Đồ án Thiết bị đo lường điện tử

Đồ án Đề tài: THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Hoạt động đo lường là hoạt động thiết lập, sử dụng chuẩn đo lường, đơn vị đo; kiểm định, hiệu chuẩn, thử nghiệm phương tiện đo; kiểm định, hiệu chuẩn, thử nghiệm chuẩn đo lường; sản xuất, kinh doanh, nhập khẩu, sử dụng phương tiện đo; định lượng đối với hàng đóng gói sẵn; thực hiện phép đo. Chính vì thế, đo lường là một lĩnh vực có phạm vi ảnh hưởng rộng lớn và liên quan mật thiết đến đời sống. Trong công nghiệp, đo lường lại càng thể hiện vai trò của nó. Đo lường tốt sẽ cho ta những nhận định đúng đắn, những dự đoán chính xác. Đo lường giúp ta kiểm định lại các kết quả sau quá trình thực nghiệm. Đây là lĩnh vực rất khó để có được kết quả tuyệt đối chính xác, tuy nhiên, nếu hiểu rõ, ta có thể thực hiện đo lường một cách tương đối chính xác, đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng. Để giúp sinh viên có những hiểu biết cơ bản về đo lường, môn học “Thiết bị đo lường điện tử” đã được đưa vào chương trình học. Môn học cung cấp cho sinh viên kiến thức về nguyên lí hoạt động của thiết bị đo, cách chọn lựa thiết bị… Bài tập lớn của môn học này sẽ giúp xác định xem sinh viên sẽ áp dụng những gì đã học như thế nào. Em rất cám ơn thầy Nguyễn Quốc Cường, giảng viên phụ trách bộ môn “Thiết bị đo lường điện tử” đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn em trong quá trình học môn này. Trong quá trình làm, em biết không thể tránh được một số thiếu sót, rất mong thầy có thể nhận xét và đưa ra những cách khắc phục hợp lí. Sinh viên Lê Anh Tiến NỘI DUNG Bài toán đặt ra Lựa chọn oscilloscope số và đầu dò của hãng Tektronix hoặc Agilent sao cho có thể sử dụng để đo các trường hợp sau: Đo tín hiệu điện áp cao: Hình Sin với biên độ nhỏ hơn 250V, tần số 50Hz hoặc 60Hz. Đo tần số cao: Tín hiệu hình Sin với biên độ nhỏ hơn 1V, tần số 100MHz. Đo thời gian chuyển mức logic: thời gian chuyển từ mức logic thấp lên mức logic cao ( rising time) và thời gian chuyển từ mức logic cao về mức logic thấp ( falling time) của các cổng TTL chuẩn. Đánh giá hiệu năng của thiết bị được lựa chọn với 3 phép đo trên. Giải quyết vấn đề Agilent là công ty toàn cầu, rất uy tín trong việc thiết kế và sản xuất các dụng cụ đo lường điện tử, phân tích sinh học. Lựa chọn thiết bị từ một công ty uy tín sẽ rất có lợi trong quá trình sử dụng. Nên chọn mua từ một chi nhánh chính thức của công ty ở Việt Nam để được hưởng quyền lợi chính đáng của nhà sản xuất. 1 – Chọn thiết bị để đo tần số Đầu tiên, do cách phân loại của hãng, ta sẽ chọn thiết bị đo tần số cao trước. Có rất nhiều model đo các tần số 50MHz, 70MHz, 100MHz,… Để đạt độ chính xác ưng ý, ta sẽ chọn các model đo có bandwidth lớn ít nhất gấp 5 lần tần số cần đo, tức là bandwidth ít nhất là 500MHz. VD: Các họ model sau: InfiniiVision 3000 X-Series (Ảnh bên) InfiniiVision 4000 X-Series InfiniiVision 6000 X-Series < Có thể tham khảo trong đường dẫn sau: > Để đo với mức điện áp với biên độ nhỏ hơn 1V, để đo thuận lợi, giá cả hợp lí nên chọn các đầu đo thụ động, với hệ số 1:1, tần số có thể hơn 100MHz. Tuy nhiên, cần chú ý chọn đầu đo hợp với model Ví dụ: Với họ DSO3000, có thể xem đầu đo N2889A, 350MHz, hệ số 1:1. <Có thể tham khảo trong đường dẫn sau: > 2 – Chọn thiết bị đo điện áp Mức điện áp 250V cũng khá cao, ta khó có thể chọn trực tiếp một thiết bị đo thẳng điện áp này. Tuy nhiên, ta có thể dùng đầu đo thụ động, giảm điện áp xuống 10 lần, chuyển sang mức điện áp 25V. Với mức này, dễ dàng chọn được thiết bị ưng ý. Tham khảo thông số chung của các họ model: InfiniiVision 3000 X-Series ±50 V InfiniiVision 4000 X-Series ±75 V InfiniiVision 6000 X-Series: ±75 V Ta sẽ chú ý họ InfiniiVision 3000 X-Series, với đầu đo N2863B, 10:1, 300MHz (hình vẽ) Hoặc Đầu đo N2889A 1:1/10:1 350 MHz 3 – Chọn để đo thời gian chuyển mức logic Mục tiêu chọn thiết bị là để đo sự chuyển mức logic của họ TTL. Trên lý thuyết, việc chuyển mức điện áp này rơi vào khoảng chênh lệch 2ns. Vì vậy, ta sẽ chọn những thiết bị có thể phân biệt mức điện áp biến đổi trong khoảng thời gian từ 2ns đổ xuống. (2ns/div) Xét độ chia về thời gian của các họ model InfiniiVision 3000 X-Series : 500ps/div, 1ns/div , 2ns/div ,5ns/div đến 50s/div InfiniiVision 4000 X-Series : 500ps/div, 1ns/div , 2ns/div đến 50s/div InfiniiVision 6000 X-Series : 1/2ns/div đến 50s/div 4 – Kết luận thiết bị Dựa vào các tiêu chí trên, cân nhắc giá cả, em chọn ra thiết bị họ InfiniiVision 3000 X-Series , cụ thể là model DSO 3102A. Thông số kĩ thuật: Analog Bandwidth* (-3 dB) 1GHz Channels 2 Vertical resolution 8 bits Vertical sensitivity (range) 100 MHz to 500 MHz: 1 mV/div to 5 V/div** (1 MΩ and 50 Ohm) 1 GHz model: 1 mV/div to 5 V/div** (1 MΩ), 1mV/div to 1V/div (50 Ohm) Position range/offset 1 mV to 200 mV/div: ±2 V >200 mV to 5 V/div:  ±50V Time base range 500 ps/div to 50 s/div Trigger type selections Edge Trigger on a rising, falling, alternating or either edge of any source Pulse width Trigger on a pulse on a selected channel, whose time duration is less than a value, greater than a value, or inside a time range • Minimum duration setting: 2 ns- 10 ns (depends on bandwidth) • Maximum duration setting: 10 s Runt Trigger on a position runt pulse that fails Setup and hold Trigger and clock/data setup and/or hold time violation from < 0.0 to 10 s Rise/fall time Trigger on rise time or fall time edge speed violations () based on user-selectable threshold. Time settings range from () or 2 ns to 10 s. Nth edge bust Trigger on the Nth edge of a burst that occurs after a specified idle time. Time-qualified pattern Trigger on a multi-channel pattern whose time duration is less than a value, greater than a value, greater than a time value with a timeout, or inside or outside of a set of time values. • Minimum duration setting: 2 ns - 10 ns (depends on bandwidth) • Maximum duration setting: 10 s Cụ thể hơn, có thể download datasheet theo link: Đầu đo được lựa chọn: N2889A 1:1/10:1 350 MHz Datasheet có thể download từ link: 5 – Đánh giá hiệu năng thiết bị Với phép đo tín hiệu điện áp cao: (Hình Sin với biên độ nhỏ hơn 250V, tần số 50Hz hoặc 60Hz) Ta quan tâm tới các sai lệch về hiệu điện thế. Do đầu dò lựa chọn 10:1, nên sai số có thể bị tăng. Với độ chia 5V/div, độ chính xác của thiết bị khoảng ±3% thang đo. Sai số có thể chấp nhận được, nhất là trường hợp ta khảo sát dạng của xung. Thiết bị hỗ trợ tới ±50V, tùy vào đầu đo mà ta dễ dàng mở rộng phạm vi đo biên độ. Với phép đo tín hiệu tần số cao: (Tín hiệu hình Sin với biên độ nhỏ hơn 1V, tần số 100MHz) Ta quan tâm tới sai lệch tần số. Với thang đo lựa chọn >500MHz, sai số tương đối sẽ <2%. Nếu muốn tăng độ chính xác, nên chọn đầu dò tích cực. Thiết bị hỗ trợ tới tần số 1 GHz, hoàn toàn có thể mở rộng phạm vi đo tần số. Với phép đo thời gian chuyển mức logic: thời gian chuyển từ mức logic thấp lên mức logic cao ( rising time) và thời gian chuyển từ mức logic cao về mức logic thấp ( falling time) của các cổng TTL chuẩn. Độ chia của thiết bị tới 500ps/div đủ để đo hai đại lượng này. Tuy nhiên, để độ chính xác cao, nên chọn đầu dò tích cực. Tóm lại, thiết bị là một lựa chọn đúng đắn với bài toán này. LỜI KẾT Môn học “Thiết bị đo lường điện tử” thực sự đã giúp em rất nhiều trong việc tiếp cận đến lĩnh vực đo lường. Nhờ nó, em có thể hiểu các thông số của thiết bị, từ đó có cách chọn thiết bị phù hợp với nhu cầu sử dụng. Cách lựa chọn trên đều là những cách đánh giá từ cá nhân em nên không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong những ý kiến đóng góp từ thầy và các bạn để hoàn thiện thêm kiến thức cho bản thân. Việc học không bao giờ là thừa, đối với những môn học bám sát thực tế như “thiết bị đo lường điện tử” thì việc tiếp cận thiết bị càng được coi trọng. Hi vọng bài tập này sẽ góp phần giúp chúng ta có thêm kiến thức trong việc lựa chọn thiết bị đo sau này. Sinh viên Lê Anh Tiến