1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo Cuốn giáo trình này dùng[.]
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Cuốn giáo trình dùng cho học sinh hệ trung cấp lưu hành nội trường Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Đo lường điện biên soạn dựa Chương trình khung Trình độ trung cấp nghề Điện công nghiệp Nội dung biên soạn theo tinh thần ngắn gọn, dể hiểu Các kiến thức tồn giáo trình có mối liên hệ lơgíc chặt chẽ Tuy vậy, giáo trình phần nội dung chuyên ngành đào tạo, người dạy, người học cần tham khảo thêm giáo trình có liên quan ngành học để việc sử dụng giáo trình có hiệu Trong giáo trình cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến mơn học phù hợp với học sinh trình độ Trung cấp nghề cố gắng gắn nội dung lý thuyết với vấn đề thực tế thường gặp sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn cao Nội dung giáo trình biên soạn với thời gian đào tạo 30 gồm có: - Bài 1: Đại cương đo lường điện - Bài 2: Các loại cấu đo thông dụng - Bài 3: Đo đại lượng điện - Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng Mặc dù cố gắng chắn không tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong nhận ý kiến đóng góp người sử dụng để giáo trình chỉnh sửa, bổ sung hồn chỉnh MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH TRÌNH MÔ ĐUN : ĐO LƯỜNG ĐIỆN BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.2 CÁC SAI SỐ VÀ TÍNH SAI SỐ 1.3 CÂU HỎI ÔN TẬP: BÀI 2: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG 2.1 KHÁI NIỆM VỀ CƠ CẤU ĐO 2.2 CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO 2.3 CÂU HỎI ÔN TẬP 13 2.3.1 Câu hỏi lý thuyết 13 2.3.2 Bài tập thực hành 14 BÀI 3: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 15 3.1 ĐO ĐẠI LƯỢNG U, I 15 3.2 ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG R, L, C 23 3.3 ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG TẦN SỐ, CÔNG SUẤT, ĐIỆN NĂNG 26 3.3 CÂU HỎI ÔN TẬP 33 BẢI 4: SỬ DỤNG CÁC LOẠI MÁY ĐO THÔNG DỤNG 36 4.1 SỬ DỤNG VOM, MΩ 36 4.2 SỬ DỤNG AMPE KÌM, OSC 38 4.2.1 Sử dụng Ampe kìm 38 4.3 SỬ DỤNG MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG 49 CÂU HỎI ÔN TẬP : 52 5.1 Câu hỏi lý thuyết 52 5.2 Bài tập thực hành 53 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN : ĐO LƯỜNG ĐIỆN Tên mơ đun: Đo lường điện Mã mô đun: MĐ 11 Thời gian thực mô đun: 30 giờ; (Lý thuyết: giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập: 24 giờ; Kiểm tra: giờ) Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơđun: - Vị trí: Mơ đun học sau mơn học An tồn lao động; Mạch điện - Tính chất: Là mơ đun chun mơn nghề, thuộc mô đun đào tạo nghề bắt buộc - Vai trị mơ đun: mơ đun chun ngành để học sinh có kiến thức học tiếp môn học chuyên ngành khác như: Thiết bị điện gia dụng, kỹ thuật l81p đặt điện, Trang bị điện, khí nén, PLC Mục tiêu mơ đun: - Kiến thức: + Phân tích cấu tạo, nguyên lý loại cấu đo + Nhận dạng sử dụng chức loại cấu đo -Kỹ năng: + Đo đại lượng điện như: dịng điện, điện áp, cơng suất, điện + Đo thông số mạch điện như: điện trở, điện dung, hệ số