LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật luôn luôn gắn liền với những tiến
bộ trong lĩnh vực đo lường. Thật vậy, ngành “Kỹ thuật đo lường” ngày nay
đang được sử dụng rộng rãi trong các nhiệm vụ kiểm tra tự động, tự động hóa
các quá trình sản xuất và công nghệ cũng như trong các công tác nghiên cứu
khoa học. Đo lường điện là một lĩnh vực của kỹ thuật đo lường giải quyết các
vấn đề về đo lường các thông số điện năng và các đại lượng vật lý khác.
Giáo trình Kỹ thuật Đo lường điện được biên soạn nhằm phục vụ việc
học tập của học viên thuộc ngành kỹ thuật điện - điện tử, với mong muốn có
được một giáo trình cơ bản, chắt lọc và hệ thống. Cuốn sách này cũng có thể
dùng làm tài liệu tham khảo cho các ngành kỹ thuật khác có sử dụng kỹ thuật
đo lường điện như là một phương pháp để nghiên cứu khoa học, sử dụng khai
thác kỹ thuật của ngành mình.
Nội dung của giáo trình được chia làm 7 chương. Chương một trình
bày các khái niệm cơ bản làm cơ sở cho việc nghiên cứu lĩnh vực đo lường.
Chương hai trình bày cấu tạo nguyên lý của các cơ cấu chỉ thị để ứng dụng
trong đo lường. Chương ba trình bày phương pháp đo các đại lượng điện như
dòng điện, điện áp. Chương bốn trình bày phương pháp đo các đại lượng điện
như công suất, điện năng. Chương năm trình bày phương pháp đo các đại
lượng điện như tần số, góc lệch pha. Chương sáu trình bày phương pháp đo
các thông số như điện trở, điện cảm, điện dung. Chương bảy trình bày cấu
tạo, nguyên lý, các chế độ làm việc của máy hiện sóng. Chương một đến
chương sáu do đồng chí Kỹ sư Phan Minh Tích biên soạn. Chương bảy do
đồng chí Thạc sỹ Trần Công Thành biên soạn. Ngoài ra, ở phần cuối của mỗi
chương có phần câu hỏi và bài tập đo lường để học viên tham khảo nhằm
củng cố thêm kiến thức.
Kỹ thuật Đo lường điện được biên soạn dựa trên các tài liệu trong nước
và nước ngoài, kết hợp với kiến thức và kinh nghiệm trong quá trình giảng
dạy của các tác giả, đồng thời có sự tham gia đóng góp tích cực của toàn thể
cán bộ, giáo viên thuộc Bộ môn Kỹ thuật điện - Khoa Kỹ thuật cơ sở. Các tác
giả xin chân thành cảm ơn đồng chí: Đại tá - Tiến sĩ - Hồ thị Vân Hằng đã

đóng góp những ý kiến quý báu để các tác giả hoàn thành giáo trình này.
Tuy nhiên, mặc dù đã cố gắng để cuốn sách đạt được mục đích tốt nhất,
song chắc chắn không tránh khỏi sai sót, các tác giả mong được sự góp ý và
chỉ dẫn của bạn đọc .
Tác giả
5
Chương 1
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
1.1. Định nghĩa và phân loại
1.1.1. Định nghĩa
a) Đo lường: Là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo so với
đơn vị của đại lượng đo.
Kết quả đo được biểu diễn dưới dạng:
o
x
X
X
=A
và ta có X = A
x
. X
o

(1.1)
Trong đó: X − đại lượng đo; X
o
− đơn vị đo; A
x
− con số kết quả đo.
Ví dụ: I = 5A; I − dòng điện; 5 − con số đo; A − đơn vị đo.

Phương trình (1.1) là phương trình cơ bản của phép đo, nó chỉ rõ sự so
sánh đại lượng cần đo với mẫu và cho ra kết quả bằng số.
b) Đo lường học: Là ngành khoa học chuyên nghiên cứu để đo các đại lượng
khác nhau, nghiên cứu về mẫu và đơn vị đo .
c) Kỹ thuật Đo lường: Là Ngành kỹ thuật chuyên nghiên cứu để áp dụng các
thành quả của đo lường học vào phục vụ sản xuất và đời sống.
1.1.2. Phân loại phép đo
Để thực hiện một phép đo người ta có thể sử dụng nhiều cách khác
nhau.
a) Đo trực tiếp: Là cách đo mà kết quả nhận được trực tiếp từ một phép đo
duy nhất.
Ví dụ: Dùng Vônmét đo điện áp.
b) Đo gián tiếp: Là cách đo mà kết quả được suy ra từ sự phối hợp kết quả của
nhiều phép đo dùng cách đo trực tiếp.
Ví dụ: Đo điện trở bằng cách đo áp và dòng trực tiếp sau đó tính ra điện
trở theo định luật ôm:
I
U
=R
.
c) Đo hợp bộ: Là cách đo gần giống đo gián tiếp nhưng số lượng phép đo theo
cách trực tiếp nhiều hơn và kết quả đo được thường phải thông qua giải một
phương trình (hay hệ phương trình) mà các thông số đã biết chính là các số
liệu đo được.
Ví dụ: Điện trở của dây dẫn có thể tính từ phương trình
r
t
= r
20
[1+ α (t-20)+β (t-20)

