giáo trình đo lường điện ngành điện dân dụng trung cấp trường cao đẳng xây dựng số 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

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình Đo lường điện được biên soạn nhằm phục vụ cho giảng dạy và học tập cho trình độ Trung cấp điện ở trường Cao đẳng Xây dựng số 1 Đo lường điện là môn học chuyên môn ngành nhằm cung cấp các kiến thức về việc cấu tạo nguyên lý hoạt động các cơ cấu đo lường các đại lượng điện

Giáo trình Đo lường điện do bộ môn Điện nước xây dựng gồm: ThS.Nguyễn Trường Sinh làm chủ biên và các thầy cô đã và đang giảng dạy trực tiếp trong bộ môn cùng tham gia biên soạn Giáo trình này được viết theo đề cương môn học Đo lường điện đã được Trường CĐXD1 ban hành

Nội dung gồm 5 chương sau:

Chương 1: Khái niệm về đo lường điện Chương 2 Đo dòng điện và điện áp Chương 3: Đo điện trở

Chương 4: Đo công suất và điện năng Chương 5: Dụng cụ đo cầm tay thông dụng

Trong quá trình biên soạn, nhóm giảng viên Bộ môn Điện nước của Trung tâm Thực hành công nghệ và đào tạo nghề, trường Cao đẳng Xây dựng Số 1 - Bộ Xây dựng, đã được sự động viên quan tâm và góp ý của các đồng chí lãnh đạo, các đồng nghiệp trong và ngoài trường

Mặc dù có nhiều cố gắng, nhưng trong quá trình biên soạn, biên tập và in ấn khó tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được các góp ý, ý kiến phê bình, nhận xét của người đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn!

Hà Nội,

ngày……tháng……năm 2021 Tham gia biên soạn

1 ThS Nguyễn Trường Sinh - Chủ biên 2 KS Nguyễn Văn Tiến

I Vị trí, tính chất của môn học - Vị trí:

- Đọc và hiểu được các ký hiệu ghi trên các đồng hồ và dụng cụ đo lường; - Lựa chọn được các dụng cụ đo để đo các đại lượng điện: điện áp, cường độ dòng điện, điện trở, công suất, điện năng, điện trở cách điện, điện trở tiếp đất

II.3 Năng lực tự chủ và trách nhiệm

- Tuân thủ các nguyên tắc an toàn điện khi sử dụng các dụng cụ đo lường điện; - Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong công việc - Rèn luyện khả năng làm việc độc lập và theo nhóm

III Nội dung môn học

1 Nội dung tổng quát và phân bố thời gian

Thời gian (giờ)

Thực hành, Lý thuyết

thí nghiệm,

Trực Trực Trực Trực tiếp tuyến tiếp tuyến 1

Chương 1: Khái niệm về đo

lường điện

TTTên chương, mục

1.2Các phương pháp đo

1.3Các sai số và tính sai số

1.4Sơ đồ khối dụng cụ đo

1.5Các ký hiệu trên mặt dụng cụ đo

1.6Đặc tính cơ bản của dụng cụ đo

Chương 2 Đo dòng điện và

2

điện áp 2.1Khái quát chung

2.2Đo dòng điện

2.3Đo điện áp

2.4Kiểm tra bài số 1

3 Chương 3: Đo điện trở

4 Chương 4: Đo công suất và điện

năng

5 Chương 5: Dụng cụ đo cầm tay thông dụng

* Nội dung chi tiết

Thời gian (giờ)

Thực hành, Lý thuyết thí nghiệm,

Trực Trực Trực Trực tiếp tuyến tiếp tuyến 0,5 0,5

0,5 0,5 1,5 1,5 1,0 1,0

I 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN

Mục tiêu thực hiện:

Học xong bài học này, học viên có năng lực:

 Giải thích các khái niệm về đo lường, đo lường điện.

 Tính toán được sai số của phép đo, vận dụng phù hợp các phương pháp hạn chế sai số.

 Học trên lớp bài đại cương về đo lường điện,

 Học viên tự đọc tài liệu liên quan đến bài giảng, Học viên trả lời các câu hỏi và làm các bài tập

1 Khái niệm về đo lường điện 1.1 Khái niệm về đo lường

Đo lường là sự so sánh đại lượng chưa biết (đại lượng đo) với đại lượng đã được chuẩn hóa (đại lượng mẫu hoặc đại lượng chuẩn)

Như vậy công việc đo lường là nối thiết bị đo vào hệ thống được khảo sát và quan sát kết quả đo được các đại lượng cần thiết trên thiết bị đo Trong thực tế rất khó xác định ‖trị số thực’’ của đại lượng đo Vì vậy, trị số đo được cho bởi thiết bị đo gọi là trị số tin cây được (expected value)

