, time/div, hold off về vị trí cal. 2. Vặn volts/div và time/div về vị trí 1v/div và .2s/div. 3. Bật nguồn. 4. Xoay y-Pos để điều chỉnh điểm sáng theo chiều đứng (điểm sáng sẽ chạy ngang qua màn hình với tốc độ chậm). Nếu vặn time/div ngƣợc chiều kim đồng hồ (theo chiều giảm) thì điểm sáng sẽ di chuyển nhanh hơn và khi ở vị trí cỡ µs trên màn hình sẽ là một vạch sáng thay cho điểm sáng. Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 99 5. Điểu chỉnh intens để thay đổi độ chói và focus để thay đổi độ nét của vạch sáng trên màn hình. 6. Đƣa tín hiệu chuẩn để kiểm tra độ chính xác của máy. 7. Đƣa đầu đo tới vị trí lấy chuẩn (hoặc là từ máy phát chuẩn hoặc ngay trên dao động ký ở vị trí cal 1vpp, 1hz). Với giá trị chuẩn nhƣ trên nếu volts/div ở vị trí 1v/div và time/div ở vị trí 1ms/div thì trên màn hình sẽ xuất hiện một sóng vuông có biên độ đỉnh đỉnh 1ô trên màn hình và độ rộng xung cũng là một ô trên màn hình. (xoay y-Pos và x-Pos để đọc một cách chính xác). Sau khi lấy các giá trị chuẩn, tùy theo chế độ làm việc mà ta sử dụng các nút điều khiển tƣơng ứng. Chƣơng 7: Dao động ký Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 100 CÂU HỎI ÔN TẬP TỰ LUẬN Câu 1: Trình bày đặc điểm của ống phóng điện tử Câu 2: Trình bày cách lấy điểm sáng trên màn hình CRT Câu 3: Nêu các ứng dụng của máy đo dạng sóng – Dao động ký Câu 4: Nêu trình tự các bƣớc chuẩn hóa khi sử dụng máy đo dạng sóng – Dao động ký Câu 5: Nêu cách thực hiện để đo điện áp của tín hiệu Câu 6: Nêu cách thực hiện để đo tần số của tín hiệu TRẮC NGHIỆM: Câu 7) Thiết bị cho thấy dạng sóng tín hiệu và dùng xác định biên độ đỉnh – đỉnh là a) Đồng hồ VOM số b) Đồng hồ VOM kim c) Dao động ký d) Máy phát tần số tín hiệu Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 101 : MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐO THÔNG THƢỜNG (6 tiết) CHƢƠNG 8 Đồng hồ vạn năng (VOM) là thiết bị đo không thể thiếu đƣợc với bất kỳ một kỹ thuật viên điện tử nào, đồng hồ vạn năng có 4 chức năng chính là Đo điện trở, đo điện áp DC, đo điện áp AC và đo dòng điện. Ngoài ra để đo dòng lớn, điện trở lớn ta cần đến các dụng cụ nhƣ Ample kế kềm, Megaohm met, hoặc các máy phát tín hiệu có tần số âm tần, cao tần. Nội dung chính của chƣơng 8 gồm các phần sau: 8.1. V.O.Met (cơ điện, điện tử). 8.2. Ample kế kềm. 8.3. Megaohm met. 8.4. Máy phát tín hiệu chuẩn cao tần, âm tần. Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 102 8.1 V.O.Met (cơ điện, điện tử). Đồng hồ vạn năng hay vạn năng kế (VOM) là một dụng cụ có nhiều chức năng cơ bản nhƣ đo dòng, áp, điện trở, kiểm tra thông mạch, đo hệ số khuếch đại của transistor. Gồ có hai loại là đồng hồ VOM kim (Cơ điện) và loại hiển thị số (Điện tử) Ƣu điểm của đồng hồ là đo nhanh, kiểm tra đƣợc nhiều loại linh kiện, thấy đƣợc sự phóng nạp của tụ điện , tuy nhiên đồng hồ này có hạn chế về độ chính xác và có trở kháng thấp khoảng 20K/Vol do vây khi đo vào các mạch cho dòng thấp chúng bị sụt áp. 8.1.1 Đồng hồ vạn năng hiển thị kim Hình 8.1 Hình dáng và cấu trúc bên trong VOM kim Bộ phận chính của nó là một Gavanô kế. Nó thƣờng chỉ thực hiện đo các đại lƣợng điện học cơ bản là cƣờng độ dòng điện, hiệu điện thế và điện trở. Hiển thị kết quả đo đƣợc thực hiện bằng kim chỉ trên một thƣớc hình cung. Loại này có thể không cần nguồn điện nuôi khi hoạt động trong chế độ đo cƣờng độ dòng điện và hiệu điện thế. 8.1.2 Đồng hồ vạn năng điện tử Là một đồng hồ vạn năng sử dụng các link kiện điện tử chủ động, và do đó cần có nguồn điện nhƣ pin. Đây là loại thông dụng nhất hiện nay cho những ngƣời làm công tác kiểm tra điện và điện tử. Kết quả của phép đo thƣờng đƣợc hiển thị trên một màn tinh thể lỏng, Led 7 đoạn. Vạn năng kế điện tử còn có thể có thêm các chức năng sau: - Kiểm tra nối mạch: máy kêu "bíp" khi điện trở giữa 2 đầu đo (gần) bằng 0. - Hiển thị số thay cho kim chỉ trên thƣớc. - Có bộ khuếch đại để đo hiệu điện thế hay cƣờng độ dòng điện nhỏ khi điện trở lớn. Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 103 - Đo độ tự cảm độ tự cảm mạch điện. - Kiểm tra Diode và Transistor , có ích cho sửa chữa mạch điện. - Hỗ trợ cho đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt. - Đo tần số trung bình, khuếch đại âm thanh, để điều chỉnh mạch điện của radio. Nó cho phép nghe tín hiệu thay cho nhìn thấy tín hiệu (nhƣ trong dao động kế). - Dao động kế cho tần số thấp, có ở các vạn năng kế có giao tiếp với máy tính. - Bộ kiểm tra điện thoại - Bộ kiểm tra mạch điện ô tô. - Lƣu giữ số liệu đo đạc (ví dụ của hiệu điện thế). Hình 8.2 Hình dáng và cấu trúc bên trong VOM số Việc lựa chọn các đơn vị đo, thang đo hay vi chỉnh thƣờng đƣợc tiến hành bằng các nút bấm, hay một công tắc xoay, có nhiều nấc, và việc cắm dây nối kim đo vào đúng các lỗ. Nhiều vạn năng kế hiện đại có thể tự động chọn thang đo. 8.1.3 Ƣu và nhƣợc điểm của từng loại đồng hồ vạn năng: Đồng hồ hiển thị bằng kim: * Ƣu điểm: - Đƣợc dùng chủ yếu để kiểm tra các linh kiện bán dẫn (đi-ốt, transistor, MOSFET) còn hoạt động hay không, vì dễ quan sát. - Có thể đƣợc dùng để kiểm tra nhanh hƣ hỏng các linh kiện trong mạch điện tử. - Dễ mua và có nhiều giá bán cho ngƣời dùng lựa chọn từ giá rẻ cho đến khá đắt. *Nhƣợc điểm: - Dễ hỏng kim hoặc mạch điện tử bên trong nếu không sử dụng đúng cách. - Khó đọc các giá trị số nhƣ điện áp, dòng điện, giá trị điện trở. Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 104 - Độ chính xác không cao. Đồng hồ đo hiển thị bằng số: * Ƣu điểm: - Dễ dàng đọc và theo dõi các giá trị số hiển thị trên màn hình. - Độ chính xác cao. - Độ bền cao. - Đƣợc trang bị thêm các chức năng cao cấp khác nhƣ đo tần số, đo điện dung..v..v.. *Nhƣợc điểm: - Đắt tiền. - Khó dùng để kiểm tra nhanh hƣ hỏng của các linh kiện điện tử 8.1.4 Ứng dụng của VOM  Đo điện áp DC và AC Khi đo điện áp một chiều DC, ta nhớ chuyển thang đo về thang DC, khi đo ta đặt que đỏ vào cực dƣơng (+) nguồn, que đen vào cực âm (-) nguồn, để thang đo cao hơn điện áp cần đo Ví dụ: Nếu đo áp DC 110V ta để thang DC 250V, trƣờng hợp để thang đo thấp hơn điện áp cần đo => kim báo kịch kim, dễ bị hỏng đồng hồ. Trƣờng hợp để thang quá cao => kim báo thiếu chính xác. Nếu ta để sai thang đo, đo áp một chiều nhƣng ta để đồng