LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay trong công cuộc cải cách kinh tế xã hôi, đất nước ta đang trên đà phát triển, nhu cầu của con người sở hữu những thiết bị hiện đại thông minh mang tốt cho sức khỏe ngày càng nhiều. Các thiết bị điện lạnh đã và đang phát triển mạnh mẽ nhờ những ưu điểm mà chúng mang lại. Đi cùng với đó là các công nghệ chế tạo, sửa chữa cũng phát triển theo. Hiện nay nhiều nhà xuất bản đã có giáo trình phục vụ trong quá trình giảng dạy nghề điện – điện lạnh. Tuy nhiên chưa có sự cập nhật những kiến thức mới. Để tiếp tục bổ xung nguồn giáo trình đang còn thiếu, chúng tôi tiếp tục bổ xung nguồn giáo trình, sách tham khảo phục vụ giảng dạy và đào tạo nghề điện – điện lạnh. Những giáo trình này trước khi được biên soạn chúng tôi đã gửi đề cương về trên 20 trung tâm sửa chữa có uy tín khác nhau để lây ý kiến phản hồi vầ nội dung đề cương chương trình nói trên. Trên cơ sở nghiên cứu ý kiến đóng góp của các trung tâm, các chuyên gia chuyên ngành điện điện lạnh, các nghệ nhân, tổ chức doanh nghiệpn nhóm tác giả đã điều chỉnh các nội dung trong giáo trình cho phù hợp với yêu cầu thực tiễn hơn. Giáo trình được biên soạn theo hướng mở, kiến thức rộng, sâu và cố gắng chỉ ra những tính ứng dụng vào thực tế sản xuất của nội dung được trình bày. Trên cơ sở đó tạo điều kiện để các trường, doanh nghiệp sử dụng một cách phù hợp với cơ sở vật chất phục vụ thực hành, thực tập và đặc điểm của các ngành, chuyên ngành đào tạo, chương trình có các nội dun chính như sau. Chương 1: Những khái niệm cơ bản về đo lường Chương 2: Đo lường điện Chương 3: Đo nhiệt độ Chương 4: Đo áp suất và chân không Chương 5: Đo lưu lượng Chương 6: Đo độ ẩm Giáo trình này là tài liệu tham khảo tốt cho học sinh, sinh viên nghề điện – lạnh, nhân viện kỹ thuật đang trực tiếp sản xuất, các thợ sửa chữa, các kỹ thuật viên, giáo viên, giảng viên trong các trường Đại học cao đẳng có cùng chuyên ngành. Trong quá trình biện soạn giáo trình này chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự đóng góp và giúp đỡ nhiệt tình của các bạn đồng ngiệp, các tổ chức doanh nghiệp, các trung tâm sửa chữa điện lạnh mà chúng tôi đã hợp tác trên cả nước. Giáo trình này khi suất bản không thể chánh được những sai sót. Rất mông quý thầy cô và các bạn độc giả góp ý để lần xuất bản sau được tốt hơn. Chủ biên: ThS. Trần Xuân Hiệu
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG
Định nghĩa và phân loại phép đo
1.1 Định nghĩa về đo lường Đo lường là hành động cụ thể thực hiện bằng công cụ đo lường để tìm trị số của một đại lượng chưa biết biểu thị bằng đơn vị đo lường
Kết quả đo lường là giá trị bằng số của đại lượng cần đo AX nó bằng tỷ số của đại lượng cần đo X và đơn vị đo Xo o X o
Ví dụ: Ta đo được U = 50 V thì có thể xem là U = 50 u
Kết quả đo lường là 50, với u đại diện cho đơn vị đo Mục đích của việc đo lường là xác định lượng chưa biết mà chúng ta cần tìm hiểu Đối tượng đo lường chính là lượng trực tiếp được đo, từ đó giúp tính toán và xác định lượng chưa biết.
Ví dụ: S = a.b mục đích là m 2 còn đối tượng là m
Dựa theo cách nhận được kết quả đo lường:
Là đem lượng cần đo so sánh với lượng đơn vị bằng dụng cụ đo hay đồng hồ chia độ theo đơn vị đo
Các phép đo trực tiếp:
- Phép đọc trực tiếp: đo chiều dài bằng mét, đo dòng điện bằng ampe mét, đo điện áp bằng vôn mét, đo nhiệt độ bằng nhiệt kế…
- Phép chỉ không: đem lượng chưa biết cân bằng với lượng đo đã biết và khi có cân bằng thì đồng hồ chỉ không
Ví dụ: cân, đo điện áp
- Phép trùng hợp: theo nguyên tắc của thước cặp để xác định lượng chưa biết
- Phép thay thế: lần lượt thay đại lượng cần đo bằng đại lượng đã biết
Ví dụ: Tìm R chưa biết nhờ thay điện trở đó bằng một hộp R đã biết mà giữ nguyên I và U
- Phép cầu sai: dùng một đại lượng gần nó để suy ra đại lượng cần tìm
(thường để hiệu chỉnh các dụng cụ đo độ dài)
Lượng cần đo thường được xác định qua các phép tính dựa trên mối quan hệ hàm đã biết với các lượng bị đo trực tiếp liên quan Việc sử dụng phương pháp này thường đơn giản hơn so với đo trực tiếp, trong khi đo gián tiếp có thể gặp sai số và là tổng hợp của các sai số từ phép đo trực tiếp.
Ví dụ : đo diện tích , đo công suất
Tiến hành thực hiện nhiều phép đo trong các điều kiện khác nhau giúp xác định hệ phương trình thể hiện mối quan hệ giữa các đại lượng chưa biết và các đại lượng đo trực tiếp, từ đó tìm ra các giá trị chưa biết.
Ví dụ :đã biết qui luật giản nở dài do ảnh hưởng của nhiệt độ là:
Để xác định các hệ số α, β và chiều dài của vật ở nhiệt độ 0°C (L0), chúng ta có thể đo trực tiếp chiều dài ở nhiệt độ t (Lt) Bằng cách tiến hành ba lần đo ở các nhiệt độ khác nhau, ta sẽ có được một hệ ba phương trình, từ đó có thể tính toán và xác định các đại lượng chưa biết.
Những tham số đặc trưng cho phẩm chất của dụng cụ đo
2.1 Lý thuyết về những tham số đặc trưng cho phẩm chất của dụng cụ đo
Trong quá trình đo lường, giá trị mà người xem thu nhận không bao giờ hoàn toàn chính xác với giá trị thực của tham số cần đo Sự khác biệt giữa hai giá trị này được gọi là sai số đo lường Dù có thực hiện đo lường một cách cẩn thận và sử dụng các công cụ đo lường tiên tiến, sai số vẫn không thể loại bỏ hoàn toàn Thực tế cho thấy, không có công cụ đo lường nào hoàn hảo, người thực hiện đo lường không thể tránh khỏi sai sót, và điều kiện đo lường luôn có thể thay đổi.
Trị số đo lường chỉ là ước lượng gần đúng của tham số cần đo, được biểu thị bởi một số có hạn chữ số đáng tin cậy tùy thuộc vào độ chính xác của quá trình đo Sai số đo lường không thể loại bỏ hoàn toàn và không nên cố gắng giảm thiểu quá mức vì sẽ tốn kém Vì vậy, cần chấp nhận sự tồn tại của sai số và tìm cách hạn chế nó trong phạm vi cho phép, đồng thời sử dụng tính toán để đánh giá sai số và kết quả đo lường.
Người làm công tác đo lường và thí nghiệm cần hiểu rõ các loại sai số và nguyên nhân gây ra chúng Việc nắm bắt thông tin này giúp tìm ra biện pháp khắc phục hiệu quả và giảm thiểu ảnh hưởng của sai số đến kết quả đo lường.
Sai số trong quá trình đo lường được chia thành ba loại chính: sai số nhầm lẫn, sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên, tùy thuộc vào nguyên nhân gây ra chúng.
1- Sai số nhầm lẫn: Trong quá trình đo lường, những sai số do người xem đo đọc sai, ghi chép sai, thao tác sai, tính sai, vô ý làm sai được gọi là sai sốnhầm lẫn Sai số đó làm cho số đo được khác hẳn với các số đo khác, như vậy sai số nhầm lẫn thường có trị số rất lớn và hoàn toàn không có quy luật hơn nữa không biết nó có xuất hiện hay không, vì vậy nên rất khó định ra một tiêu chuẩn để tìm ra và loại bỏ những số đo có mắc sai số nhầm lẫn Cách tốt nhất là tiến hành đo lường một cách cẩn thận để tránh mắc phải sai số nhầm lẫn Trong thực tế cũng có khi người ta xem số đo có mắc sai số nhầm lẫn là số đo có sai số lớn hơn 3 lần sai số trung bình mắc phải khi đo nhiều lần tham số cần đo
2- Sai số hệ thống: Sai số hệ thống thường xuất hiện do cách sử dụng đồng hồ đo không hợp lý, do bản thân đồng hồ đo có khuyết điểm, hay điều kiện đo lường biến đổi không thích hợp và đặc biệt là khi không hiểu biết kỹ lưỡng tính chất của đối tượng đo lường Trị số của sai số hệ thống thường cố định hoặc là biến đổi theo quy luật vì nói chung những nguyên nhân tạo nên nó cũng là những nguyên nhân cố định hoặc biến đổi theo quy luật Vì vậy mà chúng ta có thể làm mất sai số hệ thống trong số đo bằng cách tìm các trị số bổ chính hoặc là sắp xếp đo lường một cách thích đáng
Sai số hệ thống có thể được phân loại theo nguyên nhân, trong đó sai số công cụ là do những thiếu sót trong công cụ đo lường gây ra.
Sai số trong đo lường có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau Đầu tiên, có thể do chia độ sai, kim không nằm đúng vị trí ban đầu, hoặc tay đòn của cân không bằng nhau Thứ hai, việc sử dụng đồng hồ không đúng quy định cũng gây ra sai số, chẳng hạn như đặt đồng hồ ở nơi có ảnh hưởng của nhiệt độ hoặc từ trường, hoặc không đặt đúng vị trí quy định Thứ ba, sai số còn do yếu tố chủ quan của người xem, như đọc số sớm hoặc muộn hơn thực tế, hay ngắm đọc vạch chia theo đường xiên Cuối cùng, sai số cũng có thể do phương pháp đo không hợp lý, khi không nắm vững cách thức thực hiện đo lường.
Sai số hệ thống có thể được phân thành hai loại chính: sai số hệ thống cố định và sai số hệ thống biến đổi Sai số hệ thống cố định có trị số và dấu không thay đổi trong suốt quá trình đo lường, chẳng hạn như sai số do trọng lượng của quả cân Ngược lại, sai số hệ thống biến đổi có trị số thay đổi theo chu kỳ, có thể tăng hoặc giảm theo quy luật nhất định, ví dụ như điện áp của pin yếu dần trong quá trình đo lường hoặc sai số khi sử dụng thước đo có độ dài không chính xác.
Để giảm thiểu sai số trong hệ thống đo lường, đồng hồ cần được thiết kế và chế tạo chính xác Người sử dụng phải thành thạo trong việc sử dụng dụng cụ đo, lựa chọn phương pháp đo hợp lý và duy trì điều kiện đo lường ổn định.
Sai số ngẫu nhiên là những sai số không thể tránh khỏi trong quá trình đo lường, do các yếu tố hoàn toàn ngẫu nhiên gây ra Mỗi sai số ngẫu nhiên xuất hiện một cách riêng biệt và không theo quy luật nhất định Nguyên nhân của sai số này là những biến đổi nhỏ, không liên quan, xảy ra trong lúc đo lường mà không thể dự đoán trước Do đó, chúng ta chỉ có thể chấp nhận sự tồn tại của sai số ngẫu nhiên và tính toán giá trị của nó, mà không thể xác định và loại bỏ các nguyên nhân gây ra Sai số ngẫu nhiên có tính tương đối và không có ranh giới rõ ràng giữa chúng.
Mỗi sai số ngẫu nhiên xuất hiện không theo quy luật và không thể kiểm soát, nhưng khi thực hiện nhiều lần đo lường, tập hợp các sai số này sẽ tuân theo quy luật thống kê.
2.2 Đọc hiểu những tham số đặc trưng cho phẩm chất của dụng cụ đo
2.2.1 Sai số và cấp chính xác của dụng cụ đo
Trên thực tế, không thể tồn tại một đồng hồ đo lý tưởng hoàn hảo để xác định chính xác giá trị thực của tham số cần đo Nguyên nhân là do nguyên tắc đo lường và cấu trúc của đồng hồ không thể đạt đến sự hoàn thiện tuyệt đối.
Gọi giá trị đo được là : Ađ
Còn giá trị thực là : At
Sai số tuyệt đối : là độ sai lệch thực tế δ = Ad - At
Các loại sai số định tính: Trong khi sử dụng đồng hồ người ta thường để ý đến các loại sai số sau
Sai số cho phép là mức sai số tối đa chấp nhận được cho mỗi vạch chia của đồng hồ, nhằm đảm bảo đồng hồ duy trì đúng cấp chính xác theo các tiêu chuẩn kỹ thuật quy định.
+Sai số cơ bản: là sai số lớn nhất của bản thân đồng hồ khi đồng hồ làm việc bình thường, loại này do cấu tạo của đồng hồ
+Sai số phụ: do điều kiện khách quan gây nên
Trong các công thức tính sai số ta dựa vào sai số cơ bản còn sai số phụ thì không tính đến trong các phép đo
Với: X: độ chuyển động của kim chỉ thị (m, độ…)
A: độ thay đổi của giá trị bị đo
- Tăng độ nhạy bằng cách tăng hệ số khuếch đại
- Giá trị chia độ bằng 1/s = C: gọi là hằng số của dụng cụ đo
Là độ lệch lớn nhất giữa các sai số khi đo nhiều lần 1 tham số cần đo ở cùng điều kiện đo lường nd max dm A
Chú ý: biến sai số chỉ của đồng hồ không được lớn hơn sai số cho phép của đồng hồ
Là mức độ biến đổi nhỏ nhất của tham số cần đo để cái chỉ thị bắt đầu làm việc
Chỉ số của hạn khong nhạy nhỏ hơn ẵ sai số cơ bản.
Sơ lược về sai số đo lường
3.1 Khái niệm về sai số đo lường
Trong quá trình đo lường, trị số mà người xem nhận được luôn có sai lệch so với trị số thực của tham số cần đo, và sai lệch này được gọi là sai số đo lường Dù có sử dụng các công cụ đo lường hiện đại và tiến hành đo đạc cẩn thận, sai số vẫn không thể tránh khỏi do không có công cụ đo hoàn hảo và các điều kiện đo lường luôn thay đổi Vì vậy, việc thừa nhận sự tồn tại của sai số đo lường là cần thiết, và người ta tìm cách hạn chế sai số trong một phạm vi chấp nhận được, đồng thời sử dụng tính toán để đánh giá sai số và kết quả đo lường.
Người làm công tác đo lường và thí nghiệm cần nắm vững các đại lượng sai số và nguyên nhân gây ra chúng Việc hiểu rõ sai số không chỉ giúp tìm ra biện pháp khắc phục mà còn giảm thiểu ảnh hưởng của sai số đến kết quả đo lường.
3.2 Sơ lược về các sai số đo lường
Trong quá trình đo lường, sai số nhầm lẫn có thể phát sinh từ việc người xem đọc sai, ghi chép không chính xác, thao tác sai hoặc tính toán nhầm Để giảm thiểu những sai số này, việc thực hiện các phép đo một cách cẩn thận là rất quan trọng.
Trong thực tế, có trường hợp người ta coi số đo có sai số nhầm lẫn là số đo có sai số lớn hơn 3 lần sai số trung bình khi thực hiện nhiều lần đo tham số cần đo.
Sai số hệ thống thường phát sinh do việc sử dụng đồng hồ đo không hợp lý, khuyết điểm của đồng hồ, điều kiện đo lường không phù hợp, hoặc thiếu hiểu biết về đối tượng đo Trị số của sai số này thường cố định hoặc biến đổi theo quy luật, do các nguyên nhân gây ra cũng có tính chất tương tự Để giảm thiểu sai số hệ thống, chúng ta có thể tìm các trị số bổ chính hoặc tổ chức quá trình đo lường một cách hợp lý Dựa vào nguyên nhân, sai số hệ thống có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
Sai số công cụ: Ví dụ : - Chia độ sai - Kim không nằm đúng vị trí ban đầu - tay đòn của cân không bằng nhau
Sử dụng đồng hồ không đúng quy định có thể dẫn đến sai số, ví dụ như khi đặt đồng hồ ở những nơi có ảnh hưởng từ nhiệt độ, từ trường hoặc không tuân thủ vị trí lắp đặt quy định.
Sai số do chủ quan của người xem đo Ví dụ : Đọc số sớm hay muộn hơn thực tế, ngắm đọc vạch chia theo đường xiên
Sai số do phương pháp : Do chọn phương pháp đo chưa hợp lý, không nắm vững phương pháp đo
Sai số ngẫu nhiên là những sai số không thể tránh khỏi, phát sinh từ sự không chính xác do các yếu tố hoàn toàn ngẫu nhiên.
Nguyên nhân của sai số ngẫu nhiên trong quá trình đo lường xuất phát từ những biến đổi nhỏ không liên quan đến nhau, diễn ra mà không thể dự đoán trước Do đó, không thể loại bỏ hoàn toàn các nguyên nhân gây ra sai số này, mà chỉ có thể tính toán và xác định trị số của nó.
Là sai số của phương tiện đo khi đại lượng đo biến đổi theo thời gian
3.2.5 Các cách biểu diễn kết quả đo lường trong phép đo kỹ thuật và phép đo chính xác
Phương pháp đo bao gồm việc phối hợp các thao tác cơ bản như xác định mẫu, so sánh, biến đổi và thể hiện kết quả Các phương pháp đo khác nhau phụ thuộc vào cách nhận thông tin, kích thước đại lượng đo, điều kiện đo và yêu cầu về độ chính xác.
Tùy thuộc vào đối tượng và điều kiện đo, người quan sát cần lựa chọn phương pháp đo phù hợp để đảm bảo độ chính xác Trong thực tế, các phương pháp đo thường được chia thành hai loại chính: phương pháp đo biến đổi thẳng và phương pháp đo kiểu so sánh Phương pháp đo biến đổi thẳng là một trong những cách thức đo lường quan trọng.
- Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa là không có khâu phản hồi
Đại lượng cần đo X trải qua các quá trình biến đổi để trở thành con số N X, trong khi đơn vị của đại lượng đo X O cũng được chuyển đổi thành con số N O.
* Tiến hành quá trình so sánh giữa đại lượng đo và đơn vị (thực hiện phép chia
* Thu được kết quả đo: A X = X/X O = N X /N O
Hình 1.2 Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng
Quá trình biến đổi thẳng là quá trình mà thiết bị đo thực hiện để chuyển đổi tín hiệu đo X và tín hiệu đơn vị X O Sau khi trải qua các khâu biến đổi, tín hiệu này có thể được chuyển đổi qua bộ biến đổi tương tự - số A/D, tạo ra N X và N O Cuối cùng, qua khâu so sánh, ta có được tỉ lệ N X /N O.
Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường gặp sai số tương đối lớn do tín hiệu qua các khâu biến đổi tích lũy sai số từ từng khâu Do đó, loại dụng cụ này thường được sử dụng trong các phép đo không yêu cầu độ chính xác cao Phương pháp đo kiểu so sánh là một lựa chọn phổ biến trong những trường hợp này.
- Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng, nghĩa là có khâu phản hồi
+ Đại lượng đo X và đại lượng mẫu X O được biến đổi thành một đại lượng vật lý nào đó thuận tiện cho việc so sánh
Quá trình so sánh giữa X và tín hiệu X K (tỉ lệ với X O) diễn ra liên tục trong suốt quá trình đo Khi hai đại lượng này bằng nhau, kết quả đo X K sẽ được xác định.
Quá trình đo kiểu so sánh là phương pháp đo lường mà thiết bị thực hiện được gọi là thiết bị đo kiểu so sánh hoặc thiết bị kiểu bù.
Hình 1.3 Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh
ĐO LƯỜNG ĐIỆN
Khái niệm chung – các cơ cấu đo điện thông dụng
Đo lường điện là quá trình xác định các đại lượng vật lý của dòng điện thông qua việc sử dụng các dụng cụ như Ampe kế, Vôn kế, Ohm kế, Tần số kế và công tơ điện.
Vai trò : Đo lường điện đóng vai trò rất quan trọng đối với nghề điện dân dụng vì những lý do đơn giản sau :
Nhờ dụng cụ đo lường có thể xác định trị số các đại lượng điện trong mạch
Nhờ dụng cụ đo, có thể phát hiện một số hư hỏng xảy ra trong thiết bị và mạch điện
Sử dụng vạn năng kế để kiểm tra tình trạng của thiết bị điện như bàn là và tủ lạnh, giúp phát hiện hỏng hóc hoặc rò rỉ điện Đối với các thiết bị mới hoặc sau khi bảo trì, việc đo các thông số kỹ thuật là cần thiết để đánh giá chất lượng Các dụng cụ đo và mạch đo phù hợp cho phép xác định các thông số kỹ thuật của thiết bị điện Các đại lượng, dụng cụ đo và ký hiệu thường gặp trong đo lường điện là những kiến thức cơ bản mà người sử dụng cần nắm rõ.
Dụng cụ đo điện áp Vôn kế (V) V
Dụng cụ đo dòng điện Ampe kế (Akế) A
Dụng cụ đo công suất Oát kế (W) W
Dụng cụ đo điện năng Công tơ điện (Kwh) Kwh
1.2 Các cơ cấu đo điện thông dụng
1.2.1 Cơ cấu đo từ điện : a Cấu tạo: gồm 2 phần là phần tĩnh và phần động
- Phần tĩnh: gồm nam châm vĩnh cửu 1, mạch từ và cự từ 3, lõi sắt 6 hình thành mạch từ kín
Phần động của thiết bị bao gồm khung dây 5 được quấn bằng dây đồng, gắn vào trục quay Trên trục quay có 2 lò xo cản 7 được mắc ngược nhau, cùng với kim chỉ thị 2 và thang đo 8.
Khi dòng điện chạy qua khung dây dưới tác động của từ trường của nam châm vĩnh cửu, sẽ sinh ra mômen quay Mq, khiến khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu một góc α Mômen quay Mq được tính toán dựa trên các yếu tố liên quan đến dòng điện và từ trường.
