Giáo trình mô đun tích hợp Đo lường điện (MĐ11)

thiết bị điện tử thường được chia thành 2 nhóm cơ bản là thiết bị tương tự 
và thiết bị số, máy hiện sóng cũng vậy. Máy hiện sóng tương 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 tương 
ứng trên hình. Trong khi đó, máy hiện sóng số (Digital osciloscope) sẽ lấy mẫu dạng 
sóng, đưa qua bộ chuyển đổi tương tự/số (ADC). Sau đó nó sử dụng các thông tin dưới 
 - 72 - 
dạng số để tái tạo lại dạng sóng trên màn hình. Tùy vào ứng dụng mà người ta sử dụng 
máy hiện sóng loại nào cho phù hợp. 
 Thông thường, nếu cần hiển thị dạng tín hiện dưới dạng thời gian thực (khi 
chúng xảy ra) thì sử dụng máy hiện sóng tương tự. Khi cần lưu giữ thông tin cũng như 
hình ảnh để có thể xử lý sau hay in ra dạng sóng thì người ta sử dụng máy hiện sóng số 
có khả năng kết nôí với máy tính với các bộ vi xử lý. Phần tiếp theo của tài liệu chúng 
ta sẽ nói tới máy hiện sóng tương tự, loại dùng phổ biến trong kỹ thuật đo lường điện 
tử. 
1. Sơ đồ khối của một máy hiện sóng thông dụng 
 Hình 9.5: Sơ đồ khối của máy hiện sóng Oscilloscope 
 Tín hiệu vào được đưa 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) được điều khiển 
bởi chuyển mạch núm xoay nóm xoay VOLTS/DIV, nghĩa là xoay núm này cho phép 
ta điều chỉnh tỉ lệ của sóng theo chiều 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 được bộ 
khuếch đại Y khuếch đại làm lệch rồi đưa tới điều khiển cặp làm lệch đứng. Tín hiệu 
của bộ KĐ Y cũng được đưa tới trigo (khối đồng bộ), trường hợp này gọi là đồng bộ 
trong, để kích thích mạch tạo sóng răng cưa (còn gọi mạch phát quét) và đưa 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 cưa). Đôi khi người ta cũng cho mạch 
 - 73 - 
làm việc ở chế độ đồng bộ ngoài bằng cách cắt đường tín hiệu từ khuếch đại Y, thay 
vào đó là cho tín hiệu ngoài kích thích khối tạo sóng răng cưa. 
 Đi vào khối tạo sóng răng cưa 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. 
 Ống phóng tia điện tử CRT đã được mô tả ở phần trước. 
 Sau đây ta sẽ xem xét phần điều khiển, vận và các ứng dụng thông dụng nhất 
của một máy hiện sóng. 
2. Cách đo và bảo quản 
2.1. Thiết lập chế độ hoạt động và cách điều khiển một máy hiện sóng 
 a. Thiết lập chế độ hoạt động cho máy hiện sóng 
 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. 
 Panel trước của máy hiện sóng gồm 3 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 tuỳ thuộc vào hãng sản xuất, loài máy, và model. 
Nối các đầu đo vào đúng vị trí (thường có ký hiệu CH1, CH2 với kiểu đấu nối BNC 
(xem hình trên). Các máy hiện sóng thông thường sẽ có 2 que đo ứng với 2 kênh và 
màn hình sẽ hiện dạng sóng tương ứng với mọi kênh. 
 - 74 - 
 Một số máy hiện sóng có chế độ AUTOSET hoặc PRESET để thiết lập lại 
toàn bộ phần điều khiển, nếu không ta phải tiến hành bằng tay trước khi sử dụng máy. 
Các bước chuẩn bị như sau: 
1. + Đưa tất cả các nút bấm về vị trí OUT 
 + Đưa tất cả các thanh trượt về vị trí UP 
 + Đưa tất cả các núm xoay về vị trí CENTRED 
 + Đưa 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 
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 ngược 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. 
 - 75 - 
5. Điều chỉnh INTENS để thay đổi độ chói vệt FOCUS để thay đổi độ nét của vạch 
sáng trên màn hình. 