hồ thang xoay chiều thì đồng hồ sẽ báo sai, thông thƣờng giá trị báo sai cao gấp 2 lần giá trị thực của điện áp DC, tuy nhiên đồng hồ cũng không bị hỏng . Hình 8.3: Kiểm tra nguồn Pin Tƣơng tự, khi đo điện áp xoay chiều ta chuyển thang đo về các thang AC, để thang AC cao hơn điện áp cần đo một nấc. Ví dụ: nếu đo điện áp AC220V ta để thang AC 250V Chú ý: Tuyết đối không để thang đo điện trở hay thang đo dòng điện khi đo vào điện áp xoay chiều => Nếu nhầm đồng hồ sẽ bị hỏng ngay lập tức Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 105  Kiểm tra thông mạch. Hình 8.4: Kiểm tra thông mạch, hở mạch Nếu đoạn mạch thông thì VOM phát ra tiếng kêu beep beep liên tục, nếu đoạn mạch bị đứt nghĩa là bị hở mạch, dòng không qua đƣợc thì ta không nghe tiếng beep phát ra.  Đo điện trở : ta chọn thang đo sao cho kim báo gần vị trí giữa vạch chỉ số sẽ cho độ chính xác cao nhất Hình 8.5: Đo giá trị điện trở Ta cũng dùng thang đo OHM để kiểm tra tốt xấu của quang trở Hình 8.6 : Kiểm tra quang trở Ngoài ra, ta có thể dùng thang điện trở để kiểm tra độ phóng nạp và hƣ hỏng của tụ điện, khi đo Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 106 tụ điện, nếu là tụ gốm ta dùng thang đo x1K ohm hoặc 10K ohm, nếu là tụ hóa ta dùng thang x1Ohm hoặc x 10 Ohm. Dùng thang đo dòng Để đo dòng điện bằng đồng hồ vạn năng, ta đo đồng hồ nối tiếp với tải tiêu thụ và chú ý là chỉ đo đƣợc dòng điện nhỏ hơn giá trị của thang đo cho phép, ta thực hiện theo các bƣớc sau Bƣớc 1 : Đặt đồng hồ vào thang đo dòng cao nhất . Bƣớc 2: Đặt que đồng hồ nối tiếp với tải, que đỏ về chiều dƣơng, que đen về chiều âm . Nếu kim lên thấp quá thì giảm thang đo Nếu kim lên kịch kim thì tăng thang đo, nếu thang đo đã để thang cao nhất thì đồng hồ không đo đƣợc dòng điện này. Chỉ số kim báo sẽ cho ta biết giá trị dòng điện . Hình 8.7: Đo dòng điện qua bóng tải bóng đèn Hình 8.8: Xác định chân B, C, E của transistor Chế độ phân cực thuận thì đồng hồ số chỉ 0 Ohm ( kim lên ), phân cực nghịch thì đồng hồ số Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 107 chỉ .OL ( Kim không lên ) Hình 8.9: Kiểm tra Diode chế độ phận cực thuận và nghịch Với đồng hồ VOM số ngày nay còn có chức năng đo đƣợc dạng sóng của tín hiệu, để đo tín hiệu vào ra ta có thể nối theo sơ đồ , thang đo để ở thang điện áp. Hình 8.10: Đo dạng sóng tín hiệu vào ra của mạch khuếch đại  Kiểm tra tính năng tốt xấu của một Relay Hình 8.11: Kiểm tra hoạt động của Relay Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 108 8.2 Ample kế kềm. Trong dòng điện xoay chiều, từ trƣờng biến thiên sinh ra bởi dòng điện có thể gây cảm ứng điện từ lên một cuộn cảm nằm gần dòng điện. Đây là cơ chế hoạt động của Ampe kế kìm. Hình 8.12: Ample kế kềm dạng kim và số - Chức năng đo: dòng và áp xoay chiều, điện trở, tần số, nhiệt độ (chọn thêm đầu đo nhiệt), kiểm tra dẫn điện - Có chức năng kiểm tra méo dạng sóng, đo giá trị đỉnh sóng. Tính năng của Ampe kềm Extech EX830: • Đo dòng điện và điện áp AC/DC tới 1000mA; điện dung, tần số, đo nhiệt độ kiểu K.. • Đo True RMS với dòng điện và điện áp: cung cấp chính xác chỉ số