Đề cương bài giảng ĐO LƯỜNG ĐIỆN

TRƯỜNG CAO KINH TẾ KỸ THUẬT VINATEX TP HCM Đề cương bài giảng ĐO LƯỜNG ĐIỆN (Lưu hành nội bộ) Thành Phố Hồ Chí Minh – 2019 Đề cương bài giảng Đo lường điện 1 Chöông 1 KHAÙI NIEÄM VEÀ ÑO LÖÔØNG I Khaùi. Đề cương bài giảng ĐO LƯỜNG ĐIỆN

TRƯỜNG CAO KINH TẾ - KỸ THUẬT VINATEX TP.HCM Đề cương giảng ĐO LƯỜNG ĐIỆN (Lưu hành nội bộ) Thành Phố Hồ Chí Minh – 2019 Đề cương giảng Đo lường điện Chương : KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG I Khái niệm chung: - Đo trình so sánh đại lượng chưa biết với đại lượng loại biết, chọn làm mẫu, gọi đơn vị - Kết đo cho ta số gọi số đo Dụng cụ giữ mẫu đơn vị đo gọi mẫu đo Dụng cụ thực việc so sánh gọi dụng cụ đo (còn gọi máy đo, đồng hồ đo, ) - Mẫu đo dụng cụ đo chia làm loại: loại làm mẫu loại công tác * Mẫu đo dụng cụ đo làm mẫu: dùng để kiểm tra mẫu đo dụng cụ đo khác Loại chế tạo sử dụng theo tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo làm việc xác, quan nhà nước bảo quản * Mẫu đo dụng cụ đo công tác: dùng để đo lường thực tế, gồm: - Mẫu đo dụng cụ đo thí nghiệm: dùng để đo công tác thí nghiệm nghiên cứu khoa học, bao gồm việc kiểm tra mẫu đo dụng cụ đo dùng sản xuất Loại đòi hỏi độ xác tương đối cao tiêu chuẩn bảo quản định - Mẫu đo dụng cụ đo sản xuất: dùng để đo lường trình công nghệ công tác kỹ thuật sản xuất Loại cần cấu tạo chắn, dễ sử dụng, bảo quản đơn giản, giá rẻ, độ xác nói chung không cao (còn gọi dụng cụ đo lắp bảng) II Phương pháp đo lường: Chia làm loại: phương pháp đo trực tiếp phương pháp đo gián tiếp Phương pháp đo trực tiếp: Là phương pháp đo mà đại lượng cần đo so sánh trực tiếp với mẫu đo loại Các đại lượng điện đa số đo phương pháp đo trực tiếp, phương pháp cho độ xác cao Đo trực tiếp chia làm cách đo: a Phương pháp đo đọc thẳng: kết đo mặt chia độ hay mặt số dụng cụ đo Phương pháp đạt độ xác đến 0,05 mức cao dụng cụ đo đọc số thẳng b Phương pháp đo so sánh: đại lượng cần đo so sánh với mẫu đo loại biết trị số -1- Đề cương giảng Đo lường điện Phương pháp đo so sánh thực cách: * Phương pháp so lệch: lượng cần đo Ax so sánh với mẫu A0, lượng sai lệch  A = A0 - Ax dụng cụ đo xác định Biết A0 A ta tính giá trị lượng cần đo Ax Ta có : Ex = E0  U * Phương pháp “không”: lượng cần đo Ax so sánh với mẫu đo A0 điều chỉnh được, bảo đảm sai lệch A0 - Ax = Kết so sánh xác định dụng cụ đo “không” Độ xác phương pháp dụng cụ “không” định, nói chung đạt độ xác cao Phương pháp đo gián tiếp: Là phương pháp đo lượng cần đo tính từ kết đo đại lượng khác có liên quan Các đại lượng có liên quan thường đo phương pháp trực tiếp Ví dụ: muốn đo điện trở rx, ta đặt vào điện áp U để có dòng điện I chạy qua Đo U, I vônmét, ampemét ta xác định được: rx = U/I Sai số phương pháp đo gián tiếp bao gồm sai số đo đại lượng có liên quan, sai số tính toán  độ xác thấp Tuy nhiên phương pháp hay áp dụng, dụng cụ đo chuyên, đo điện trở, đo hệ số công suất, đo độ trượt ĐCKĐB III Sai số kỹ thuật đo lường: Sai số đo: đo lường có sai số thân dụng cụ đo tiêu thụ công suất mạch đo sai số phép đo, thị ảnh hưởng môi trường xung quanh Có loại sai số sau đây: a Sai số tuyệt đối: hiệu số kết đo Xđ trị số đại lượng cần đo X: X =  Xđ - X Thực tế, X khó xác định xác Người ta xác định giá trị giới hạn X, gọi sai số tuyệt đối lớn Xmax -2- Đề cương giảng Đo lường điện Các sai số đo chia làm loại: * Sai số hệ thống: sai số phụ thuộc có qui luật vào người đo, phương pháp đo hoàn cảnh đo Nguyên nhân là: - Sai số dụng cụ đo (do chế tạo): ma sát, khắc vạch, - Sai số phụ dụng cụ đo điều kiện sử dụng khác điều kiện tiêu chuẩn như: nhiệt độ thay đổi, chịu ảnh hưởng điện trường, từ trường, tần số khác tiêu chuẩn - Sai số người đo: nhìn lệch, nhìn nghiêng, - Sai số phương pháp đo: dùng công thức không thích hợp, công thức gần đúng, * Sai số ngẫu nhiên: nguyên nhân ngẫu nhiên gây thay đổi bất thường nhiệt độ, từ trường * Sai số nhiễu: sai số bất thường đọc nhầm số đo, ghi sai kết quả, tính nhầm…  phép đo không đủ tin cậy, gọi sai lầm b Sai số tương đối sai số qui đổi: Được tính tỷ số sai số tuyệt đối kết đo Xđ (thường tính %), phép đo có  (hoặc ký hiệu A) nhỏ xác: X %   100 % Xd - Mỗi dụng cụ đo có nhiều nấc đo nên có nhiều sai số tương đối khác Để tiện so sánh, người ta tính đổi sai số nấc đo nhất, thường giới hạn đo dụng cụ đo Giới hạn đo (hay cỡ đo) dụng cụ đo giá trị lớn mà đo được, ứng với thang đo, ký hiệu Xđm - Sai số dụng cụ đo đặc trưng sai số tương đối qui đổi (là tỉ số sai số tuyệt đối giới hạn đo dụng cụ đo): X %  100 % X dm Xđm giới hạn đo thang đo tương ứng Cấp xác: Trị số sai số qui đổi lớn gọi cấp xác dụng cụ đo    % max   X max 100 % X dm -3- Đề cương giảng Đo lường điện Dùng thang đo bé sai số lớn, phép đo xác  chọn cỡ đo cho số đo phải nửa giá trị giới hạn đo - Theo qui định, cấp xác ghi mặt dụng cụ đo, theo số % sai số, không ghi ký hiệu % * Theo tiêu chuẩn Nga, dụng cụ đo chế tạo thành cấp xác: - Các cấp 0,05 0,1: chủ yếu làm dụng cụ đo mẫu - Các cấp 0,2 0,5: chủ yếu làm dụng cụ đo phòng thí nghiệm - Các cấp 1,0; 1,5; 2,5 4,0: chủ yếu dùng làm dụng cụ đo sản xuất * Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN – 1688 – 75 – TCVN – 1690 – 75) có 07 cấp xác cho đồng hồ ño laø 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 vaø 5,0 Các thông số dụng cụ đo: Ngoài cấp xác, người ta đặc trưng dụng cụ đo thông số sau:  S  * Độ nhạy: x : biến thiên thị đo; x: biến thiên đại lượng cần đo Độ nhạy thực tế biểu thị theo tỷ số /V, tỷ số lớn đồng hồ nhạy Với loại thang đo khác đồng hồ đo điện vạn độ nhạy khác Khái niệm độ nhạy cấp xác hoàn toàn khác Một đồng hồ có cấp xác cao độ nhạy lại thấp ngược lại Nếu dụng cụ đo gồm nhiều khâu chuyển đổi nối tiếp độ nhạy chúng tích độ nhạy khaâu S = S1 S2 S3 Sn * Công suất tiêu thụ dụng cụ đo: để phép đo xác công suất tiêu thụ dụng cụ phải nhỏ * Đặc tính động dụng cụ đo: đặc trưng thời gian ổn định dụng cụ Đối với dụng cụ có kim chỉ, kim dao động nhỏ 1% trị số thang đo, dụng cụ đo xem ổn định -4- Đề cương giảng Đo lường điện Chương : CƠ CẤU CHỈ THỊ CỦA THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG I Các ký hiệu ghi cấu thị: Ký hiệu Tên cấu đo Từ điện Ký hiệu mặt dụng cụ Cấp xác Ý nghóa Sai số qui đổi lớn không quá: Tỉ số kế từ điện 0,05 0,1  0,05% ;  0,1% (có cuộn dây tỷ lệ) 0,2 0,5  0,2% ;  0,5% 1,5  1,0% ;  1,5% 2,5  2,5% ;  4,0% Từ điện có nắn điện Từ điện có cặp nhiệt Loại dòng điện Điện chiều Điện xoay chiều pha Điện từ Điện xoay chiều pha Điện động Cách đặt (không có lõi sắt) Mặt số đặt đứng Tỉ số kế điện động Mặt số đặt ngang Mặt số đặt nghiêng Sắt điện động Độ bền điện Cảm ứng Tónh điện Điện áp thí nghiệm mạch điện với vỏ 2KV Cực đấu dây Cực nối đến nguồn Cực nối với vỏ Cực nối đất Chấn động Ví dụ: 1,5 -5- Dụng cụ đo điện từ, cấp xác 1,5; đo điện xoay chiều pha, mặt số đặt nghiêng 600 Đề cương giảng Đo lường điện II Cơ cấu từ điện: Cấu tạo: Gồm cuộn dây phần động (1) có tiết diện nhỏ chuyển động lòng nam châm vónh cữu có từ cảm cao (2) Để tạo nên từ trường mạnh phần động phần tónh có hình trống (3) vật liệu dẫn từ tốt Ngoài có lò xo phản, trục kim thị (Hình 2-1) Nguyên lý làm việc: Cho dòng điện cần đo I qua lò xo phản vào cuộn dây phần động, dòng điện nằm từ trường nam châm nên chịu tác dụng lực điện từ sinh momen quay tỉ lệ bậc với dòng điện cần đo - Ở vị trí cân bằng, momen quay momen cản: - Góc quay phần động:   kq k kq I = k  I  SI với S độ nhạy dụng cụ Đặc điểm cấu: - Vì góc quay  tỉ lệ bậc với dòng điện nên cấu đo dòng điện chiều thang đo chia Để đo dòng điện xoay chiều cần có chỉnh lưu dòng điện xoay chiều chiều - Dụng cụ có độ nhạy cao từ trường NCVC mạnh - Độ xác cao, chịu ảnh hưởng trường ngoài, tiêu thụ lượng - Khả tải cuộn dây phần động có tiết diện bé Lôgômét từ điện: Trên phần động ta đặt cuộn dây gắn chặt vào có dòng điện I1 I2 chạy qua cho chúng sinh momen quay ngược chiều (hình 2.2) Mq1 = Kq1 B1()I1 Mq2 = Kq2 B2()I2 Ở vị trí cân baèng:  Mq1 = Mq2 k q B   I1  I2 k q1 B1   -6- Đề cương giảng Đo lường điện Goùc quay  hàm số tỉ số dòng điện Cơ cấu đo từ điện dùng rộng rãi đồng hồ đo Vônmét, Ampemét, Ômmét, đồng hồ vạn năng, đồng hồ đo đại lượng không điện Cơ cấu đo lôgômét từ điện dùng để đo điện trở có trị số