tự cảm + Sử dụng loại máy đo thông dụng - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, xác học tập thực công việc… III.Nội dung mô đun: BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN Trong trình nghiên cứu khoa học nói chung cụ thể từ việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm vận hành, sữa chữa thiết bị, q trình cơng nghệ… u cầu phải biết rõ thơng số đối tượng để có định phù hợp Sự đánh giá thông số quan tâm đối tượng nghiên cứu thực cách đo đại lượng vật lý đặc trưng cho thơng số 1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo Kết đo lường (Ax) giá trị số, định nghĩa tỉ số đại lượng cần đo (X) đơn vị đo (Xo): Kết đo biểu diễn dạng: A = X ta có X = A.X0 X0 Trong đó: X - đại lượng đo X0 - đơn vị đo A - số kết đo Từ (1.1) có phương trình phép đo: X = Ax Xo , rõ so sánh X so với Xo, muốn đo đại lượng cần đo X phải có tính chất giá trị so sánh được, muốn đo đại lượng khơng có tính chất so sánh thường phải chuyển đổi chúng thành đại lượng so sánh 1.2 CÁC SAI SỐ VÀ TÍNH SAI SỐ 1.2.1 Khái niệm sai số Ngoài sai số dụng cụ đo, việc thực trình đo gây nhiều sai số Nguyên nhân sai số gồm: - Phương pháp đo chọn - Mức độ cẩn thận đo Do kết đo lường khơng với giá trị xác đại lượng đo mà có sai số, gọi sai số phép đo Như muốn có kết xác phép đo trước đo phải xem xét điều kiện đo để chọn phương pháp đo phù hợp, sau đo cần phải gia công kết thu nhằm tìm kết xác 1.2.2 Các loại sai số * Sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số hệ thống - Sai số phép đo: sai số kết đo lường so với giá trị xác đại lượng đo - Giá trị thực Xth đại lượng đo: giá trị đại lượng đo xác định với độ xác (thường nhờ dụng cụ mẫu có cáp xác cao dụng cụ đo sử dụng phép đo xét) Giá trị xác (giá trị đúng) đại lượng đo thường khơng biết trước, đánh giá sai số phép đo thường sử dụng giá trị thực Xth đại lượng đo Như ta có đánh giá gần kết phép đo Việc xác định sai số phép đo - tức xác định độ tin tưởng kết đo nhiệm vụ đo lường học Sai số phép đo phân loại theo cách thể số, theo nguồn gây sai số theo qui luật xuất sai số * Sai số hệ thống (systematic error): thành phần sai số phép đo ln khơng đổi thay đổi có qui luật đo nhiều lần đại lượng đo Qui luật thay đổi phía (dương hay âm), có chu kỳ theo qui luật phức tạp Ví dụ: sai số hệ thống khơng đổi là: sai số khắc độ thang đo (vạch khắc độ bị lệch…), sai số hiệu chỉnh dụng cụ đo khơng xác (chỉnh đường tâm ngang sai dao động ký…)… Sai số hệ thống thay đổi sai số dao động nguồn cung cấp (pin yếu, ổn áp không tốt…), ảnh hưởng trường điện từ… Hình 2.1 Sai số hệ thống khắc vạch độ - đọc cần hiệu chỉnh thêm độ 1.2.3 Phương pháp tính sai số Dựa vào số lớn giá trị đo xác định qui luật thay đổi sai số ngẫu nhiên nhờ sử dụng phương pháp toán học thống kê lý thuyết xác suất Nhiệm vụ việc tính tốn sai số ngẫu nhiên rõ giới hạn thay đổi sai số kết đo thực phép đo nhiều lần, phép đo có kết với sai số ngẫu nhiên vượt giới hạn bị loại bỏ - Cơ sở tốn học: việc tính tốn sai số ngẫu nhiên dựa giả thiết sai số ngẫu nhiên phép đo đại lượng vật lý thường tuân theo luật phân bốchuẩn (luật phân bố Gauxơ-Gauss) Nếu sai số ngẫu nhiên vượt giá trị xác suất xuất khơng kết đo có sai số ngẫu nhiên bị loại bỏ * Xử lý kết đo: kết đo có sai số dư vi nằm ngồi khoảng 1 , bị loại 1.2.4 Các phương pháp hạn chế sai số Một nhiệm vụ phép đo xác phải phân tích ngun nhân xuất loại trừ sai số hệ thống Mặc dù việc phát sai số hệ thống phức tạp, phát việc loại trừ sai số hệ thống khơng khó khăn * Việc loại trừ sai số hệ thống tiến hành cách: - Chuẩn bị tốt trước đo: phân tích lý thuyết; kiểm tra dụng cụ đo trước sử dụng; chuẩn bị trước đo; chỉnh "0" trước đo… - Q trình đo có phương pháp phù hợp: tiến hành nhiều phép đo phương pháp khác nhau; sử dụng phương pháp thế… - Xử lý kết đo sau đo: sử dụng cách bù sai số ngược dấu (cho lượng hiệu chỉnh với dấu ngược lại); trường hợp sai số hệ thống không đổi loại cách đưa vào lượng hiệu chỉnh hay hệ số hiệu chỉnh: + Lượng hiệu chỉnh: giá trị loại với đại lượng đo đưa thêm vào kết đo nhằm loại sai số hệ thống + Hệ số hiệu chỉnh: số nhân với kết đo nhàm loại trừ sai số hệ thống Trong thực tế khơng thể loại trừ hồn tồn sai số hệ thống Việc giảm ảnh hưởng sai số hệ thống thực cách chuyển thành sai số ngẫu nhiên * Xử lý kết đo Như sai số phép đo gồm thành phần: sai số hệ thống θ - khơng đổi thay đổi có qui luật sai số ngẫu nhiên Δ - thay đổi cách ngẫu nhiên khơng có qui luật Trong q trình đo hai loại sai số xuất đồng thời sai số phép đo ΔX biểu diễn dạng tổng hai thành phần sai số đó: ΔX = θ + Δ Để nhận kết sai lệch so với giá trị thực đại lượng đo cần phải tiến hành đo nhiều lần thực gia công (xử lý) kết đo (các số liệu nhận sau đo) Sau n lần đo có n kết đo x1, x2, , xn số liệu chủ yếu để tiến hành gia công kết đo * Loại trừ sai số hệ thống Việc loại trừ sai số hệ thống sau đo tiến hành phương pháp - Sử dụng cách bù sai số ngược dấu - Đưa vào lượng hiệu chỉnh hay hệ số hiệu chỉnh 1.3 CÂU HỎI ÔN TẬP: Cho biết phương pháp sử dụng đo lường điện Các loại sai số đo lường điện? Cho ví dụ Anh/chị trình bày yêu cầu điện trở đo dịng áp Trình bày nguyên lý đo điện áp phương pháp so sánh BÀI 2: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG Giới thiệu - Bài giúp học sinh hiểu loại cấu đo thông dụng đo lường điện Mục tiêu: - Phân tích cấu tạo, nguyên lý loại cấu đo thông dụng như: từ điện, điện từ, điện động - Lựa chọn loại cấu đo phù hợp với trường hợp sử dụng cụ thể - Sử dụng bảo quản loại cấu đo tiêu chuẩn kỹ thuật an tồn Rèn luyện tính cần cù, tỉ mỉ, tác phong vệ sinh công nghiệp 2.1 KHÁI NIỆM VỀ CƠ CẤU ĐO Cơ cấu đo thành phần để tạo nên dụng cụ thiết bị đo lường dạng tương tự (analog) số Digitans - Ở dạng tương tự (analog) dụng cụ đo biến đổi thẳng: đại lượng cần đo X điện áp, dịng điện, tần số, góc pha… biến đổi thành góc quay α phần động(so với phần tĩnh), tức biến đổi từ lượng điện từ thành lượng học Từ có biểu thức quan hệ: = (X ) với X đại lượng điện Các cấu thị thường dùng dụng cụ đo đại lượng: dịng điện, điện áp, cơng suất, tần số, góc pha, điện trở…của mạch điện chiều xoay chiều tần số công nghiệp - Hiện số (Digitans) cấu thị số ứng dụng kỹ thuật điện tử kỹ thuật máy tính để biến đổi thị đại lượng đo Có nhiều loại thiết bị số khác như: đèn sợi đốt, đèn điện tích, LED thanh, hỡnh tinh thể lỏng LCD, hình cảm ứng… 2.2 CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO 2.2.1 Cơ cấu đo từ điện * lôgômét từ điện (Permanent Magnet Moving Coil) a) Cấu tạo chung: gồm hai phần bản: phần tĩnh phần động: - Phần tĩnh: gồm: nam châm vĩnh cửu 1; mạch từ cực từ lõi sắt hình thành mạch từ kín Giữa cực từ lõi sắt có có khe hở khơng khí gọi khe hở làm việc, đặt khung quay chuyển động - Phần động: gồm: khung dây quay quấn bắng dây đồng Khung dây gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo) Trên trục quay có hai lị xo cản mắc ngược nhau, kim thị thang đo 8 Hình 2.1 Cơ cấu thị từ điện b) Nguyên lý làm việc chung: có dịng điện chạy qua khung dây (phần động), tác động từ trường nam châm vĩnh cửu (phần tĩnh) sinh mômen quay Mq làm khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu góc α Mơmen quay tính theo biểu thức: Mq = dWe = B.S.W.I d với B: độ từ cảm nam châm vĩnh cửu S: tiết diện khung dây W: số vịng dây khung dây Tại vị trí cân bằng, mômen quay mômen cản: Với cấu thị cụ thể B, S, W, D số nên góc lệch α tỷ lệ bậc với dòng điện I chạy qua khung dây c) Các đặc tính chung: từ biểu thức (5.1) suy cấu thị từ điện có đặc tính sau: - Chỉ đo dòng điện chiều - Đặc tính thang đo - Độ nhạy S I = B.S.W số D - Ưu điểm: độ xác cao; ảnh hưởng từ trường ngồi khơng đáng kể (do từ trường nam châm vĩnh cửu sinh ra); công suất tiêu thụ nhỏ nên ảnh hưởng không đáng kể đến chế độ mạch đo; độ cản dịu tốt; thang đo (do góc quay tuyến tính theo dịng điện) - Nhược điểm: chế tạo phức tạp; chịu tải (do cuộn dây khung quay nhỏ); độ xác phép đo bị ảnh hưởng lớn nhiệt độ, đo dòng chiều - Ứng dụng: cấu thị từ điện dùng để chế tạo ampemét vônmét, ômmét nhiều thang đo có dải đo rộng; độ xác cao (cấp 0,1 ÷ 0,5) + Chế tạo loại ampemét, vônmét, ômmét nhiều thang đo, dải đo rộng + Chế tạo loại điện kế có độ nhạy cao đo được: dịng đến 10-12A, áp đến 10 - 4V, đo điện lượng, phát lệch điểm không mạch cần đo hay điện kế + Sử dụng mạch dao động ký ánh sáng để quan sát ghi lại giá trị tức thời dịng áp, cơng suất tần số đến 15kHz; sử dụng để chế tạo đầu rung + Làm thị mạch đo đại lượng không điện khác + Chế tạo dụng cụ đo điện tử tương tự: vônmét điện tử, tần số kế điện tử, pha kế điện tử… + Dùng với biến đổi khác chỉnh lưu, cảm biến cặp nhiệt để đo dịng, áp xoay chiều d) Lơgơmét từ điện: loại cấu thị để đo tỉ số hai dòng điện, hoạt động theo nguyên lý giống cấu thị điện từ, khác khơng có lị xo cản mà thay khung dây thứ hai tạo mơmen có hướng chống lại mơmen quay khung dây thứ Nguyên lý làm việc: khe hở từ trường nam châm vĩnh cửu đặt phần động gồm hai khung quay đặt lệch góc δ (300 ÷ 900) Hai khung dây gắn vào trục chung Dòng điện I1 I2 đưa vào khung dây dây dẫn khơng mơmen Hình 2.2 Lơgơmét từ điện d - Dịng I1 sinh mơmen quay Mq: M q = I d d - Dịng I2 sinh mơmen cản Mc: M = I d với Ф1, Ф2: từ thơng nam châm móc vịng qua khung