Bất kỳ đại lượng đo nào cũng bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số Do đó, kết quả đo ít khi phản ánh đúng trị số tin cậy được Cho nên có nhiều hệ số ảnh hưởng trong đo lường liên quan đến thiết bị đo Ngoài ra, có những hệ số khác liên quan đến con người sử dụng thiết bị đo Như vậy, độ chính xác của thiết bị đo được diễn tả dưới hình thức sai số

1.2 Khái niệm về đo lường điện

Đối với ngành điện việc đo lường các thông số của mạch điện là vô cùng quan trọng Nó cần thiết cho quá trình thiết kế lắp đặt, kiểm tra vận hành cũng như dò tìm hư hỏng trong mạch điện

Đo lường là quá trình so sánh đại lượng chưa biết với đại lượng đã biết cùng loại được chọn làm mẫu (mẫu này được gọi là đơn vị)

Số đo là kết quả của quá trình đo, kết quả này được thể hiện bằng một con số cụ thể

Các dụng cụ thực hiện việc đo được gọi là dụng cụ đo như: dụng cụ đo dòng điện (Ampemét), dụng cụ đo điện áp (Vônmét) dụng cụ đo công suất (Oátmét) v.v

Mẫu đo: là dụng cụ dùng để khôi phục một đại lượng vật lý nhất định có trị số cho trước, mẫu đo được chia làm 2 loại sau:

- Loại làm mẫu: dùng để kiểm tra các mẫu đo và dụng cụ đo khác, loại này được chế tạo và sử dụng theo tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo làm việc chính xác cao

- Loại công tác: được sử dụng đo lường trong thực tế, loại này gồm 2 nhóm sau:

 Mẫu đo và dụng cụ đo thí nghiệm

 Mẫu đo và dụng cụ đo dùng trong sản xuất 1.3 Các phương pháp đo

Các phương pháp đo được chia làm 2 loại:

1.3.1 Phương pháp đo trực tiếp: là phương pháp đo mà đại lượng cần đo

được so sánh trực tiếp với mẫu đo

Phương pháp này được chia thành 2 cách đo: - Phương pháp đo đọc số thẳng

Ví dụ: Dùng A-met để đo dòng điện,dùng V-met để đo điện áp…

- Phương pháp đo so sánh là phương pháp mà đại lượng cần đo được so sánh với mẫu đo cùng loại đã biết trị số

Ví dụ: Dùng cầu đo điện để đo điện trở, dùng cầu đo để đo điện dụng v.v 1.3.2 Phương pháp đo gián tiếp: là phương pháp đo trong đó đại lượng cần

đo sẽ được tính ra từ kết quả đo các đại lượng khác có liên quan

Ví dụ: Muốn đo điện áp nhưng ta không có Vônmét, ta đo điện áp bằng

cách:

2

- Dùng ômmét đo điện trở của mạch

- Dùng Ampemét đo dòng điện đi qua mạch

Sau đó áp dụng các công thức hoặc các định luật đã biết để tính ra trị số điện áp cần đo

2 Các sai số và tính hạn chế sai số 2.1 Khái niệm về sai số

Khi đo, số chỉ của dụng cụ đo cũng như kết quả tính toán luôn có sự sai lệch với giá trị thực của đại lưọng cần đo Lượng sai lệch này gọi là sai số Thông thường giá trị thực thường không biết trước,do vậy người ta lấy giá trị thực từ 1 phép đo chính xác hơn

2.2 Các loại sai số Sai số gồm 2 loại:

+ Sai số hệ thống: là sai số cơ bản mà giá trị của nó luôn không đổi hoặc thay đổi có quy luật Sai số này về nguyên tắc có thể loại trừ được

Nguyên nhân: Do quá trình chế tạo dụng cụ đo như ma sát, khắc vạch trên thang đo vv

+ Sai số ngẫu nhiên: là sai số mà giá trị của nó thay đổi rất ngẫu nhiên do

sự thay đổi của môi trường bên ngoài (người sử dụng, nhiệt độ môi trường thay

đổi, chịu ảnh hưởng của điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v.v )

Nguyên nhân:

- Do người đo nhìn lệch, nhìn nghiêng, đọc sai v.v

- Dùng công thức tính toán không thích hợp, dùng công thức gần đúng trong tính toán Nhiệt độ môi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng của điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v.v )

2.3 Phương pháp tính sai số Cách tính sai số:

Gọi: A: kết quả đo được

A1: giá trị thực của đại lượng cần

đo Tính sai số như sau:

+ Sai số tuyệt đối:

A gọi là sai số tuyệt đối của phép đo + Sai số tương đối:

100%

Adm

+Sai số cơ bản của dụng cụ đo :

Mỗi dụng cụ đo người ta khi sản xuất đã tính đến các yếu tố gây ra sai số và đưa ra 1 sai số lớn nhất gọi là sai số cơ bản Kí hiệuXcb

Sai số cơ bản lớn nhất được định nghĩa là sai số tuyệt đối lớn nhất :

+ Sai số qui đổi:

100% 0,05 *100% 0,5%

A là con số kết quả đo

Ví dụ: I = 5A thì: Đại lượng đo là: dòng điện (I) Đơn vị đo là : Ampe (A)

Con số kết quả đo là : 5

Giới thiệu hệ SI (Système International d’Unités) : hệ thống đơn vị đo lường thông dụng nhất, hệ thống này qui định các đơn vị cơ bản cho các đại lượng sau :

+ Kilô (K): 103 + Pico (p) 10-12

2.4 Các phương pháp hạn chế sai số

Để hạn chế sai số trong từng trường hợp, có các phương pháp sau:

+ Đối với sai số hệ thống: tiến hành đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình của chúng

+ Đối với sai số ngẫu nhiên:

Cần phải xác định nguyên nhân gây ra sai số,sau đó mới có có biện pháp khắc phục phù hợp

Với nguyên nhân chủ quan do người sử dụng : cần phải đo phải cẩn thận, vị trí đặt mắt phải vuông góc với mặt độ số của dụng cụ, tính toán phải chính

BÀI 2: ĐO CÁC THÔNG SỐ CƠ ẢN TRONG MẠCH ĐIỆN MÃ BÀI: MĐ 16 – 2

Giới thiệu:

Các đại lượng cơ bản trong mạch điện, quyết định sự làm việc của của mạch điện Do vậy người công nhân điện phải đo và kiểm tra được các đại lượng cơ bản đó một cách nhuần nhuyễn, lựa chọn phương pháp đo và kiểm tra hợp lý mới nâng cao được chất lượng của mạch, mạng điện và hệ thống điện Để từ đó đưa ra phương án lắp đặt, bảo dưỡng, sửa chữa và vận hành mạch, mạng hoặc hệ thống điện tối ưu nhất, đồng thời đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

Mục tiêu thực hiện:

Học xong bài học này, học viên có năng lực:

 Trình bày được đặc điểm, ký hiệu của một số cơ cấu đo được sử dụng trên các dụng cụ đo thông dụng.

Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, chắc chắn với các loại dụng cụ đo.

Nội dung chính:

- Kết cấu chung của dụng cụ đo điện - Đo dòng điện ( Ampe mét)

- Đo điện áp ( Vôn mét)

- Đo điện trở, điện cảm, điện dung - Đo tần số

- Đo công suất, đo điện năng

1 Kết cấu chung của dụng cụ đo điện 1.1 Kết cấu chung của dụng cụ đo điện

Hiện nay ta học các cơ cấu chỉ thị kết quả đo bằng kim và các cơ cấu chỉ thị kết quả đo bằng số

Đối với các cơ cấu chỉ thị kim khi thực hiện một phép đo luôn tuân theo trình tự sau:

Tín hiệu của đại lượng cần đo được đưa vào mạch đo và được biến đổi thành đại lượng điện, đại lượng điện này được đưa vào cơ cấu đo và kết quả đo được đưa ra khối chỉ thị sơ đồ được hình thành:

Sơ đồ khối:

Chuyển đổi sơ cấp Mạch đo Cơ cấu chỉ thị

Hình 1 Sơ đồ khối của dụng cụ đo

Chuyển đổi sơ cấp làm nhiệm vụ biến đổi các đại đo thành tín hiệu điện Đó là khâu quan trọng nhất của thiết bị đo.

Mạch đo là khâu gia công thông tin đo sau chuyển đổi sơ cấp, làm nhiệm vụ tính toán và thực hiện trên sơ đồ mạch Mạch đo thường là mạch điện tử vi xử lý để nâng cao đặc tính của dụng cụ đo.

1.Khung dây 2.Khe hở 3.Lò xo 4.Thang đo 5.Kim chỉ thị 6.Đối trong

7.Lõi thép non

8.Cực từ

9.Nam châm vĩnh cữu

Hình vẽ : Sơ đồ cấu tạo cơ cấu đo kiểu từ

+ Nam châm vĩnh cửu:

Có dạng hình chữ U và có 2 cực N-S

Nhiệm vụ tạo ra từng trường trong dụng cụ + Lõi sắt non hình trụ :

Đặt trong lòng giữa 2 cực từ nam châm vĩnh cửu

Nhiệm vụ làm cho từ trường trong khe hở giữa cực từ và lõi thép (khe hở làm việc) có dạng đều nhau và hướng tâm

+ Khung quay :

Khung quay làm bằng nhôm hình chữ nhật, trên khung có quấn dây điện từ có tiết diện bé (0,002÷0,02mm) Toàn bộ khối lượng khung quay phải càng nhỏ càng tốt để sao cho mômen quán tính càng nhỏ càng tốt Toàn bộ khung quay được gắn trên trục quay hoặc treo bởi dây treo và khung đặt trong khe hở giữa cực từ và lõi thép non

+ Kim chỉ thị được gắn chặt trên trục quay hoặc dây treo Phía sau kim chỉ thị có mang đối trọng để sao cho trọng tâm của kim chỉ thị nằm trên trục quay hoặc dây treo

+ Lò xo đối kháng (kiểm soát) hoặc dây treo có nhiệm vụ kéo kim chỉ thị về vị trí ban đầu điểm 0) và kiểm soát sự quay của kim chỉ thị Đồng thời cũng là nơi dẫn dòng vào và dẫn dòng ra cơ cấu đo

C / Sơ đồ nguyên lý tạo ra mô men quay :

10

Trong đó : N : số vòng dây quấn của cuộn dây

B : mật độ từ thông xuyên qua khung dây.(T) l: chiều dài của khung dây (m)

Lực điện từ này sẽ sinh ra một mômen quay Mq:

Mq  2F b  NBILb (2.2)

2

Trong đó: b là bề rộng của khung dây và

l.d = S là diện tích của khung dây Nên: Mq = N.B.S.I (2.3)

Mômen quay này làm phần động mang kim đo quay đi một góc nào đó và lò xo đối kháng bị xoắn lại tạo ra mômen đối kháng Mđk tỷ lệ với góc quay

Từ góc của kim ta suy ra giá trị của đại lượng cần đo E / Đặc điểm và ứng dụng:

+ Đặc điểm:

- Từ trường trong dụng cụ đo do nam châm vĩnh vĩnh cữu tạo ra nên từ trường mạnh và ổn định, độ nhạy cao nên có thể đo được các dòng điện một chiều rất nhỏ (từ 10-1210-14A)

- Tiêu thụ năng lượng điện ít nên độ chính xác rất cao

- Do góc quay tỉ lệ bậc nhất với dòng điện nên cơ cấu đp chỉ đo được chỉ đo được dòng và áp một chiều

-Tiết diện dây nhỏ nên khả năng quá tải kém và rất dễ cháy lò xo - Chế tạo khó khăn, giá thành đắt

* Muốn đo được các đại lưọng xoay chiều phải qua cơ cấu nắn dòng

+ ứng dụng:

Sản xuất các dụng cụ đo:

- Đo dòng điện: miliAmpemét, Ampemét - Đo điện áp: miliVônmét, Vônmét

- Đo điện trở: ômmét

1.2.2 Cơ cấu đo kiểu điện từ:

A / Ký hiệu:

Hình vẽ: kí hiệu cơ cấu đo điện từ

B / Sơ đồ cấu tạo:

12

1.Cuộn dây điện từ 2.Phiến thép non 3.Trục quay

4.Lò xo phản kháng

5.Bộ phận cản dịu 6.Đối trọng

7.Kim chỉ thị 8.Thang đo

7 6 8

1 4

Phần động: gồm lá thép non hình bán nguyệt gắn lệch tâm trên trục, đặt trong lòng cuộn dây phần tĩnh Trên trục còn có lò xo đối kháng, kim và bộ phận cản dịu kiểu không khí

B / Nguyên lý hoạt động:

Khi có dòng điện cần đo I đi vào cuộn dây phần tĩnh ( 1) thì nó sẽ trở thành một nam châm điện và phiến thép (2) sẽ bị hút vào trong lòng cuộn dây (1) Lực hút này tạo ra một mô men quay trục

Thực ra ở vị trí cân bằng kim chưa dừng lại ngay mà dao động qua lại xung quanh vị trí đó nhưng nhờ có bộ cản dịu bằng không khí sẽ dập tắt quá trinh dao động này

C / Đặc điểm và ứng dụng : Đặc điểm :

- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ

- Do góc quay tỉ lệ bậc hai với dòng điện nên cơ cấu đo sử dụng đo được điện một chiều và xoay chiều Tuy nhiên đo dòng 1 chiều người ta ít sử dụng vì do có hiện tượng từ trễ gây sai số lớn

- Cũng góc quay tỉ lệ bậc hai với dòng điện nên cơ cấu đo có đặc tính thang đo không đều

- Khả năng quá tải tốt vì có thể chế tạo cuộn dây phần tĩnh với tiết diện dây lớn

- Do cuộn dây có lõi là không khí nên từ trường yếu, vì vậy độ nhạy kém và chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài

- Cấp chính xác thấp ứng dụng :

- Chế tạo các dụng cụ đo thông dụng Vônmét, Ampemét đo AC - Dùng trong sản xuất và phòng thí nghiệm

1.2.3 Cơ cấu đo kiểu điện động:

I1- Dòng điện chạy trong cuộn dây W1

I2- Dòng điện chạy trong cuộn dây W2

14

Cơ cấu đo điện động (Hình vẽ) gồm có cuộn dây phần tĩnh 1, được chia thành 2 phần nối tiếp nhau để tạo ra từ trường đều khi có dòng điện chạy qua Phần động là khung dây 2 đặt trong cuộn dây tĩnh và gắn trên trục quay Hình dáng cuộn dây có thể tròn hoặc vuông Cả phần động và phần tĩnh được bọc kín bằng màn chắn từ để tránh ảnh hưởng của từ trường ngoài đến sự làm việc của cơ cấu đo

C / Nguyên lý hoạt động:

Khi có dòng điện I1, I2 (DC hoặc AC) đi vào cuộn dây di động và cố định sẽ tạo ra mômen quay :

Mq = kqI1I2 (dòng điện DC) Hoặc M  kq( 1Ti i dt) (dòng điện AC)

Nếu ta cho cùng 1dòng điện chạy qua 2 cuộn dây phần tĩnh và phần động thi góc quay sẽ quan hệ bình phương dòng điện nên cơ cấu đo điện động có thể dùng trong mạch một chiều và xoay chiều, thang đo không đều

Từ trường dụng cụ đo do dòng điện chạy qua 2 cuộn dây phần tĩnh và phần động tạo ra nên từ trường cơ cấu đo không ổn định, Do đó độ nhạy cơ cấu đo không cao Để tăng độ nhạy cần phải có màn chắn từ nên chi phí tốn kém gía thành cao

Do không có lõi thép nên tổn hao nhỏ vì vậy độ chính xác cơ cấu đo cao - Ứng dụng:

Dùng để chế tạo Vônmét, Ampemét và Oátmét có độ chính xác cao, với cấp chính xác 0,1 0,2 dùng làm dụng cụ mẫu và trong phòng thí nghiệm

Đặc biệt còn dùng chế tao dụng cụ đo góc lêch pha, đo hệ số công suất

1.2.4 Cơ cấu đo cảm ứng

A / Kí hiệu

Hình vẽ: kí hiệu cơ cấu đo điện động

B / Sơ đồ cấu tạo

1.Cuộn dây của nam châm điện 1.2.Cuộn dây của nam

châm điện 2.3.Đĩa kim loại 4.Trục quay

5.Cơ cấu chỉ thị số bằng cơ khí

1 2

I1

3 4

5

I2

cơ cấu đo cảm ứng

Các từ thông Φ1, Φ1 ,Φx1 Φx2 tác dụng tương hỗ với nhau tạo ra mô men quay làm quay đĩa nhôm: Mq Cf12 sin

Trong đó: C là hằng số cơ cấu đo F là tần số của dòng điện Φ1,Φ2 là từ thông do 2 dòng điện I1 I2 sinh ra Α là góc lệch pha giữa 2 từ thông Φ1và Φ2

D / Đặc điểm ứng dụng -Đặc điểm:

.Điều kiện để có mô men quay phải có ít nhất là hai từ trường Mô men quay đạt giá trị cực đại khi góc lệch pha giữa 2 từ trường là л/2 Cơ cấu đo chỉ làm việc trong mạch điện xoay chiều, do có lõi thép nên tổn hao lớn độ chính xác không cao

-Ứng dụng: Chủ yếu chế tạo công tơ đo điện năng

16

Bảng tổng kết các loại cơ cấu chỉ thị cơ điện:

1.2.5 Cơ cấu chỉ thị số

a Cơ sở chung của các cơ cấu chỉ thị số

Cơ cấu chỉ thị số ứng dụng các kỹ thuật điện tử và kỹ thuật máy tính để biến đổi và chỉ thị đại lượng đo Sơ đồ khối của một dụng cụ đo hiển thị số như hình 2.11:

Hình vẽ Sơ đồ khối dụng cụ đo chỉ thị số

Đại lượng đo x(t) được biến đổi thành tín hiệu xung tương ứng sau khi qua bộ biến đổi xung BĐX: số xung N đầu ra tỉ lệ với giá trị của x(t) Số xung N được đưa vào bộ mã hóa MH (thường là bộ mã hóa 2-10 mã BCD), tín hiệu mã hóa đưa dến bộgiải mã GM và đưa ra bộ hiện số Tát cả 3 khâu: mã hóa-giải mã-hiển thị số cấu thành bộ chỉ thị số

b/ Thiết bị hiện số

Có nhiều loại thiết bị hiện số khác nhau như: đèn LED 7 thanh, màn hình tinh thể lỏng LCD, màn hình cảm ứng…

+) Cơ cấu chỉ thị số bằng đèn khí:

Thường thấy trong những thiết bị những năm 80 Đèn khí có cấu tạo gồm anốt là một cái lưới còn catốt là các con số từ 0-9 và các dấu +,-,V,A… Khi có điện áp catốt nào thì kí hiệu tương ứng sáng lên

Nhược điểm của thiết bị hiện số bằng đèn khí là điện áp anốt cao (cỡ 200V) do vậy mà độ tin cậy thấp

+) Cơ cấu chỉ thị bằng LED 7 thanh:

Là loại thiết bị hiện số được sử dụng rất phổ biến vì chúng phù hợp với các vi mạch TTL và hoạt động tin cậy, giá thành hạ

Về cấu tạo: gồm có bảy thanh hiển thị kí hiệu từ a-g được sắp xếp như hình a, mỗi thanh là một điốt phát quang (LED), tương ứng có các đầu ra để cấp tín hiệu cho từng điốt, các điốt có thể nối anốt chung hay catốt chung Khi có tín hiệu cho phép điốt nào hoạt động thì điốt đó sẽ sáng, phối hợp sự sáng tối của các điốt sẽcho ra các con số: 0-9, các ký hiệu, các ký tự…

Tùy mục đích sử dụng còn có các loại LED 7 thanh có thêm các thanh hiển thị dấu chấm (.) thập phân, loại có nhiều hơn 7 thanh sắp xếp theo những hình dạng khác nhau…

Hình b là một ví dụ về việc nối bộ hiển thị LED 7 thanh với bộ giải mã 7 vạch – thường là gải mã từ mã BCD sang mã 7 vạch, các bộ giải mã được chế thành các vi mạch: họ TTL là các vi mạch 7446, 7447; họ CMOS là các vi mạch 4511; các vi mạch 4543SN74247, TIL308…

18

Hình vẽ: Thiết bị hiện số bằng đèn khí sợi đốt, đèn điện tích,

Hình a

Hình b: Cơ cấu chỉ thị số bằng LED 7 thanh

Điện áp thuận rơi trên mỗi điốt của mỗi thanh khoảng 1,2V và dòng thuận qua LED tương ứng với độ sáng thích hợp vào khoảng 20mA tùy độ lớn của LED Nhược điểm chính của LED 7 thanh là yêu cầu dòng lớn

+) Cơ cấu chỉ thị bằng màn hình tinh thể lỏng LCD:

Hình vẽ Cấu tạo ô tinh thể lỏng LCD và hiển thi số 7 thanh bằng LCD

Có cấu tạo như hình vẽ Tinh thể lỏng là một trong các hợp chất hữu cơ có tính chất quang học Chúng được đặt thành lớp giữa các tấm kính với các điện cực trong suốt kết hợp tủa ở mặt trong

Ở trạng thái bình thường không bị kích hoạt ô tinh thể lỏng trong suốt cho ánh sáng đi qua nên thanh hiển thị tương ứng trùng với mặt phông Khi được kích hoạt (bởi điện áp xoay chiều hình sin hoặc xung vuông tần số khoảng 50-60Hz) ô tinh thể lỏng phản xạ lại ánh sáng và thanh hiển thị tương ứng sẽ nổi trên mặt phông

Ưu điểm của thiết bị hiển thị tinh thể lỏng là tiêu thụ dòng rất nhỏ, cả 7 thanh của hiển thị tinh thể lỏng loại nhỏ chỉ yêu cầu dòng khoảng 80µA

2 Đo dòng điện (Ampe mét)

2.1 Đặc điểm của ampe mét

Khi đo dòng điện ampemét được mắc nối tiếp với các mạch cần đo Như vậy ampemét sẽ tiêu thụ một phần năng lượng của mạch đo từ đó gây sai số phương pháp đo dòng Phần năng lượng này còn được gọi là công suất tiêu thụ của ampemét PA được tính:

PA = IA2.RA

Với: IA là dòng điện qua ampemét (có thể xem là dòng điện cần đo) RA là điện trở trong của ampemét Trong phép đo dòng điện yêu cầu công suất tiêu thụ PAcàng nhỏ càng tốt, tức là yêu cầu RA càng nhỏ càng tốt

2.2 Đo dòng điện bằng phương pháp đo trực tiếp

2.2.1 Đo dòng điện trực tiếp bằng ampe kế hiển thị kim

A/ Đo dòng điện một chiều (DC):

+ Dụng cụ đo: dụng cụ để đo dòng điện đọc thẳng người ta dùng Ampemét

Ký hiệu: A + Phương pháp đo:

Khi đo Ampemét được mắc nối tiếp với phụ tải (hình vẽ) I + RA-

-Hình vẽ: sơ đồ mắc Ampemét

Ta có: Rtđ = Rt + RA

Trong đó:

RA là điện trở trong của Ampemét gây sai số

Mặt khác, khi đo Ampemét tiêu thụ một lượng công suất: PA I 2

RA Từ đó để phép đo được chính xác thì RA phải rất nhỏ c Mở rộng giới hạn đo cho Ampemét từ điện:

Khi dòng điện cần đo vượt quá giới hạn đo của cơ cấu đo người ta mở rộng thang đo bằng cách mắc những điện trở song song với cơ cấu đo gọi là Shunt (đây là phương pháp phân mạch)

Trong đó: Itải là dòng điện qua tải

1

R2 R3 2

Hình vẽ: Mạch đo kiểu Shunt Ayrton

Mạch đo kiểu Shunt Ayrton có 3 tầm đo 1, 2, 3:

+ Nội trở của cơ cấu là RA + Rs3

Khi khóa K ở vị trí 3:+ Điện trở Shunt ở vị trí 3

RS= Rs1

+ Nội trở của cơ cấu là RA + Rs3 + Rs2

là 50A Tính các điện trở Shunt ở tầm đo 1 (1mA), tầm đo 2 (10mA), tầm đo 3 (100mA)

Giải: 

B/ Đo dòng điện xoay chiều (AC): a Nguyên lý đo:

Cơ cấu điện từ và điện động đều hoạt động được với dòng điện xoay chiều, do đó có thể dùng hai cơ cấu này trực tiếp và mở rộng tầm đo như Ampemét đo dòng điện một chiều

Riêng cơ cấu từ điện khi dùng phải biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Ngoài ra do tính chính xác của cơ cấu từ điện nên cơ cấu này rất thông dụng trong phần lớn Ampemét (trong máy đo vạn năng: VOM)

a Bù tần số của Ampemét chỉnh lưu bằng b Bù tần số của Ampemét chỉnh

Hình vẽ Các phương pháp bù tần số của Ampemét chỉnh lưu

Mặt khác các Ampemét từ điện chỉnh lưu được tính toán với dòng điện có dạng hình sin, hệ số hình dáng Khd = 1,1

 BSW I

Khi đo với các dòng điện không phải hình sin sẽ gây sai số

ưu điểm của dụng cụ này là độ nhạy cao, tiêu thụ công suất nhỏ, có thể làm việc ở tần số 500 Hz 1kHz

I

a Đo dòng điện nhỏ

Hình vẽ: Sơ đồ Ampemét điện động

Tùy theo dòng điện cần đo mà cuộn dây tĩnh và cuộn dây động được mắc nối tiếp hoặc song song (hình 3.7)

25

- Khi dòng điện cần đo nhỏ hơn 0,5A người ta mắc nối tiếp cuộn dây tĩnh (A1,A2) và cuộn dây động (hình 3.7a)

- Khi dòng điện cần đo lớn hơn 0,5A cuộn dây tĩnh và cuộn dây động được ghép song song (hình 3.7b)

Ampemét điện động có độ chính xác cao nên được sử dụng làm dụng cụ mẫu Các phần tử R, L trong sơ đồ dùng để bù sai số tần số và tạo cho dòng điện ở 2 cuộn dây trùng pha nhau

B/ Đo dòng điện xoay chiều (AC): + Phương pháp đo:

Khi đo Ampemét được mắc nối tiếp với phụ tải (hình vẽ)

2.2.2 Đo dòng điện trực tiếp bằng ampe kế hiển thị số

Tương tự như mạch đo dòng điện xoay chiều chỉ khác các Am pe mét cho kết quả bằng số cụ thể

2.3 Đo dòng điện bằng phương pháp đo gián tiếp

2.3.1 Đo dòng điện gián tiếp bằng ampe kế hiển thị kim

Để đo dòng điện có giá trị lớn phải dùng phương pháp đo gián tiếp bằng

1

* Cấu tạo của biến dòng gồm có 2 cuộn dây: W1

W2

- Cuộn sơ cấp W1, được mắc nối tiếp với mạch điện có dòng I1 cần đo - Cuộn thứ cấp W2 mắc nối tiếp với Ampemét có dòng điện I2 chạy qua

- Chú ý phương pháp này chỉ áp dụng đo dòng điện xoay chiều * Để đảm bảo an toàn cuộn thứ cấp luôn luôn được nối đất

Cuộn thứ cấp được chế tạo với dòng điện định mức là 5A Chẳng hạn, ta thường gặp máy biến dòng có dòng điện định mức là: 15/5A; 50/5A; 70/5A; 100/5A (Trừ những trường hợp đặc biệt)

2.3.2 Đo dòng điện gián tiếp bằng ampe kế hiển thị số

Tương tự như mạch đo dòng điện xoay chiều chỉ khác các Am pe mét cho kết quả bằng số cụ thể

3 Đo điện áp (Vôn mét) 3.1 Đặc điểm của volt mét

Ký hiệu:V

Vônmét được mắc song song với đoạn mạch cần đo

V

rV = Hằng số, biết IV suy ra điện áp U

Dòng qua cơ cấu IV làm quay kim một góc tỷ lệ với dòng điện IV cũng chính tỷ lệ với điện áp cần đo U Trên thang đo ta ghi thẳng trị số điện áp

Từ (1) suy ra IV gây sai số, muốn giảm sai số thì phải tăng điện trở rV Mặt khác Vônmét cũng tiêu thụ một lượng côn suất: P U2  rV càng lớn

V

rV

thì PV càng nhỏ điện áp U đo được càng chính xác 3.2 Đo điện áp bằng phương pháp đo trực tiếp

3.2.1 Đo điện áp trực tiếp bằng volt kế hiển thị kim

a Dụng cụ đo: Để đo điện áp đọc thẳng trị số ta dùng Vônmét Ký hiệu: V

+

27

RP

Vônmét) người ta mắc thêm một điện trở

Vì: UP+UV=U nên: U RP rV RP U

Muốn có nhiều tầm đo khác nhau ta dùng mạch đo như sau:

Đây cũng là mạch đo điện áp DC thường dùng trong đo vạn năng

Tổng trở vào của Vônmét thay đổi theo tầm đo nghĩa là tổng trở vào càng lớn thì tầm đo điện áp càng lớn Cho nên người ta dùng trị số độ nhạy / VDC của Vônmét để xác định tổng trở vào cho mỗi tầm đo

+ ở tầm đo 2,5V tổng trở vào là: ZV1 = 2,5V * 20 k / VDC = 50 k

+ ở tầm đo 10V tổng trở vào là: ZV2 =10V * 20 k / VDC = 200 k

b Phương pháp đo: Nguyên lý đo:

Trong mạch đo điện áp xoay chiều không có các ký hiệu cực (+), (-) như mạch một chiều

Đối với cơ cấu đo điện động, điện từ, Vônmét AC dùng những cơ cấu này phải mắc nối tiếp điện trở với cơ cấu đo như Vônmét DC Vì hai cơ cấu này hoạt động với trị hiệu dụng của dòng xoay chiều Riêng cơ cấu từ điện phải dùng phương pháp biến đổi như ở Ampemét tức là dùng điôt chỉnh lưu

a Vônmét từ điện chỉnh lưu đo điện áp xoay chiều:

Là dụng cụ được phối hợp mạch chỉnh lưu với cơ cấu đo từ điện như hình vẽ sau:

R

R C

U

RR

c Vôn mét điện động:

Cấu tạo của Vôn mét điện động giống Ampemét điện động nhưng số vòng cuộn dây tỉnh lớn hơn, tiết diện dây nhỏ hơn

Trong Vôn mét điện động cuộn dây tỉnh và cuộn dây động được mắc nối tiếp nhau Cuộn dây tỉnh được chia thành 2 phần A1 và A2 hình vẽ trên

Khi đo điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 150V, hai đoạn A1 và A2 được mắc song song với nhau Nếu điện áp U 150V các đoạn A1 và A2 được mắc nối tiếp nhau

3.2.2 Đo điện áp trực tiếp bằng volt kế hiển thị số

Tương tự như mạch đo dòng điện xoay chiều chỉ khác các Volt mét cho kết quả bằng số cụ thể

3.3 Đo điện áp bằng phương pháp đo gián tiếp

3.3.1 Đo điện áp gián tiếp bằng volt kế hiển thị kim

Dụng cụ đo và phương pháp đo:

 Ngoài ra để mở rộng phạm vi đo lớn hơn (Trên 600V), người ta dùng máy biến điện áp đo lường (BU).

U1

W2

V U2

Hình vẽ: Máy biến điện áp

Tương tự như BI, BU dùng đo lường trong mạch điện xoay chiều điện áp cao Cấu tạo tương tự như máy biến áp thông thường, ta có tỷ số biến áp:

3.3.2 Đo điện áp gián tiếp bằng volt kế hiển thị số

Tương tự như mạch đo dòng điện xoay chiều chỉ khác các Volt mét cho kết quả bằng số cụ thể

4 Đo điện trở,

4.1 Đo điện trở gián tiếp:

Nguyên tắc: Biết được dòng điện qua điện trở cần đo RX và điện áp giáng trên nó thì theo định luật ohm sẽ xác định được điện trở đó: