giáo trình kỹ thuật đo lường và cảm biến nghề điện công nghiệp cđtc

Tùy thuộc vàocách so sánh mà sẽ có các phương pháp sau:*Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK và độ nhạy của thiết bị chỉthị cân bằng độ chính xác khi nhận biết AX = 0.Ví du: c

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thểđược phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo vàtham khảo.

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

LỜI NÓI ĐẦU

Môn học Kỹ thuật đo lường và cảm biến trình bày các kiến thức về kỹthuật đo dùng trong ngành điện hiện nay Giới thiệu những phép đo cơ bản đểứng dụng cho các ngành sản xuất công nghiệp.

Kỹ thuật đo lường và cảm biến là môn học nghiên cứu các phương phápđo các đại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất, và đạilượng không điện: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc.

Bài giảng Kỹ thuật đo lường và cảm biến được biên soạn dựa trên cácgiáo trình và tài liệu tham khảo mới nhất hiện nay, được dùng làm tài liệu thamkhảo cho sinh viên các ngành: Điện công nghiệp, Điện dân dụng, Kỹ thuật Máylạnh và điều hoà không khí.

Bài giảng gồm 2 phần, phần đo lường cung cấp cho sinh viên những kiếnthức cơ bản và chuyên sâu về kỹ thuật đo lường trong ngành điện Trình bày cácdụng cụ đo, nguyên lý đo và phương pháp đo các thông số Trên cơ sở đó, ngườihọc biết cách sử dụng dụng cụ đo và xử lý kết quả đo trong công việc sau này.Phần cảm biến trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động và ứng dụng của một sốcảm biến thông dụng

Trong quá trình biên soạn, đã được các đồng nghiệp đóng góp nhiều ýkiến, mặc dù cố gắng sửa chữa, bổ sung cho cuốn sách được hoàn chỉnh hơn,song chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế.

Mong nhận được các ý kiến đóng góp của bạn đọc.

CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1

1 Khái niệm về đo lường điện 1

1.1 Khái niệm về đo lường 1

1.2 Khái niệm về đo lường điện 1

1.3 Các phương pháp đo 1

1.3.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng 2

1.3.2 Phương pháp đo kiểu so sánh 2

1.4 Chức năng, đặc điểm của thiết bị đo 4

1.5 Chuẩn hóa trong đo lường 4

2 Sai số trong đo lường 5

2.1 Khái niệm về sai số 5

2.2 Các loại sai số 5

2.3 Phương pháp tính sai số 7

2.4 Các phương pháp hạn chế sai số 8

CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG 10

1 Khái niệm về cơ cấu đo 10

2 Các loại cơ cấu đo 11

2.1 Cơ cấu đo từ điện 11

2.2 Cơ cấu đo điện từ 13

2.3 Cơ cấu đo điện động 14

2.4 Cơ cấu đo cảm ứng 15

CHƯƠNG 3: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 18

1 Đo điện áp 18

1.1 Mở đầu 18

1.1.1 Đo điện áp một chiều 19

2.1.2 Ampement nhiệt điện 30

2.2 Đo dòng điện xoay chiều 31

3.3 Đo công suất phản kháng mạch xoay chiều ba pha 36

3.3.1 Khi tải đối xứng 36

3.3.2 Phương pháp 2 oatmet 37

3.3.3 Phương pháp 3 oatmet 37

4 Đo điện năng mạch xoay chiều ba pha 37

5 Đo công suất và điện năng trong mạch cao áp 42

CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG CÁC LOẠI MÁY ĐO THÔNG DỤNG 44