dạng sóng không phải là hình sin • Đo dòng DC Zero • Kích thƣớc mở hàm lên tới 1.7 "(43mm) cho dây dẫn đến 750MCM hoặc hai 500MCM Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 109 Hình 8.13: Cách dùng ample kềm đo cƣờng độ dòng điện lớn 8.3 Megaohm met. Đây là loại đồng hồ có điện áp đo khá cao so với đồng hồ Ohm kế. Loại thông dụng có các cấp điện áp nhƣ sau: Loại 500 VDC để đo thiết bị điện hạ thế. Loại 2500V để đo thiết bị điện cao thế. Ngoài ra còn có loại 1000VDC, 5000VDC. Để tạo điện áp cao đó, phải có bộ phận phát cao áp. Loại cũ thì sử dụng máy phát điện quay tay, loại mới dùng nghịch lƣu tần số cao có ổn áp. Đối với loại dùng máy phát quay tay, phải sử dụng cơ cấu đo kiểu tỷ lệ, máy phát có cơ cấu ổn tốc kiểu ly hợp con văng. Với loại dùng nghịch lƣu tần số cao, dùng cơ cấu đo kiểu từ điện. Hình 8.14: Một số hình ảnh về đồng hồ đo điện trở cách điện (MegaOhm mét) MegaOhm thƣờng dùng để kiểm tra độ cách điện giữa các pha và vỏ của động cơ. Thƣờng thì Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 110 megaOhm có 1 đầu kẹp vào thiết bị cần đo, cầm 1 đầu vào gá vào đầu còn lại của thiết bị, sau đó nhấn nút đo, (nhớ là đừng để 2 tay chạm vào 2 que đo, có thể bị điện giật). Đồng hồ Megaohm có thêm mạch chống sai số do dòng điện rò của vỏ cáp khi đo cáp... Chân Guard. Hình 8.15: Cấu trúc bên trong của Megaohm met Ví dụ 1: để đo pha A của motor với vỏ, kẹp 1 đầu vào pha A, đầu còn lại ghì vào vỏ sau đó nhấn nút đo, kim sẽ hiện lên chỉ số điện trở cách điện. Ví dụ 2: Đo cách điện máy biến áp. Đầu tiên, phải bảo đảm máy biến áp đã đƣợc cắt điện. Phải kiểm tra lại các máy cắt, dao cách ly ở các đầu sơ cấp, thứ cấp..., đã đƣợc mở. Dao nối đất đã đƣợc đóng. Đã treo các bảng cấm đóng lên các cần thao tác máy cắt, dao cách ly đó. Kế tiếp, mở các dây nối đất máy biến áp nhƣ nối đất trung tính. Mở các dây nối từ các pha đến các thiết bị song song nhƣ chống sét van, tụ điện, máy phát điện, các máy biến áp khác nối trực tiếp vào máy này. Đo điện trở cách điện từng phần nhƣ sau: Đối với máy 2 cuộn dây: - Đo cao thế - đất. Đo hạ thế - đất. Đo cao thế - hạ thế. Đối với máy 3 cuộn dây: - Đo cao thế - đất. - Đo trung thế - đất. - Đo hạ thế - đất. Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 111 - Đo cao thế - trung thế. - Đo cao thế - hạ thế. - Đo trung thế - hạ thế. Đối với trung thế và cao thế, phải đo bằng megohmmet 2500V hoặc 5000V. Đo trị số ở 15 giây và trị số ở 60 giây. Giá trị tiêu chuẩn của R60 và tỷ số R60/R15 đƣợc quy định tùy theo cấp điện áp và công suất. Đối với cuộn dây hạ thế - đất, đo bằng megohmmet 500V, không cần lấy hệ số hấp thu. Đo xong mỗi trị số, phải nối ngắn mạch để xả hết các điện tích trên phần cách điện đã đo. Thí dụ đo cao thế - đất, thì phải nối cao thế với đất. Đo cao thế - hạ thế thì phải nối ngắn mạch cao thế - hạ thế. Sau khi đo xong, phải bảo đảm nối lại tất cả các dây đã tháo vào vị trí đúng của nó, chắc chắn, bảo đảm tiếp xúc tốt. Gỡ các bảng cấm đóng ra khỏi cần thao tác. 8.4 Máy phát tín hiệu chuẩn cao tần, âm tần. Máy phát tín hiệu hay máy tạo sóng đo lƣờng là bộ nguồn tạo ra các tín hiệu chuẩn về biên độ, tần số và dạng sóng dùng trong thử nghiệm và đo lƣờng. Các máy tạo sóng trong phòng thí nghiệm có các dạng sau:  Máy tạo sóng sin tần thấp LF (low frequency);  Máy tạo sóng sin tần số vô tuyến RF (radio frequency);  Máy tạo hàm;  Máy phát xung;  Máy phát tần số quét, máy phát các tín hiệu thử nghiệm. 