6. Đưa tín hiệu chuẩn để kiểm tra độ chính xác của máy đưa 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 như 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 tương ưng. 
 b. Các phần điều khiển chính 
* Điều khiển màn hình 
Phần này bao gồm: 
 + Điều chỉnh độ sáng - INTENSITY - của 
dạng sóng. Thông thương khi tăng tần số quét cần tăng thêm độ sáng để tiện quan sát 
hơn. Thực chất đây là điều chỉnh điện áp lưới 
 + 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 trường trái đất cũng khác nhau nên đôi khi phải 
điều chỉnh để có vị trí cân bằng) 
 c. Điều khiển theo trục đứng 
 - 76 - 
 Phần này sẽ điều khiển vị trí và tỉ lệ của dạng sóng theo chiều đứng. Khi tín 
hiệu đưa vào càng lớn thì VOLTS/DIV cũng phải ở vị trí lớn và ngược lại. Ngoài ra 
còn một số phần như 
 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 
 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 ngược lại đảo pha 
1800) 
 Khi gạt công tắc về vị trí GD trên màn hình sẽ xuất hiện một vệt ngang, dịch 
chuyển vị trí của đường 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. 
Xem hình dưới đây: (bên trái là ở chế độ DC và bên phải ở chế độ AC) 
 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. 
 - 77 - 
 d. Điều khiển theo trục ngang 
 Phần này điều khiển vị trí và tỉ lệ của dạng sóng theo chiều ngang. Khi tín hiệu 
đưa vào có tần số càng cao thì TIME/DIV phải càng nhỏ và ngược lại. Ngòai ra còn 
một số phần sau: 
 X - Y: ở chế độ này kênh thứ 2 sẻ làm trục X thay cho thời gian như ở chế độ 
thường. 
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. 
 e. Ứng dụng của máy hiện sóng trong kỹ thuật đo lường 
 Máy hiện sóng hiện nay được gọi là máy hiện sóng vạn năng vì không đơn 
thuần chỉ là hiển thị dạng sóng mà nó còn thực hiện được nhiều kỹ thuật khác như thực 
hiện hàm toán học, thu nhận thông tin và xử lý số liệu và thậm chí còn phân tích cả 
phổ tín hiệu ... 
 Trong phần này chúng ta chỉ nói tới những ứng dụng cơ bản nhất của một máy 
hiện sóng. 
 f. Quan sát tín hiệu 
 Để quan sát được tín hiệu chỉ cần thiết lập máy ở chế độ đồng bộ trong và điều 
chỉnh tần số quét và trigo để dạng sóng đứng yên trên màn hình. Khi này có 
thể xác định được sự biến thiên của tín hiệu theo thời gian như thế nào. Các máy 
hiện sóng hiện đại có thể cho phép cùng một lúc 2, 4 hoặc 8 tín hiệu dạng bất kỳ 
cùng một lúc và tần số quan sát có thể lên tới 400MHz. 
 - 78 - 
2.2 Cách đo 
 * Đo điện áp 
 Việc tính giá trị điện áp của tín hiệu được thực hiện bằng cách đếm số ô trên 
màn hình và nhân với giá trị VOLTS/DIV 
Ví dụ: VOLTS/DIV chỉ 1V thì tín hiệu cho ở hình trên có: 
 Vp = 2,7 ô x 1V = 2,8V 
 Vpp = 5,4 ô x 1V = 5,4V 
 Vrms = 0,707Vp = 1.98V 
 Ngoài ra, với tín hiệu xung người ta còn sử dụng máy hiện sóng để xác định 
thời gian tăng sườn xung (rise time), giảm sườn xung (fall time) và độ rộng xung 
(pulse width) với cách tính như hình dưới. 
 * Đo tần số và khoảng thời gian 
 Khoảng thời gian giữa hai điểm của tín hiệu cũng được 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 được thực hiện bằng cách tính chu kỳ theo 
cách như trên. Sau đó nghịch đảo giá trị của chu kỳ ta tính được tần số. 
Ví dụ: ở hình bên s/div là 1ms. Chu kỳ của tín hiệu điện dài 16 ô, do vậy chu kỳ là 
16ms → f=1/16ms=62,5Hz 
 - 79 - 
 * Đo tần số và độ lệch pha bằng phương pháp so sánh 
 Ngoài cách đo tần số thông qua việc đo chu kỳ như ở trên, có thể đo tần số bằng 
máy hiện sóng như sau: so sánh tần số của tín hiệu cần đo fx với tần số chuẩn fo. Tín 
hiệu cần đo đưa vào cực Y, tín hiệu tần số chuẩn đưa vào cực X. Chế độ làm việc này 
của máy hiện sóng gọi là chế độ X-Y mode và các sóng đều có dạng hình sin. Khi đó 
trên màn hình sẽ hiện ra một đường cong phức tạp gọi là đường cong Lissajou. 
 Điều chỉnh tần số chuẩn tới khi tần số cần đo là bội hoặc là ước nguyên của tần 
số chuẩn thì trên màn hình sẽ có một đường Lissajou đứng yên. Hình dạng của đường 
Lissajou rất khác nhau tùy thuộc vào tần số giữa hai tín hiệu và độ lệch pha giữa 
chúng. Xem hình bên. 
 Với n là số múi theo chiều ngang và m số múi theo chiều dọc (hoặc có thể lấy 
số điểm cắt lớn nhất theo mỗi trục hoặc số điểm tiếp tuyến với hình Lissajou của mỗi 
trục) 
 Phương pháp hình Lissajou cho phép đo tần số trong khoảng từ 10Hz tới tần số 
giới hạn của máy. 
 Nếu muốn đo độ lệch pha ta cho 2 tần số của hai tín hiệu bằng nhau, khi đó 
đường Lissajou có dạng elip. Điều chỉnh Y - POS và X - POS sao cho tâm của elip 
trùng với tâm của màn hình hình (gốc toạ độ). Khi đó góc lệch pha được tính bằng: 
 A với A, B là đường kính trục dài và đường kính trục ngắn của elip 
 Nhược điểm của phương pháp này là không xác định được dấu của góc pha và 
sai số của phép đo khá lớn (5 – 10%) 
 2.3 Cách bảo quản 
 - 80 - 
 - OSC được bảo quản trong phòng thực hành, đặt ở nơi thoáng mát, tránh ánh 
nắng trực tiếp. 
 - Không để các vật nặng lên phía trên của OSC 
 - Sau khi sử dụng máy phải tắt nguồn, rút dây nguồn ra khỏi ổ điện. 
 BÀI 10. SỬ DỤNG AMPE KÌM 
1. Công dụng và cấu tạo 
1.1 Công dụng 
 Loại Ampe kế thường phải mắc nối tiếp và cố định trong mạch. Để tiện cho 
việc sử dụng người ta chế tạo ra loại Ampe kế kẹp (Amprobe) để đo cường độ dòng 
điện mà không cần mắc nối tiếp trong mạch. 
 Hình 6.17 Am pe kìm 
1.2 Cấu tạo 
 Ampe kế kẹp có cấu tạo cơ bản gồm có một khung mạch từ khép- mở dễ dàng 
nhờ lò xo. Trên mạch từ được quấn nhiều vòng dây để lấy điện cảm ứng làm nguồn 
điện cung cấp cho điện kế khung dây quay sau khi đã chỉnh lưu. 
 Hình 6.18 Cấu tạo am pe 
 - 81 - 
 Ampe kế kẹp làm việc dựa trên nguyên lý của máy biến áp. Khi có dòng điện 
xoay chiều chạy qua dây dẫn, xung quanh dây có từ trường, từ trường này biến thiên 
chạy trong mạch từ của Ampe kế kẹp, làm phát sinh dòng điện cảm ứng trong cuộn 
dây. Dòng điện cảm ứng này được bộ chỉnh lưu biến đổi thành dòng điện một chiều, 
cung cấp cho điện kế hoạt. 
 Ngoài chức năng chính là đo cường độ dòng điện xoay chiều, Ampe kế kẹp còn 
được thiết kế để đo điện áp xoay chiều hoặc đo điện trở giống như đồng hồ VOM . 
2. Sử dụng và bảo quản 
 a. Sử dụng 
 * Đo dòng điện xoay chiều: 
 - Bật công tắc về thang đo có ký hiệu AC.A (Ampe). 
 - Chọn tầm đo thích hợp thích hợp với dòng điện cần đo. 
 - Kẹp Ampe kế vào dây dẫn cần đo. 
 - Đọc trị số trên cung vạch đo tương ứng. 
 Chú ý: Nếu dòng điện chạy qua dây dẫn quá nhỏ, gây khó khăn cho việc đọc, 
ta quấn dây dẫn một vài vòng xung quanh khung của Ampe kẹp, để tăng dòng cảm 
ứng. Khi đó, chỉ số dòng điện sẽ tăng lên tỷ lệ thuận với số vòng dây quấn. Vì vậy, ta 
lấy chỉ số đọc được, chia cho số vòng dây quấn thì được chỉ số thực của dòng điện cần 
đo. 
 Hình 6.19 Cách đo dòng điện AC dùng am pe kìm 
 * Đo điện áp xoay chiều: 
 - Bật công tắc về thang đo có ký hiệu AC.V. 
 - Chọn tầm đo thích hợp với điện áp cần đo. 
 - Dùng hai que đo để đo điện áp cần đo. 
 - Đọc chỉ số trên cung vạch tương ứng với tầm đo. 
 * Đo điện trở R: 
 - Bật công tắc về thang đo có ký hiệu Ω 
 - Chọn tầm đo thích hợp thích hợp với điện trở cần đo. 
 - Dùng hai que đo đo điện trở cần đo. 
 - Đọc chỉ số trên cung vạch tương ứng và nhân với tầm đo. 
 - 82 - 
 b. Bảo quản 
 - Am pe kìm được bảo quản trong túi đựng chuyên dùng, đặt ở nơi thoáng mát, 
tránh ánh nắng trực tiếp. 
 - Không để các vật nặng lên phía trên của đồng hồ. 
 - Nếu thời gian tái sử dụng lâu phải tháo pin ra khỏi đồng hồ. 
 PHẦN V. TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO 
[1] Kỹ thuật đo - Ngô Văn Ky, Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 
1993. 
[2] Cẩm nang kỹ thuật kèm ảnh dùng cho thợ đường dây và trạm mạng điện trung thế 
[3] Trần Nguyên Thái, Trường Kỹ Thuật Điện, Công Ty Điện lực 2, Bộ năng lượng - 
1994. 
[4] Vật liệu điện - Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học và Kỹ thuật , 1998. 
[5] Cung cấp điện - Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học và Kỹ thuật , 1998. 
[6] Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Ngô Diên Tập, NXB Khoa học và Kỹ 
thuật, 1997. 
[7] Sửa chữa điện máy công nghiệp - Bùi Văn Yên, NXB Đà nẵng, 1998. 
[8] Kỹ Thuật Điện - Đặng Văn Đào, NXB Giáo Dục, 1999.Giáo trình An toàn lao 
động - Nguyễn Thế Đạt, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 
2002. 
[9] Giáo trình An toàn điện - Nguyễn Đình Thắng, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy 
nghề - NXB Giáo Dục, 2002. 
[10] Giáo trình Đo lường các đại lượng điện và không điện - Nguyễn Văn Hoà, Vụ 
Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002. 
[11] Phạm Thượng Hàn (chủ biên) - Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý T1,2 – 
NXB Giáo dục 1997. 
[12] Lê Văn Doanh (chủ biên) - Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường và điều 
khiển - NXB KH&KT 2001. 
[13] Nguyễn Ngọc Tân (chủ biên) - Kỹ thuật đo - NXB KH&KT 2000. 
[14] Phan Quốc Phô (chủ biên) - Giáo trình cảm biến - NXB KH&KT 2005. 
[15] Ernest O. Doebelin - Measurement Systems-Application and Design - 5st edition -
McGraw-Hill 
[16] Các trang web của các hãng sản xuất thiết bị đo lường và cảm biến: OMRON, 
ABB, FLUKE, SIEMENS, HP, HONEYWELL, OMEGA  
[17] Tạp chí “Tự động hóa ngày nay” + Trang web của tạp chí Tự động hóa ngày nay: 
 - 83 - 
 www.automation.org.vn - chuyên mục “Thế giới cảm biến”. 
[18] Trang web www.hiendaihoa.com 
 - 84 -