1 Sử dụng VOM, MΩ 44

1.1 Sử dụng máy đo vạn năng VOM 44

1.2 Sử Dụng máy đo điện trở cách điện - Mêgômet: 52

2 Ampe kìm, OSC(oscilloscope: dao động ký): 53

2.1 Sử dụng Ampe kìm: 53

2.2 Máy hiện sóng điện tử 54

2.2.1 Mở đầu 54

2.2.2 Sơ đồ khối của một máy hiện sóng thông dụng 57

2.2.3 Thiết lập chế độ hoạt động và Cách điều khiển một máy hiện sóng 58

2.2.4 Các phần điều khiển chính 59

2.2.5 Ứng dụng của máy hiện sóng trong kỹ thuật đo lường 61

3 Sử dụng máy biến áp đo lường: 64

3.1 Máy biến điện áp 64

3.2 Máy biến dòng 66

CHƯƠNG 5: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẢM BIẾN 67

1 Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến 67

2 Phân loại cảm biến 68

2.1 Theo nguyên lý chuyển đổi giữa kích thích và đáp ứng: 68

2.2 Phân loại theo dạng kích thích : 69

2.3 Theo tính năng của bộ cảm biến : 70

2.4 Phân loại theo phạm vi sử dụng 70

2.5 Phân loại theo thông số của mô hình mạch điện thay thế : 71

3 Vai trò - ứng dụng của cảm biến 71

CHƯƠNG 6 : CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 72

1 Thang nhiệt độ, điểm chuẩn nhiệt độ 72

2 Cảm biến nhiệt điện trở 72

2.1 Nguyên lý 72

2.2 Nhiệt kế điện trở kim loại 73

2.2.1 Cấu tạo nhiệt kế điện trở 74

2.2.2 Nhiệt kế điện trở silic 75

2.2.3 Nhiệt kế điện trở oxyt bán dẫn 76

2.3 Cảm biến cặp nhiệt 77

2.3.1 Hiệu ứng nhiệt điện 77

2.3.2 Cấu tạo cặp nhiệt 78

2.4 Hoả kế, nhiệt kế bức xa 80

2.4.1 Hoả kế bức xạ toàn phần 81

CHƯƠNG 7: CẢM BIẾN QUANG 83

1 Nguồn phát quang sợi đốt và bán dẫn 83

1.1 Khái niệm cơ bản về ánh sáng 83

1.2 Nguồn sáng 83

2 Quang trở, tế bào quang điện 85

4 Sơ lược về áp dụng cảm biến quang 92

CHƯƠNG 8: CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN 93

1 Cảm biến điện cảm 93

2 Cảm biến hỗ cảm 94

3 Cảm biến điện dung 96

4 Cảm biến tiếp cận 96

4.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm 97

4.2 Cảm biến tiệm cận điện dung 98

CHƯƠNG 9: ĐO LƯU LƯỢNG VẬN TỐC LƯU CHẤT VÀ MỨC 99

1 Đo lưu lượng bằng chênh lệch áp suất 99

2 Đo mức bằng cảm biến điện dung 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng 2

Hình 1.2 Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh 3

Hình 1.3 Sai số hệ thống do khắc vạch là 1 độ - khi đọc cần hiệu chỉnh thêm 1 độ 7

Hình 1.4 Lưu đồ thuật toán quá trình gia công kết quả đo 9

Hình 2.1 Cơ cấu chỉ thị từ điện 11

Hình 2.2: Hình ảnh của một số dụng cụ đo sử dụng cơ cấu từ điện 13

Hình 2.3: Cơ cấu chỉ thị kiểu điện từ với cuộn dây phẳng 13

Hình 2.4: Cơ cấu chỉ thị kiểu điện từ với cuộn dây tròn 13

Hình 2.5: Cơ cấu chỉ thị kiểu điện động 14

Hình 3.5: Mắc thêm điện trở sun song song với cơ cấu chỉ thị 28

Hình 3.6: Ampement nhiệt điện 30

Hình 3.7 : Ampemet chỉnh lưu 32

Hình 3.8: Ampe kế chỉnh lưu 33

Hình 3.9: Ampemet điện động 33

Hình 3.10: Ampemet điện từ 34

Hình 3.11: Sơ đồ mắc oát mét trong mạch điện 3 pha 34

Hình 3.12: a-Đo công suất mạch ba pha trung tính giả b- sơ đồ véc tơ 35

Hình 3.13: Sơ đồ mắc 2 oátmet đo công suất mạch 3 pha 35

Hình 3.14 Phương pháp 3 oatmet đo công suất mạch 3 pha 36

Hình 3.15 a- công suất phản kháng 1 oatmet b- giản đồ véctơ 37

Hình 3.16: Công suất phản kháng dùng 2 oatmet 37

Hình 3.17: Công suất phản kháng dùng 3 oatmet 37

Hình 3.18: Sơ đồ cấu tạo của một công tơ một pha dựa trên cơ cấu chỉ thị cảmứng 38

