Tìm hiểu dụng cụ đo lường điện tử

 thang đo phi tuyến  Độ chính xác thấp.,dễ ảnh hưởng của từ trường bên ngoài do tổn hao sắt từ lớn  Tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với dùng volmet sử dụng cơ cấu đo từ điện  Ứng

DỤNG CỤ ĐO

 Volmet đi n t , t đi n, đi n đ ng ệ ừ ừ ệ ệ ộ

 Ph ươ ng pháp m r ng thang đo ở ộ

1 volmet từ điện

 Voltmeter từ điện được cấu tạo từ cơ cấu đo từ điện bằng cách mắc nối tiếp một điện trở lớn cộng với điện trở của cơ cấu đo

 Giá trị của điện trở nối tiếp có giá trị lớn để đảm bảo chỉ

mức dòng chấp nhận được chảy qua cơ cấu đo

cấu tạo

 Phần tĩnh: gồm 1 nam châm vĩnh

cửu (1), hai má cực từ (2), 1 lõi sắt

từ (3) Giữa (2) và (3) tạo thành 1 khe hẹp hình vành khuyên cho

phép 1 khung dây quay xung

quanh và có từ trường đều hướng tâm (B)

 Phần động: - Gồm 1 khung dây

nhẹ (4) có thể quay xung quay trục của 1 lõi sắt từ, 1 kim chỉ thị (5) được gắn vào trục của khung dây, 1

lò xo phản kháng (6) với 1 đầu

được gắn vào trục của khung dây, đầu còn lại được gắn vào vỏ máy

 Để định vị kim đúng điểm ‘0’ khi chưa đo thì một đầu của lò

xo phản kháng ở trước được liên hệ với 1 vít chỉnh ‘0’ ở chính giữa mặt trước của cơ cấu đo.

Hoạt động :

- Dòng điện trong cuộn dây của cơ cấu từ điện nam châm vĩnh cửu(TĐNCVC) phải chạy theo một chiều nhất định để cho kim dịch chuyển (theo chiều dương) từ vị trí `0` qua suốt thang đo

- Đảo chiều dòng điện =>cuộn dây quay theo chiều ngược lại

và kim bị lệch về phía trái điểm `0` Do đó các đầu nối của dụng cụ TĐNCVC được đánh dấu `+` và `-` để cho biết chính xác cực cần nối Cơ cấu TĐNCVC được coi là có phân cực

Ưu ,nhược điểm và ứng dụng

 Ưu điểm

-Thang đo tuyến tính => có thể khắc độ thang đo của dòng điện I theo góc quay của kim chỉ thị

- Độ nhạy cơ cấu đo lớn Dòng toàn thang (Itt) rất nhỏ (cỡ µ A).

- Độ chính xác cao, có thể tạo ra các thang đo có cấp chính xác tới 0,5% Ít chịu ảnh hưởng của điện từ trường bên ngoài.

 Nhược điểm

- Cấu tạo phức tạp, dễ bị hư hỏng khi có va đập mạnh.

- Chịu quá tải kém do dây quấn khung có đường kính nhỏ.

- Chỉ làm việc với dòng 1 chiều, muốn làm việc với dòng

xoay chiều phải có thêm điốt chỉnh lưu.

 Ứng Dụng:

- Đo điện áp một chiều: có độ nhạy cao, cho phép dòng nhỏ đi qua.

- Đo điện áp xoay chiều: trong mạch xoay chiều khi sử dụng kèm với bộ chỉnh lưu, chú

ý đến hình dáng tín hiệu.

 Được dùng để đo điện áp xoay chiều ở tần số công nghiệp.

 Để mở rộng và tạo ra voltmet nhiều thang đo người ta

thường mắc nối tiếp với cuộn dây các điện trở phụ giống như

trong voltmet từ điện.