Tại vị trí cân bằng, mômen quay bằng mômen cản:
Trong đó: We – năng lượng điện từ trường
B – độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu
W – số vòng dây của khung dây
I – cường độ dòng điện c Các đặc tính chung
- Chỉ đo được dòng điện 1 chiều
- Đặc tính của thang đo đều
- Ưu điểm: độ chính xác cao, ảnh hưởng của từ trường không đáng kể, công suất tiêu thụ nhỏ, độ cản dịu tốt, thang đo đều
- Nhược điểm: chế tạo phức tạp, chịu quá tải kém, độ chính xác chịu ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ, chỉ đo dòng 1 chiều
+ chế tạo các loại ampemét, vônmét, ômmét nhiều thang đo, dải đo rộng
+ chế tạo các loại điện kế có độ nhạy cao
+ chế tạo các dụng cụ đo điện tử tương tự: vônmét điện tử, tần số kế điện tử…
1.2.2 Cơ cấu đo điện từ a Cấu tạo: gồm 2 phần là phần tĩnh và phần động
- Phần tĩnh: là cuộn dây 1 bên trong có khe hở không khí (khe hở làm việc)
Phần động của thiết bị bao gồm lõi thép 2 gắn lên trục quay 5, cho phép lõi thép quay tự do trong khe làm việc của cuộn dây Trên trục quay, các bộ phận như bộ phận cản dịu không khí 4, kim chỉ 6 và đối trọng 7 được gắn kết Bên cạnh đó, thiết bị còn có lò xo cản 3 và bảng khắc độ để tăng cường hiệu suất hoạt động.
Cấu tạo chung của cơ cấu chỉ thị điện từ bao gồm cuộn dây và lõi thép Khi dòng điện I chạy vào cuộn dây 1, nó tạo ra một nam châm điện, hút lõi thép 2 vào khe hở không khí, tạo ra mômen quay.
W e , L là điện cảm của cuộn dây
Tại vị trí cân bằng: 2
là phương trình thể hiện đặc tính của cơ cấu chỉ thị điện từ c Các đặc tính chung
- Thang đo không đều, có đặc tính phụ thuộc vào dL/d là một đại lượng phi tuyến
- Cản dịu thường bằng không khí hoặc cảm ứng
- Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu được quá tải lớn
Nhược điểm của thiết bị đo là độ chính xác không cao, đặc biệt khi đo ở mạch một chiều, dẫn đến sai số do hiện tượng từ trễ và từ dư Ngoài ra, thiết bị cũng có độ nhạy thấp và dễ bị ảnh hưởng bởi từ trường bên ngoài.
- Ứng dụng: thường để chế tạo các loại ampemét, vônmét…
1.2.3 Cơ cấu đo điện động a Cấu tạo: gồm 2 phần cơ bản phần động và phần tĩnh
- Phần tĩnh: gồm cuộn dây 1 để tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua Trục quay chui qua khe hở giữa hai phần cuộn dây tĩnh
Khung dây 2 được đặt bên trong cuộn dây tĩnh và gắn với trục quay Trên trục quay có lò xo cản, bộ phận cản dịu cùng với kim chỉ thị, tạo nên một hệ thống hoạt động hiệu quả.
Cả phần động và phần tĩnh của thiết bị được bảo vệ bằng màn chắn, nhằm ngăn chặn ảnh hưởng của từ trường bên ngoài Nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên việc khi dòng điện I1 chạy vào cuộn dây 1, nó sẽ tạo ra từ trường bên trong cuộn dây Từ trường này tác động lên dòng điện I2 trong khung dây 2, sinh ra mômen quay, khiến khung dây 2 quay một góc α.
M q dW e , có 2 trường hợp xảy ra:
Với: M12 là hỗ cảm giữa cuộn dây tĩnh và động; là góc lệch pha giữa
Hình 2.3 Cấu tạo của cơ cấu chỉ thị điện động c Các đặc tính chung
- Có thể dùng trong cả mạch điện một chiều và xoay chiều
- Góc quay phụ thuộc tích (I1.I2) nên thang đo không đều
- Trong mạch điện xoay chiều phụ thuộc góc lệch pha nên có thể ứng dụng làm Oátmét đo công suất
- Ưu điểm: có độ chính xác cao khi đo trong mạch điện xoay chiều
Nhược điểm của thiết bị này bao gồm công suất tiêu thụ lớn, khiến nó không phù hợp cho các mạch công suất nhỏ Ngoài ra, nó còn chịu ảnh hưởng từ trường bên ngoài và có độ nhạy thấp do mạch từ yếu.
- Ứng dụng: Chế tạo các ampemét, vônmét, oátmét một chiều và xoay chiều tần số công nghiệp…
1.2.4 Cơ cấu đo cảm ứng a Cấu tạo: gồm phần tĩnh và phần động
Phần tĩnh của thiết bị bao gồm các cuộn dây điện 2,3, được thiết kế để tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua Từ trường này sẽ móc vòng qua mạch từ và phần động, trong đó có tối thiểu 2 nam châm điện hoạt động.
- Phần động: đĩa kim loại 1 (thường bằng Al) gắn vào trục 4 quay trên trụ 5
Hình 2.4 Cơ cấu chỉ thị cảm ứng b Nguyên lý làm việc:
Cơ cấu này hoạt động dựa trên sự tương tác giữa từ trường xoay chiều và dòng điện xoáy được sinh ra trong đĩa của phần động Do đó, nó chỉ có thể sử dụng với mạch điện xoay chiều.
Mômen quay được tính: Mq = C.f.1.2.cos
Với: C – hằng số f – tần số của dòng điện I1, I2
1.2 – từ thông c Đặc tính chung
- Để có mômen quay là phải có ít nhất 2 từ trường
- Mômen quay đạt giá trị cực đại nếu góc lệch pha giữa I1 và I2 bằng
- Mômen phụ thuộc vào tần số của dòng điện tạo ra từ trường
- Chỉ làm việc trong mạch xoay chiều
- Nhược điểm: mômen quay phụ thuộc tần số nên cần phải ổn định tần số
- Ứng dụng: chủ yếu để chế tạo công tơ đo năng lượng, có thể đo tần số
Bảng 2.1: Tổng kết các loại cơ cấu chỉ thị cơ điện
Đo dòng điện
Dụng cụ được sử dụng để đo dòng điện là Ampe hay ampemet
2.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo dòng điện
2.2 Các phương pháp đo dòng điện
Phương pháp đo trực tiếp dòng điện sử dụng các dụng cụ như ampe kế, miliampe kế và microampe kế, cho phép người dùng đo lường dòng điện một cách chính xác và dễ dàng Kết quả đo được hiển thị trực tiếp trên thang chia độ của thiết bị, giúp người sử dụng nhanh chóng nắm bắt thông tin cần thiết.
Phương pháp đo gián tiếp cho phép xác định dòng điện cần đo bằng cách sử dụng vônmét để đo điện áp rơi trên một điện trở mẫu trong mạch Qua các phép tính, ta có thể tính toán được giá trị dòng điện chính xác.
Phương pháp so sánh là một kỹ thuật đo dòng điện bằng cách đối chiếu dòng điện cần đo với dòng điện mẫu Khi đạt trạng thái cân bằng giữa dòng điện cần đo và dòng mẫu, kết quả sẽ được hiển thị trên thiết bị đo Phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình đo lường.
- Phương pháp chia nhỏ cuộn dây
Khi đo dòng điện nhỏ, người ta sử dụng các cuộn dây mắc nối tiếp, trong khi để đo dòng điện lớn, các cuộn dây sẽ được mắc song song.
Hình 2.5 Phương pháp chia nhỏ cuộn dây
- Phương pháp dùng biến dòng điện
Hình 2.6: Sơ đồ dùng B I để đo dòng điện
KI: hệ số máy biến dòng VD máy biến dòng: 100/5; 200/5; 300/5…
Phương pháp sử dụng điện trở Shunt giúp tăng khả năng chịu dòng cho cơ cấu chỉ thị bằng cách mắc thêm điện trở Shunt song song với nó, cho phép dòng lớn hơn đi qua.
Diode mắc nối tiếp với cơ cấu đo từ điện, do đó dòng điện chỉnh lưu qua cơ cấu đo, dòng điện qua Rs là dòng AC
Im dòng điện qua cơ cấu đo
Immax dòng điện cực đại
Imax dòng điện cực đại cho phép qua cơ cấu đo max max 0 , 318 2
Giá trị dòng điện hiệu dụng của dòng điện AC qua Rs:
I s c Ic là dòng điện cần đo
2.4.1 Đồng hồ vạn năng (VOM)
Hình 2.7 Đồng hồ vạn năng
Đồng hồ vạn năng (VOM) là thiết bị đo thiết yếu cho kỹ thuật viên điện tử, với bốn chức năng chính: đo điện trở, đo điện áp DC, đo điện áp AC và đo dòng điện Ưu điểm của đồng hồ vạn năng bao gồm khả năng đo nhanh và kiểm tra nhiều loại linh kiện, cũng như cho phép quan sát sự phóng nạp của tụ điện Tuy nhiên, thiết bị này có hạn chế về độ chính xác và trở kháng thấp khoảng 20K/Volt, dẫn đến hiện tượng sụt áp khi đo trong các mạch có dòng thấp.
Hướng dẫn đo dòng điện bằng đồng hồ vạn năng
Để đo dòng điện bằng đồng hồ vạn năng, bạn cần sử dụng thang đo dòng và kết nối đồng hồ nối tiếp với tải tiêu thụ Lưu ý rằng chỉ nên đo dòng điện nhỏ hơn giá trị tối đa của thang đo cho phép Thực hiện theo các bước hướng dẫn cụ thể để đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo.
Bước1 : Đặt đồng hồ vào thang đo dòng cao nhất
Bước 2: Đặt que đồng hồ nối tiếp với tải, que đỏ về chiều dương, que đen về chiều âm
Nếu kim lên thấp quá thì giảm thang đo
Nếu kim lên kịch kim thì tăng thang đo, nếu thang đo đã để thang cao nhất thì đồng hồ không đo được dòng điện này
Chỉ số kim báo sẽ cho ta biết giá trị dòng điện
Cách 2 : Dùng thang đo áp DC
Có thể đo dòng điện qua tải bằng cách đo sụt áp trên điện trở hạn dòng nối với tải Điện áp đo được chia cho giá trị của điện trở hạn dòng sẽ cho biết giá trị dòng điện Phương pháp này cho phép đo các dòng điện lớn hơn khả năng của đồng hồ, đồng thời cũng an toàn hơn khi sử dụng.
Cách đọc trị số dòng điện và điện áp khi đo như thế nào ?
* Đọc giá trị điện áp AC và DC
Khi đo điện áp DC, cần đọc giá trị trên vạch chỉ số DC tương ứng với thang đo Nếu sử dụng thang 250V, giá trị cao nhất sẽ là 250, trong khi thang 10V có giá trị cao nhất là 10 Đối với thang 1000V mà không có vạch ghi 1000, ta sẽ đọc giá trị Max = 10 và nhân với 100 để có giá trị đo chính xác.
Khi đo điện áp AC, cần đọc giá trị trên vạch AC Nếu thang đo là 10V, thì giá trị đọc được sẽ tương ứng Đối với thang đo khác, giá trị sẽ được tính theo tỷ lệ Chẳng hạn, nếu sử dụng thang 250V, mỗi chỉ số của vạch 10 số sẽ tương đương với 25V.