Hình 3.19 : Công tơ một pha:a) Sơ đồ cấu tạo; b) Biểu đồ vectơ 39

Hình 3.20: Sơ đồ kiểm tra công tơ 40

Hình 3.21: Sơ đồ khối nguyên lý của côngtơ điện tử 42

Hình 3.22: Đo công suất 3 pha trong mạch điện cao áp 43

Hình 4.1: Kết cấu mặt ngoài của VOM 45

Hình 4.2: Đo điện trở 46

Hình 4.3: Kiểm tra, xác định cực tính diode 48

Hình 4.4: Kiểm tra thông mạch 48

Hình 4.5: Kiểm tra chạm vỏ 49

Hình 4.6: Kiểm tra tụ điện 49

Hình 4.7: Xác định cực tính transitor 49

Hình 4.8: Đo điện áp một chiều 51

Hình 4.9: Đo dòng điện một chiều 51

Hình 4.10: Kết cấu ngoài của Mêgômet 52

Hình 4.11: Kết cấu ngoài của Ampe kìm 53

Hình 4.12: Hình dạng bên ngoài của máy biến áp 65

Hình 4.13: Sơ đồ mắc Máy biến áp 65

Hình 4.14: Sơ đồ mắc máy biến dòng 66

Hình 6.1: Nhiệt kế giãn nở 72

Hình 6.2: Nhiệt kế điện 75

Hình 6.3: Nhiệt kế bề mặt 75

Hình 6.4: Cấu tạo nhiệt điện trở có vỏ bọc thủy tinh 76

Hình 6.5: Sơ đồ nguyên lý cặp nhiệt 77

Hình 6.6: Quan hệ giữa sức điện động và nhiệt độ 78

Hình 6.7: Sức điện động của một số cặp nhiệt ngẫu 80

Hình 6.8 Cấu tạo cặp nhiệt ngẫu 80

Hình 6.9: Bộ thu năng lượng 81

Hình 6.10: Hiệu chỉnh nhiệt độ theo độ đen 82

Hình 6.11: Sự phụ thuộc của cường độ ánh sáng vào bước sóng và nhiệt độ 82

Hình 7.1: Quan hệ giữa điện trở và độ chiếu sáng của cảm biến quang dẫn 85

Hình 7.2: Ứng dụng của tế bào quang dẫn 86

Hình 7.3: Cấu tạo của Photodiode 87

Hình 7.4: Đặc tính V – A của photodiode ứng với mức quang thông khác nhau 88Hình 7.5: Sơ đồ ứng dụng của photodiode ở chế độ quang dẫn 89

Hình 7.6: Cấu tạo phototranzitor 89

Hình 7.7 Các sơ đồ ứng dụng Phototranszitor 91

Hình 7.8: Truyền ánh sáng trong sợi quang 91

Hình 7.9: Cảm biến quang học dùng sợi quang kiểu ánh sáng xuyên a, và ánhsáng phản xạ b 92

Bảng 1.1: Phân loại sai số của phép đo 6

Bảng 2.1: Bảng tổng kết các loại cơ cấu chỉ thị cơ điện 17

CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN

Mục tiêu : Trang bị cho sinh viên khái niệm cơ bản về đo lường, sai sốtrong hệ thống đo

1 Khái niệm về đo lường điện

1.1 Khái niệm về đo lường

Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kếtquả bằng số so với đơn vị đo Kết quả đo lường (Ax) là giá trị bằng số, đượcđịnh nghĩa bằng tỉ số giữa đại lượng cần đo (X) và đơn vị đo (Xo):

Kết quả đo được biểu diễn dưới dạng: = và ta có X = A.X0

Trong đó: X - đại lượng đoXo - đơn vị đo

A - con số kết quả đo.

Từ phương trình trên có phương trình cơ bản của phép đo: X = Ax Xo ,chỉ rõ sự so sánh X so với Xo, như vậy muốn đo được thì đại lượng cần đo Xphải có tính chất là các giá trị của nó có thể so sánh được, khi muốn đo một đạilượng không có tính chất so sánh được thường phải chuyển đổi chúng thành đạilượng có thể so sánh được.

1.2 Khái niệm về đo lường điện

Đại lượng nào so sánh được với mẫu hay chuẩn thì mới đo được Nếu cácđại lượng không so sánh được thì phải chuyển đổi về đại lượng so sánh được vớimẫu hay chuẩn rồi đo Đo lường điện là một quá trình đánh giá định lượng đạilượng điện cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo.

1.3 Các phương pháp đo

Phương pháp đo là việc phối hợp các thao tác cơ bản trong quá trình đo,bao gồm các thao tác: xác định mẫu và thành lập mẫu, so sánh, biến đổi, thểhiện kết quả hay chỉ thị Các phương pháp đo khác nhau phụ thuộc vào cácphương pháp nhận thông tin đo và nhiều yếu tố khác như đại lượng đo lớn haynhỏ, điều kiện đo, sai số, yêu cầu

Tùy thuộc vào đối tượng đo, điều kiện đo và độ chính xác yêu cầu củaphép đo mà người quan sát phải biết chọn các phương pháp đo khác nhau đểthực hiện tốt quá trình đo lường Có thể có nhiều phương pháp đo khác nhaunhưng trong thực tế thường phân thành 2 loại phương pháp đo chính là phương

pháp đo biến đổi thẳng và phương pháp đo kiểu so sánh.

1.3.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng

- Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi

thẳng, nghĩa là không có khâu phản hồi.

Hình 1.1 Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng

Quá trình này được gọi là quá trình biến đổi thẳng, thiết bị đo thực hiệnquá trình này gọi là thiết bị đo biến đổi thẳng Tín hiệu đo X và tín hiệu đơn vịXO sau khi qua khâu biến đổi (có thể là một hay nhiều khâu nối tiếp) có thể đượcqua bộ biến đổi tương tự - số A/D để có NX và NO , qua khâu so sánh có NX/NO.

Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn vì tín hiệu quacác khâu biến đổi sẽ có sai số bằng tổng sai số của các khâu, vì vậy dụng cụ đoloại này thường được sử dụng khi độ chính xác yêu cầu của phép đo không caolắm.

1.3.2 Phương pháp đo kiểu so sánh

- Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng,

nghĩa là có khâu phản hồi.

hiện quá trình này gọi là thiết bị đo kiểu so sánh (hay còn gọi là kiểu bù).

Hình 1.2 Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh

+ Các phương pháp so sánh: bộ so sánh SS thực hiện việc so sánh đại lượng đo

X và đại lượng tỉ lệ với mẫu XK, qua bộ so sánh có: AX = X - XK Tùy thuộc vàocách so sánh mà sẽ có các phương pháp sau:

*Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK và độ nhạy của thiết bị chỉ

thị cân bằng (độ chính xác khi nhận biết AX = 0).

Ví du: cầu đo, điện thế kế cân bằng

- So sánh không cân bằng:

*Quá trình thực hiện: đại lượng tỉ lệ với mẫu XK là không đổi và biết trước,

qua bộ so sánh có được AX = X - XK, đo AX sẽ có được đại lượng đo X = AX +XK từ đó có kết quả đo: AX = X/XO = (AX + XK)/XO.

*Độ chính xác: độ chính xác của phép đo chủ yếu do độ chính xác của XK

quyết định, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ chính xác của phép đo AX, giá trị củaAX so với X (độ chính xác của phép đo càng cao khi AX càng nhỏ so với X).

Phương pháp này thường được sử dụng để đo các đại lượng không điện,như đo ứng suất (dùng mạch cầu không cân bằng), đo nhiệt độ

- So sánh không đồng thời:

*Quá trình thực hiện: dựa trên việc so sánh các trạng thái đáp ứng của thiết bị

đo khi chịu tác động tương ứng của đại lượng đo X và đại lượng tỉ lệ với mẫuXK, khi hai trạng thái đáp ứng bằng nhau suy ra X = XK

Đầu tiên dưới tác động của X gây ra một trạng thái nào đo trong thiết bịđo, sau đó thay X bằng đại lượng mẫu XK thích hợp sao cho cũng gây ra đúngtrạng thái như khi X tác động, từ đó suy ra X = XK Như vậy rõ ràng là XK phảithay đổi khi X thay đổi.

*Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK Phương pháp này chínhxác vì khi thay XK bằng X thì mọi trạng thái của thiết bị đo vẫn giữ nguyên.Thường thì giá trị mẫu được đưa vào khắc độ trước, sau đó qua các vạch khắcmẫu để xác định giá trị của đại lượng đo X Thiết bị đo theo phương pháp này làcác thiết bị đánh giá trực tiếp như vônmét, ampemét chỉ thị kim.

- So sánh đồng thời:

*Quá trình thực hiện: so sánh cùng lúc nhiều giá trị của đại lượng đo X và đại

lượng mẫu XK, căn cứ vào các giá trị bằng nhau suy ra giá trị của đại lượng đo.

Ví du: xác định 1 inch bằng bao nhiêu mm: lấy thước có chia độ mm

(mẫu), thước kia theo inch (đại lượng cần đo), đặt điểm 0 trùng nhau, đọc đượccác điểm trùng nhau là: 127mm và 5 inch, 254mm và 10 inch, từ đó có được:1inch = 127/5 = 254/10 = 25,4 mm

Trong thực tế thường sử dụng phương pháp này để thử nghiệm các đặctính của các cảm biến hay của thiết bị đo để đánh giá sai số của chúng.

Từ các phương pháp đo trên có thể có các cách thực hiện phép đo là:- Đo trực tiếp : kết quả có chỉ sau một lần đo

- Đo gián tiếp: kết quả có bằng phép suy ra từ một số phép đo trực tiếp

- Đo hợp bộ: như gián tiếp nhưng phải giả một phương trình hay một hệ

phương trình mới có kết quả

- Đo thống kê: đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình mới có kết quả

1.4 Chức năng, đặc điểm của thiết bị đo

Thiết bị đo là sự thể hiện phương pháp đo bằng các khâu cụ thể

Đặc tính cơ bản của dụng cụ đo gồm sai số của dụng cụ đo ,độ nhạy, điệntrở của dụng cụ đo và công suất tiêu thụ, độ tác động nhanh và độ tin cậy

1.5 Chuẩn hóa trong đo lường

Chuẩn cấp 1 là chuẩn đảm bảo tạo ra những đại lượng có đơn vị chínhxác nhất của một quốc gia

- Chuẩn đơn vị dài: m

5- Chuẩn đơn vị khối lượng: kg- Chuẩn đơn vị thời gian: s- Chuẩn đơn vị dòng điện : A- Chuẩn đơn vị nhiệt độ: Kelvin(K)- Chuẩn đơn vị cường độ ánh sang: Cd- Đơn vị số lượng vật chất: mol

2 Sai số trong đo lường

2.1 Khái niệm về sai số

Ngoài sai số của dụng cụ đo, việc thực hiện quá trình đo cũng gây ranhiều sai số Nguyên nhân của những sai số này gồm:

- Phương pháp đo được chọn.- Mức độ cẩn thận khi đo.

Do vậy kết quả đo lường không đúng với giá trị chính xác của đại lượng đo màcó sai số, gọi là sai số của phép đo Như vậy muốn có kết quả chính xác củaphép đo thì trước khi đo phải xem xét các điều kiện đo để chọn phương pháp đophù hợp, sau khi đo cần phải gia công các kết quả thu được nhằm tìm được kếtquả chính xác.

2.2 Các loại sai số

* Sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số hệ thống.

- Sai số của phép đo: là sai số giữa kết quả đo lường so với giá trị chính xác

của đại lượng đo.

- Giá trị thực Xth của đại lượng đo: là giá trị của đại lượng đo xác định được

với một độ chính xác nào đó (thường nhờ các dụng cụ mẫu có cáp chính xác caohơn dụng cụ đo được sử dụng trong phép đo đang xét).

Giá trị chính xác (giá trị đúng) của đại lượng đo thường không biết trước, vì vậykhi đánh giá sai số của phép đo thường sử dụng giá trị thực Xth của đại lượngđo.

Như vậy ta chỉ có sự đánh giá gần đúng về kết quả của phép đo Việc xác địnhsai số của phép đo - tức là xác định độ tin tưởng của kết quả đo là một trongnhững nhiệm vụ cơ bản của đo lường học Sai số của phép đo có thể phân loạitheo cách thể hiện bằng số, theo nguồn gây ra sai số hoặc theo qui luật xuất hiệncủa sai số.

Tiêu chí phân loại: Theo cách thể hiện bằng số, theo nguồn gây ra sai số, theoqui luật xuất hiện của sai số, loại sai số: Sai số tuyệt đối, Sai số tương đối, Sai sốphương pháp, Sai số thiết bị, Sai số chủ quan, Sai số bên ngoài, Sai số hệ thống,Sai số ngẫu nhiên.

Tiêuchí phân loại

Theo cáchthể hiện bằng số

Theo nguồngây ra sai số

Theo quy luậtxuất hiện của sai sốLoại sai số - Sai số tuyệt đối

- Sai số tương đối

-Sai số phươngpháp

- Sai số thiết bị- Sai số chủ quan- Sai số bên ngoài

- Sai số hệ thống- Sai số ngẫu nhiên

Bảng 1.1: Phân loại sai số của phép đo

* Sai số tuyệt đối∆X: là hiệu giữa đại lượng đo X và giá trị thực Xth :∆ = −

* Sai số tương đối γX : là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực tính bằngphần trăm

= ∆

∆ ∙ 100(%) Vì = nên có thể: ≈ ∆∆ ∙ 100(%)

Độ chính xác của phép đo : đại lượng nghịch đảo của sai số tương đối:= ∆∆ = 1

* Sai số hệ thống (systematic error): thành phần sai số của phép đo luôn khôngđổi hoặc thay đổi có qui luật khi đo nhiều lần một đại lượng đo.

