MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG...................4
1.1. Khái niệm chung về đo lường..........................................................................4
1.1.1. Định nghĩa về đo lường, đo lường học và kỹ thuật đo lường.......................4
1.1.2. Phân loại cách thực hiện phép đo................................................................4
1.2. Các đặc trưng của kỹ thuật đo lường..............................................................5
1.2.1. Đại lượng đo................................................................................................5
1.2.2. Điều kiện đo................................................................................................6
1.2.3. Đơn vị đo.....................................................................................................6
1.2.4. Thiết bị đo và phương pháp đo....................................................................6
1.2.5. Người quan sát............................................................................................7
1.2.6. Kết quả đo...................................................................................................7
1.3. Các phương pháp đo........................................................................................7
1.3.1. Phương pháp đo kiểu biến đổi thẳng...........................................................7
1.3.2. Phương pháp đo kiểu so sánh......................................................................8
1.4. Phân loại thiết bị đo..........................................................................................9
1.4.1. Mẫu.............................................................................................................9
1.4.2. Dụng cụ đo lường điện................................................................................9
1.4.3. Chuyển đổi đo lường.................................................................................10
1.4.4. Hệ thống thông tin đo lường......................................................................10
1.5. Sai số của phép đo...........................................................................................10
1.5.1. Theo cách thể hiện bằng số........................................................................10
1.5.2. Theo nguồn gây ra sai số...........................................................................11
1.5.3. Theo quy luật xuất hiện sai số....................................................................11
CHƯƠNG 2: CÁC PHẦN TỬ CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ ĐO......13
2.1. Cấu trúc cơ bản của thiết bị đo......................................................................13
2.1.1. Sơ đồ khối của thiết bị đo..........................................................................13
2.1.2. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu biến đổi thẳng....................................13
2.1.3. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh..............................................14
2.2. Các cơ cấu chỉ thị............................................................................................14
2.2.1. Cơ cấu chỉ thị cơ điện................................................................................14

2.2.2. Cơ cấu chỉ thị tự ghi..................................................................................22
2.2.3. Cơ cấu chỉ thị số........................................................................................24
2.3. Mạch đo lường và gia công tín hiệu...............................................................28
2.3.1. Mạch tỷ lệ..................................................................................................28
2.3.2. Mạch khuếch đại đo lường........................................................................30
CHƯƠNG 3: ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP........................................................32
3.1. Đo dòng điện...................................................................................................32
3.1.1. Khái niệm chung.......................................................................................32
3.1.2. Ampemét một chiều...................................................................................32
1


3.1.3. Ampemét xoay chiều.................................................................................34
3.2. Đo điện áp........................................................................................................39
3.2.1. Khái niệm chung.......................................................................................39
3.2.2. Vônmét một chiều.....................................................................................40
3.2.3. Vônmét xoay chiều....................................................................................40
3.2.4. Vônmét số.................................................................................................42
CHƯƠNG 4: ĐO CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỆN.......................................46
4.1. Đo điện trở......................................................................................................46
4.1.1. Đo điện trở gián tiếp sử dụng Ampemét và Vônmét..................................46
4.1.2. Đo điện trở bằng Ômmét...........................................................................46
4.1.3. Đo điện trở bằng Mêgômmét.....................................................................48
4.1.4. Cầu đo điện trở..........................................................................................50
4.2. Đo điện dung...................................................................................................52
4.2.1. Cầu đo tụ điện tổn hao nhỏ........................................................................52
4.2.2. Cầu đo tụ điện tổn hao lớn.........................................................................52
4.3. Đo điện cảm.....................................................................................................53
4.3.1. Cầu xoay chiều dùng cuộn cảm mẫu.........................................................53
4.3.2. Cầu xoay chiều dùng tụ điện mẫu..............................................................54

4.3.3. Cầu hộp xoay chiều đo điện cảm...............................................................55
4.3.4. Cầu sáu nhánh...........................................................................................55
CHƯƠNG 5: ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG.................................................58
5.1. Khái niệm chung.............................................................................................58
5.2. Đo công suất....................................................................................................59
5.2.1. Đo công suất mạch một chiều bằng phương pháp gián tiếp.......................59
5.2.2. Đo công suất mạch xoay chiều một pha....................................................59
5.2.3. Đo công suất tác dụng trong mạch ba pha.................................................62
5.2.4. Đo công suất phản kháng trong mạch ba pha............................................64
5.3. Đo điện năng...................................................................................................65
5.3.1. Đo điện năng trong mạch xoay chiều một pha...........................................65
5.3.2. Đo điện năng trong mạch ba pha...............................................................68
5.3.3. Đo công suất, điện năng trong mạch cao áp..............................................69
CHƯƠNG 6: ĐO TẦN SỐ VÀ GÓC PHA..............................................................71
6.1. Khái niệm chung.............................................................................................71
6.2. Đo tần số và pha bằng phương pháp biến đổi thẳng....................................71
6.2.1. Tần số kế cộng hưởng điện từ....................................................................71
6.2.2. Tần số kế và Fazo kế cơ điện.....................................................................72
6.2.3. Tần số kế và Fazo kế điện tử.....................................................................76
6.3. Đo tần số bằng phương pháp so sánh............................................................78
6.3.1. Tần số kế trộn tần......................................................................................78
6.3.2. Tần số kế cộng hưởng................................................................................79
2


CHƯƠNG 7: MÁY HIỆN SÓNG.............................................................................80
7.1. Khái niệm chung.............................................................................................80
7.2. Sơ đồ khối của máy hiện sóng thông dụng....................................................81
7.3. Cách sử dụng máy hiện sóng..........................................................................82
7.3.1. Thiết lập chế độ hoạt động cho máy hiện sóng..........................................82

7.3.2. Các phần điều khiển chính.........................................................................84
7.3.3. Ứng dụng của máy hiện sóng....................................................................87
CHƯƠNG 8: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN...........................................90
8.1. Khái niệm chung.............................................................................................90
8.2. Các loại cảm biến............................................................................................90
8.2.1. Cảm biến kiểu biến trở..............................................................................90
8.2.2. Cảm biến kiểu điện trở lực căng................................................................92
8.2.3. Nhiệt điện trở.............................................................................................94
8.2.4. Cặp nhiệt điện............................................................................................96
8.2.5. Cảm biến kiểu điện cảm............................................................................98
8.2.6. Cảm biến kiểu điện dung.........................................................................102
8.2.7. Cảm biến kiểu áp điện.............................................................................105

3


CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
1.1. Khái niệm chung về đo lường
1.1.1. Định nghĩa về đo lường, đo lường học và kỹ thuật đo lường
a. Đo lường
Đo lường là quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết quả bằng
số so với đơn vị đo.
Kết quả đo được biểu diễn dưới dạng:
Ax 

Trong đó:

X
X0


X

: Đại lượng cần đo

X0

: Đơn vị đo

AX

: Kết quả bằng số

(1.1)

b. Đo lường học
Đo lường học là ngành khoa học chuyên nghiên cứu về phương pháp để đo các
đại lượng khác nhau, nghiên cứu về mẫu đo, đơn vị đo.
c. Kỹ thuật đo lường
Kỹ thuật đo lường là ngành kỹ thuật chuyên nghiên cứu, áp dụng các thành quả
của đo lường học vào thực tế sản xuất và đời sống.
1.1.2. Phân loại cách thực hiện phép đo
a. Đo trực tiếp
Là cách đo mà kết quả nhận được từ một phép đo duy nhất. Kết qủa đo được
chính là trị số của đại lượng cần đo mà không phải tính toán qua bất kỳ một biểu thức
nào. Cách đo trực tiếp có ưu điểm là đơn giản, nhanh chóng và loại bỏ được sai số do
tính toán.
Ví dụ: Sử dụng Vônmét đo điện áp, Ampemét đo dòng điện.
b. Đo gián tiếp
Là cách đo mà kết quả đo suy ra từ sự phối hợp kết quả của nhiều phép đo trực
tiếp. Cách đo gián tiếp mắc phải nhiều sai số do sai số của các phép đo trực tiếp tích

lũy lại.
U
. Như vậy để đo điện trở ta đo
I

Ví dụ: Từ biểu thức định luật ôm ta có: R 
dòng điện và điện áp rồi suy ra giá trị điện trở.
c. Đo hợp bộ

4


Là cách đo gần giống đo gián tiếp nhưng số lượng phép đo theo cách trực tiếp
nhiều hơn và kết quả nhận được thường phải thông qua giải một phương trình (hay hệ
phương trình) mà các thông số đã biết chính là số liệu đo được.
Ví dụ: Điện trở của dây dẫn có thể tính bằng phương trình sau:



Rt  R20 1   (t  20)   (t  20) 2



Trong đó các hệ số ,  chưa biết. Để xác định ta cần đo điện trở ở ba điểm
nhiệt độ khác nhau là R20, Rt1, Rt2 sau đó thay vào ta có hệ phương trình:


1  (t

Rt1 R 20 1   (t1  20)   (t1  20) 2

Rt 2 R 20

2



 20)   (t 2  20) 2



Giải phương trình ta tìm được , .
d. Đo thống kê
Để đảm bảo độ chính xác của phép đo ta sử dụng cách đo thống kê. Tức là phải
thực hiện nhiều lần sau đó 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
1.2.1. Đại lượng đo
Định nghĩa: Là thông số đặc trưng cho đại lượng vật lý cần đo.
* Theo tính chất thay đổi của đại lượng đo có thể chia chúng thành hai loại đó
là đại lượng đo tiền định và đại lượng đo ngẫu nhiên.
Đại lượng đo tiền định: Là đại lượng đo đã biết trước quy luật thay đổi theo thời
gian của chúng, nhưng một hoặc nhiều thông số của chúng chưa biết cần phải đo.
Đại lượng đo ngẫu nhiên: Là đại lượng đo mà sự thay đổi theo thời gian không
theo một quy luật nào. Nếu ta lấy bất kỳ giá trị nào của tín hiệu ta đều nhận được đại
lượng ngẫu nhiên.
Trong thực tế đa số các tín hiệu đều là ngẫu nhiên. Tuy nhiên ở một chừng mực
nào đó ta có thể giả thiết trong suốt thời gian tiến hành một phép đo đại lượng đo
không đổi hoặc thay đổi theo quy luật đã biết, hoặc tín hiệu phải thay đổi chậm. Nếu
đại lượng đo ngẫu nhiên có tần số thay đổi nhanh sẽ không thể đo được bằng các phép

đo thông thường. Trong trường hợp này ta phải sử dụng phương pháp đo đặc biệt, đó
là đo lường thống kê.
* Theo cách biến đổi đại lượng đo có thể chia thành đại lượng đo liên tục hay
đại lượng đo tương tự (analog) và đại lượng đo rời rạc hay đại lượng đo số (digital).
* Theo bản chất của đại lượng đo ta có thể chia thành:
- Đại lượng đo năng lượng: ví dụ: sức điện động, điện áp, dòng điện, công suất
và năng lượng…

5


- Đại lượng đo thông số: đó là các thông số của mạch điện như: điện trở, điện
cảm, điện dung…
- Đại lượng đo phụ thuộc thời gian như: chu kỳ, tần số, góc pha…
- Các đại lượng đo không 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.
1.2.2. Điều kiện đo
Các thông tin đo lường bao giờ cũng gắn chặt với môi trường sinh ra đại lượng
đo. Khi tiến hành phép đo phải tính tới ảnh hưởng của môi trường tới kết quả đo và
ngược lại khi dùng dụng cụ đo không được để dụng cụ đo ảnh hưởng đến đối tượng
đo.
Trong thực tế ta thường phải tiến hành đo nhiều đại lượng cùng một lúc rồi
truyền tín hiệu đo đi xa, tự động ghi lại và gia công thông tin đo. Cho nên, cần phải
tính đến các điều kiện đo khác nhau để chọn thiết bị đo và tổ chức các phép đo cho tốt
nhất.
1.2.3. Đơn vị đo
Để cho nhiều nước có thể sử dụng một hệ thống đơn vị đo duy nhất người ta đã
thành lập hệ thống đơn vị quốc tế (SI). Trong hệ thống đo các đơn vị được xác định
như sau:
- Đơn vị đo chiều dài là mét (m)

- Đơn vị khối lượng là kilôgam (kg)
- Đơn vị thời gian là giây (s)
- Đơn vị cường độ dòng điện là ampe (A)
- Đơn vị nhiệt độ là Kelvin (K)
- Đơn vị cường độ sáng là candela (Cd)
- Đơn vị số lượng vật chất là mol (mol)
1.2.4. Thiết bị đo và phương pháp đo
* Thiết bị đo là thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin đo
thành dạng tiện lợi cho người quan sát.
Thiết bị đo lường gồm nhiều loại đó là: thiết bị mẫu, các chuyển đổi đo lường,
các dụng cụ đo lường, các tổ hợp thiết bị đo lường và các hệ thống thông tin đo lường.
* Các phép đo được thực hiện bằng các phương pháp đo khác nhau phụ thuộc
vào các phương pháp nhận thông tin đo và nhiều yếu tố như đại lượng đo lớn hay nhỏ,
điều kiện đo, sai số, yêu cầu…Phương pháp đo có thể có nhiều nhưng người ta đã
phân loại thành hai loại đó là phương pháp đo biến đổi thẳng và phương pháp đo kiểu
so sánh.

6


1.2.5. Người quan sát
Đó là người đo và gia công kết quả đo. Nhiệm vụ của người quan sát khi đo là
phải nắm được phương pháp đo, am hiểu về thiết bị đo, kiểm tra về điều kiện đo, phán
đoán về khoảng đo để chọn thiết bị cho phù hợp, chọn dụng cụ đo phù hợp với sai số
yêu cầu và phù hợp với điều kiện môi trường xung quanh. Biết điều khiển quá trình đo
để có kết quả mong muốn, nắm được các phương pháp gia công kết quả đo số liệu sau
khi đo. Biết xét đoán kết quả đo xem đã đạt yêu cầu hay chưa, có cần thiết phải đo lại
hay không, hoặc phải đo nhiều lần theo phương pháp đo lường thống kê.
1.2.6. Kết quả đo
Kết quả đo ở một mức độ nào đó có thể coi là chính xác. Một giá trị như vậy

được gọi là giá trị ước lượng của đại lượng đo. Nghĩa là giá trị được xác định bởi thực
nghiệm nhờ các thiết bị đo.
Để đánh giá sai lệch giữa giá trị ước lượng và giá trị thực người ta sử dụng khái
niệm sai số của phép đo. Sai số của phép đo có một vai trò rất quan trọng trong kỹ
thuật đo lường. Nó cho phép đánh giá phép đo có đạt yêu cầu hay không.
Kết quả đo là những con số kèm theo đơn vị đo hay những đường cong tự ghi,
ghi lại quá trình thay đổi của đại lượng đo theo thời gian.
Việc gia công kết quả đo theo một thuật toán (angôrit) nhất định bằng máy tính
hay bằng tay để đạt được kết quả mong muốn.