8.4.1 Máy phát âm tần Máy phát âm tần thƣờng dùng để tạo ra các tín hiệu có băng thông rộng, dạng sóng đa dạng nhƣ dạng sóng sin, vuông, tam giác Hình 8.16: Máy phát âm tần tạo sóng chuẩn Độ phân giải lấy mẫu: 1 µSa/s Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 112 - Độ phân giải giá trị: 16bits - Thời gian ổn định: < 200 ns tới 0.5% giá trị đặt - Các dạng sóng ra: Sóng Sin, vuông, tam giác, xung, răng cƣa, nhiễu Gaussian, PRBS, DC - Các dạng điều chế: AM, FM, PM, FSK, BPSK, PWM, tổng sóng mang + điều chế - Chế độ quét: Tuyến tính, lôgarit, theo danh sách - Nhiễu xuyên kênh: < -85 dB - Thời gian lập trình chuyển đổi hàm: 5ms - Tƣơng thích EMC: IEC/EN 61326-1; CISPR Pub 11 Group 1, class A; AS/NZS CISPR 11; ICES/NMB-001; ICES-001 - Tiêu chuẩn an toàn điện: UL 61010-1, CSA C22.2 61010-1, và IEC 61010-1:2001 - Nguồn điện: 100 V - 24050/60 Hz -5%, +10%; 100 V - 120 V 400 Hz ±10% 8.4.2 Máy phát cao tần Các máy tạo tín hiệu RF thƣờng có dải tần số từ 0 kHz đến 100 kHz, với mức điện áp có thể điều chỉnh từ 0 - 10V. Các máy tạo hàm cũng thƣờng là máy phát RF với 3 dạng sóng đặc trƣng là sóng vuông, sóng tam giác và sóng hình sin. Một số loại máy phát điển hình Hình 8.17: Máy phát xung trong một phòng thí nghiệm Máy phát tín hiệu chuẩn AM/FM 10kHz~1040MHz • Các chức năng hiệu chỉnh và tự chẩn đoán • Lắp sẵn mạch bảo vệ nguồn ngƣợc (tối đa 25W) Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 113 Hình 8.18: Máy phát tín hiệu AM/FM 1040 MHz 8.4.3 Ứng dụng Tùy theo từng dạng sóng và tần số cao thấp đƣợc tạo ra mà máy phát tín hiệu có thể đƣợc sử dụng với các mục đích sau: - Tín hiệu sóng sin có thể dùng để đo thử hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại. - Sóng vuông có thể đo thử đáp ứng tần số thấp và tần số cao của mạch khuyếch đại nhờ máy hiện sóng. Độ nghiêng nào đó của phần đỉnh ngang của xung sẽ cho biết đáp ứng tần số thấp của mạch khuyếch đại kém. Sự thay đổi ở thời gian tăng và thời gian giảm (tức sƣờn xung) của các cạnh xung sẽ cho biết đáp ứng tần số cao của mạch khuyếch đại kém. Các xung cũng có thể sử dụng đểđo thử các cổng số. - Các sóng tam giác có thể dùng để đo thử độ tuyến tính của các mạch mà sóng tam giác truyền qua. Bất kỳ sự méo dạng của các cạnh tam giác, khi quan sát trên màn hình của máy hiện sóng, sẽ cho biết độ không tuyến tính đƣợc tạo ra bởi mạch khuyếch đại. - Tín hiệu răng cƣa có thể đƣợc dùng để đo thử các bộ tạo sóng quét và các mạch khuyếch đại quét trong các máy thu hình, các máy hiện sóng và các monitor. Chƣơng 8: Một số thiết bị thông dụng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 114 CÂU HỎI ÔN TẬP TỰ LUẬN Câu 1) Trình bày các tính năng của đồng hồ VOM Câu 2) Cho biết cách dùng VOM để đo dòng DC Câu 3) Cho biết cách dùng VOM