lớn hàng chục, hàng trăm M như: điện trở cách điện cuộn máy biến áp; điện trở cách điện chân đèn với vỏ máy Khi đo điện trở lớn thế, lôgômét phải dùng với phận kèm theo máy phát điện quay tay Kết cấu cấu so dòng từ điện máy phát điện quay tay gọi mêgômét Nhờ có máy phát điện quay tay tạo nên điện áp chiều khoảng 500 – 1000V mà giới hạn đo điện trở cấu so dòng nâng tới hàng trăm, hàng ngàn M Muốn mở rộng góc quay, ta phải thay đổi góc hợp thành cuộn dây thay đổi mật độ từ thông qua lõi Cách sau dùng thông dụng với lõi sắt hình trụ có rãnh dọc trục (hình 2.3)  Có thể mở rộng giới hạn đo mêgômét lớn: tới vô cực E: máy phát điện chiều quay tay; L1, L2: cuộn dây phần động; R1, R2: điện trở hạn chế; Rx: điện trở cần đo; Đ, L, G: đầu mêgôkế; Đ: đầu nối đất; L: đầu nối với đầu dây; G: đầu chắn bảo vệ * Chú ý: Khi quay mêgômét có điện áp cao từ 500V trở lên  tuyệt đối không chạm vào đầu nối III Cơ cấu điện từ: Cấu tạo (hình 2.5): Cơ cấu gồm loại chính: kiểu cuộn dây bẹt kiểu cuộn dây tròn - Ở cấu kiểu cuộn dây bẹt phần tónh cuộn dây bẹt có dòng điện cần đo chạy qua, phần động miếng sắt đặt lệch tâm quay khe cuộn dây phần tónh -7- Đề cương giảng - Đo lường điện Kiểu cuộn dây tròn: phần tónh cuộn dây tròn bên có gắn miếng sắt Phần động miếng sắt gắn trục Ngoài có phận dịu lò xo phản, kim thị Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện cần đo I vào cuộn dây phần tónh, lượng từ trường tích lũy cuộn dây WM  LI 2 Hai miếng thép từ hóa với cực tính, nên đẩy làm phần động quay Ở cấu kiểu cuộn dây bẹt thép phần động bị hút vào khe cuộn dây phần tónh - Sự biến thiên lượng từ trường gây mômen quay là: W M  I  L  L Ở vị trí cân Mq = Mc hay : k   I  L - Góc quay phần động :   I 2k  M q  Đặc điểm cấu: - Góc quay tỉ lệ với I2 thang đo chia không - Dụng cụ đo IAC IDC thay đổi chiều dòng điện cuộn dây phần tónh miếng thép từ hóa cực tính Hình dáng miếng thép chế tạo cho L giảm theo góc  quay  để thang đo chia tương đối - Dụng cụ chịu ảnh hưởng từ trường khe hở không khí phần động phần tónh lớn, từ trường thân cấu nhỏ - Độ xác thấp có tổn hao lõi thép -8- ... dạng đường cong điện áp -12- Đề cương giảng Đo lường điện Chương : ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP A ĐO DÒNG ĐIỆN: Nguyên tắc: Để đo dòng điện ta mắc nối tiếp ampemét với mạch điện cần đo Trước mắc ampemét... -6- Đề cương giảng Đo lường điện Góc quay  hàm số tỉ số dòng điện Cơ cấu đo từ điện dùng rộng rãi đồng hồ đo Vônmét, Ampemét, Ômmét, đồng hồ vạn năng, đồng hồ đo đại lượng không điện Cơ cấu đo. .. dụng cụ đo chuyên, đo điện trở, đo hệ số công suất, đo độ trượt ĐCKĐB III Sai số kỹ thuật đo lường: Sai số đo: đo lường có sai số thân dụng cụ đo tiêu thụ công suất mạch đo sai số phép đo, thị