1.3. Các phương pháp đo
1.3.1. Phương pháp đo kiểu biến đổi thẳng
Là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa là không
có khâu phản hồi (hình 1.1).
X
X

A/D

BĐ
X0

X0

NX

NX/N0

SS số


N0

Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo kiểu biến đổi thẳng
Đại lượng đo X được đưa qua một hoặc nhiều khâu biến đổi, biến đổi thành số
NX. Đơn vị của đại lượng đo X0 cũng được biến đổi thành số N0. Sau đó diễn ra quá
trình so sánh giữa đại lượng cần đo với đơn vị của chúng. Quá trình này được thực
hiện bằng một phép chia NX/N0. Kết quả được biểu diễn dưới dạng sau:
X

NX
X0
N0

(1.2)

Quá trình như vậy gọi là quá trình biến đổi thẳng. Thiết bị đo thực hiện quá
trình này gọi là thiết bị đo biến đổi thẳng.
7


Tập đại lượng đo liên
tục

Trong thiết bị này tín hiệu đo X và X0 sau khi qua khâu biến đổi(BĐ) (có thể là
một hay nhiều khâu ghép nối tiếp) đưa đến bộ biến đổi tương tự số A/D (analog digital
convertor) ta có NX và N0. Sau khi nhân với đơn vị đo X 0 ta nhận được kết qua đo như
biểu thức (1.2).

X


X0N0

N

1 2 3 4 5 6 7
Tập các con số

Hình 1.2. Quá trình đo biến đổi thẳng
Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn vì tín hiệu qua các
khâu biến đổi sẽ có sai số bằng tổng các sai số các khâu. Vì thế thường sử dụng dụng
cụ đo kiểu này ở các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp để đo và kiểm tra các quá trình
sản xuất với độ chính xác yêu cầu không cao.
1.3.2. Phương pháp đo kiểu so sánh
Là phương pháp đo có cấu trúc đo kiểu mạch vòng nghĩa là có khâu phản hồi.
(hình 1.3).

XK

X

BĐ

A/D

NK

SS

NK


Tập các con số

X

D/A

Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo kiểu so sánh
Đại lượng đo X và đại lượng mẫu
X0 được biến đổi thành đại lượng vật lý
nào đó thuận tiện cho việc so sánh. Quá
trình so sánh được diễn ra trong suốt
quá trình đo. Khi hai đại lượng bằng
nhau đọc kết quả ở mẫu suy ra giá trị

NK  XK

8

Tập các tín hiệu liên tục
Hình 1.4. Quá trình đo kiểu so sánh


của đại lượng cần đo. Quá trình đo như vậy được gọi là quá trình đo kiểu so sánh.
Thiết bị đo thực hiện quá trình này gọi là thiết bị đo kiểu so sánh (hay thiết bị bù).
Tín hiệu đo X được so sánh với tín hiệu X K tỷ lệ với đại lượng mẫu X 0. Qua bộ
biến đổi số – tương tự D/A tạo ra tín hiệu XK, qua bộ so sánh ta có:
X – XK = X

(1.3)


Tuỳ thuộc vào cách so sánh mà ta có các phương pháp sau đây:
So sánh cân bằng: Là phép so sánh mà đại lượng cần đo X và đại lượng mẫu X 0
sau khi biến đổi thành XK được so sánh với nhau sao cho luôn có X = 0. Trong
trường hợp này độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào độ chính xác của X K và độ
nhậy của thiết bị chỉ thị cân bằng.
So sánh không cân bằng: Kết quả của phép đo được đánh giá theo X. Biết XK,
đo X suy ra X = X+XK. Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào phép đo X, giá
trị của X càng nhỏ (so với X) thì độ chính xác của phép đo càng cao.
Phương pháp này thường được sử dụng để đo các đại lượng không điện như: đo
ứng suất (dùng mạch cầu không cân bằng), đo nhiệt độ...
So sánh không đồng thời: Quá trình so sánh được thực hiện theo cách sau: đầu
tiên dưới tác động của đại lượng đo X gây ra một trạng thái nào đó trong thiết bị đo.
Sau đó thay X bằng đại lượng mẫu XK sao cho trong thiết bị đo cũng gây ra đúng trạng
thái như khi X tác động, trong điều kiện đó X = X K. Độ chính xác của X phụ thuộc vào
độ chính xác của XK. Phương pháp này chính xác vì khi thay XK bằng X ta vẫn giữ
nguyên mọi trạng thái của thiết bị đo và loại được mọi ảnh hưởng của điều kiện bên
ngoài đến kết quả đo.
So sánh đồng thời: Là phép so sánh cùng lúc nhiều điểm của đại lượng đo X và
của mẫu XK. Căn cứ vào các điểm trùng nhau mà tìm ra đại lượng cần đo.
Sử dụng phương pháp này thực tế để thử nghiệm các đặc tính của các cảm biến
hay của thiết bị đo để đánh giá sai số của chúng.

1.4. Phân loại thiết bị đo
Thiết bị đo thực hiện quá trình đo bằng phương tiện kỹ thuật. Thiết bị đo là sự thể
hiện phương pháp đo bằng các khâu chức năng cụ thể. Với sự phát triển của kỹ thuật điện
tử và công nghệ vi điện tử, ngày nay các khâu chức năng của thiết bị đo được chế tạo
hàng loạt. Thiết bị đo gồm các loại sau:
1.4.1. Mẫu
Là thiết bị để khôi phục một đại lượng vật lý nhất định. Mẫu phải đạt độ chính
xác rất cao từ 0,001% đến 0,1% tùy theo từng loại. Mẫu dùng để chuẩn hóa lại các

dụng cụ đo lường.