Khi đo ở mạch xoay chiều sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng sinh

ra bởi tần số dòng điện,ảnh hưởng tới chỉ số thang đo Để khắc phục sai số tần số khi đo người ta mắc các tụ điện song song với các điện trở phụ

Ưu nhược điểm và ứng dụng

 Độ nhạy kém do từ trường phần tĩnh yếu.

 thang đo phi tuyến

 Độ chính xác thấp.,dễ ảnh hưởng của từ trường bên ngoài do tổn hao sắt

từ lớn

 Tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với dùng volmet sử dụng cơ cấu đo từ điện

 Ứng dụng

 Được dùng để đo điện áp xoay chiều ở tần số công

nghiệp, trong các đồng hồ đo điện áp lớn.

3 Volmet điện động

 Cấu tạo:

- Voltmeter điện động cấu tạo gồm:

+ Phần tĩnh là cuộn dây có tiết diện lớn,ít vòng dây và thường chia làm hai phân đoạn

+ Phần động là một cuộn dây có nhiều vòng dây và tiết diện nhỏ vì vonmet yêu cầu điện trở trong lớn.Ngoài ra còn có

kim chỉ thị,bộ phận cản dịu, lò xo phản kháng

- Trong vônmét điện động, cuộn dây động và cuộn dây tĩnh luôn mắc nối tiếp nhau, tức là:

Zv: Tổng trở toàn mạch của Voltmeter

Khi đo điện áp có tần số quá cao, có sai số phụ do tần số, nên phải bố trí thêm tụ bù cho cuộn dây tĩnh

và động

Ứng Dụng :

- khi đo điện áp ở tần số cao hơn tần số công

nghiệp hoặc khi cần nâng cao độ chính xác ta dùng voltmeter điện động.

 Tín hiệu số bao gồm hữu hạn các giá trị

 Trong kỹ thuật điện tử số, thường phải biến đổi tín hiệu tương

tự thành tín hiệu số và ngược lại

 Thiết bị thực thi nhiệm vụ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số là mạch chuyển đổi tương tự số A/D (analog – digital convertor)

a Khái niệm và phân loại

 Bộ biến đổi A/D là tất cả mọi thao tác để biến đổi 1 tín hiệu biến đổi liên tục theo thời gian thành 1 số hữu hạn trong hệ thống đã cho

 Thường là khâu nối giữa bộ phận nguồn tin và xử lý tin trong

đo lường số

 Phân loại :

 theo đại lượng tương tự : thời gian – số, điện áp – số

 Theo thuật toán biến đổi : đếm nối tiếp, đếm song song, mã theo từng bit

* Phương pháp số ( phương pháp đếm nối tiếp)

Là phương pháp đơn giản nhất, thường sử dụng trong các thiết

bị đo lường số Ở đây, số lượng tổng số các điện áp chuẩn của các bit trẻ dùng để diễn đạt điện áp vào Nếu số lượng cực đại dùng để mô tả là n thì cũng cần tối đa n bước để nhận kết

quả.VD : bộ biến đổi tích phân 1 sườn dốc, 2 sườn dốc để biến đổi điện áp- thời gian- xung

* phương pháp song song( so sánh trực tiếp)

điện áp vào được so sánh đồng thời với n điện áp chuẩn và được xác định xem đang nằm giữa 2 mức nào Loại này cần nhiều bộ sai số, mỗi mức cân 1 bộ sai số kết quả ta có 1 bậc của tín hiệu xấp xỉ Phương pháp có giá thành cao Tốc độ nhanh

* phương pháp trọng số (mã theo từng bit)

là phương pháp so sánh gần đúng liên tiếp Có bao nhiêu bit

trong 1 từ mã nhị phân thì có bấy nhiêu bước so sánh và bấy

nhiêu điện áp chuẩn VD : bộ biến đổi theo mã nhân 2 liên tiếp,

bộ biến đổi theo phương pháp cân

Vônmét chỉ thị số tích phân 2 nhịp

 Vônmét chỉ thị số tích phân 2 nhịp có thể khắc phục sai số của vônmét số 1 nhịp do hệ số chuyển đổi áp thành khoảng thời gian không ổn định