dây, thay đổi theo α Dấu Mq Mc ngược Các giá trị cực đại mômen lệch góc δ Ở trạng thái cân có: Đặc tính bản: góc lệch α tỉ lệ với tỉ số hai dòng điện qua khung dây Ứng dụng: lôgômét từ điện ứng dụng để đo điện trở, tần số đại lượng không điện 2.2.2 Cơ cấu đo điện từ * lôgômét điện từ a) Cấu tạo chung: gồm hai phần bản: phần tĩnh phần động: - Phần tĩnh: cuộn dây bên có khe hở khơng khí (khe hở làm việc) - Phần động: lõi thép gắn lên trục quay 5, lõi thép quay tự khe làm việc cuộn dây Trên trục quay có gắn: phận cản dịu khơng khí 4, kim 6, đối trọng Ngồi cịn có lị xo cản 3, bảng khắc độ 10 Hình 2.3 Cấu tạo chung cấu thị điện từ b) Nguyên lý làm việc: dòng điện I chạy vào cuộn dây (phần tĩnh) tạo thành nam châm điện hút lõi thép (phần động) vào khe hở khơng khí với mơmen quay: c) Các đặc tính chung: - Góc quay α tỉ lệ với bình phương dịng điện, tức khơng phụ thuộc vào chiều dịng điện nên đo mạch xoay chiều chiều - Thang đo không đều, có đặc tính phụ thuộc vào tỉ số dL/dαlà đại lượng phi tuyến - Cản dịu thường khơng khí cảm ứng - Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu tải lớn - Nhược điểm: độ xác khơng cao đo mạch chiều bị sai số (do tượng từ trễ, từ dư…); độ nhạy thấp; bị ảnh hưởng từ trường (do từ trường cấu yếu dòng nhỏ) d) Ứng dụng: thường sử dụng đẻ chế tạo loại ampemét, vônmét mạch xoay chiều tần số công nghiệp với độ xác cấp 1÷2 Ít dùng mạch có tần số cao 2.2.3 Cơ cấu đo điện động * lơgơmét điện động a) Cấu tạo chung: hình 2.4: gồm hai phần bản: phần tĩnh phần động: - Phần tĩnh: gồm: cuộn dây (được chia thành hai phần nối tiếp nhau) để tạo từ trường có dịng điện chạy qua Trục quay chui qua khe hở hai phần cuộn dây tĩnh - Phần động: gồm khung dây đặt lòng cuộn dây tĩnh Khung dây gắn với trục quay, trục có lị xo cản, phận cản dịu kim thị Cả phần động phần tĩnh bọc kín chắn để ngăn chặn ảnh hưởng từ trường b) Nguyên lý làm việc chung: có dịng điện I1 chạy vào cuộn dây (phần tĩnh) làm xuất từ trường lòng cuộn dây Từ trường tác động lên dòng điện I2 chạy khung dây (phần động) tạo nên mơmen quay làm khung dây quay góc α Mơmen quay tính: Mq = dWe d với: We điện điện từ trường Có hai trường hợp xảy ra: - I1, I2 dòng điện chiều: = dM 12 I1 I D d với: M12 hỗ cảm cuộn dây tĩnh động - I1 I2 dòng điện xoay chiều: = dM 12 I I cos D d 11 với: ψ góc lệch pha I1 I2 Hình 2.4 Cấu tạo cấu thị điện động c) Các đặc tính chung: - Có thể dùng mạch điện chiều xoay chiều - Góc quay α phụ thuộc tích (I1.I2) nên thang đo không - Trong mạch điện xoay chiều α phụ thuộc góc lệch pha ψ hai dịng điện nên ứng dụng làm tmét đo cơng suất - Ưu điểm bản: có độ xác cao đo mạch điện xoay chiều - Nhược điểm: công suất tiêu thụ lớn nên không thích hợp mạch cơng suất nhỏ Chịu ảnh hưởng từ trường ngồi, muốn làm việc tốt phải có phận chắn từ Độ nhạy thấp mạch từ yếu d) Ứng dụng: chế tạo ampemét, vơnmét, óatmét chiều xoay chiều tần số công nghiệp; pha kế để đo góc lệch pha hay hệ số cơng suất cosφ Trong mạch có tần số cao phải có mạch bù tần số (đo dải tần đến 20KHz) 2.2.4 Cơ cấu đo cảm ứng a) Cấu tạo chung: hình 2.5: gồm phần tĩnh phần động - Phần tĩnh: cuộn dây điện 2,3 có cấu tạo để có dịng điện chạy cuộn dây sinh từ trường móc vịng qua mạch từ qua phần động, có nam châm điện - Phần động: đĩa kim loại (thường nhôm) gắn vào trục quay trụ Hình 2.5 Cơ cấu thị cảm ứng b) Nguyên lý làm việc chung: dựa tác động tương hỗ từ trường xoay chiều (được tạo dịng điện phần tĩnh) dịng điện xốy tạo đĩa phần động, cấu làm việc với mạch điện xoay chiều: Khi dòng điện I1, I2 vào cuộn dây phần tĩnh → sinh từ thông Ф1, Ф2 (các từ thơng lệch pha góc ψ góc lệch pha dịng điện tương ứng), từ thơng Ф1, Ф2 cắt đĩa nhôm (phần động) → xuất đĩa nhôm sức điện động tương ứng E1, E2 (lệch pha với Ф1, Ф2 góc π/2) → xuất dịng điện xốy I x1, Ix2 (lệch pha với E1, E2 góc α1, α2) 12 Các từ thơng Ф1, Ф2 tác động tương hỗ với dòng điện Ix1, Ix2 → sinh lực F1, F2 mômen quay tương ứng → quay đĩa nhôm (phần động) Mơmen quay tính: M q = C f 1 sin với: C số f tần số dòng điện I1, I2 ψ góc lệch pha I1, I2 c) Các đặc tính chung: - Điều kiện để có mơmen quay phải có hai từ trường - Mơmen quay đạt giá trị cực đại góc lệch pha ψ I1, I2 π/2 - Mômen quay phụ thuộc tần số dòng điện tạo từ trường - Chỉ làm việc mạch xoay chiều - Nhược điểm: mômen quay phụ thuộc tần số nên cần phải ổn định tần số d) Ứng dụng: chủ yếu để chế tạo cơngtơ đo lượng; đo tần số… Bảng A Bảng tổng kết loại cấu thị điện 2.3 CÂU HỎI ÔN TẬP 2.3.1 Câu hỏi lý thuyết Anh/chị trình bày phương pháp mở rộng giới hạn đo đo điện áp Trình bày phương pháp mở rộng thang đo cho ampemet chiều Trình bày phương pháp mở rộng thang đo cho ampemet xoay chiều 13 Trình bày nguyên lý làm việc điện kế tự động tự ghi Nguyên lý làm việc Volmet số chuyển đổi thời gian Viết biểu thức quan hệ Ux cần đo số xung đếm Hệ số máy biến dịng gì? Tại máy biến dịng có quy định số vịng dây phía sơ cấp? 2.3.2 Bài tập thực hành: Một cấu thị từ điện có giá trị giới hạn đo Imax = I A = 50µA , điện trở cấu thị Rct = 300 Ohm Tính giá trị điện trở shunt để tạo hành ampe kế có thang đo 100mA, 1A 10A Một miliampe kế từ điện có thang đo 150 vạch với giá trị độ chia C = 0.1mA; Rct = 100 Ohm Tính giá trị Rs mở rộng giới hạn đo cho miliampe kế để đo dịng điện có giá trị dịng tối đa 1A, 2A 3A Một ampe kế có thang đo với điện trở shunt R1=0,05Ohm; R2=0,45Ohm; R3=4,5 Ohm mắc nối tiếp RCT = 1k Ohm; ICT = 50µA Hãy xác định thang đo Ampe kế Một ampe kế từ điện có dịng điện cực đại chạy qua cấu thị 0,1mA; điện trở cấu thị RCT = 99Ohm Điện trở shunt RS = Ohm Xác định dòng điện đo kim ampe kế vị trí: + Lệch tồn thang đo + Lệch 1/2 thang đo + Lệch 1/4 thang đo Tính tốn điện trở phụ mắc nối tiếp với cấu thị để tạo thành voltmet có thang đo: 50V, 100V, 250V, 500V Biết: cấu thị có điện trở 1k, điện áp định mức cấu thị 10V 14 BÀI 3: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN Giới thiệu: - Bài giúp học sinh sử dụng đo thành thạo đại lượng ngành điện Mục tiêu: - Đo, đọc xác trị số đại lượng điện U, I, R, L, C, tần số, công suất điện - Lựa chọn phù hợp phương pháp đo cho đại lượng cụ thể - Sử dụng bảo quản loại thiết bị đo