Khi đo dòng điện thì đọc giá trị tương tự đọc giá trị khi đo điện áp
Ampe kẹp được dùng để đo dòng điện trong mạch lớn hoặc đo dòng điện trên nhiều dây dẫn
Khi dây dẫn mang dòng điện, nó sẽ tạo ra một từ trường xung quanh Nếu dòng điện là dòng xoay chiều, từ trường sẽ biến đổi theo thời gian Cường độ từ trường tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện.
Ampe kẹp sử dụng biến dòng để đo dòng điện xoay chiều, với cơ cấu mỏ kẹp bằng sắt từ giúp kẹp quanh dây dẫn Mỏ kẹp cũng hoạt động như mạch từ của máy biến dòng Cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng được đặt trong vỏ đồng hồ và kết nối với đồng hồ đo dòng tiêu chuẩn Ngoài chức năng đo dòng, ampe kẹp còn có khả năng đo volt AC/DC và điện trở (ohm) Thiết bị chỉ thị có thể là loại kim hoặc kỹ thuật số, cho phép hiển thị dòng điện xoay chiều cần đo.
Ampe kẹp có nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất, với các thông số kỹ thuật và cỡ đo đa dạng Trước khi sử dụng, người dùng nên đọc kỹ tài liệu hướng dẫn đi kèm để đảm bảo sử dụng đúng cách.
Đo điện áp
3.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của các dụng cụ đo điện áp
Dụng cụ dùng để đo điện áp gọi là Vôn kế hay vônmét
Khi sử dụng vônmét để đo điện áp, thiết bị này luôn được kết nối song song với đoạn mạch cần đo Để đo điện áp của một phần tử cụ thể, vônmét được mắc theo cách nhất định.
Hình 2.9 Cách mắc để đo điện áp
Các vôn mét trong đo lương điện được phân loại căn cứ vào các tính năng sau đay:
- Dạng chỉ thị: vôn mét chỉ thị bằng kim hay vôn mét chỉ thị bằng số
- Thông số của điện áp đo: vôn mét đo điện áp đỉnh, điện áp trung bình hay điện áp hiệu dụng
- Dải trị số điện áp đo: micro vôn mét, mili vôn mét hay kilo vôn mét
Vôn mét, giống như các thiết bị đo lường tín hiệu khác, được cấu tạo từ hai phần chính: bộ biến đổi và bộ chỉ thị.
Hình 2.10 Cấu tạo chung của Vôn mét
Bộ biến đổi vôn mét mà chúng ta đang xem xét là bộ tách sóng, có chức năng chuyển đổi điện áp cần đo có chu kỳ thành điện áp một chiều Đối với micro vôn mét, tín hiệu trước khi vào bộ tách sóng cần được khuếch đại Yêu cầu đối với bộ khuếch đại bao gồm hệ số khuếch đại phải ổn định, không phụ thuộc vào tần số, trở kháng lớn và điện dung vào nhỏ.
Bộ chỉ thị vôn mét là thiết bị đo điện áp một chiều, có thể hiển thị kết quả bằng kim hoặc số Để đảm bảo độ chính xác, các bộ này cần có điện trở vào cao.
Khi đo điện áp xoay chiều cao tần, vôn mét điện tử là thiết bị lý tưởng nhờ vào trở kháng vào lớn, độ nhạy cao và tiêu thụ ít năng lượng Thiết bị này có khả năng chịu quá tải và có nhiều loại, bao gồm cả đo điện áp một chiều và điện áp xoay chiều Kết quả đo có thể được hiển thị dưới dạng số hoặc bằng kim, tùy thuộc vào cấu tạo của vôn mét.
3.2 Các phương pháp đo điện áp a Đo bằng Vônmét từ điện
Vônmét 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, được dùng:
- 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
Hình 2.11 Đo bằng Vônmét điện từ b Vônmét điện từ
Vônmét điện từ ứng dụng cơ cấu chỉ thị điện từ để đo điện áp Được dùng để đo điện áp xoay chiều ở tần só công nghiệp
Vì yêu cầu điện trở trong của
Vônmét lớn nên dòng điện chạy trong cuộn dây nhỏ, số lượng vòng dây quấn trên cuộn tĩnh rất lớn, cỡ 1000 đến 6000 vòng
Khi đo ở mạch xoay chiều sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng sinh ra bởi tần số của dòng điện, ảnh hưởng đến trị số trên thang đo
Khắc phục bằng cách mắc song song với cuộn dây một tụ bù c Vônmét điện động
Vônmét điện động có cấu trúc phần động tương tự như ampemet điện động, nhưng số lượng vòng dây ở phần tĩnh nhiều hơn Ngoài ra, tiết diện dây ở phần tĩnh nhỏ hơn do vônmét yêu cầu điện trở trong lớn.
Trong vônmét điện động, cuộn dây động và cuộn dây tĩnh luôn mắc nối tiếp nhau, tức:
Khi đo điện áp ở tần số cao, cần lưu ý rằng có thể xảy ra sai số do tần số Để khắc phục tình trạng này, cần bố trí thêm tụ bù cho các cuộn dây tĩnh và động Phương pháp so sánh cũng là một cách hiệu quả để đo điện áp trong các trường hợp này.
Các dụng cụ đo điện áp sử dụng cơ cấu cơ điện để hiển thị kết quả đo, do đó độ chính xác của chúng không thể vượt quá độ chính xác của chỉ thị Để nâng cao độ chính xác trong việc đo điện áp, người ta áp dụng phương pháp bù.
Nguyên tắc cơ bản sau:
- Uk là điện áp mẫu với độ chính xác rất cao được tạo bởi dòng điện I ổn định đi qua điện trở mẫu Rk Khi đó:
- Chỉ thị là thiết bị phát hiện sự chênh lệch điện ấp mẫu Uk và điện áp cần đo
Khi U ) điều chỉnh con chạy của điện trở mẫu Rk sao cho Ux = Uk nghĩa là làm cho U = 0; chỉ thị Zero
Chú ý : Các dụng cụ bù điện áp đều có nguyên tắc hoạt động như trên nhưng có thể khác nhau phần tạo điện áp mẫu Uk
3.3 Mở rộng thang đo a Phương pháp dùng điện trở phụ
Với: Ro điện trở của cơ cấu đo
Rp là điện trở phụ
Uo điện áp đặt lên cơ cấu
Ux điện áp cần đo
, vậy: Ku.Ro = Ro + Rp Rp = Ro(Ku – 1)
Ku là hệ số mở rộng của thang đo
Có thể chế tạo vônmét điện động với nhiều thang đo bằng cách thay đổi cách mắc song song hoặc nối tiếp giữa hai đoạn dây tĩnh, đồng thời kết nối các điện trở phụ Ví dụ, sơ đồ vônmét điện động có thể bao gồm hai thang đo khác nhau.
Trong đó: A1, A2 là hai phần của cuộn dây tĩnh
Vônmét sử dụng cuộn dây động, trong đó cuộn dây tĩnh và động luôn được nối tiếp với nhau cùng với các điện trở phụ Rp Bộ đổi nối K có chức năng thay đổi giới hạn đo, trong khi các tụ điện C tạo mạch bù tần số cho vônmét Phương pháp sử dụng biến điện áp cũng được áp dụng trong thiết bị này.
Vì Vônmét có điện trở lớn nên có thể coi biến áp luôn làm việc ở chế độ không tải:
Trong quá trình sử dụng và chế tạo biến áp, điện áp định mức của biến áp phía thứ cấp được quy ước là 100V, trong khi phía sơ cấp được chế tạo tương ứng với các cấp điện áp lưới Khi lắp đặt hợp bộ giữa biến điện áp và Vônmét, độ Vônmét sẽ được khắc theo giá trị điện áp 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
3.4 Điều chỉnh được các dụng cụ đo
3.5 Đo điện áp Đo điện áp xoay chiều AC
Khi đo điện áp xoay chiều, cần chuyển thang đo sang các thang AC phù hợp, thường là cao hơn điện áp cần đo một bậc Chẳng hạn, để đo điện áp AC 220V, nên chọn thang AC 250V Nếu chọn thang thấp hơn, đồng hồ sẽ báo kịch kim, trong khi thang quá cao sẽ dẫn đến kết quả không chính xác.
Khi sử dụng đồng hồ đo điện, tuyệt đối không được đặt thang đo điện trở hoặc thang đo dòng điện khi đo điện áp xoay chiều, vì nếu nhầm lẫn, đồng hồ sẽ bị hỏng ngay lập tức Cụ thể, nếu bạn nhầm thang đo dòng điện và đo vào nguồn AC, đồng hồ sẽ bị hỏng Tương tự, nếu nhầm thang đo điện trở và đo vào nguồn AC, các điện trở bên trong đồng hồ cũng sẽ bị hỏng.
Khi sử dụng thang đo điện áp một chiều (DC) để đo nguồn điện xoay chiều (AC), kim đồng hồ sẽ không hiển thị kết quả, nhưng thiết bị vẫn hoạt động bình thường Việc đo điện áp AC bằng thang đo DC không làm hỏng đồng hồ, mặc dù kim đồng hồ không di chuyển.
Khi đo điện áp một chiều (DC), cần chuyển thang đo sang chế độ DC và đặt que đo đỏ vào cực dương (+) và que đen vào cực âm (-) Để đảm bảo kết quả chính xác, thang đo nên được chọn cao hơn điện áp cần đo một nấc; ví dụ, để đo 110V DC, chọn thang 250V Nếu thang đo thấp hơn điện áp cần đo, kim sẽ báo kịch kim, trong khi nếu thang quá cao, kim sẽ không chính xác.
Dùng đồng hồ vạn năng đo điện áp một chiều DC
* Trường hợp để sai thang đo :
Đo công suất
4.1 Hiểu được cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo công suất
Công suất là một đại lượng cơ bản trong nhiều quá trình và hiện tượng vật lý, do đó việc xác định công suất trở thành một phép đo phổ biến Nâng cao độ chính xác trong việc đo công suất không chỉ có ý nghĩa lớn trong nền kinh tế quốc dân mà còn liên quan đến việc tiêu thụ và tiết kiệm năng lượng, cũng như việc tìm kiếm các nguồn năng lượng mới.
Dải đo của công suất điện thường từ 10 -20 Wđến 10 +20 W
Hình 2.12: Sơ đồ mắc oát – mét với nguồn công suất cần đo
Về cấu tạo thì các Oát – mét thường gồm 3 khối: tải hấp thụ, bộ biến đổi năng lượng và thiết bị chỉ thị
4.2 Các phương pháp đo công suất Ở các mạch điện một chiều, mạch xoay chiều tần số công nghiệp (50Hz,
Đo công suất có thể thực hiện theo hai phương pháp: trực tiếp và gián tiếp Phương pháp đo trực tiếp sử dụng Oát-mét, thiết bị này có chức năng biến đổi đại lượng điện bằng cách nhân điện áp và dòng điện trên tải Trong khi đó, phương pháp đo gián tiếp yêu cầu đo các thông số như dòng điện, điện áp và trở kháng để tính toán công suất.
Đo dòng điện ở cao tần được thực hiện thông qua các phương pháp chuyển đổi năng lượng điện từ thành các dạng năng lượng khác nhau như quang năng, nhiệt năng hoặc cơ năng để tiến hành đo lường chính xác.