 Sơ đồ khối và biểu đồ thời gian

Nguyên lý làm việc của vônmét

Khi mở máy xung điều khiển khởi động bộ đếm (reset bộ đếm), đầu nối S1 đóng và S2 mở, điện áp cần đo được đưa vào bộ tích phân và tụ C bắt đầu nạp

Khi đó tín hiệu ra của mạch tích phân tăng dần, điện áp ra của bộ

so sánh thay đổi trạng thái của cổng G để các xung chuẩn từ máy phát xung cung cấp cho bộ đếm Bộ đếm tăng đến số lớn nhất (trong khoảng thời gian )

 

Hết thời gian mở và đóng, khi đó điện áp - được nối với bộ tích phân, do đó - ngược chiều với nên tụ C phóng Tín hiệu

ra giảm tuyến tính đến 0V, bộ so sánh chuyển trạng thái và cổng G khóa

Thời gian tụ C phóng tỷ lệ với điện áp vào –

Trong khoảng thời gian điện áp tích phân được tính :

Điện áp hạ trên tụ sau thời gian :

 

Hết thời gian khoá đóng ,khoá được mở ra đồng thời các xung

từ bộ phát xung qua khoá thông đưa đến bộ đếm (đếm thuận) Khi thông điện áp nạp cho tụ C theo chiều ngược lại : = -

Sau khoảng thời gian

Sau khoảng thời gian thì = , Khi đó thiết bị so sánh phát xung khoá và kết thúc quá trình đo

Sau thời gian mạch đếm đầu ra bị ngắt vì và mạch logic đóng cổng mạch “ AND” quá trình được lặp lại trong các chu kỳ tiếp theo

Số xung đếm được ở đầu ra tỷ lệ với điện áp tương tự cần

chuyển đổi

Kết quả đếm không phụ thuộc vào các thông số R, C của mạch

và không phụ thuộc vào tần số nhịp do vậy kết qủa khá chính xác. 

 

 Ưu điểm của Vôn mét chỉ thị số 2 nhịp:

Tần số của máy xung phát chuẩn không ảnh hưởng đến độ chỉ của phép đo

Giá trị tụ C không tồn tại trong biểu thức cuối cùng , điện trở thông của khoá và nhỏ hơn nhiều giá trị điện trở ,vì vậy

ít ảnh hưởng đến sai số chung

Nguồn sai số chủ yếu: sự không ổn định của ; áp dư của ;

khuếch đại thuật toán và sự không ổn định của thiết bị so sánh

 

Volmet chỉ thị số chỉ đổi trực tiếp

 Ta so sánh điện áp cần đo Ux với điện áp chuẩn Uk phụ

thuộc vào việc gia công đại lượng bù Uk và quy trình so sánh với Uk và quy trình so sánh với Ux mà người ta phân ra

thành volmet số chỉ đổi trực tiếp kiểu bù quét và volmet số chỉ đổi trực tiếp kiểu tùy động

a Volmet số chỉ đổi trực tiếp kiểu bù quét

 Điện áp bù Uk thay đổi lặp lại theo chu kỳ, trong mỗi chu kỳ biến thiên của Uk ta lấy số đo một lần tức là tại thời điểm Ux, Uk ta đọc kết quả của phép đo Điện áp

bù Uk có thể thay đổi tuyến tính hoặc thay đổi theo bậc thang không bằng nhau

 Sơ đồ cấu trúc gồm 2 phần: phần chuyển đổi điện áp

Ux thành khoảng thời gian Tx và phần đo khoảng thời gian Thực chất gồm hai phần là phần đổi điện áp cần đo thành số lượng xung N1 thành mã thập phân N10 để

điều khiển các phần tử hiện số

hình 1 Cấu trúc của volmet số chỉ đổi trực tiếp

Dạng điện áp của volmet số chỉ đổi trực tiếp kiểu

bù quét

1.3 Nguyên lý làm việc.

 Khi mở máy, bộ phát xung chuẩn bắt đầu làm việc, các xung f0 đến bộ đếm 1 và khóa K, sau một tập xung f0 tương ứng với thời điểm t0 thì bộ đếm 1 phát xung đến thông khóa K, trong thời gian K thông các xung mang f0 qua K đến bộ đếm

2 và chỉ thị số Đồng thời cứ mỗi xung f0 đến D/A sẽ tăng điện áp ra cho nó Uk lên một mức ∆U ( các mức ∆U bằng

nhau) Quá trình tiếp tục cho đến khi Uk ≈ Ux( tại thời điểm trị bộ so sánh tác động vào bộ khuếch đại tạo tín hiệu khóa khóa K

 Quá trình đo kết thúc và bộ phận chỉ thị hiện kết quả Nếu tất

cả các mức điện áp ∆U tạo nên Uk liệu bằng nhau thì số

lượng xung N1 sẽ tỷ lệ với điện áp cần đo Ux tức là Uk≈ Ux

=∆U Đây là giá trị tức thời của điện áp cần đo tại thời điểm t1 Nếu muốn đo Ux tại thời điểm khác thì quá trình đo sẽ lặp lại từ đầu

b Volmet số chỉ đổi trực tiếp kiểu tùy động.

 Trong các volmet này đại lượng bù Uk thay đổi luôn

bám theo sự biến thiên của đại lượng cần đo Ux Vì vậy trong cấu trúca của nó có bộ chuyển đổi A/D, D/A tác động theo hai chiều thuận nghịch Đặc điểm cơ bản của dụng cụ đo là khả năng cho kết quả liên tục tại thời điểm bất kỳ Volmet số chỉ đổi trực tiếp kểu tùy động có hai loại bao gồm gia công đại lượng bù Uk thay đổi theo bậc thang bằng nhau và loại gia công đai lượng bù Uk thay đổi theo bậc thang không bằng nhau

Volmet số chỉ đổi trực tiếp kiểu tùy động có Uk thay đổi theo bậc thang bằng nhau

 Nguyên lý cơ bản

Điện áp Ux được so sánh với điện áp bù Uk bắt đầu từ thời

điểm Uk tăng liên tục, mỗi mức tăng là ∆Ux( là những bậc

thang bằng nhau) cho đến thời điểm t2 khi Ux ≈ Uk Xuất hiện bất phương trình Ux - Uk < ∆Uk sẽ kết thúc quá trình đo và cho ra kết quả ở chỉ thị số

Thời gian gia công được xác định bởi số mức lượng tử lớn nhất (Ndm) và thời gian ∆t của một mức lượng tử t0 = Ndm∆t

Dựa vào sai số lượng tử yêu cầu để xác định Ndm

Volmet số chỉ đổi trực tiếp kiểu tùy động với bộ đếm thuận nghịch có cấu trúc như sau:

Khi bắt đầu làm việc bộ phát xung chuẩn phát liên tục đến thời điểm chờ ở khóa (K) Tại Ux = 0 hoặc Ux =Uk thì khóa (K)

khóa, các xung mang tần số f0 không thể đến bộ đếm thuận

nghịch Khi Ux> Uk tức là Ux- Uk =∆U >0, tín hiệu ∆U qua khuếch đại có lệch đến thông khóa K và điều khiển bộ đếm làm việc ở chế độ cộng Mã ra của bộ đếm điều khiển bộ chuyển đổi D/A tăng dần Uk cho đến khi Ux≈ Uk thì khóa K sẽ khóa, kết thúc quá trình đo, bộ phận chỉ thị số cho kết quả đo

Khi Ux< Uk tức là Ux- Uk =∆U < 0 thì khuếch đại có lệch tạo xung thông khóa K, điều khiển bộ đếm làm việc ở chế độ trừ

Mã ra của bộ đếm điều khiển chuyển đổi D/A giảm Uk cho đến khi Ux ≈ Uk thì khóa K sẽ khóa, bộ phận chỉ thị số cho kết quả đo

Volmet số chỉ đổi trực tiếp kiểu tùy dộng có Uk thay đổi theo bậc thang không bằng nhau.

 Volmet gồm hai lại với hai phép gia công Uk như sau: + Gia công Uk từ hàng đếm lớn nhất

Trạng thái ban đầu, tất cả các hàng đếm ( Đề Các) đều bằng

0 tức là Uk= 0 Trong mỗi hàng bắt đầu từ số nhỏ nhất của hàng đếm tăng dần Uk cho đến khi hiệu Ux- Uk < ∆Uk của hàng đó thì chuyển sang hàng đếm nhỏ hơn và quá trình lặp lại như trên

 Quá trình đo kết thúc khi :

Nếu Ux = const thì Uk sẽ tăng liên tục hoặc giảm liên tục, số

mức lượng tử không lớn lắm Nếu Ux biến thiên, Uk sẽ thay đổi cho phù hợp với sự biến thiên của Ux sơ đồ điều khiển sẽ phức tạp hơn, số lượng nhịp thực hiện gia công Uk được xác định:

Ux tức là hiệu Ux-Uk đổi dấu thì quay trở về hàng đếm nhỏ nhất

và giảm dần từng mức ∆Uk1 để giảm Uk cho đến khi Uk≈ Ux Quá trình đo kết thúc và kết quả hiện ra ở chỉ thị số

Ưu, nhược điểm của phương pháp.

 Ưu điểm của phương pháp này là sơ đồ điểu khiển

tương đối đơn giản

 Nhược điểm là thời gian gia công dài, nhất là trường

hợp dùng bốn Đề các đếm số 9090 phải thực hiện 90 nhịp

 Thời gian gia công số có bốn chữ số là :

t0 = 90.∆t.

Phương pháp mở rộng thang đo

- Tạo voltmeter điện động nhiều thang đo bằng cách thay đổi cách mắc song song hoặc nối tiếp hai đoạn cuộn dây tĩnh và nối tiếp các điện trở phụ.

A1,A2 là 2 phần của cuộn dây tĩnh B cuộn dây động

Cuộn dây tĩnh và động luôn nối tiếp với nhau và nối tiếp với các điện trở phụ Rp

khóa K làm nhiệm vụ thay đổi giới hạn đo

- ở vị trí 1: 2 phân đoạn của cuộn dây tĩnh A1,A2 mắc song song nhau tương ứng với g/h đo 150V

- ở 2 :A1,A2 mắc nối tiếp tương ứng với g/h đo 300V

các tụ C tạo mạch bù tần số cho volmet

S đ voltmeter đi n đ ng có hai thang đoơ ồ ệ ộ

2.Phương pháp dùng biến điện áp

Vì volmet có điện trở lớn nên có thể coi biến điện áp luôn làm việc ở chế độ không tải

Ta có:

=

Để tiện trong quá trình sử

và chế tạo, người ta quy ước

điện áp định mức của biến

điện áp phía thứ cấp bao giờ

cũng là 100V Còn phía sơ cấp

được chế tạo tương ứng với

các cấp của điện áp lưới Khi lắp hợp bộ giữa biến điện áp và volmet người ta khắc độ volmet theo giá trị điện áp phía sơ cấp Giống như biến dòng điện, biến điện áp là phần tử có cực tính,

có cấp chính xác và phải được kiểm định trước khi lắp đặt

 

Bài thuyết trình xin hết.

Cảm ơn thầy và các bạn đã lắng nghe !!!!

Bài thuyết trình xin hết.

Cảm ơn thầy và các bạn

đã lắng nghe !!!!