để đo dòng AC Câu 4) Cho biết cách dùng VOM để đo áp DC Câu 5) Cho biết cách dùng VOM để đo áp AC Câu 6) Trình bày cách đo điện trở đất, điện trở cách điện Câu 7) Khi nào sử dụng ample kềm và cho biết vài ứng dụng cơ bản của nó. TRẮC NGHIỆM Câu 8) Để đo dòng mở máy động cơ, ta nên dùng a) VOM b) Ohm kế c) Volt kế d) Ample kềm Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 115 PHỤ LỤC 1 BẢNG TRA THUẬT NGỮ STT TÊN TIẾNG ANH Ý NGHĨA 1 Electronic scilloscope Đồng hồ hiện sóng – Dao động ký 2 LF (low frequency) Tần số thấp 3 RF (radio frequency) Tần số vô tuyến 4 Monitor Màn hình 5 AM (Amplitude modulation) Điều chế theo biên độ 6 FM (frequency modulation) Điều chế theo tần số 7 PM (Phase modulation ) Điều chế theo pha 8 FSK (Frequency-shift keying) Điều chế số theo tần số tín hiệu 9 Measurement Đo lƣờng 10 PWM (Pulse-width modulation) Điều chế độ rộng xung 11 CRT (Cathode-Ray Tube) Ống phóng điện tử chân không. 12 Vertical Phần điều khiển theo trục đứng 13 Horizontal Phần điều khiển theo trục ngang 14 Trigger Mạch điều khiển đồng bộ 15 Focus Lấy độ nét 16 Intensity Lấy độ sáng 17 Invert Đảo (dạng sóng) 18 Rise time Thởi gian cạnh lên của xung 19 Fall time Thởi gian cạnh xuống của xung 20 Pulse width Độ rộng xung 21 ADC (Analog to Digital converter) Chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự sang số 22 DAC (Digital to Analog converter) Chuyển đổi tín hiệu số sang tƣơng tự 23 Capacitor ( C ) Điện dung (của tụ ) 24 Resistor ( R ) Điện trở 25 Series circuits Dòng điện trong mạch mắc nối tiếp 26 Parallel circuits Dòng điện trong mạch mắc song song 27 VOM (Volt - Ohm Meter or multimeter) Đồng hồ đo vạn năng 28 SI (System International) Hệ thống đo lƣờng quốc tế 29 National Standard Chuẩn đo lƣờng quốc gia 30 Zone Standard Chuẩn đo lƣờng khu vực 31 Laboratory Standard Chuẩn đo lƣờng phòng thí nghiệm Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 116 PHỤ LỤC 2 BẢNG CHỨC NĂNG SỬ DỤNG DAO ĐỘNG KÝ CH I/II DUAL ADD effect of setting OUT OUT OUT normal operation: only CH I displayed, triggering from CH I IN OUT OUT only CH II displayed, triggering from CH II OUT IN OUT CH I and CH II displayed on alternate sweeps, triggering from CH I IN IN OUT CH I and CH II displayed on alternate sweeps, triggering from CH II OUT OUT IN CH I and CH II signals added together to produce a single trace, triggering from CH I IN OUT IN CH I and CH II signals added together to produce a single trace, triggering from CH II OUT IN IN CH I and CH II displayed simultaneously, triggering from CH I IN IN IN CH I and CH II displayed simultaneously, triggering from CH II Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Giáo trình “ Đo lƣờng điện và thiết bị đo” dành cho hệ cao đẳng, khối ngành công nghệ [2]. Nguyễn Ngọc Tân “Kỹ thuật đo 1,2”, NXB KHKT [3]. Nguyễn Ngọc Tân “Kỹ thuật đo” NXB KHKT [4]. David A.Bell “Electronic Instrumentatio and Measurements Prentic Hall International Edition” [5]. Larry D.Jone and Foster Chin, “Electronic Instrumentatio and Measurements” [6]. Clyde F.Coombs Jr Edition Chief, “Electronic Intrument Handbook”,