4.3 Điều chỉnh được các dụng cụ đo
Kiểm tra công tơ là bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác của chỉ số đo Trước khi sử dụng, công tơ cần được hiệu chỉnh và cặp chì Để thực hiện việc kiểm tra, cần mắc công tơ theo sơ đồ hình 3.3.
Hình 2.13 Sơ đồ kiểm tra côngtơ
Nguồn điện 3 pha có thể được điều chỉnh thông qua bộ điều chỉnh pha để tạo ra điện áp một pha, với khả năng lệch pha từ 0 đến 360 độ so với bất kỳ pha nào Tiếp theo, điện áp này sẽ được chuyển đổi qua biến dòng, sử dụng biến áp tự ngẫu.
1, dòng điện ra được mắc nối tiếp với phụ tải Z
T ampemét và các cuộn dòng của watmet và công tơ đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường điện năng Điện áp được lấy từ một pha bất kỳ của nguồn điện, chẳng hạn như pha BC, thông qua biến áp tự ngẫu L, giúp đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo.
2 và đặt vào cuộn áp của watmet cũng như của công tơ, vônmét chỉ điện áp đó ở đầu ra của biến áp tự ngẫu L
* Việc kiểm tra công tơ theo các bước sau đây:
1 Điều chỉnh tự quay của công tơ: điều chỉnh L
2, đặt điện áp vào cuộn áp của watmet và công tơ bằng điện áp định mức U = U
Khi dòng điện vào cuộn dòng của wattmet và công tơ bằng không (I = 0), wattmet sẽ chỉ 0 và công tơ sẽ không quay Nếu công tơ bắt đầu quay trong trường hợp này, đó được coi là hiện tượng tự quay của công tơ.
Nguyên nhân gây ra hiện tượng tự quay của côngtơ là do cần tạo ra một mômen bù ban đầu để thắng lực ma sát Khi mômen bù này quá lớn, vượt quá mômen ma sát giữa trục và trụ, côngtơ sẽ tự quay Để khắc phục hiện tượng này, cần điều chỉnh vị trí của mấu từ trên trục côngtơ, nhằm tăng mômen hãm và giảm mômen bù cho đến khi côngtơ ngừng quay.
I = 2/π: cho điện áp bằng điện áp định mức U
= UN, dòng điện bằng dòng điện định mức I = I
Để điều chỉnh góc lệch pha φ bằng π/2, ta cần đạt được điều kiện cos φ = 0, lúc này wattmet chỉ ghi nhận giá trị 0 Nếu công tơ quay, điều này cho thấy rằng góc θ không bằng π/2 và công tơ không phản ánh đúng công suất Để đạt được góc θ bằng π/2, ta cần điều chỉnh góc β hoặc từ thông Φu bằng cách điều chỉnh bộ phận phân nhánh từ của cuộn áp, hoặc có thể điều chỉnh góc α.
Bằng cách điều chỉnh vòng ngắn mạch của cuộn dòng, bạn có thể làm cho công tơ đứng yên Khi công tơ không còn di chuyển, số chỉ của nó sẽ tương ứng với tỉ lệ công suất, tức là góc θ = π / 2.
3 Kiểm tra hằng số công tơ: để kiểm tra hằng số công tơ C p thì cần phải điều chỉnh sao cho cos Ф = 1 (tức làФ = 0), lúc này watmet chỉ P = U.I
N Đo thời gian quay của công tơ bằng đồng hồ bấm giây t Đếm số vòng
N mà công tơ quay được trong khoảng thời gian t Từ đó ta tính được hằng số công tơ:
Hằng số này thường không đổi đối với mỗi loại côngtơ và được ghi trên mặt côngtơ
4.4 Đo công suất mạch xoay chiều một pha
Khi dòng điện và áp suất có dạng sóng hình sin, công suất tác dụng được tính theo công thức P = U.I.cosφ, trong đó hệ số cosφ được gọi là hệ số công suất.
Còn đại lượng S = U.I gọi là công suất toàn phần được coi là công suất tác dụng khi phụ tải là thuần điện trở tức là, khi cosφ = 1
Khi đánh giá hiệu quả của các thiết bị điện, khái niệm công suất phản kháng đóng vai trò quan trọng Đối với áp và dòng hình sin, công suất phản kháng được tính toán dựa trên các yếu tố liên quan đến điện áp và dòng điện.
Công suất tác dụng trong một quá trình có chu kỳ với dạng đường cong bất kỳ được xác định bằng công thức Q = U.I.sinφ Trong trường hợp này, công suất tác dụng là tổng các công suất của các thành phần sóng hài.
Hệ số công suất trong trường hợp này được xác định như là tỉ số giữa công suất tác dụng và công suất toàn phần:
4.5 Đo công suất mạch xoay chiều ba pha
Công suất tác dụng và công suất phản kháng được tính bằng biểu thức: U φ, I φ là điện áp pha và dòng pha hiệu dụng, trong khi φC là góc lệch pha giữa dòng và áp của pha tương ứng.
Biểu thức để đo năng lượng điện được tính như sau:
Wi=Pi.t với: P: công suất tiêu thụ t: thời gian tiêu thụ
Đo điện trở
5.1 Hiểu được cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo điện trở 5.1.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động của Ôm mét a Cấu tạo Đo bằng ÔM kế (hình 5.5.2)
Hình 5.5.2 ÔM kế dùng để đo các điện trở có giá trị nhỏ
- Cơ cấu chỉ thị kiểu từ điện Rcc
- Rbt - điện trở dùng để điều chỉnh vị trí không
- Rx - điện trở cần đo b Nguyên lý hoạt động
Khi nối Rx cần đo vào Mạch, dòng điện đi qua cơ cấu đo I:
E và Rbt không đổi thì I phụ thuộc Rx, đọc được I ta suy ra điện trở Rx
Trên thang đo khắc độ theo đơn vị điện trở tương ứng với dòng điện I
Sau Một thời gian sử dụng E của pin giảM, nên trước khi đo cần ngắn Mạch 1, 2 để chỉnh kiM về vị trí 0, sau đó Mới bắt đầu đo
5.1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động của Mê Gôm Mét
Mê gôm mét là thiết bị chuyên dụng để đo điện trở cao, thường được sử dụng để kiểm tra điện trở cách điện của máy móc, thiết bị điện và các đường dây điện Cấu tạo của mê gôm mét bao gồm các linh kiện chính giúp đo lường chính xác các giá trị điện trở.
Phần chính của mê gôm mét bao gồm một tỷ số kế kiểu từ điển và một Ma nhê tô, là máy phát điện một chiều quay tay, được sử dụng làm nguồn để thực hiện đo lường.
Tỷ số kế là một dụng cụ đo đặc biệt, hoạt động dựa trên nguyên lý từ điển với cấu trúc gồm một nam châm vĩnh cửu và hai cuộn dây Hai cuộn dây này được lắp trên cùng một trục có khả năng quay, và không có lò xo tạo mô men cản, cho phép kim chỉ thị có thể ở bất kỳ vị trí nào khi không sử dụng.
Hình 5.1.2 Sơ đồ công tơ một pha b Nguyên lý làm việc
Tỷ số kế có hai cuộn dây, một cuộn nối tiếp với điện trở phụ R1 và một cuộn nối tiếp với điện trở phụ R2 cùng với điện trở cần đo Rx Cả hai cuộn dây được kết nối với Ma nhê tô (Mpđ) Khi Ma nhê tô quay, dòng điện sẽ đi qua cả hai cuộn dây, tạo ra sự tương tác giữa từ trường và dòng điện, dẫn đến việc sinh ra hai mô men quay cho hai cuộn dây.
Góc quay của kim đồng hồ phụ thuộc vào tổng M = M1 + M2, trong đó tỷ số của hai dòng điện trên cuộn dây quyết định góc quay Khi điện trở R1 và R2 không đổi, tỷ lệ i1 / i2 sẽ phụ thuộc vào điện trở cần đo Rx Như vậy, thông qua việc đo góc quay, ta có thể xác định được giá trị của điện trở Rx.
Hình 5.1.2 Nguyên lý đo điện trở cách điện của Mê ga ôm
Các Mêgômmét thường dùng có nhiều kiểu khác nhau nhưng có quy cách và tính năng chủ yếu thường là:
+ Phạm vi đo: Gồm 2 cỡ đo là cỡ KΩ (0-500-1000 K Ω) và cỡ M Ω(0- 500- 1000MΩ)
Trên Mê ga ôm mét, có ba cọc đấu dây chính: cọc “đường dây”, cọc “nối đất” và cọc “bảo vệ” Cọc “bảo vệ” có tác dụng ngăn chặn hiện tượng rò điện giữa cọc “đường dây” và cọc “nối đất” ở bề mặt ngoài của vật cách điện được đo Việc hiểu rõ công dụng của từng cọc là rất quan trọng để tránh đấu nhầm khi thực hiện đấu dây.
Hình 5.1.2 Cách đấu dây khi dùng Megomet đo điện trở cách điện
Chọn Mê ga ômmét cần căn cứ theo cấp điện áp của thiết bị điện (thường dùng là loại 500V), trường hợp các biệt dùng loại 1000V Nếu dùng
Mê ga ômmét có điện áp định mức cao để do thiết bị có điện áp thấp thì nó có thể đánh thủng cách điện của thiết bị
Trước khi tiến hành đo điện trở cách điện, cần phải ngắt nguồn điện của thiết bị và thực hiện phóng điện ngắn mạch nối với đất để đảm bảo an toàn và đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo.
Khi đo phải đặt Mê ga ôm mét thật bằng phẳng, ổn định để tránh khi quay
Ma nhê tô làm kim bị dao động, số đọc sẽ không chính xác
Để đảm bảo độ chính xác khi đo với Mê g ôm mét, cần sử dụng dây 1 sợi có cách điện tốt, tuyệt đối không dùng dây súp (2 sợi cách điện) Ngoài ra, hai dây này không được tiếp xúc với thiết bị điện hoặc mặt đất để tránh ảnh hưởng đến kết quả đo.
Trước khi đo phải thử hở mạch và ngắn mạch:
+ Thử hở mạch: Cho hai dây đấu hở mạch, quay Ma-nhê-tô kim phải chỉ ở vị trí số .
+ Thử ngắn mạch: Cho ngắn mạch 2 dây đấu, quay Ma nhê tô kim phải chỉ số 0
Nếu khi thử kim như trên kim không chỉ đúng như vậy thì chứng tỏ
Mêgômmét đã hỏng phải kiểm tra để sửa chữa Mêga ôm mét
Khi thực hiện đấu dây, cần phân biệt rõ giữa các cọc, trong đó cọc “nối đất” phải được kết nối với vỏ thiết bị đo hoặc dây đất Đối với việc đo điện trở cách điện của cáp, lớp cách điện của cáp cần được đấu vào vòng bảo vệ của Mêgaôm mét.
Khi sử dụng máy nhê tô, cần quay từ từ trước khi tăng tốc độ dần dần, sau đó duy trì đều ở tốc độ xác định, thường là 120 vòng/phút với dung sai 20% Chỉ nên đọc số đo khi kim chỉ đã ổn định.
Khi đo điện trở cách điện của thiết bị điện có điện dung lớn như tụ điện và cáp điện, cần cắt dây đấu ở cọc "đường dây" sau khi hoàn tất đo để giảm tốc độ manhêtô và thả tay quay Điều này giúp tránh hiện tượng nạp điện ngược từ thiết bị đo vào Mêgômmét, có thể gây hỏng thiết bị Sau khi đo xong, cần thực hiện việc phóng điện bằng cách ngắn mạch đối với đất của thiết bị được đo.
5.2 Các phương pháp đo điện trở
5.2.1 Đo điện trở bằng phương pháp gián tiếp a Đo điện trở bằng vôn mét và amphemét
Sơ đồ đo điện trở R dựa trên định luật Ôm cho thấy rằng mặc dù có thể sử dụng các dụng cụ đo chính xác, nhưng giá trị điện trở thu được vẫn có thể bị sai số lớn Điều này phụ thuộc vào cách mắc ampe mét và vôn mét, dẫn đến giá trị R x đo được sẽ khác nhau.
Hình 5.2 Đo điện trở bằng Vônmét và Ampemét
Dựa vào số chỉ của Ampemét và Vônmét xác định được giá trị điện trở R ' x
Giá trị thị R x của điện trở cần đo được xác định theo cách mắc Ampemét và Vônmét trong mạch như sau:
U b Đo điện trở bằng phương pháp so với điện trở mẫu R 0
+ Điện trở đo và điện trở mẫu mắc nối tiếp
Để đo điện trở R X, cần mắc nó nối tiếp với điện trở mẫu R 0 có độ chính xác cao và kết nối với nguồn điện U Sử dụng Vônmét để đo điện áp rơi trên R X, ký hiệu là U X, và điện áp rơi trên điện trở mẫu là U 0.
Dựa trên giá trị các điện áp đo được tính ra giá trị điện trở cần đo R X :
Sai số của phép đo điện trở này bằng tổng sai số của điện trở mẫu R 0 và sai số của Vônmét (hoặc dụng cụ đo điện áp)
+ Điện trở đo và điện trở mẫu mắc song song
Dòng điện đi qua điện trở mẫu là I 0 và dòng điện qua điện trở đo là I x Với điện áp cung cấp ổn định ta có:I 0 R o =I x R x 0 R 0
Sai số của phép đo bằng tổng sai số của điện trở mẫu R 0 và sai số của ămpemét
5.2.2 Đo điện trở trực tiếp bằng Ômmét a Ôm mét nối tiếp
Là loại dụng cụ trong đó điện trở R x mắc nối tiếp với cơ cấu chỉ thị
Ômmét là một dụng cụ đo điện trở, được kết nối song song với cơ cấu chỉ thị Ưu điểm nổi bật của loại ômmét này là khả năng đo được điện trở nhỏ, thường ở mức kΩ trở lại, đồng thời có điện trở vào R Ω thấp khi dòng điện từ nguồn cung cấp không quá lớn.
ĐO NHIỆT ĐỘ
Khái niệm cơ bản - phân loại các dụng cụ đo nhiệt độ
1.1 Khái niệm về nhiệt độ và thang đo nhiệt độ a Khái niệm
Hình 3.1 Đồng hồ đo nhiệt độ
Tính chất của vật chất có mối liên hệ chặt chẽ với mức độ nóng lạnh của nó, được thể hiện qua nhiệt độ Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho trạng thái nhiệt của vật, phản ánh khả năng giữ nhiệt và liên quan đến động năng của vật theo thuyết động học phân tử.
Trong đó K- hằng số Bonltzman
E - Động năng trung bình chuyển động thẳng của các phân tử
T - Nhiệt độ tuyệt đối của vật
Theo định luật thứ hai của nhiệt động học, nhiệt lượng mà môi chất nhận vào hoặc tỏa ra trong chu trình Carnot phụ thuộc vào nhiệt độ của môi chất và có mối quan hệ nhất định.
Vậy khái niệm nhiệt độ không phụ thuộc vào bản chất mà chỉ phụ thuộc nhiệt lượng nhận vào hay tỏa ra của vật
Để đo nhiệt độ, cần xác định đơn vị nhiệt độ nhằm xây dựng thang đo nhiệt độ, thường được gọi là thước đo nhiệt độ Dụng cụ dùng để đo nhiệt độ được gọi là nhiệt kế, trong khi nhiệt kế chuyên dụng cho nhiệt độ cao được gọi là hỏa kế.
Thang Kelvin, được phát triển bởi Thomson Kelvin vào năm 1852, là thang nhiệt động học tuyệt đối với đơn vị nhiệt độ là Kelvin (K) Trong thang đo này, nhiệt độ của điểm cân bằng ba trạng thái của nước (nước, nước đá và hơi nước) được gán giá trị 273,15 K.
Thang Celsius, được phát triển bởi Andreas Celsius vào năm 1742, là một thang nhiệt độ bách phân với đơn vị đo là độ C Trong thang đo này, điểm cân bằng giữa nước và nước đá được xác định là 0 độ C, trong khi nhiệt độ sôi của nước được quy định là 100 độ C.
Nhiệt độ Celsius xác định qua nhiệt độ Kelvin theo biểu thức:
- Thang Fahrenheit (Fahrenheit – 1706): Đơn vị nhiệt độ là o F Trong thang đo này, nhiệt độ của điểm nước đá tan là 32 o F và điểm nước sôi là
Quan hệ nhiệt độ Fahrenheit và nhiệt Celsius:
Bảng 3.1: Nhiệt độ một số hiện tượng quan trọng theo các thang đo:
Nhiệt độ Kelvin (K) Celsius ( o C) Fahrenheit ( o F) Điểm 0 tuyệt đối 0 - 273,15 - 459,67
Hỗn hợp nước – nước đá 273,15 0 32
Cân bằng nước – nước đá – hơi 273,16 0,01 32,018
1.2 Phân loại các dụng cụ đo nhiệt độ
1.2.3 Dụng cụ đo nhiệt độ kiểu trực tiếp tiếp xúc
Theo thói quen, nhiệt kế thường được dùng để chỉ các dụng cụ đo nhiệt độ dưới 600 °C, trong khi hỏa kế được sử dụng cho nhiệt độ trên 600 °C Nguyên lý đo nhiệt độ phân loại đồng hồ nhiệt độ thành 5 loại chính.
Nhiệt kế dãn nở là thiết bị đo nhiệt độ dựa trên sự dãn nở của chất rắn hoặc chất lỏng theo nhiệt độ Phạm vi đo của nhiệt kế này thường từ -200 độ C trở lên.
Ví dụ như nhiệt kế thủy ngân, rượu
Nhiệt kế kiểu áp kế hoạt động bằng cách đo nhiệt độ thông qua sự biến đổi áp suất hoặc thể tích của chất khí, chất lỏng hoặc hơi bão hòa trong một hệ thống kín với dung tích cố định khi nhiệt độ thay đổi Khoảng đo phổ biến của loại nhiệt kế này thường từ 0 đến 300 độ C.
Nhiệt kế điện trở hoạt động dựa trên sự thay đổi của điện trở khi nhiệt độ của vật dẫn hoặc bán dẫn thay đổi Thiết bị này có khả năng đo nhiệt độ trong khoảng từ -200 đến 1000°C, cho phép ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp và nghiên cứu khoa học.
Cặp nhiệt, hay còn gọi là nhiệt ngẫu hoặc pin nhiệt điện, là thiết bị dùng để đo nhiệt độ dựa trên mối quan hệ giữa nhiệt độ và suất nhiệt điện động tại đầu mối hàn của hai cực nhiệt điện làm từ kim loại hoặc hợp kim Phạm vi đo nhiệt độ thông thường của cặp nhiệt dao động từ 0 đến 1600 độ C.
Hỏa kế bức xạ là một thiết bị đo nhiệt độ thông qua tính chất bức xạ nhiệt của vật thể, bao gồm các loại như hỏa kế quang học, bức xạ và so màu sắc Dụng cụ này có khả năng đo nhiệt độ trong khoảng từ 600 đến 6000 độ C và hoạt động theo phương pháp đo gián tiếp.
Nhiệt kế còn được chia loại theo mức độ chính xác như:
- Loại chuẩn - Loại mẫu - Loại thực dụng Hoặc theo cách cho số đo nhiệt độ ta có các loại :
- Chỉ thị - Tự ghi - Đo từ xa
Hình 3.2 Các loại dụng cụ đo nhiệt độ
1.2.4 Dụng cụ đo nhệt độ kiểu gián tiếp
1- vật cần đo nhiệt độ
4- kính mờ 5- bóng đèn 7- kính đỏ (bộ lọc)
6-vòng đ/chỉnh 8- kính mắt ( ống nhòm )
Hỏa kế quang học hoạt động dựa trên việc so sánh cường độ sáng của vật cần đo với cường độ sáng của nguồn sáng chuẩn, cụ thể là bóng đèn sợi đốt vonfram đã được già hóa trong 100 giờ ở nhiệt độ 2000°C Đèn phát sáng ổn định khi được sử dụng ở nhiệt độ 400°C.
Để đo nhiệt độ của một đối tượng ở mức 1500oC, trước tiên cần điều chỉnh cường độ sáng bằng cách thay đổi dòng đốt hoặc sử dụng bộ lọc ánh sáng Hướng ống kính về phía đối tượng và điều chỉnh kính vật sao cho ảnh thật của vật nằm trên mặt phẳng của dây tóc bóng đèn Sau đó, điều chỉnh kính mắt để nhìn rõ ảnh vật và dây tóc Tiếp theo, điều chỉnh biến trở để độ sáng của dây tóc tương đương với độ cường độ sáng của đối tượng cần đo Nếu cường độ sáng của đối tượng nhỏ hơn, sẽ thấy vệt sáng trên nền tối; nếu lớn hơn, sẽ thấy vệt tối trên nền sáng Khi độ sáng của đối tượng bằng với độ sáng của sợi đốt, hình ảnh của sợi đốt sẽ biến mất, cho phép đọc giá trị nhiệt độ của đối tượng cần đo.
Nhiệt độ được đo bằng phương pháp quang học, gọi là nhiệt độ sáng TS, thường thấp hơn nhiệt độ thực tế Tt do các hỏa kế quang học được chia độ theo bức xạ của vật đen tuyệt đối.
Khi đo nhiệt độ của vật ở mức dưới 3000oC, với bước sóng từ 0,4 đến 0,7 mm, mật độ phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối sẽ có mối quan hệ rõ ràng.
Đo nhiệt độ bằng nhiệt kế dãn nở
2.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo nhiệt độ bằng nhiệt kế giãn nở
Thể tích và chiều dài của vật thay đổi theo nhiệt độ và hệ số dãn nở Nhiệt kế dãn nở, được chia thành hai loại chính: nhiệt kế dãn nở chất rắn (hay còn gọi là nhiệt kế cơ khí) và nhiệt kế dãn nở chất lỏng, hoạt động dựa trên nguyên tắc này Nhiệt kế dãn nở chất rắn là một trong những thiết bị quan trọng trong việc đo nhiệt độ.
Nguyên lý đo nhiệt độ là dựa trên độ dãn nở dài của chất rắn
Lt, Lto là độ dài của vật ở nhiệt độ t và to α : gọi là hệ số dãn nở dài của chất rắn
Cơ cấu là gồm - 1 ống kim loại có α1 nhỏ và 1 chiếc đũa có α2 lớn
Hình 3.3 Nhiệt kế kiểu đũa
+ Kiểu bản hai kim loại (thường dùng làm rơle trong hệ thống tự động đóng ngắt tiếp điểm)
Hệ số dãn nở dài của một số vật liệu
Vật liệu Hệ số dãn nở dài α
(1/độ) Nhôm Al 0,238 10 4 ÷ 0,310 10 4 Đồng Cu 0,183 10 4 ÷ 0,236 10 4
H kim Inva (64% Fe & 36% N) 0,00001 10 4 b Nhiệt kế giãn nở chất lỏng
Nguyên lý: tương tự như các loại khác nhưng sử dụng chất lỏng làm môi chất (như Hg , rượu )
Nhiệt kế chuẩn này có thang đo từ 0 - 50°C, 50 - 100°C và có khả năng đo lên đến 600°C Ưu điểm của nó bao gồm tính đơn giản, giá thành rẻ, dễ sử dụng và độ chính xác khá cao Tuy nhiên, nhược điểm của loại nhiệt kế này là độ chậm trễ lớn, khó đọc số, dễ vỡ, không tự ghi số đo và cần phải đo tại chỗ, không phù hợp với tất cả các đối tượng vì phải nhúng trực tiếp vào môi chất.
Phân loại : Nhiệt kế chất nước có rất nhiều hình dạng khác nhau nhưng
- Xét về mặt thước chia độ thì có thể chia thành 2 loại chính :
+ Loại thước chia độ trong
Hình 3.4 Các loại nhiệt kế
+ Xét về mặt sử dụng thì có thể chia thành các loại sau:
- Nhiệt kế kỹ thuật : khi sử dụng phần đuôi phải cắm ngập vào môi trường cần đo (có thể hình thẳng hay hình chữ L) Khoảng đo - 30 - 50°C ; 0
- 50 500 Độ chia : 0,5 o C , 1 o C Loại có khoảng đo lớn độ chia có thể 5 o C
- Nhiệt kế phòng thí nghiệm : có thể là 1 trong các loại trên nhưng có kích thước nhỏ hơn
- Chú ý : Khi đo ta cần nhúng ngập đầu nhiệt kế vào môi chất đến mức đọc
* Loại có khoảng đo ngắn độ chia 0,0001 - 0,02 o C dùng làm nhiệt lượng kế để tính nhiệt lượng
* Loại có khoảng đo nhỏ 50 o C do đến 350 o C chia độ 0,1 o C
* Loại có khoảng đo lớn 750 o C đo đến 500 o C chia độ 2 o C
Nếu đường kính ống đựng môi chất lớn thì ta đặt nhiệt kế thẳng đứng.
Đo nhiệt độ bằng nhiệt kế kiểu áp kế
3.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo nhiệt độ bằng nhiệt kế kiểu áp kế
Dựa vào sự phụ thuộc áp suất môi chất vào nhiệt độ khi thể tích không đổi
Phía ngoài ống mao dẫn có ống kim loại mềm (dây xoắn bằng kim loại hoặc ống cao su để bảo vệ)
Loại nhiệt kế này: Đo nhiệt độ từ -50 o C - 0 o C và áp suất làm việc tới
Số chỉ thị hoặc tự ghi có trọng lượng 60kG/m² có khả năng chuyển tín hiệu xa đến 60m với độ chính xác tương đối thấp, CCX dao động từ 1,6 đến 4, trong khi một số ít có CCX = 1 Ưu điểm của thiết bị này là khả năng chịu được chấn động và cấu tạo đơn giản Tuy nhiên, nhược điểm là số chỉ bị chậm trễ tương đối lớn, cần phải hiệu chỉnh thường xuyên và việc sửa chữa gặp khó khăn.
3.2 Phân loại : a Áp kết loại chất lỏng : dựa vào mới liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ t p - po =(t-to) α/ξ
Trong bài viết này, chúng ta đề cập đến các yếu tố quan trọng như áp suất (p), nhiệt độ (t) và các chỉ số tương ứng với điều kiện không đo đạc (0) Hệ số giản nỡ thể tích được ký hiệu là α, trong khi hệ số nén ép của chất lỏng được ký hiệu là ξ Chất lỏng thường được sử dụng trong các thí nghiệm là thủy ngân, với hệ số giản nỡ thể tích α = 18 x 10^-5 cm²/kg.
Vậy đối với thủy ngân t - to = 1 o C thì p - po = 45kG/ cm 2
Khi sử dụng bao nhiệt, cần đảm bảo rằng nó được cắm ngập hoàn toàn trong môi chất cần đo Sai số trong quá trình sử dụng sẽ khác với sai số khi chia độ, và điều này phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường.
20 o C) b Áp kế loại chất khí :
Thường dùng các khí trơ : N2, He
Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ xem như khí lý tưởng α = 0,0365 o C -1 c Áp kế loại dùng hơi bão hòa
Axêtôn (C2H4Cl2), hay còn gọi là clorua êtilen và cloruamêtilen, là một chất có nhiệt kế không bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh Thước chia độ của nhiệt kế này không đều, với các vạch chia sát nhau ở nhiệt độ thấp và thưa dần ở nhiệt độ cao Đặc biệt, bao nhiệt của nó rất nhỏ, dẫn đến sai số lớn khi đo ở nhiệt độ thấp Để cải thiện độ chính xác, người ta có thể nạp thêm một chất lỏng có điểm sôi cao hơn vào ống dẫn để truyền áp suất.
- Không được ngắt riêng lẻ các bộ phận, tránh va đập mạnh
- Không được làm cong ống mao dẫn đường kính chỗ cong > 20 mm
Đối với các nhiệt kế kiểu áp kế sử dụng chất lỏng, cần kiểm định định kỳ mỗi 6 tháng Cần chú ý đến vị trí đồng hồ sơ cấp và thứ cấp để tránh sai số do cột áp của chất lỏng gây ra Đối với các môi chất khác ngoài thủy ngân, hạn chế độ dài ống mao dẫn dưới 25 m, trong khi đối với thủy ngân, độ dài ống mao dẫn nên dưới 10 m.
3.2 Đo nhiệt độ bằng nhiệt áp kế chất lỏng
3.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Dựa vào sự phụ thuộc áp suất môi chất vào nhiệt độ khi thể tích không đổi
Phía ngoài ống mao dẫn có ống kim loại mềm (dây xoắn bằng kim loại hoặc ống cao su để bảo vệ)
Nhiệt kế này có khả năng đo nhiệt độ từ -50 oC đến 0 oC và áp suất làm việc lên tới 60 kG/m², với khả năng truyền tín hiệu xa đến 60 m Độ chính xác tương đối của nó dao động từ CCX = 1,6 đến 4, và một số ít có CCX = 1 Ưu điểm của loại nhiệt kế này là khả năng chịu chấn động và cấu tạo đơn giản, nhưng nhược điểm là độ trễ trong số chỉ thị tương đối lớn, cần phải hiệu chỉnh thường xuyên và việc sửa chữa gặp khó khăn.
3.2.2 Phân loại a Áp kết loại chất lỏng : dựa vào mới liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ t p - po =(t-to) α/ξ
Áp suất và nhiệt độ của chất lỏng được ký hiệu lần lượt là p, po, t, to Chỉ số 0 đại diện cho điều kiện không đo đạc Hệ số giản nở thể tích được ký hiệu là α, trong khi hệ số nén ép của chất lỏng được ký hiệu là ξ Thủy ngân là chất lỏng thường được sử dụng với hệ số giản nở thể tích α = 18 x 10^-5 cm²/kG.
Vậy đối với thủy ngân t - to = 1 o C thì p - po = 45kG/ cm 2
Khi sử dụng bao nhiệt, cần đảm bảo rằng nó được cắm ngập hoàn toàn trong môi chất cần đo Điều này giúp giảm thiểu sai số, khác với sai số khi chia độ, mà phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ của môi trường.
20 o C) b Áp kế loại chất khí :
Thường dùng các khí trơ : N2, He
Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ xem như khí lý tưởng α = 0,0365 o C -1 c Áp kế loại dùng hơi bão hòa
Axêtôn (C2H4Cl2) và cloruaêtilen, cloruamêtilen là những chất có số chỉ của nhiệt kế không bị ảnh hưởng bởi môi trường xung quanh Thước chia độ của nhiệt kế không đồng đều, với các vạch chia sát nhau hơn ở nhiệt độ thấp và thưa dần ở nhiệt độ cao Đặc biệt, bao nhiệt của chúng nhỏ, dẫn đến sai số lớn khi đo nhiệt độ thấp Để khắc phục, người ta có thể nạp thêm một chất lỏng có điểm sôi cao hơn vào ống dẫn nhằm truyền áp suất hiệu quả hơn.
- Không được ngắt riêng lẻ các bộ phận, tránh va đập mạnh
- Không được làm cong ống mao dẫn đường kính chỗ cong > 20 mm
Nhiệt kế kiểu áp kế sử dụng chất lỏng cần được kiểm định định kỳ mỗi 6 tháng Cần chú ý đến vị trí đồng hồ sơ cấp và thứ cấp để tránh sai số do cột áp của chất lỏng Đối với các môi chất khác như thủy ngân, độ dài ống mao dẫn nên hạn chế dưới 25 m, trong khi đối với môi chất là thủy ngân, độ dài ống mao dẫn không nên vượt quá 10 m.
Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt
4.1 Hiệu ứng nhiệt điện và nguyên lý đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt
Khi hai dây dẫn được nối với nhau và hai đầu nối có nhiệt độ khác nhau, sẽ xuất hiện suất điện động nhỏ giữa hai đầu nối, dẫn đến hiện tượng hiệu ứng nhiệt.
Nguyên lý: Dựa vào sự xuất hiện sđđ trong mạch khi có độ chênh nhiệt độ giữa các đầu nối
Cấu tạo của mạch điện bao gồm nhiều dây dẫn khác loại với nhiệt độ khác nhau tại các đầu nối Sự chênh lệch nhiệt độ này tạo ra điện áp ký sinh giữa các điểm tiếp xúc, dẫn đến sự xuất hiện của điện áp tổng trong toàn bộ mạch.
EAB(t,to) = eAB(t) + eBA(to)
Trong mạch điện, eAB(t) và eAB(to) đại diện cho điện thế tại các điểm có nhiệt độ t và to Khi t bằng to, điện thế EAB(t, to) sẽ bằng 0, cho thấy mạch không có sđđ Để thực hiện đo đạc, chúng ta thường thêm một dây dẫn thứ ba, từ đó tạo ra các trường hợp sđđ sinh ra toàn mạch, là tổng hợp của các sđđ ký sinh tại các điểm nối, như được minh họa trong hình vẽ.
EAB(t,to) = eAB(t) + eBC(to) + eCA(to)
Mà eBC(to) + eCA(to) = - eAB(to) (= eBA(to)) EABC(t,to) = EAB(t,to) Vậy sđđ sinh ra không phụ thuộc vào dây thứ 3
Khi nối hai đầu của hai dây kia có nhiệt độ không đổi (to)
- Trường hợp này tương tự ta cũng có:
EABC(t,to) = eAB(t) + eBC(t1) + eCB(t1) + eBA(to) EAB(t, to)
Chú ý: - Khi nối cặp nhiệt với dây dẫn thứ
3 thì những điểm nối phải có nhiệt độ bằng nhau
- Vật liệu cặp nhiệt phải đồng nhất theo chiều dài
4.2 Các phương pháp nối cặp nhiệt
Nguyên lý : a Cách mắc nối tiếp thuận :
Khi thực hiện đo nhiệt độ nhỏ, cần chú ý đến cách mắc nối tiếp nghịch để đảm bảo độ chính xác cao hơn Việc này giúp tạo ra một góc quay lớn cho kim chỉ, từ đó nâng cao độ tin cậy của kết quả đo.
Dùng để đo hiệu nhiệt độ giữa hai điểm và thường chọn cặp nhiệt có đặc tính thẳng nhiệt độ đầu tự do như nhau c Cách mắc song song
Sử dụng để đo nhiệt độ trung bình của một số điểm d Cách mắc để bù đầu lạnh cho cặp nhiệt chính
Thường sử dụng cách này để tiết kiệm dây bù
4.3 Các phương pháp bù nhiệt độ đầu tự do cặp nhiệt
Để xác định nhiệt độ t từ giá trị đọc được của cặp nhiệt, bạn cần biết nhiệt độ đầu lạnh to của cặp nhiệt Thông thường, các đồng hồ sử dụng cặp nhiệt có nhiệt độ đầu lạnh tiêu chuẩn là 0 °C.
- Nếu quan hệ là đường thẳng thì ta chỉ cần điều chỉnh kim đi một đoạn t – t’
- Thêm vào mạch cặp nhiệt 1 sđđ bằng sđđ EAB(to’, to)
Người ta láy điện áp từ cầu không cân bằng một chiều gọi là cầu bù Ký hiệu KT – 08 ; KT – 54
Nguyên lý : Tạo ra điện áp Ucd ≈ EAB(to’, to), được điều chỉnh bằng Rs và nguồn Eo = 4V, các điện trở R1, R2, R3 làm bằng Mn, Rx làm bằng Ni hay
Cu Nếu nhiệt độ thay đổi thì Rx cũng thay đổi và tự động làm Ucd tương ứng với EAB(to’, to)
Khi thực hiện quá trình bù dây, cần đảm bảo nhiệt độ của đầu tự do được giữ ổn định bằng cách đặt đầu đo trong ống dầu và ngâm trong nước đá đang tan Trong một số trường hợp, có thể sử dụng hộp nhồi chất cách nhiệt và chôn dưới đất hoặc đặt vào các buồng hằng nhiệt để duy trì nhiệt độ.
4.4 Vật liệu dùng chế tạo cặp nhiệt và các cặp nhiệt thường dùng a Vật liệu
Bạch kim tinh khiết thường được chọn làm cực chuẩn do có độ bền hóa học cao và các tính chất đã được nghiên cứu rõ ràng Nó có nhiệt độ nóng chảy cao và dễ dàng điều chế tinh khiết, trong khi các vật liệu khác được phân loại thành dương tính và âm tính.
Yêu cầu của các kim loại :
Tính chất nhiệt điện của vật liệu không thay đổi theo thời gian, cho phép nó chịu được nhiệt độ cao và có độ bền hóa học tốt Vật liệu này không bị khuếch tán hay biến mất, và sức điện động sinh ra sẽ biến đổi theo đường thẳng tương ứng với nhiệt độ.
- Độ dẫn điện lớn, hệ số nhiệt độ điện trở nhỏ, có khả năng sản xuất hàng loạt, rẻ tiền
Đầu nóng của cặp nhiệt được thiết kế với dây cực có đường kính từ 0,35 đến 3 mm, với số vòng xoắn từ 2 đến 4 vòng Các loại ống sứ có thể được thay thế bằng các vật liệu khác như cao su và tơ nhân tạo (chịu nhiệt từ 100 o C đến 130 o C), hổ phách (250 o C), thủy tinh (500 o C), thạch anh (1000 o C) và ống sứ (1500 o C).
- Vỏ bảo vệ : Thường trong phòng thí nghiệm thì không cần, còn trong công nghiệp thì phải có
- Dây bù nối từ cặp nhiệt đi phía trên có hộp bảo vệ
Yêu cầu của vỏ bảo vệ
- Chịu nhiệt độ cao và biến đổi đột ngột của nhiệt độ
- Chống ăn mòn cơ khí và hóa học
- Hệ số dẫn nhiệt cao
- Thường dùng thạch anh, đồng, thép không rỉ để làm vỏ bảo vệ
Một số cặp nhiệt thường dùng : Ứng với mỗi loại cặp nhiệt có một loại dây bù riêng, dây bù thường được cấu tạo dây đôi
Ví dụ : Loại dây bù Ca, Ni
XA dây bù Cu – Costantan
Đo nhiệt độ bằng nhiệt kế điện trở
Điện trở là đặc tính vật liệu liên quan đến nhiệt độ, cho phép xác định nhiệt độ thông qua việc đo điện trở Hệ thống đo nhiệt độ bao gồm phần tử nhạy cảm nhiệt, gọi là nhiệt kế điện trở, cùng với dây nối và đồng hồ thứ cấp Sử dụng nhiệt kế điện trở có thể đạt độ chính xác cao, lên tới 0,02 °C, và trong trường hợp đo chênh lệch nhiệt độ nhỏ, độ chính xác có thể đạt 0,005 °C Phương pháp này phù hợp để đo nhiều điểm và nhiệt độ thấp, với phạm vi ứng dụng từ -200 °C đến 1000 °C.
5.1 Vật liệu dùng chế tạo nhiệt kế điện trở ít chọn hợp kim vì hệ số nhiệt điện trở của nó nhỏ, ngoài ra Ni và Fe mặc dù điện trở suất và α lớn nhưng đường đặc tính nhiệt độ điện trở phức tạp Thường sử dụng Cu, Pt đường đặc tính nhiệt điện trở của chúng có dạng đường thẳng Cu có khoảng đo từ -50 ÷ 80 oC, Pt có khoảng đo từ - 200 ÷
1000 oC Ngoài ra còn sử dụng chất bán dẫn
Pt là kim loại quý, bền hóa học, dễ chế tạo, nguyên chất Điện trở suất của Pt : o 0,0981 10 6 m
Quan hệ nhiệt độ - điện trở :
+ 0 < t < -183 Rt = Ro ( 1 + At + Bt² + Ct³) ( t-100) C = - 4,22.10-22 Độ nguyên chất Pt được xác định bằng tỷ số
Thường sử dụng Pt có độ nguyên chất 1,3925 á 1,390 để làm nhiệt kế điện trở
Nhiệt kế điện trở Pt trong công nghiệp được sản xuất và chia độ theo tiêu o chuẩn và lấy R0 ở nhiệt độ 0 C của Pt
Một số trường hợp Sử dụng R0 = 46 W o
Cu là vật liệu dẫn điện tốt Điện trở suất r = 0,0155 10 - 6 W m
Dễ kiếm, nguyên chất, dễ gia công, rẻ nhưng ở nhiệt độ cao dễ bị oxy hóa Hệ số nhiệt điện trở a = ( 4,25 á 4,28 ) 10-3 oC-1
Trong khoảng nhiệt độ từ - 50< t < 180°C thì Rt = Ro ( 1 + at ) Độ nguyên chất của Cu dùng làm NKĐT là
= 1,426 , nó có đặc điểm chỉ đo nhiệt độ môi trường không ăn mòn và không có hơi ẩm để tránh oxy hóa Độ sai số cho phép là 1%
Chất bán dẫn có quan hệ RT = Ro e
Ro : Giá trị điện trở ở To = 273 oK
B : Hằng số của chất bán dẫn
Chất bán dẫn có độ nhạy cao, kích thước của đầu nhiệt kế điện trở nhỏ nên được sử dụng ngày càng nhiều
Nhược: Khi cấu tạo đòi hỏi nguyên chất cao (vì tránh sai số lớn)
Sử dụng trong công nghiệp chưa nhiều Các chất bán dẫn thường dùng là hỗn hợp CuO , Mn , Mg , Ni , Coban
ĐO ÁP SUẤT VÀ CHÂN KHÔNG
Khái niệm và thang đo áp suất
1.1 Khái niệm : áp suất là lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích, ký hiệu là p p = F/S [kG/cm 2 ]
Các đơn vị của áp suất:
= 10 mH2O Người ta đưa ra một số khái niệm như sau :
Khi nói đến áp suất là người ta nói đến áp suất dư là phần lớn hơn áp suất khí quyển
- Áp suất chân không : là áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển
- Áp suất khí quyển (khí áp) : là áp suất khí quyển tác dụng lên các vật pb
- Áp suất dư là hiệu áp suất tuyệt đối cần đo và khí áp
- Áp suất chân không là hiệu số giữa khí áp và áp suất tuyệt đối
Chân không tuyệt đối không thể nào tạo ra được
Tùy thuộc vào đơn vị đo lường, có nhiều thang đo khác nhau như kG/cm² và mmH2O Khi sử dụng các dụng cụ đo như mmH2O và mmHg, cần lưu ý rằng nước (H2O) và thủy ngân (Hg) phải được duy trì ở điều kiện nhất định để đảm bảo độ chính xác của kết quả.
Phân loại các dụng cụ đo áp suất
2.1 Loại dùng trong phòng thí nghiệm
- Áp kế một ống thẳng
- Khí áp kế thủy ngân
- Chân không kế Mc leod
2.2 Loại dùng trong công nghiệp
- Áp kế và hiệu áp kế đàn hồi
2.3 Một số loại áp kế đặc biệt
- Chân không kế kiểu dẫn nhiệt
- Áp kế kiểu áp từ
- Áp kế áp suất điện trở
Đo áp suất bằng áp kế chất lỏng
Nguyên lý làm việc dựa vào độ chênh áp suất của cột chất lỏng : áp suất cần đo cân bằng độ chênh áp của cột chất lỏng
P1 – P2 = γ.h = γ(h1 + h2) Khi đo một đầu nối áp suất khí quyển một đầu nối áp suất cần đo, ta đo được áp suất dư
Trường hợp này chỉ dùng công thức trên khi γ của môi chất cần đo nhỏ hơn γ của môi chất lỏng rất nhiều
Các áp kế loại này có sai số liên quan đến nhiệt độ, do hệ số γ thay đổi theo nhiệt độ, dẫn đến việc đọc giá trị h hai lần trở nên khó chính xác.
Môi trường có áp suất cần đo không phải là hằng số mà thay đổi theo thời gian Điều này dẫn đến việc chúng ta chỉ có thể đọc được hai giá trị h1 và h2 ở hai thời điểm khác nhau, chứ không thể thực hiện đồng thời.
3.2 Khí áp kế thủy ngân
Là dụng cụ dùng đo áp suất khí quyển, đây là dụng cụ đo khí áp chính xác nhất
Khi sử dụng loại áp kế này làm chuẩn, cần chú ý đến môi trường xung quanh Do đó, thường kèm theo một nhiệt kế để đo nhiệt độ môi trường, giúp hiệu chỉnh chính xác hơn.
3.3 Chân không kế Đối với môi trường có độ chân không cao, áp suất tuyệt đối nhỏ người ta có thể chế tạo dụng cụ đo áp suất tuyệt đối dựa trên định luật nén đoạn nhiệt của khí lý tưởng
Hình 4.2 Chân không kế Nguyên lý : Khi nhiệt độ không đổi thì áp suất và thể tích tỷ lệ nghịch với nhau
Để đo chân không, sử dụng công thức P1.V1 = P2.V2 Đầu tiên, giữ bình thủy ngân (Hg) sao cho mức Hg nằm ngay tại nhánh ngã ba Kết nối P1 (áp suất cần đo) và nâng bình lên cho đến khi đạt độ lệch áp h, lúc này trong nhánh kín sẽ có áp suất P2 và thể tích V2.
- Nếu V2