9


1.4.2. Dụng cụ đo lường điện
Là thiết bị đo lường bằng điện để gia công các thông tin đo lường, tức là tín
hiệu điện có quan hệ hàm với đại lượng vật lý cần đo. Dựa vào cách biến đổi tín hiệu
và chỉ thị người ta phân dụng cụ đo điện thành hai loại là:
* Dụng cụ đo tương tự: Là dụng cụ đo mà giá trị kết quả thu được là một hàm
liên tục của quá trình thay đổi đại lượng đo. Dụng cụ đo kiểu chỉ thị kim và dụng cụ đo
kiểu tự ghi là hai loại dụng cụ đo tương tự.
* Dụng cụ đo số: Là dụng cụ đo mà kết quả đo được thể hiện bằng con số.
1.4.3. Chuyển đổi đo lường
Chuyển đổi đo lường là khâu chức năng biến đổi các đại lượng cần đo. Chuyển
đổi đo lường gồm hai loại là chuyển đổi sơ cấp và chuyển đổi chuẩn hoá. Chuyển đổi
sơ cấp là chuyển đổi các các đại lượng không điện thành các đại lượng điện, chuyển
đổi chuẩn hoá là chuyển đổi từ đại lượng điện thành đại lượng điện.
1.4.4. Hệ thống thông tin đo lường
Hệ thống thông tin đo lường: Là tổ hợp của các thiết bị đo và những thiết bị phụ
trợ để tự động thu thập số liệu từ nhiều nguồn khác nhau, truyền thông tin đo lường
qua khoảng cách theo kênh liên lạc và chuyển nó về một dạng để tiện việc đo và điều
khiển. Có thể phân thành nhiều nhóm khác nhau:
* Hệ thống đo lường: Đo và ghi lại kết quả đo.
* Hệ thống kiểm tra tự động: Kiểm tra đại lượng đo.
* Hệ thống chẩn đoán kỹ thuật.
* Hệ thống nhận dạng: Kết hợp giữa việc đo và kiểm tra để phân loại.
* Tổ hợp đo lường tính toán.

1.5. Sai số của phép đo

Kết quả đo được bằng thực nghiệm nhờ các thiết bị đo và trị số thực của đại
lượng đo bao giờ cũng có sự sai khác nhất định. Ở một chừng mực nào đó có thể coi
giá trị đo được là kết quả đúng của đại lượng đo; có nghĩa là kết quả đo được bằng
thực nghiệm chỉ là con số ước lượng. Phép đo nào cũng có sai số. Sai số của phép đo
có một vai trò quan trọng trong kỹ thuật đo lường. Nó cho phép đánh giá phép đo đó
có đạt hay không.
Sai số là sai lệch giữa giá trị đo được và giá trị thực của đại lượng cần đo.
Ta có thể phân biệt các loại sai số như sau:
1.5.1. Theo cách thể hiện bằng số
a. Sai số tuyệt đối: Là hiệu giữa đại lượng đo X và giá trị thực Xth.
X= X – Xth

(1.4)

b. Sai số tương đối: X được tính bằng phần trăm của tỷ số sai số tuyệt đối và
giá trị thực.
10


  
  
 X 
100
100  
  
  th 

(1.5)

Độ chính xác của phép đo được định nghĩa là đại lượng nghịch đảo của môdun

sai số tương đối:


X th
1

  

(1.6)

1.5.2. Theo nguồn gây ra sai số
a. Sai số phương pháp: Là sai số sinh ra do sự không hoàn thiện của phương
pháp đo và sự không chính xác biểu thức lý thuyết cho ta kết quả của đại lượng đo.
Sai số phương pháp bao gồm sai số do sự tác động của dụng cụ đo lên đối
tượng đo, sai số liên quan đến sự không chính xác của các thông số của các đối tượng
đo v.v.
b. Sai số của thiết bị:Là sai số của thiết bị đo sử dụng trong phép đo, nó liên
quan đến cấu trúc và mạch đo của dụng cụ không được hoàn chỉnh, tình trạng của
dụng cụ đo
c. Sai số chủ quan: là sai số gây ra do người sử dụng. Khi sử dụng dụng cụ đo
chỉ thị số, sai số này hầu như không mắc phải.
d. Sai số bên ngoài: là sai số gây ra do ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài lên
đối tượng đo cũng như dụng cụ đo.
1.5.3. Theo quy luật xuất hiện sai số
a. Sai số hệ thống: là sai số của phép đo luôn không đổi hay là thay đổi có quy
luật khi đo nhiều lần một đại lượng đo. Quy luật thay đổi có thể là một phía (dương
hay âm), có chu kỳ hay theo một quy luật xuất hiện nào đó.
Sai số hệ thống không đổi bao gồm sai số do khắc độ thang đo, sai số do hiệu
chỉnh dụng cụ đo không chính xác, sai số nhiệt độ tại thời điểm đo...
Sai số hệ thống thay đổi có thể là sai số do sự biến động của nguồn cung cấp,

do ảnh hưởng của các trường điện từ hay những yếu tố khác.
b. Sai số ngẫu nhiên: là thành phần sai số của phép đo thay đổi ngẫu nhiên khi
lặp lại phép đo nhiều lần một đại lượng đo duy nhất. Giá trị và dấu của sai số ngẫu
nhiên không thể xác định được.
Câu hỏi và bài tập ôn tập chương 1
1. Trình bày các khái niệm về đo lường, đo lường học, kỹ
I
thuật đo lường, thiết bị đo phương pháp đo, sai số và các
yếu tố ảnh hưởng đến sai số? Biện pháp khắc phục sai số?
2. Cấp chính xác của dụng cụ đo là gì? Phân biệt sai số
R
của dụng cụ đo và cấp chính xác của dụng cụ đo?
+
R
A

A
Hình 1.5
11


3.Tính sai số tương đối của phép đo dòng điện bằng ampemét có điện trở trong
RA=0,5() được mắc nối tiếp vào mạch có nguồn sức điện động E=24(V) và điện trở
R=100() (hình 1.5)
4. Xác định cấp chính xác của mili ampemét điện từ có giá trị cực đại của thang đo
Iđm=5(mA) để đo dòng điện I=0,1÷5 mA sao cho sai số tương đối của phép đo dòng
điện không vượt quá 1%.
5. Tính sai số tương đối của phép đo dòng điện I=10 mA trong trường hợp sử dụng hai
dụng cụ đo tương ứng có thang đo 15 mA (mức chính xác của dụng cụ đo là 0,5) và
100 mA (mức chính xác của dụng cụ đo là 0,1).

6.Một dụng cụ đo chỉ độ lệch toàn thang là 100 A có độ chính xác danh định 1%.
Tính dải đo dòng điện cần đo và sai số theo phần trăm trong phép đo đối với:
a. Độ lệch toàn thang
b. 0,5 độ lệch toàn thang
c. 0,1 độ lệch toàn thang
7. Dòng điện 25 A đo được ở dụng cụ với độ lệch toàn thang là 37,5 m. Nếu phải đo
dòng 25 A chính xác trong khoảng 5%, hãy xác định độ chính xác cần thiết của
dụng cụ đo.

12


CHƯƠNG 2: CÁC PHẦN TỬ CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ ĐO
2.1. Cấu trúc cơ bản của thiết bị đo
2.1.1. Sơ đồ khối của thiết bị đo
Thiết bị đo cơ bản có ba bộ phận chính là: Chuyển đổi sơ cấp, mạch đo và cơ
cấu chỉ thị như hình 2.1.
Chuyển
đổi sơ cấp

Mạch
đo

Cơ cấu chỉ thị

Hình 2.1. Sơ đồ khối của thiết bị đo
a. Chuyển đổi sơ cấp: Làm nhiệm vụ biến đổi các đại lượng đo thành tín hiệu
điện. Đây là khâu quan trọng nhất của một thiết bị đo. Độ chính xác cũng như độ nhạy
của dụng cụ đo đều quyết định bởi khâu này.
b. Mạch đo: Là khâu thu thập, gia công thông tin đo sau các chuyển đổi sơ cấp.