tiêu chuẩn kỹ thuật - Phát huy tính tích cực, chủ động sáng tạo công việc 3.1 ĐO ĐẠI LƯỢNG U, I 3.1.1 Đo dòng điện * Khái niệm chung Dụng cụ sử dụng để đo dòng điện gọi ampe kế hay ampemet Ký hiệu là: A Ampe kế có nhiều loại khác nhau, chia theo kết cấu ta có: + Ampe kế từ điện + Ampe kế điện từ + Ampe kế điện động + Ampe kế nhiệt điện + Ampe kế bán dẫn Hình 1.1: Đồng hồ số kim Nếu chia theo loại thị ta có: + Ampe kế thị số (Digital) + Ampe kế thị kim (kiểu tương tự /Analog) Hình bên hai loại đồng hồ vạn số kim Nếu chia theo tính chất đại lượng đo, ta có: + Ampe kế chiều + Ampe kế xoay chiều 15 * Yêu cầu dụng cụ đo dịng điện là: - Cơng suất tiêu thụ nhỏ tốt, điện trở ampe kế nhỏ tốt lý tưởng - Làm việc dải tần cho trước để đảm bảo cấp xác dụng cụ đo - Mắc ampe kế để đo dòng phải mắc nối tiếp với dịng cần đo (hình dưới) Hình 1.2: Dùng đồng hồ số đo dòng điện A Ampe kế chiều Ampe kế chiều chế tạo dựa cấu thị từ điện Như biết, độ lệch kim tỉ lệ thuận với dòng chạy qua cuộn động độ lệch kim tạo dòng điện nhỏ cuộn dây quấn dây có tiết diện bé nên khả chịu dịng Thơng thường, dịng cho phép qua cấu khoảng 10 - đến 10-2 A; điện trở cuộn dây từ 20Ω đến 2000Ω với cấp xác 1,1; 1; 0,5; 0,2; 0,05 Để tăng khả chịu dòng cho cấu (cho phép dòng lớn qua) người ta mắc thêm điện trở sun song song với cấu thị có giá trị sau: RS = RCT I với n = gọi hệ số mở rộng thang đo ampe kế I CT n −1 Hình 3.3: Mắc thêm điện trở sun song song với cấu thị I dòng cần đo ICT dòng cực đại mà cấu chịu đựng (độ lệch cực đại thang đo) Chú ý: Khi đo dịng nhỏ 30A điện trở sun nằm vỏ ampe kế cịn đo dịng lớn điện trở sun phụ kiện kèm theo Khi ampe kế có nhiều thang đo người ta mắc sun sau: Chú ý: điện trở sun chế tạo Manganin có độ xác cao độ xác cấu đo cấp Do cuộn dây động cấu thị quấn dây đồng mảnh, điện trở thay đổi đáng kể nhiệt độ môi trường thay đổi sau thời gian lμm việc thân dòng điện chạy qua cuộn dây tạo nhiệt độ Để 16 giảm ảnh hưởng thay đổi điện trở cuộn dây nhiệt độ thay đổi, người ta mắc thêm điện trở bù Manganin Constantan với sơ đồ sau: Dưới ví dụ thực tế sơ đồ mắc điện trở sun dụng cụ đo dòng áp B Ampemet xoay chiều Để đo cường độ dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp người ta thường sử dụng ampemet từ điện chỉnh lưu, ampemet điện từ, ampemet điện động C Ampemet chỉnh lưu Là dụng cụ đo dòng điện xoay chiều kết hợp cấu thị từ điện mạch chỉnh lưu diode Biến áp sử dụng loại biến áp dịng có số vịng dây cuộn sơ cấp thứ cấp W1 W2 Khi tỉ số dịng thứ cấp dịng sơ cấp tính bằng: Kim thị dừng vị trí dịng trung bình qua cuộn dây động RL chọn để gánh phần dòng dư thừa I2tb Ict 17 Mối quan hệ dòng đỉnh IP, dịng trung bình Itrb dịng trung bình bình phương Irms sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu sau: I tb = 0,637 I p I rms = I rms Ip = 0.707 I p = 1,11 I tb Chú ý: Giá trị dòng mà kim thị dừng giá trị dịng trung bình thang khắc độ thường theo giá trị rms Hình a : Ampemet chỉnh lưu Chú ý: Nói chung ampe kế chỉnh lưu có độ xác khơng cao (từ tới 1,5) hệ số chỉnh lưu thay đổi theo nhiệt độ thay