2
] (1.2)
Trong đó các hệ số α và β chưa biết. Để xác định chúng cần phải đo
điện trở ở ba điểm nhiệt độ khác nhau là r
20
, r
t1
, r
t2
. Sau đó thay vào ta có hệ
phương trình:
r
t1
= r
20
[1 + α (t
1
– 20) + β(t
1
- 20)
2
]
r
t2
= r
20
[1+α (t
2
– 20) + β (t
2

– 20)
2
]
Giải ra ta tìm được α và β.
6
d) Đo thống kê: Là cách đo nhiều lần cùng một đại lượng cần đo, sau
đó sử dụng phương pháp thống kê lấy giá trị trung bình. Cách đo này đặc biệt
hữu hiệu khi tín hiệu đo là ngẫu nhiên hoặc khi kiểm tra độ chính xác của một
dụng cụ đo.
1.2. Các đặc trưng của kỹ thuật đo lường
Trong kỹ thuật đo lường có chứa đựng các đặc trưng sau:
Đại lượng cần đo, điều kiện đo, đơn vị đo, thiết bị đo, phương pháp đo,
người quan sát và các thiết bị thu nhận kết quả đo, sai số đo.
1.2.1. Đại lượng đo
a) Theo bản chất của đại lượng đo có thể chia thành:
- Đại lượng đo năng lượng: Là đại lượng đo mà bản thân nó mang năng
lượng.
Ví dụ: Sức điện động, điện áp, dòng điện, công suất, năng lượng, từ
thông, cường độ từ trường.
- Các đại lượng đo thông số: Đó là các thông số của mạch điện như:
Điện trở, điện cảm, điện dung, hệ số từ trường.
- Các đại lượng đo phụ thuộc thời gian: Chu kỳ, tần số, góc pha v.v...
- Các đại lượng đo không điện: Là các đại lượng vật lý khác không phải
là đại lượng điện, để đo được bằng phương pháp điện, nhất thiết phải biến đổi
chúng thành điện nhờ các bộ chuyển đổi đo lường sơ cấp. Ví dụ: Lực, ứng
suất, áp suất...
b) Theo cách biến đổi tín hiệu đo, có thể chia thành:
- Tín hiệu đo tương tự (analog) hay tín hiệu đo liên tục tức là biến đổi
nó thành một tín hiệu đo khác tương tự nó.
- Tín hiệu đo số (digital) hay tín hiệu đo rời rạc, tức là biến đổi từ tín

hiệu tương tự thành tín hiệu số, ứng với tín hiệu đo này, thường chế tạo các
dụng cụ đo số.
c) Theo tính chất thay đổi của đại lượng đo, có thể chia chúng thành 2 loại.
- Đại lượng đo tiền định: Là đại lượng đo đã biết trước qui luật, cần xác
định một vài thông số chưa biết. Ví dụ: Cần đo biên độ, tần số, góc pha... của
dòng điện xoay chiều hình sin.
- Đại lượng đo ngẫu nhiên: Là đại lượng đo mà sự thay đổi theo thời
gian không theo một qui luật nào cả. Trong trường hợp này có thể sử dụng
phương pháp đo lường thống kê.
1.2.2. Điều kiện đo
- Dụng cụ đo phải không được ảnh hưởng đến đối tượng đo.
Ví dụ: Để đo dòng điện đi qua điện trở R ta dùng Ampemét. Vì
Ampemét có điện trở là R
A
, nên dòng điện thực tế là: I
đo
=
A
RR
U
+
Muốn phép đo chính xác thì R
A
phải có giá trị rất nhỏ. Vậy điều kiện để
đo dòng điện là R
A
phải càng nhỏ càng tốt.
- Môi trường bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm không khí, từ trường bên
ngoài, độ rung, độ lệch áp suất, bụi bẩn... phải ở trong điều kiện chuẩn. Điều
7

kiện chuẩn là điều kiện được qui định, là khoảng biến động của các yếu tố bên
ngoài mà suốt trong khoảng đó dụng cụ đo vẫn bảo đảm độ chính xác qui
định.
Đối với mỗi loại dụng cụ đo đều có khoảng tiêu chuẩn được ghi trong
các đặc tính kỹ thuật của nó.
1.2.3. Đơn vị đo
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.
Hệ thống đơn vị quốc tế SI (năm 1960) đã được thông qua ở Hội nghị
quốc tế về mẫu và cân. Hệ thống đơn vị bao gồm hai nhóm đơn vị:
a) Đơn vị cơ bản được thể hiện bằng các đơn vị chuẩn với độ chính xác cao
nhất mà khoa học và kỹ thuật hiện đại có thể thực hiện được.
b) Đơn vị kéo theo là đơn vị mà có liên quan đến các đơn vị cơ bản bởi những
qui luật thể hiện bằng các biểu thức.
Trong hệ thống đó có bảy đơn vị cơ bản là: mét (chiều dài); kg (khối
lượng); s (thời gian); A (cường độ dòng điện); K (nhiệt độ); mol (đơn vị số
lượng vật chất); Cd (cường độ ánh sáng). Ngoài ra còn có các đơn vị kéo
theo.
Bảng 1.1. Các đơn vị đo cơ bản và kéo theo trong các lĩnh vực cơ-điện-từ và
quang học.
Các đại lượng Tên đơn vị Kí hiệu
1. Các đại lượng cơ bản
Độ dài Mét m
Khối lượng Kilôgam kg
Thời gian Giây s
Dòng điện Ampe A
Nhiệt độ Kelvin K
Số lượng vật chất Môn mol
Cường độ ánh sáng Candela Cd
2. Các đại lượng cơ học

Tốc độ Mét trên giây m/s
Gia tốc Mét trên giây bình phương m/s
2
Năng lượng và công Jun J
Lực Niutơn N
Công suất Watt W
Năng lương Watt giây W.s
3. Các đại lượng điện
Lượng điện Culông C
Điện áp, thế điện động Vôn V
Cường độ điện trường Vôn trên mét V/m
Điện dung Fara F
Điện trở ôm
Ω
Điện trở riêng ôm mét
Ω.m
Hệ số điện môi tuyệt đối Fara trên mét F/m
4. Các đại lượng từ
8
Từ thông Vebe Wb
Cảm ứng từ Tesla T
Cường độ từ trường Ampe trên mét A/m
Điện cảm Henri H
Hệ số từ thẩm Henri-trên mét H/m
5. Các đại lượng quang
Luồng ánh sáng Lumen lm
Cường độ sáng riêng Candela trên mét vuông Cd/m
2
Độ chiếu sáng Lux lx
Ngoài các đơn vị đo cơ bản và kéo theo trong hệ thống đơn vị quốc tế

SI, người ta còn sử dụng các bội số và ước số của chúng.
Bảng 1.2. Các bội, ước số thường dùng của các đơn vị đo.
Tên của tiếp
đầu ngữ
Giá trị
ước số
Kí hiệu Tên của tiếp
đầu ngữ
Giá trị
bội số
Kí hiệu
picô 10
-12
p Đề ca 10
1
Da
nanô 10
-9
n Hectô 10
2
H
micrô 10
-6
µ
Ki lô 10
3
K
mili 10
-3
m Mêga 10

6
M
centi 10
-2
c Giga 10
9
G
đêxi 10
-1
d Têra 10
12
T
Các tiếp đầu ngữ này được viết liền với kí hiệu cuối đơn vị cơ bản và
đơn vị kéo theo ở bảng 1-1 để chỉ độ lớn của kết quả đo.
Ví dụ: Điện trở có giá trị là 2MΩ = 2.10
6
Ω
Tụ điện có điện dung 3 µF = 3.10
-6
F
Ngoài ra, một số nước như Anh, Mỹ vẫn còn đang sử dụng một số đơn
vị khác ngoài các đơn vị kể trên.
Bảng 1.3. Một số đơn vị ngoài đơn vị hợp pháp mà vẫn sử dụng.
Đơn vị Qui đổi ra SI Đơn vị Qui đổi ra SI
Inch 2,54 . 10
-2
m Fynt 4,536 .10
-1
kg
Foot (phút) 3,048 . 10

-1
m Tonne 1,0161 .10
3
kg
Yard (Yat) 9,144 . 10
-1
m Fynt/foot
2
4,882 kg/m
2
Mille (dặm) 1,609 km Fynt/foot
3
1,60185 kg/m
3
Mille (hải lý) 1,852 km Bari 1 .10
6
N/m
2
Inch vuông 6,4516 . 10
-4
m
2
Torr 1,332 .10
2
N/m
2
Foot vuông 9,290 . 10
-2
m
2

Kilogam lực 9,8066 N
Inch khối 1,6384 . 10
-5
m
3
Calo 4,1868 J
Foot khối 2,832 . 10
-2
m
3
Mã lực 7,457. 10
2
W
Galon (Mỹ) 3,785 . 10
-3
m
3
Kilowatt giờ 3,60. 10
6
J
Galon (Anh) 4,5 . 10
-3
m
3
Thermie 1,0551. 10
3
J
Gauss 1.10
-4
T Electron Voll (eV) 1,602. 10

2
J
Maxwell 1. 10
-8
Wb
1.2.4. Thiết bị đo
9