Mạch đo là khâu tính toán, thực hiện các phép tính trên sơ đồ mạch. Các đặc tính của
mạch đo như độ chính xác, độ nhạy, đặc tính động, công suất tiêu thụ và phạm vi làm
việc phải được xét cụ thể cho mỗi loại mạch đo khi thiết kế chúng.
c. Cơ cấu chỉ thị: Cơ cấu chỉ thị là khâu cuối cùng của dụng cụ đo, làm nhiệm
vụ thể hiện kết quả đo lường dưới dạng con số so với đơn vị sau khi qua mạch đo.
Có thể phân biệt ba cách chỉ thị kết quả đo:
- Chỉ thị bằng kim chỉ trên bảng đã khắc độ sẵn, việc so sánh do con người thực
hiện.
- Chỉ thị bằng dụng cụ tự ghi, để ghi lại các tín hiệu thay đổi theo thời gian.
- Chỉ thị số có kết quả đo dưới dạng con số đọc trực tiếp hoặc tự động ghi lại,
việc so sánh có thể tiến hành tự động.
2.1.2. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu biến đổi thẳng
Đại lượng cần đo X qua nhiều khâu biến đổi trung gian biến đổi thành đại
lượng ra Y hình 2.2.
X

K1

Y1

K2

Y2

......

Yn

Kn


Y
Chỉ thị

Hình 2.2. Dụng cụ đo biến đổi thẳng
Quan hệ giữa đại lượng vào và đại lượng ra của một khâu có thể viết là:
Yi  K i X i .

Trong đó Yi đóng vai trò là Xi+1 của khâu tiếp theo, Yi là đại lượng trung gian,
Ki là độ nhạy của khâu thứ i.
Vậy quan hệ giữa lượng ra và lượng vào là: Y  ( K1K 2 ...K n ) X  S . X
13


ΔK n
ΔS ΔK1 ΔK 2


 ... 
S
K1
K2
Kn

Sự biến thiên độ nhạy là:

(2.1)

Sai số của thiết bị bằng tổng sai số của các khâu, do vậy sai số của dụng cụ đo
biến đổi thẳng thường lớn.
2.1.3. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh

Dụng cụ đo kiểu so sánh có sơ đồ như hình 2.3.
X

SS

X

K

X



Y

Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh
X  X  X  ; X   Y .
Y  K .X  K .( X  X  )  K .( X  Y . )
S

Y
K

X 1 K 

Sự biến động độ nhạy:

ΔS ΔK � 1 � Δβ � Kβ �

�

��
�
S
K �
1β K β� 1 �β K �

Vì K >> 1 cho nên 

ΔS ΔK 1 Δβ

.
S
K Kβ β

(2.2)
(2.3)

Ta thấy, so với dụng cụ đo biến đổi thẳng thì ta thấy sai số nhỏ hơn rất nhiều, vì
độ chính xác của dụng cụ đo kiểu so sánh chỉ phụ thuộc vào độ chính xác của mạch
phản hồi.

2.2. Các cơ cấu chỉ thị
2.2.1. Cơ cấu chỉ thị cơ điện
a. Cơ cấu chỉ thị từ điện
Cấu tạo: Cấo tạo của chỉ thị từ điện
như hình 2.4.
Phần tĩnh: gồm nam châm vĩnh cửu
1, cực từ 2, lõi sắt non 3.
Phần động: gồm khung dây 4, lò xo
phản 5, kim chỉ thị 6, ngoài ra còn có trục

gối đỡ.

1

6

2

5

Hình 2.4. Cơ cấu chỉ thị từ điện
Lò xo phản vừa làm nhiệm vụ tạo mô
men phản còn có nhiệm vụ đưa dòng điện ra và vào khung dây.
14

4
3


Nam châm vĩnh cửu được cấu tạo bằng những loại thép đặc biệt như hợp kim
vonfram, hợp kim crôm, alnico v.v. Trị số từ cảm B được tạo bởi các loại nam châm
trên có thể từ 0,1  0,2 T và 0,2  0,3 T.
Ngoài cơ cấu chỉ thị từ điện có khung quay còn có loại cơ cấu chỉ thị từ điện có
phần tĩnh là cuộn dây, phần động là nam châm quay, tuy nhiên loại này trong thực tế ít
dùng vì cấu tạo phức tạp và độ nhậy thấp.
Nguyên lí làm việc: Khi có dòng điện chạy qua, khung dây quay dưới tác động
của từ trường của nam châm vĩnh cửu, khung quay lệch khỏi vị trí ban đầu một góc d
nào đấy. Moomen quay

Mq 


dWe
d

(2.4)

Ở đây năng lượng điện từ We tỉ lệ với độ lớn của từ thông  trong khe hở làm
việc và dòng điện I chạy trong khung dây:
We = I

(2.5)

 = Bsw

(2.6)

Trong đó :
B: Độ từ cảm của nam câm vĩnh cửu
s: Diện tích khung dây
w: Số vòng dây của khung dây
: Góc lệch của khung dây so với vị trí ban đầu
Các giá trị B, s, w là những hằng số (không đổi khi khung dây quay).
Mq 

d I  d BswI 

BswI.
d
d


(2.7)

Khi cân bằng thì mômen quay bằng mômen cản Mq = Me do đó: BswI = D
Từ đó ta có :



1
BswI
D

(2.8)

Góc lệch  tỉ lệ bậc nhất với dòng điện I.
Đặc tính của cơ cấu từ điện
- Góc lệch  tỉ lệ thuận với dòng điện I nên cơ cấu chỉ thị từ điện chỉ sử dụng
trong mạch một chiều.
- Đặc tính của thang đo đều.
- Độ nhạy cao.
- Độ chính xác cao; ảnh hưởng của từ trường ngoài không đáng kể; công suất
tiêu thụ nhỏ nên ảnh hưởng không đáng kể đến chế độ của mạch đo; độ cản dịu tốt
- Chế tạo phức tạp, chịu quá tải kém, ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chính xác
của phép đo.
Ứng dụng của cơ cấu chỉ thị từ điện
15


- Dùng chế tạo các loại ampemét, vônmét, ômmét nhiều thang đo, dải đo rộng.
- Dùng chế tạo các loại điện kế có độ nhạy cao, có thể đo được dòng đến 10 -12
A, điện áp đến 10-4V, điện lượng. Điện kế còn được dùng để phát hiện sự lệch điểm

không trong mạch cần đo hay trong điện thế kế.
- Trong các loại dao động ký ánh sáng để quan sát và ghi lại những giá trị tức
thời của dòng áp, công suất tần số có thể đến 15kHz cơ cấu chỉ thị từ điện được sử
dụng để chế tạo các đầu rung.
- Dùng cơ cấu chỉ thị từ điện để làm chỉ thị trong các mạch đo các đại lượng
không điện khác nhau.
- Dùng để chế tạo các dụng cụ đo điện tử tương tự như: vônmét điện tử, tần số
kế điện tử, pha kế điện tử v.v. Dùng các bộ biến đổi khác như chỉnh lưu, cảm biến cặp
nhiệt để có thể đo được dòng (hay áp) xoay chiều.
b. Cơ cấu chỉ thị điện từ
Cấu tạo
Cơ cấu gồm hai loại chính, kiểu khung dây dẹt (cơ cấu chỉ thị điện từ loại hút)
và kiểu khung dây tròn (cơ cấu chỉ thị điện từ loại đẩy). Cơ cấu khung dây dẹt có phần
tĩnh là khung dây dẹt (1) cho dòng điện cần đo đi qua, còn phần động là một lá thép
đặt lệch tâm (2) có thể quay trong khe hở khung dây cuốn phần tĩnh.
Kiểu khung dây tròn có phần tĩnh là khung dây tròn (4) bên trong gắn một lá
thép tính (5). Phần động cũng là một lá thép động (6) gắn trên trục. Ngoài ra còn có bộ
phận cản dịu (3), trục (8) lò xo phản, kim chỉ thị (7)...
1

4
5

2

7

7
3


8

8

Cơ cấu điện từ loại hút

6
3

Cơ cấu điện từ loại đẩy
Hình 2.5. Cơ cấu chỉ thị điện từ

Nguyên lí làm việc
Khi cho dòng điện I chạy vào cuộn dây, xuất hiện mômen quay, xác định theo
biểu thức: M q 

dWe
. Ở đây năng lượng điện từ We được xác định:
d

We 

LI 2
;
2

L: Điện cảm của cuộn dây

16


(2.9)


.

 LI 2 

d 
2  1 2 dL
dWe

Mq 

 I
d
d
2 d

(2.10)
1 2 dL
I
D
2 d

Khi mômen quay bằng mômen cản ở vị trí cân bằng:


1 dL 2
I
2 D d


(2.11)

Đặc tính của cơ cấu chỉ thị điện từ
- Góc quay  tỉ lệ với bình phương của dòng điện, do vậy mà cơ cấu chỉ thị
điện từ có thể sử dụng để đo trong mạch một chiều và trong mạch xoay chiều (đối với
mạch xoay chiều là giá trị hiệu dụng tần số đến 10000 Hz).
- Thang đo không đều. Trong thực tế để đặc tính thang đo đều người ta phải tính
toán sao cho khi góc lệch  thay đổi thì tỉ số dL/d thay đổi theo quy luật ngược với
bình phương dòng điện. Để đạt được điều này cần phải tính toán mạch từ, kích thước,
hình dáng lõi động, vị trí đặt của cuộn dây cho phù hợp.
- Cản dịu thường bằng không khí hoặc cảm ứng.
- Cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu được quả tải lớn; độ chính xác không cao, nhất
là khi đo ở trong mạch một chiều sẽ bị sai số do hiện tượng từ trễ, từ dư; độ nhạy thấp;
bị ảnh hưởng của từ trường ngoài.
Ứng dụng: Sử dụng để chế tạo các loại ampemét, vônmét trong mạch xoay
chiều tần số công nghiệp, dụng cụ để bảng cấp chính xác 1,0 và 1,5 và các dụng cụ
nhiều thang đo ở phòng thí nghiệm cấp chính xác 0,5 và 1,0.
c. Cơ cấu chỉ thị điện động
Cấu tạo: Cơ cấu gồm hai khung dây như hình 2.7. Khung dây phần tĩnh (2) có
tiết diện lớn, ít vòng dây và thường chia làm hai phân đoạn. Khung dây phần động có
nhiều vòng dây và tiết diện nhỏ (1). Ngoài ra
còn có kim chỉ thị (4), bộ phận cản dịu (3),
1
lò so phản (5)...
Hình dạng của cuộn dây tĩnh và khung
dây động có thể tròn hoặc vuông. Cản dịu
trong cơ cấu chỉ thị điện động thường dùng
loại cảm ứng khi có màn chắn từ và dùng kiểu
không khí khi không có màn chắn từ bảo vệ.


4

2

5
3

Hình 2.6. Cơ cấu chỉ thị điện động

Nguyên lí làm việc

Khi cho dòng điện chạy vào cuộn tĩnh,
trong lòng cuộn dây xuất hiện từ trường. Từ trường này tác động lên dòng điện chạy
trong khung dây và tạo ra mômen quay làm phần động quay đi một góc . Mômen
17


quay được xác định từ biểu thức sau: M q 

dWe
;
d

Trong đó We: năng lượng điện

từ tích luỹ trong các cuộn dây.
Ta phân biệt hai trường hợp:
* Khi cho dòng một chiều I1 vào cuộn dây 1, I2 vào cuộn dây 2.
Lúc này năng lượng điện từ có dạng

1
1
We  L1 I12  L 2 I 22  M 12 I1 I 2
2
2

(2.12)

Trong đó:
L1, L2: Điện cảm của các cuộn dây tĩnh và động.
M12 : Hỗ cảm giữa các cuộn dây tĩnh và động.
I1, I2: Dòng điện một chiều chạy trong các cuộn dây tĩnh và động.
Các giá trị điện cảm L1, L2 không đổi khi khung dây quay trong cuộn tĩnh nên ta
có mômen quay như sau:
Mq 

dWe dM 12

I1 I 2
d
d

(2.13)

Ở vị trí cân bằng mômen quay bằng mômen cản Mq = Mc:
dM 12
I 1 I 2  D
d

Suy ra:




1 dM 12
I1 I 2
D d

(2.14)

*Khi cho dòng xoay chiều vào các cuộn dây ta có:
Mômen quay tức thời:
m qt 

dM 12
i1i 2
d

(2.15)

Phần động vì có quán tính mà không kịp thay đổi theo giá trị tức thời nên thực
tế lấy theo trị số trung bình trong một chu kì:
T

Mq 

1
m qt dt
T
0


(2.16)

Nếu i1 = I1m sint và i2 = I2m sin(t - ) ta có:
T

dM 12
1
M q  I1m I 2 m sin t. sin  t   
dt
T0
d
Mq 

dM 12
I1 I 2 cos 
d

(2.17)

Ở đây góc  - là góc lệch pha giữa hai dòng điện; I 1, I2 là các giá trị hiệu dụng
của dòng điện.
18


Khi cân bằng ta có Mq = Mc 


dM12
I1I 2 cos  D
d


1 dM 12
I1 I 2 cos 
D d

(2.18)

Đặc tính của cơ cấu chỉ thị điện động:
- Dùng trong mạch một chiều và xoay chiều.
- Góc lệch  phụ thuộc tích I1 I2 nên thang đo không đều.
- Độ chính xác cao khi đo trong mạch xoay chiều.
- Công suất tiêu thụ của cơ cấu chỉ thị điện động lớn nên dùng trong mạch điện
công suất nhỏ không thích hợp.
- Chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài. Để đảm bảo cho cơ cấu đo làm việc tốt
cần phải có màn chắn từ.
- Độ nhạy thấp.
Ứng dụng: Cơ cấu chỉ thị điện động sử dụng để chế tạo các ampemét, vônmét,
oátmét một chiều và xoay chiều tần số công nghiệp; các pha kế để đo góc lệch pha hay
hệ số công suất cos. Khi sử dụng trong mạch xoay chiều tần số cao, phải có mạch bù
tần số có thể đo được với dải tần đến 20 Hz.
d. Cơ cấu chỉ thị cảm ứng
Cấu tạo
Cơ cấu chỉ thị cảm ứng gồm hai phần: phần tĩnh và phần động (hình 2.7).
2

3

I1

I2

1

4
5
Hình 2.7. Cơ cấu chỉ thị cảm ứng
Phần tĩnh là các cuộn dây 2, 3, cấu tạo của chúng làm sao để khi có dòng điện
chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường móc vòng qua mạch từ và qua phần động. Số
lượng nam châm điện ít nhất là hai.
Phần động là một đĩa kim loại 1 (thường cấu tạo bằng nhôm) gắn vào trục 4
quay trên trụ 5. Về nguyên tắc cơ cấu này dựa trên sự tác động tương hỗ giữa từ
19


trường xoay chiều và dòng điện xoáy tạo ra trong đĩa của phần động, do đó cơ cấu này
chỉ làm việc ở mạch xoay chiều. Để chỉ thị số vòng quay của đĩa người ta gắn vào trục
cơ cấu chỉ thị số cơ khí.
Nguyên lí làm việc: Khi có các dòng điện I1, I2 vào các cuộn dây phần tĩnh sẽ
sinh ra các từ thông 1, 2, các từ thông này cũng như dòng điện lệch nhau một góc 
(hình 2.8).
Các từ thông 1, 2 cắt đĩa nhôm các
sức điện động tương ứng E1, E2 lệch pha với
góc từ thông một góc là

1


.
2

I1



Các dòng điện xoáy Ix1, Ix2 được sinh
ra trong đĩa nhôm lệch pha với E 1, E2 bởi các
góc 1, 2 vì ngoài điện trở thuần còn có
thành phần cảm ứng.
Do sự tác động tương hỗ giữa từ
thông 1, 2 và các dòng điện xoáy Ix1, Ix2 mà
sinh ra các lực F1, F2 và các mômen quay
tương ứng làm quay đĩa nhôm.

1

2
Ix2

Ix1

I2

2

E1

E2

Hình 2.8. Biểu đồ véctơ của cơ cấu
chỉ thị cảm ứng

Giá trị tức thời của mômen quay M t

do sự tác động tương hỗ giữa 1t và dòng tức thời ix1 là:
M t C1t i x1

(2.19)

C là hệ số tỉ lệ.
Nếu 1t  1m sin t và i x1 I x1m sin  t   ,
 - là góc lệch pha giữa 1t và ix1, thì:
M t C1m I x1m sin t. sin t   

(2.20)

Vì phần động có quán tính lớn cho nên ta có mômen là đại lượng trung bình
trong một chu kì T.
T

M

T

1
1
M t dt  C 1m I x1m sin t. sin t  dt C 1 I x1 cos 

T0
T
0

(2.21)


Để đơn giản hoá, ta có thể coi đĩa nhôm chỉ có điện trở thuần, do đó các góc


 1  2 0 và   .Vậy thì cos  cos 0. Do đó mômen sinh ra giữa từ thông
2
2

1và dòng Ix1 sẽ bằng không.
Bây giờ ta hãy xét các mômen thành phần như sau:
M11 – mômen sinh ra do 1 tác động lên Ix1.
M12 – mômen sinh ra do 1 tác động lên Ix2.
20


M21 – mômen sinh ra do 2 tác động lên Ix1.
M22 – mômen sinh ra do 2 tác động lên Ix2.
M 11 C11  1 I x1 cos


0
2



M 12 C12 1 I x 2 cos     C12 1 I x 2 sin 
2



M 21 C 21 2 I x1 cos    C 21  2 I x1 sin 

2

M 22 C 22  2 I x 2 cos


0
2

Như vậy mômen quay sẽ là tổng của các mômen thành phần tức là tổng của M 12
và M21 có dấu ngược nhau. Cũng chính nhờ sự ngược dấu nhau này mà mômen tổng sẽ
kéo đĩa quay về một phía duy nhất. Nghĩa là mômen quay sẽ là :
M q C12  1 I x 2 sin   C 21 2 I x1 sin 

(2.22)

Nếu dòng điện tạo ra 1,2 là hình sin và đĩa đồng nhất (chỉ có điện trở thuần)
thì các dòng xoáy sinh ra sẽ tỉ lệ với tần số f và từ thông sinh ra nó.
Tức là :

I x1 C 3 f 1 và I x 2 C 4 f 2
M q Cf1 2 sin 

(2.23)

Trong đó: C C12 C 4  C 21 C 3 - là hằng số của cơ cấu chỉ thị cảm ứng.
Đặc điểm:
- Điều kiện để có mômen quay là ít nhất phải có hai từ trường.
- Mômen quay đạt được giá trị cực đại nếu như góc lệch pha giữa hai từ trường

2


đó là   .
- Mômen quay phụ thuộc tần số dòng điện tạo ra hai từ trường.
- Cơ cấu chỉ thị cảm ứng chỉ làm việc trong mạch xoay chiều.
Ứng dụng: Cơ cấu chỉ thị cảm ứng chủ yếu sử dụng để chế tạo công tơ đo năng
lượng. Đôi khi người ta còn sử dụng để đo tần số.
Bảng tổng kết một số cơ cấu chỉ thị cơ điện
TT
Tên gọi
Ký hiệu
Tín hiệu đo
ứng dụng
1

Cơ cấu đo từ điện

I-

A,V,,G

2

Cơ cấu đo điện từ

I-,~

A,V

3


Cơ cấu đo điện động

I-,~

A,V, tần số kế
,W,cos 

5

Cơ cấu đo cảm ứng

I~

Công tơ

21


2.2.2. Cơ cấu chỉ thị tự ghi
Chỉ thị tự ghi chủ yếu là máy hiện sóng với phần chỉ thị là ống phóng tia điện tử
(CRT). Hình 2.9 là cấu tạo cơ bản của một CRT.
CRT là một ống chân không với các hệ thống điện cực và màn huỳnh quang.
Chùm electron do catốt phát ra sẽ được hướng tới màn hình theo sự điều khiển bên
ngoài và làm phát sáng lớp phốt pho tại điểm chúng đập vào.
Điểm sáng trên màn hình
Sợi đốt
A1 A2

Cặp làm lệch Y
A3


Catốt
Anốt

Cặp làm lệch X
Tia điện tử

Màn hình
Hình 2.9. Cấu tạo của CRT
a. Cấu tạo:
- Phần cực triốt gồm catốt, lưới và anốt.
* Catốt làm bằng niken hình trụ đáy phẳng phủ ôxít để phát hiện ra điện tử. Một
sợi đốt nằm bên trong catốt có nhiệm vụ nung nóng catốt để tăng cường số điện tử
phát xạ. Sợi đốt có điện thế khoảng 6,3V nhưng catốt có điện thế xẫp xỉ -2KV.
* Lưới là một cốc Niken có lỗ ở đáy bao phủ lấy catốt. Thế của lưới xẫp xỉ từ
-2KV đến -2,05KV để điều khiển dòng electron từ catốt hướng tới màn hình. Khi thay
đổi thế của lưới sẽ điều chỉnh lượng electron bắn ra khỏi catốt, tức là làm cho điểm
sáng trên màn hình có độ chói khác nhau. Vì vậy thành phần điều khiển thế của lưới
còn gọi là thành phần điều khiển độ chói.
* Anốt có dạng hình trụ, một đầu hở và một đầu kín có lỗ ở giữa cho electron đi
qua. A1 tiếp đất có thế dương hơn catốt electron được gia tốc từ catốt qua lưới và anốt
để tới màn hình. Các anốt này gọi là các điện cực điều tiêu hay thấu kính điện tử. Vì
các electron mang điện tích âm nên chúng có xu hướng đẩy nhau, nghĩa là chùm tia
điện tử sẽ loe rộng ra và khi đập vào màn huỳnh quang sẽ tạo ra một vùng sáng do đó
hình ảnh hiển thị sẽ bị nhoè. Nhờ có các điện cực điều tiêu chùm electron sẽ hội tụ lại
làm cho các electron hướng tới 1 điểm nhỏ trên màn hình, tức là hình ảnh hiển thị
được rõ nét. A2 có thế -2KV để tạo ra các đường đẳng thế làm cho electron chuyển
động qua anốt có tốc độ ổn định.
22



- Hệ thống làm lệch hay còn gọi là hệ thống lái tia.
Khi các tấm làm lệch ngang và đứng được tiếp đất hoặc không nối đất 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 dương và bị đẩy ra xa khỏi tấm có thế
âm. Để tác dụng của các điện áp làm lệch gây ra khoảng lệch như nhau thì thế +E/2
được đưa và một tấm và thế -E/2 được đặt vào tấm còn lại. Điện áp cần thiết để tạo ra
một vạch chia độ trên màn hình gọi là hệ số làm lệch đứng của ống đơn vị là V/cm. Độ
lẹch do 1V tạo ra trên màn hình gọi là độ nhạy lái tia đơn vị là cm/V. Ngoài ra để tránh
ảnh hưởng của điện trường giữa các cặp lái tia đôi khi người ta sử dụng một màn chắn
cách điện giữa cặp lái tia ngang và cặp lái tia đứng.
- Màn hình của CRT được mạ một lớp phốtpho ở mặt trong của ống, khi chùm
electron đập vào màn hình thì các electron bên trong lớp mạ sẽ chuyển lên mức năng
lượng cao và khi trở về trạng thái bình thường sẽ phát ra ánh sáng. Sự lưu sáng của
phốtpho khá dài từ vài ms đến vài s nên mắt người 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 trên màn hình và thế âm này sẽ chống
lại sự di chuyển của dòng electron tiến đến màn hình. Ngoài ra có thể sử dụng thêm
màng nhôm để thu góp electron xuống đất. Màng nhôm này có tác dụng tăng cường độ
chói của lớp sáng do phản xạ ánh sáng về phía màn thuỷ tinh và tản nhiệt cho màn
hình.
Đường xoắn ốc làm bằng chất có điện trở cao kết tủa trong ống thủy tinh từ chỗ
tấm lái tia đến màn hình có tác dụng gia tốc cho electron sau khi làm lệch để có được
độ chói cần thiết. (Nếu gia tốc trước khi làm lệch sẽ làm giảm khả năng điều chỉnh
dòng electron của các tấm làm lệch).
Đối với các máy hiện sóng nhiều kênh có thể thực hiện theo hai cách sau:
+ Sử dụng cho mỗi kênh một súng điện tử và cặp làm lệch đứng riêng nhưng
cùng chung cặp làm lệch ngang.
+ Sử dụng một súng điện tử tách chùm tia điện tử thành nhiều phần trước khi
cho qua các cặp làm lệch đứng và tất cả cùng cho qua cặp làm lệch ngang.

b. Nguyên tắc hiện hình của CRT
Catốt phát ra electron và được các hệ thống điện cực điều khiển để có số lượng
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 phương ngang và phương đứng để hiện dạng của tín hiệu.

23


Cuộn dây làm lệch đứng

Súng điện tử

Cuộn dây làm lệch ngang
Hình 2.10. Cấp tín hiệu cho CRT
Ở chế độ hiển thị dạng sáng thông thường tín hiệu cần hiển thị được đưa vào
cặp làm lệch đứng còn một tín hiệu dạng răng cưa được đưa vào cặp làm lệch ngang
(hình 2.10). Khi đó với tần số răng cưa (còn gọi là tần số quét) phù hợp trên màn hình
sẽ có một sóng đứng có dạng sóng cần hiển thị (hình 2.11)
Y

Uth

2
x

3
1

5


t4
t1

4

t2

t5

t3

Uq

t1
t2
t3
t4
t5

Hình 2.11. Nguyên tắc hiển thị tín hiệu của CRT

2.2.3. Cơ cấu chỉ thị số
a. Nguyên lý của chỉ thị số
Sơ đồ khối của một dụng cụ đo chỉ thị số được chỉ ra trên hình vẽ (hình 2.12)
24


Đại lượng đo x(t) sau khi qua bộ biến đổi thành xung. Số xung N tỉ lệ với độ
lớn của x(t). Số xung N được đưa vào bộ mã hoá (MH) cơ số 2–10 (mã BCD). Sau đó
đến bộ giải mã (GM) và đưa ra bộ hiện số. Tất cả ba khâu mã hoá - giải mã - hiện số

cấu thành bộ chỉ thị số.
x(t)

BĐX

MH

GM

Hình 2.12. Sơ đồ khối của dụng cụ đo chỉ thị số
b. Mã số
Mã số là những kí hiệu về một tập hợp số mà từ tổ hợp của các kí hiệu ta có thể
đọc được bất kì số nào. Ta phân biệt các loại mã sau:
- Mã cơ số 10:
Thông thường hệ đếm thập phân có 10 kí hiệu từ 0, 1, 2,…, 9. Nhưng trong kĩ
thuật người ta ít dùng đến hệ đếm thập phân bởi vì hệ này có những10 trạng thái nên
trong kĩ thuật không thể hiện được. Thông dụng nhất trong kĩ thuật là mã cơ số 2.
- Mã cơ số 2:
Là loại mã có hai trạng thái. Hệ đếm trên mã này gọi là hệ đếm nhị phân. Nó
gồm hai kí hiệu đó là 0 và 1. Để thể hiện các con số của hệ thập phân bằng hệ nhị phân
ta chia liên tiếp số đó cho 2 số dư đọc theo thứ tự ngược sẽ cho ta giá trị số đó ở hệ nhị
phân. Để đổi ngược lại từ mã cơ số 2 thành mã cơ số 10 ta chỉ việc cộng các trọng số
có số mũ là 1 còn các trọng số có số mũ là 0 coi như bằng 0.
- Mã 2–10:
Là sự liên hệ giữa mã cơ số 2 và mã cơ số 10, nhằm mục đích để quan sát thuận
tiện hơn cho việc đọc. Mã 2–10 thường có các trọng số là 4–2–2–1, hoặc 2–4–2–1 v.v.
Mã này còn gọi là mã BCD. Để tạo ra mã 2–10 từ mã cơ số 2 phải thực hiện bằng thiết
bị kĩ thuật.
c. Thiết bị kĩ thuật để thể hiện mã số
Thiết bị kỹ thuật để thực hiện mã số sử dụng các Flip Plop là mạch có hai trạng

thái ổn định ở đầu ra với hai mức logic cao H và thấp L. Khi không có tín hiệu điều
khiển ở đầu vào, đầu ra vẫn duy trì trạng thái đã có Flip Flop chính là phần tử nhớ một
bit. Hình 2.12 thể hiện Flip Flop JK.
J
Q
K

Q

Hình 2.12. Flipflop JK
25