đổi theo tần số Có thể sử dụng sơ đồ bù sai số đo nhiệt đo tần số cho ampe kế chỉnh lưu sau: Hình b: Ampe kế chỉnh lưu D Ampemet điện động Thường sử dụng để đo dòng điện tần số 50Hz cao (400 –2.000Hz) với độ xác cao (cấp 0,5 – 0,2) Khi dòng điện đo nhỏ 0,5A người ta mắc nối tiếp cuộn tĩnh cuộn động cịn dịng lớn 0,5A mắc song song (hình sau) 18 Hình c: Ampemet điện động Trong điện trở cuộn dây (L3, R3), (L4, R4) để bù sai số nhiệt (thường làm manganin constantan) sai số tần số (để dòng qua hai cuộn tĩnh cuộn động trùng pha nhau) Do độ lệch dụng cụ đo điện động tỉ lệ với I2 nên máy đo giá trị rms Giá trị rms dòng xoay chiều có tác dụng trị số dịng chiều tương đương nên đọc thang đo dụng cụ dòng chiều xoay chiều rms E Ampemet điện từ Là dụng cụ đo dòng điện dựa cấu thị điện từ Mỗi cấu điện từ chế tạo với số ampe vòng xác định (I.W số) Khi đo dòng có giá trị nhỏ người ta mắc cuộn dây nối tiếp đo dòng lớn người ta mắc cuộn dây song song Hình d: Ampemet điện từ G Ampemet nhiệt điện Là dụng cụ kết hợp thị từ điện cặp nhiệt điện Cặp nhiệt điện (hay gọi cặp nhiệt ngẫu) gồm kim loại khác loại hàn với đầu gọi điểm làm việc (nhiệt độ t1), hai đầu nối với milivonkế gọi đầu tự (nhiệt độ t0) Khi nhiệt độ đầu làm việc t1 khác nhiệt độ đầu tự t0 cặp nhiệt sinh sức điện động Như kết hiển thị milivon kế tỉ lệ với dòng cần đo Hình e: Ampemet nhiệt điện Vật liệu để chế tạo cặp nhiệt điện lả sắt – constantan; đồng – constantan; crom – alumen platin – rodi Ampemet nhiệt điện có sai lớn tiêu hao cơng suất, khả chịu q tải đo dải tần rộng từ chiều tới hàng MHz Thông thường để tăng độ nhạy cặp nhiệt, người ta sử dụng khuếch đại áp sơ đồ đây: 19 J1, J2 đầu đo nhiệt Chú ý: Để đo giá trị điện áp nguồn xoay chiều người ta làm nhiệt độ đo tỉ lệ với dòng qua điện trở nhiệt mà dòng lại tỉ lệ với áp hai đầu điện trở, xác định giá trị điện áp thơng qua giá trị nhiệt độ Đây nguyên tắc để chế tạo Vônkế nhiệt điện 3.1.2 Đo điện áp a Mở đầu Dụng cụ dùng để đo điện áp gọi Vôn kế hay Vôn met (Voltmeter) Ký hiệu là: V Khi đo điện áp Vôn kế Vơn kế ln mắc song song với đoạn mạch cần đo hình đây: Hình a: Mạch đo điện áp - Khi chưa mắc Vôn kế vào điện áp rơi tải là: E Rt Rt + Rng Ut = - Khi mắc Vôn kế vào điện áp rơi tải là: UV = E Re Re + Rng Re = RV // Rt = RV Rt RV + Rt Vậy sai số phép đo điện áp Vônkế là: u = U t − UV U = 1− V = 1− Ut Ut 1+ Rt Rng RV ( Rt + Rng ) Như vậy, muốn sai số nhỏ yêu cầu Rv phải lớn tốt lý tuởng Rv ≈ ∞? Kết đo muốn tính xác phải sử dụng công thức: 20 ... GIỚI THIỆU Giáo trình Đo lường điện biên soạn dựa Chương trình khung Trình độ trung cấp nghề Điện công nghiệp Nội dung biên soạn theo tinh thần ngắn gọn, dể hiểu Các kiến thức tồn giáo trình có... sử dụng đo lường điện Các loại sai số đo lường điện? Cho ví dụ Anh/chị trình bày yêu cầu điện trở đo dịng áp Trình bày nguyên lý đo điện áp phương pháp so sánh BÀI 2: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG... cứu thực cách đo đại lượng vật lý đặc trưng cho thơng số 1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo Kết đo lường (Ax) giá