Qui luật thay đổi có thể là một phía (dương hay âm), có chu kỳ hoặc theomột qui luật phức tạp nào đó.

Ví dụ: sai số hệ thống không đổi có thể là: sai số do khắc độ thang đo (vạch

khắc độ bị lệch ), sai số do hiệu chỉnh dụng cụ đo không chính xác (chỉnhđường tâm ngang sai trong dao động ký )

Sai số hệ thống thay đổi có thể là sai số do sự dao động của nguồn cungcấp (pin yếu, ổn áp không tốt ), do ảnh hưởng của trường điện từ

Hình 1.3 Sai số hệ thống do khắc vạch là 1 độ - khi đọc cần hiệu chỉnh thêm1 độ

2.3 Phương pháp tính sai số

Dựa vào số lớn các giá trị đo được có thể xác định qui luật thay đổi củasai số ngẫu nhiên nhờ sử dụng các phương pháp toán học thống kê và lý thuyếtxác suất Nhiệm vụ của việc tính toán sai số ngẫu nhiên là chỉ rõ giới hạn thayđổi của sai số của kết quả đo khi thực hiện phép đo nhiều lần, như vậy phép đonào có kết quả với sai số ngẫu nhiên vượt quá giới hạn sẽ bị loại bỏ.

- Cơ sở toán học: việc tính toán sai số ngẫu nhiên dựa trên giả thiết là sai sốngẫu nhiên của các phép đo các đại lượng vật lý thường tuân theo luật phânbốchuẩn (luật phân bố Gauxơ-Gauss) Nếu sai số ngẫu nhiên vượt quá một giátrị nào đó thì xác suất xuất hiện sẽ hầu như bằng không và vì thế kết quả đo nàocó sai số ngẫu nhiên như vậy sẽ bị loại bỏ.

- Các bước tính sai số ngẫu nhiên:

Xét n phép đo với các kết quả đo thu được là x1, x2, , xn.

* Tính ước lượng kì vọng toán học mX của đại lượng đo:

= = + + + = ,chính là giá trị trung bình đại số của n kết quả đo.

* Tính độ lệch của kết quả mỗi lần đo so với giá trị trung bình vi:

8= −vi (còn gọi là sai số dư).

* Tính khoảng giới hạn của sai số ngẫu nhiên: được tính trên cơ sở đường phân

bố chuẩn:∆ = [∆ , ∆ ], thường chọn: ∆ = [∆ , ∆ ] với:∆ = ∆ = ∑

∙ ( − 1)

với xác suất xuất hiện sai số ngẫu nhiên ngoài khoảng này là 34%.

* Xử lý kết quả đo: những kết quả đo nào có sai số dư vi nằm ngoài khoảng

[∆ , ∆ ] sẽ bị loại.

2.4 Các phương pháp hạn chế sai số

Một trong những nhiệm vụ cơ bản của mỗi phép đo chính xác là phảiphân tích các nguyên nhân có thể xuất hiện và loại trừ sai số hệ thống Mặc dùviệc phát hiện sai số hệ thống là phức tạp, nhưng nếu đã phát hiện thì việc loạitrừ sai số hệ thống sẽ không khó khăn.

* Việc loại trừ sai số hệ thống có thể tiến hành bằng cách:

- Chuẩn bị tốt trước khi đo: phân tích lý thuyết; kiểm tra dụng cụ đo trước khi

sử dụng; chuẩn bị trước khi đo; chỉnh "0" trước khi đo

- Quá trình đo có phương pháp phù hợp: tiến hành nhiều phép đo bằng các

phương pháp khác nhau; sử dụng phương pháp thế.

- Xử lý kết quả đo sau khi đo: sử dụng cách bù sai số ngược dấu (cho một lượng

hiệu chỉnh với dấu ngược lại); trong trường hợp sai số hệ thống không

đổi thì có thể loại được bằng cách đưa vào một lượng hiệu chỉnh hay một hệ sốhiệu chỉnh:

+ Lượng hiệu chỉnh: là giá trị cùng loại với đại lượng đo được đưa thêm vào kết

quả đo nhằm loại sai số hệ thống.

+ Hệ số hiệu chỉnh: là số được nhân với kết quả đo nhàm loại trừ sai số hệ

đổi hoặc thay đổi có qui luật và sai số ngