Chương 2 Sai số đo và xử lí kết quả đo

- Sai số ngẫu nhiên : là thành phần sai số của phép đo thay đổi không theo quy luật nào cả. Do vậy

dấu và giá trị của sai số ngẫu nhiên không thể xác định được.

Như vậy, ∆X = sai số hệ thống + sai số ngẫu nhiên.

2.2



Phương pháp loại trừ sai số



2.2.1



Phương pháp loại trừ sai số hệ thống



- Chuẩn bị tốt trước khi đo: phân tích lý thuyết; kiểm tra dụng cụ đo trước khi sử dụng; chuẩn bị trước

khi đo; chỉnh "0" trước khi đo…

- Quá trình đo có phương pháp phù hợp: tiến hành nhiều phép đo bằng các phương pháp khác nhau; sử

dụng phương pháp thế…

- Xử lý kết quả đo sau khi đo: sử dụng cách bù sai số ngược dấu (cho một lượng hiệu chỉnh với dấu

ngược lại); trong trường hợp sai số hệ thống không đổi thì có thể loại được bằng cách đưa vào một lượng

hiệu chỉnh hay một hệ số hiệu chỉnh:

+ Lượng hiệu chỉnh: là giá trị cùng loại với đại lượng đo được đưa thêm vào kết quả đo nhằm loại sai

số hệ thống.

+ Hệ số hiệu chỉnh: là số được nhân với kết quả đo nhàm loại trừ sai số hệ thống.

Trong thực tế không thể loại trừ hoàn toàn sai số hệ thống. Việc giảm ảnh hưởng sai số hệ thống có thể

thực hiện bằng cách chuyển thành sai số ngẫu nhiên.

2.2.2



Phương pháp loại trừ sai số ngẫu nhiên



Dựa vào số lớn các giá trị đo được có thể xác định qui luật thay đổi của sai số ngẫu nhiên nhờ sử dụng

các phương pháp toán học thống kê và lý thuyết xác suất. Nhiệm vụ của việc tính toán sai số ngẫu nhiên là

chỉ rõ giới hạn thay đổi của sai số của kết quả đo khi thực hiện phép đo nhiều lần, như vậy phép đo nào có

kết quả với sai số ngẫu nhiên vượt quá giới hạn sẽ bị loại bỏ.

- Cơ sở toán học: việc tính toán sai số ngẫu nhiên dựa trên giả thiết là sai số ngẫu nhiên của các phép đo

các đại lượng vật lý thường tuân theo luật phân bố chuẩn (luật phân bố Gauss). Nếu sai số ngẫu nhiên

vượt quá một giá trị nào đó thì xác suất xuất hiện sẽ hầu như bằng không và vì thế kết quả đo nào có sai số

ngẫu nhiên như vậy sẽ bị loại bỏ.

Các bước tính sai số ngẫu nhiên:

Xét n phép đo với các kết quả đo thu được là x1, x2, ..., xn.

* Tính ước lượng kì vọng toán học mX của đại lượng đo:

−



mX = X =



n

X 1 + X 2 + ..... + X n

x

=∑ i ,

n

i =1 n



chính là giá trị trung bình đại số của n kết quả đo.

* Tính độ lệch của kết quả mỗi lần đo so với giá trị trung bình :



9



−



vi = xi − X



( vi còn gọi là sai số dư )



* Tính khoảng giới hạn của sai số ngẫu nhiên: được tính trên cơ sở đường phân bố chuẩn: ∆ = [ ∆1 , ∆ 2 ] ,

thường chọn: ∆ = [ ∆1 , ∆ 2 ] với:

n



∆1 = ∆ 2 =



∑v

i −1



2

i



n.(n − 1)



với xác suất xuất hiện sai số ngẫu nhiên ngoài khoảng này là 34%.

* Xử lý kết quả đo: những kết quả đo nào có sai số dư vi nằm ngoài khoảng [ ∆1 , ∆ 2 ] sẽ bị loại.



Hình 2-1: Lưu đồ thuật toán gia công kết quả đo

10



2.3



Phương pháp xử lí kết quả.



2.3.1





Phương pháp lấy số liệu trung bình.

Đặt vấn đề : xét hai đại lượng X và Y với các giá trị tương ứng biết trước là x i và yi được xếp thành

các cặp tương ứng (xi, yi). Kẻ áng chừng 1 đường thẳng nằm giữa miền phân bố của các điểm đo

được (xi,yi). Về lý thuyết có thể xem gần đúng tồn tại mối quan hệ tuyến tính giữa 2 đại lượng X

và Y. Nhưng thực tế, mỗi phép đo đều mắc phải sai số, nên yi ≠ a.xi + b.

Trong trường hợp này ta có sai số : ∆xi = yi – a.xi – b (i = 1, 2, …, n).

 Phương pháp : Để xác định mối quan hệ hàm giữa các đại lượng, ta chọn các giá trị a, b sao cho

n



đối với tất cả n phép đo tổng sai số bằng 0, tức là :



∑∆

i =1



i



=0



Để xác định các giá trị a, b, chúng ta cần 2 phương trình tương ứng 2 ẩn số. Do đó, ta chia lượng phép

đo n thành 2 nhóm : (1 ÷ m) và (m+1 ÷ n) bằng nhau hay gần bằng nhau. Từ đó, ta có hệ 2 phương

trình :

 m

 ∑ ( yi − a.xi − b) = 0

i =1

 n

 ∑ ( yi − a.xi − b) = 0

 j =m+1

m – số phép đo bất kì trong nhóm 1 (ta có thể cho m = n/2)

Giải hệ phương trình trên, ta tính được a, b. Từ đó xác định quan hệ tuyến tính giữa 2 đại lượng X & Y.

2.3.2 Phương pháp bình phương cực tiểu xây dựng đồ thị.

 Vấn đề đặt ra : xét hai đại lượng X và Y với các giá trị tương ứng biết trước là x i và yi được xếp

thành các cặp tương ứng (xi, yi). Cần xác định hàm y = f(x) biểu diễn mối quan hệ giữa đại lượng X và

Y.

 Phương pháp : để xác định hàm y = f(x) biểu diễn mối quan hệ giữa đại lượng X và Y ta sử dụng

phương pháp bình phương cực tiểu để tìm đa thức P(x) thỏa mãn là đường cong gần đúng của f(x) và

phản ánh được quá trình vật lí được nghiên cứu.







Các bước thực hiện :

1) Chọn đa thức gần đúng P(x) của f(x) (dựa trên dạng đường cong thực nghiệm quan hệ X và

Y, dựa trên hệ số tương quan giữa X và Y):

P(x) = ao + a1x + a2x2 + … + amxm

2) Xác định các hệ số a o, a1, a2, …, am từ điều kiện thỏa mãn P(x) gần đúng với f(x) theo tiêu

chuẩn về độ chính xác như sau : tổng các bình phương của hiệu giữa các hàm y=f(x) và P(x) nhỏ

nhất, tức là :

11



n



n



[



]



S = ∑ [ f ( xk ) − P ( xk )] = ∑ f ( xk ) − (ao + a1 xk + a 2 xk2 + ... + a m xkm ) = min

2



k =1



 ∂S

 ∂a = 0

 o

 ∂S = 0

 ∂a1



⇔  ∂S

 ∂a = 0

 2

 ...

 ∂S = 0

 ∂a m



k =1



2



: là hệ phương trình đại số tuyến tính với (m+1) ẩn (ao đến am) và (m+1) phương

trình, giải ra ta có giá trị của ao, a1, …, am.

Từ đó suy ra P(x).



2.3.3 Phương pháp dùng máy tính

Việc gia công kết quả có thể được thực hiện bằng máy tính để giải các phương trình hoặc xác định các

đường cong hàm giữa các đại lượng đo, hoặc bằng các phần mềm chuyên dụng như : Matlab,

Mathematica, Excel, Mapple …

Ví dụ : Khi đường cong thực nghiệm có dạng phi tuyến và khác với các đa thức, ví dụ : dạng hàm mũ,

logarit,…, ta có thể dùng phương pháp tuyến tính hóa để đưa chúng về dạng tuyến tính bằng cách biến

đổi, thay các đối số, hoặc dùng các phần mềm để tìm dạng đường cong gần nhất với đường cong thực

nghiệm.



12



Chương 3 : Sơ đồ cấu trúc của thiết bị đo

3.1 Khái niệm chung

Dụng cụ đo lường điện ngày nay rất đa dạng tùy mục đích, phạm vi sử dụng và những yêu cầu cụ thể,

nhưng chúng có những đặc tính cơ bản và cấu trúc chung thống nhất.

3.1.1. Phân loại dụng cụ đo

Dụng cụ đo lường có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau:

•

Theo cách biến đổi ta có thể chia dụng cụ đo thành 2 loại: dụng cụ đo biến đổi thẳng và dụng cụ

đo kiểu biến đổi bù. Dụng cụ đo biến đổi thẳng là dụng cụ mà đại lượng cần đo X được biến đổi thành đại

lượng ra Y theo một đường thẳng không có khâu phản hồi. Dụng cụ đo kiểu biến đổi bù là loại dụng cụ đo

sử dụng khâu phản hồi với các chuyển đổi ngược đại lượng ra Y thành đại lượng bù X k bù với tín hiệu cần

đo X. Mạch đo tạo thành vòng khép kín.

•

Theo phương pháp so sánh đại lượng đo: dụng cụ đo đánh giá trực tiếp và dụng cụ đo kiểu so

sánh. Dụng cụ đo kiểu đánh giá trực tiếp là loại dụng cụ đã được khắc độ theo đơn vị của đại lượng đo từ

trước, khi đo đại lượng đo được so sánh với nó để cho ra kết quả. Nó được thực hiện theo sơ đồ biến đổi

thẳng. Dụng cụ đo kiểu so sánh là loại dụng cụ đo mà việc so sánh được thực hiện qua mỗi lần đo. Nó

được thực hiện theo sơ đồ biến đổi bù.

•

Theo phương pháp cho ra thông tin đo: dụng cụ đo tương tự và dụng cụ đo số. Dụng cụ đo tương

tự có số chỉ là hàm liên tục của đại lượng đo. Loại này bao gồm: dụng cụ đo kim có kết quả đo được đọc ở

số chỉ của kim lên mặt đã khắc độ sẵn; dụng cụ đo tự ghi có kết quả đo được ghi lại dưới dạng đường cong

phụ thuộc thời gian. Dụng cụ đo chỉ thị số là dụng cụ mà trong đó đại lượng liên tục được biến đổi thành

rời rạc và kết quả đo cho ra dưới dạng số (thập phân hay nhị phân)

•

Theo loại đại lượng đo: dụng cụ mang tên đại lượng đo, như: vôn mét, ampe mét, ôm mét ...

•

Theo mục đích sử dụng: dụng cụ đo để bàn, dụng cụ đo xách tay ...

•

Theo mức bảo vệ: dụng cụ đo kín nước, dụng cụ kín bụi, dụng cụ chống va đập ...

3.1.2. Đặc tính cơ bản của dụng cụ đo

3.1.2.1

Độ chính xác và sai số của dụng cụ đo

Có nhiều nguyên nhân gây sai số, có thể là do các yếu tố biến động ngẫu nhiên, hoặc có thể là nguyên

nhân do chính phương pháp đo không phù hợp, hoặc một nguyên nhân nào đấy có tính quy luật. Trên cơ

sở đó, ta phân biệt 2 loại sai số.

a. Sai số hệ thống: còn gọi là sai số cơ bản, là sai số mà giá trị của nó luôn không đổi hoặc thay đổi

có tính quy luật. Sai số này về nguyên tắc có thể loại trừ được.

b. Sai số ngẫu nhiên: là sai số mà giá trị của nó thay đổi rất ngẫu nhiên do các biến động của môi

trường bên ngoài (như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm v.v.). Sai số này còn gọi là sai số phụ, và không thể loại

trừ.

Ngoài các sai số của dụng cụ đo cần quan tâm, còn có một tiêu chuẩn để đánh giá độ chính xác của

dụng cụ đo là cấp chính xác.

Độ chính xác là tiêu chuẩn quan trọng nhất của thiết bị đo. Bất kỳ một phép đo nào đều có sai lệch so

với đại lượng đúng

δ i = xi − x d

trong đó xi là kết quả của lần đo thứ

xd là giá trị đúng của đại lượng đo

Sai số tuyệt đối của một thiết bị đo được định nghĩa là giá trị lớn nhất của các sai lệch gây nên bởi

thiết bị trong khi đo:

∆x = max[δ i ]

Sai số tuyệt đối chùn đánh giá được tính chính xác và yêu cầu công nghệ của thiết bị đo. Thông

thường độ chính xác của một phép đo hoặc một thiết bị đo được đánh giá bằng sai số tương đối:

13



+ Với một phép đo, sai số tương đối được tính

∆x

β=

, với x là giá trị đại lượng đo

x

+ Với một thiết bị đo, sai số tương đối được tính

∆x

γ=

D

Trong đó D = Xmax – Xmin : thang đo của dụng cụ đo.

Giá trị, γ % gọi là sai số tương đối quy đổi dùng để sắp xếp các thiết bị đo thành các cấp chính xác.

Theo quy định hiện hành của nhà nước, các dụng cụ đo cơ điện có cấp chính xác: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5;

1; 1,5; 2; 2,5; và 4.

Thiết bị đo số có cấp chính xác: 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1.

Khi biết cấp chính xác của một thiết bị đo ta có thể xác định được sai số tương đối quy đổi và suy ra

sai số tương đối của thiết bị trong các phép đo cụ thể.

Ta có:

D

β =γ

x

trong đó γ là sai số tương đối của thiết bị đo, phụ thuộc cấp chính xác và không đổi nên sai số tương

đối của phép đo càng nhỏ nếu D/x dần đến 1. Vì vậy khi đo một đại lượng nào đó cố gắng chọn D sao cho:

D ≈ x.

Cấp chính xác của dụng cụ đo là giá trị sai số cực đại mà dụng cụ đo mắc phải. Người ta quy định cấp

chính xác của dụng cụ đo đúng bằng sai số tương đối quy đổi của dụng cụ đo dó.

3.1.2.2

Độ nhạy

Ta biết phương trình cơ bản của thiết bị đo là z = f(x). Để có một sự đánh giá về quan hệ giữa lượng

vào và lượng ra của thiết bị đo, ta dùng khái niệm về độ nhạy của thiết bị:

Độ nhạy của dụng cụ đo được tính bằng:

∆z

S=

= F (x)

∆x

Trong đó: ∆z: biến thiên lượng ra và ∆x: biến thiên lượng vào

Nếu F(x)=const, thì quan hệ vào ra của dụng cụ đo là tuyến tính. Lúc đo thang đo được khắc độ đều

C=1/S gọi là hằng số dụng cụ đo.

Nói chung S là một hàm phụ thuộc x nhưng trong phạm vi ∆x đủ nhỏ thì S là một hằng số. Với thiết bị

có quan hệ giữa lượng vào và lượng ra là tuyến tính, ta có thể viết: z = S.x, lúc đó S gọi là độ nhạy tĩnh

của thiết bị.

Trong trường hợp thiết bị đo gồm nhiều khâu biến đổi nối tiếp, mỗi khâu có độ nhạy riêng, thì độ nhạy

của dụng cụ đó là tích các độ nhạy thành phần.

n



S = ∏ S i , với Si là độ nhạy của khâu thứ i trong thiết bị.

i =1



Theo lý thuyết khi xét tới quan hệ giữa z và x thì x có thể nhỏ bao nhiêu cũng được, song trên thực tế

khi ∆x < ε nào đó thì ∆z không thể thấy được.

Ví dụ 1.1: Khi phụ tải tiêu thụ qua một công tơ một pha 10A nhỏ hơn 10W (chẳng hạn) thì công tơ

không quay nữa.

Nguyên nhân của hiện tượng này rất phức tạp, có thể do ma sát, do hiện tượng trễ... ε được gọi là

ngưỡng độ nhạy của thiết bị đo.

Có thể quan niệm ngưỡng độ nhạy của thiết bị đo là giá trị nhỏ nhất mà thiết bị đo có thể phân biệt

được.



14



Tuy nhiên ngưỡng độ nhạy của các thiết bị đo khác nhau rất khác nhau nó chưa đặc trưng cho tính

nhạy của thiết bị. Vì vậy để so sánh chúng với nhau người ta phải xét tới quan hệ giữa ngưỡng độ nhạy

và thang đo của thiết bị.

Thang đo (D) là khoảng từ giá trị nhỏ nhất tới giá trị lớn nhất tuân theo phương pháp đo lường của

thiết bị

D = xmax – xmin

Từ đó đưa ra khái niệm về khả năng phân ly của thiết bị đo:

D x − x min

R = = max

ε

ε

Và so sánh các R với nhau

3.1.2.3

Điện trở của dụng cụ đo và công suất tiêu thụ

a.

Điện trở vào: mỗi dụng cụ đo đều có điện trở vào, có thể nhỏ hay lớn tùy thuộc tính chất đối tượng

đo. Điện trở vào phải lớn khi mà tín hiệu khâu trước đó dưới dạng áp, tức là yêu cầu dòng phải nhỏ và

công suất tiêu thụ phải nhỏ, ví dụ vonmet có điện trở vào càng lớn càng tốt.

b.

Điện trở ra: điện trở ra của dụng cụ đo xác định công suất có thể truyền tải cho chuyển đổi tiếp

theo. Điện trở ra càng nhỏ thì công suất đó càng lớn. Thường để mạch đo có hiệu quả người ta cố gắng

làm phù hợp trở kháng ra của chuyển đổi trước với trở kháng vào của chuyển đổi tiếp sau đó.

3.1.2.4

Độ tác động nhanh

Độ tác động nhanh của dụng cụ đo chính là thời gian để xác lập kết quả đo trên chỉ thị. Đối với dụng

cụ tương tự, thời gian này khoảng 4s. Còn dụng cụ số có thể đo được hàng ngàn điểm đo trong 1s. Sử

dụng máy tính có thể đo và ghi lại với tốc độ nhanh hơn nhiều, nó giúp mở ra khả năng thực hiện nhiều

phép đo lường thống kê.

3.1.2.5

Độ tin cậy

Độ tin cậy của dụng cụ đo phụ thuộc vào nhiều yếu tố

- Độ tin cậy của các linh kiện của dụng cụ đo

- Kết cấu của dụng cụ đo không quá phức tạp

- Điều kiện làm việc của dụng cụ đo có phù hợp với tiêu chuẩn hay không

Độ tin cậy của dụng cụ đo được xác định bởi thời gian làm việc tin cậy của dụng cụ đo trong điều kiện

cho phép có phù hợp với thời gian quy định hay không.

3.2 Cấu trúc chung

3.2.1. Sơ đồ cấu trúc chung của dụng cụ đo

Mỗi dụng cụ đo cơ bản có 3 bộ phận chính:

• Chuyển đổi sơ cấp (CĐSC).

• Mạch đo (MĐ).

• Cơ cấu chỉ thị (CCCT).



Đại lượng đo

Measurement



CĐSC

(Primary Sensing Element)



MĐ

(Manipulate Circuit)



CCCT

(Indicator & Recoder)



Hình 3-1 : Cấu trúc cơ bản của dụng cụ đo

Sơ đồ cấu trúc chung của cảm biến thông minh (Smart Sensor) :



15



Hình 3-2 : Cấu trúc của cảm biến thông minh

3.2.2. Các khâu chức năng của thiết bị đo :

• Chuyển đổi sơ cấp (CĐSC): thực hiện chức năng biến đổi các đại lượng đo thành tín hiệu điện. Là

khâu quan trọng nhất của một thiết bị đo, quyết định độ chính xác cũng như độ nhạy của dụng cụ đo. Có

nhiều loại chuyển đổi sơ cấp khác nhau tùy thuộc đại lượng đo và đại lượng đầu ra của chuyển đổi.

• Mạch đo (MĐ): thực hiện chức năng thu thập, gia công thông tin đo sau các chuyển đổi sơ cấp; thực

hiện các thao tác tính toán trên sơ đồ mạch. Tùy thuộc dụng cụ đo là kiểu biến đổi thẳng hay kiểu so sánh

mà mạch đo có cấu trúc khác nhau.

Các đặc tính cơ bản của mạch đo gồm: độ nhạy, độ chính xác, đặc tính động, công suất tiêu thụ, phạm vi

làm việc… được xét cụ thể cho mỗi loại mạch đo để có thiết kế phù hợp cũng như sử dụng có hiệu quả.

Mạch đo thường sử dụng kĩ thuật vi điện tử và vi xử lý để nâng cao các đặc tính kỹ thuật của dụng cụ đo.

• Cơ cấu chỉ thị (CCCT): là khâu cuối cùng của dụng cụ đo, thực hiện chức năng thể hiện kết quả đo

lường dưới dạng con số so với đơn vị sau khi qua mạch đo.

Các kiểu chỉ thị thường gặp gồm: chỉ thị bằng kim chỉ, chỉ thị bằng thiết bị tự ghi (ghi lại các tín hiệu thay

đổi theo thời gian), chỉ thị dưới dạng con số (đọc trực tiếp hoặc tự động ghi lại)… Việc phân chia các bộ

phận như trên là theo chức năng, không nhất thiết phải theo cấu trúc vật lý, trong thực tế các khâu có thể

gắn với nhau (một phần tử vật lý thực hiện nhiều chức năng), có sự liên hệ chặt chẽ với nhau bằng các

mạch phản hồi…

3.3 Thiết bị đo biến đổi thẳng

• Sơ đồ cấu trúc

Đối với dụng cụ đo biến đổi thẳng, việc biến đổi thông tin chỉ xảy ra theo một hướng thẳng duy nhất,

không có khâu phản hồi.



Hình 3-3 : Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo biến đổi thẳng

Đại lượng đo X nối tiếp qua các khâu chuyển đổi sơ cấp CĐ 1, CĐ2, …, CĐn biến thành đại lượng Y tiện

cho việc quan sát, ghi lại hay nhớ để truyền cho cơ cấu chỉ thị thực hiện chức năng chỉ thị hoặc truyền đi

xa.

Các khâu CĐ1, CĐ2, …, CĐn làm nhiệm vụ xử lý thông tin đo để đưa về dạng dễ chỉ thị, thường là các

khâu: phân áp đầu vào, mạch khuếch đại, biến đổi tương tự-số AD…

Ví dụ :

16







Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo tương tự theo kiểu biến đổi thẳng



Hình 3-4 : Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo tương tự biến đổi thẳng





Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo số theo kiểu biến đổi thẳng



Hình 3-5 : Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo số

•



Đặc điểm chung của dụng cụ đo biến đổi thẳng

a. Cấu trúc đơn giản, tin cậy.

b. Giá thành rẻ.

c. Vận hành, bảo trì, bảo dưỡng đơn giản và chí phí thấp.

d. Không đòi hỏi tay nghề cao.

e. Độ chính xác thấp (thường có cấp chính xác cỡ 1 ÷ 2,5).



3.4 Thiết bị đo so sánh

• Sơ đồ cấu trúc

Đó là loại dụng cụ đo sử dụng khâu phản hồi với các chuyển đổi ngược (CĐN) để tạo ra tín hiệu X k so

sánh với tín hiệu cần đo X. Mạch đo do đó là một vòng khép kín.



Hình 3-6 : Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh

Sau bộ so sánh: ∆X = X – X k , đo ∆X hoặc đo các tín hiệu sau các chuyển đổi thuận Y có thể xác định

được X.

17



Theo phương pháp so sánh có thể có 4 loại tương ứng : so sánh cân bằng, không cân bằng, so sánh đồng

thời, so sánh không đồng thời.

Ví dụ :

 Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh không cân bằng



Hình 3-7 : Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh không cân bằng





Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh cân bằng



Hình 3-8 : Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh cân bằng





Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh các đại lượng không điện



Hình 3-9 : Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo đại lượng không điện

•



Đặc điểm chung

 Có cấu trúc phức tạp hơn so với dụng cụ đo biến đổi thẳng.

18









Hiện nay thường dùng vi xử lí bên trong.

Độ chính xác cao và giá thành đắt.



3.5 Thiết bị đo kiểu cơ điện

Là loại dụng cụ đo tương tự, mà trong đó dùng cơ cấu chỉ thị cơ điện. Tín hiệu vào là dòng điện, và tín

hiệu ra là góc quay của kim chỉ thị hoặc của bút ghi trên giấy.

• Cấu tạo chung :

- Trục và trụ: đảm bảo cho phần động quay trên trục có gắn các bộ phận của phần động như kim

chỉ, lò xo phản, khung quay,…

- Lò xo phản kháng hoặc dây căng và dây treo : để tạo momen cản và dẫn dòng điện vào khung dây.

Dây căng và dây treo được sử dụng khi cần giảm momen cản để tăng độ nhạy của cơ cấu chỉ thị.

- Kim chỉ : được gắn với trục quay, độ di chuyển của kim trên thang chia độ (thang đo) tỉ lệ với góc

quay α. Hình dạng kim phụ thuộc vào cấp chính xác của dụng cụ đo và khoảng cách đứng để đọc

kết quả đo. Độ dài của kim ảnh hưởng đến độ nhạy và độ chính xác của dụng cụ đo. Kim càng dài

thì dụng cụ càng chính xác, càng nhạy vì lúc đó độ phân li của vạch chia nhỏ hơn. Nhưng kim dài

sẽ làm phần động càng nặng dẫn đến giảm độ nhạy và độ chính xác, và cồng kềnh. Vì vậy, trong

những dụng cụ đo cần độ chính xác cao, kim chỉ thị được thay thế bằng chỉ thị ánh sáng.

- Thang đo: là mặt khắc độ, khắc giá trị của đại lượng đo.

- Bộ phận cản dịu : có tác dụng rút ngắn quá trình dao động của phần động, xác lập vị trí cân bằng

nhanh chóng.



Hình 3-10 : Các bộ phận và chi tiết chung của cơ cấu chỉ thị cơ điện

•



Nguyên lí làm việc chung : khi cho dòng điện vào cơ cấu chỉ thị cơ điện, do tác động của từ trường

(gây bởi nam châm vĩnh cửu hoặc do dòng điện đưa vào sinh ra) lên phần động của cơ cấu đo, sẽ sinh

ra momen quay, tỉ lệ với độ lớn của dòng điện đưa vào cơ cấu :

dWe

Mq =

dα

W

=

φ

I = Bswα .I trong cơ cấu chỉ thị điện từ)

Trong đó: We : năng lượng điện từ trường ( e

α : góc lệch phần động

19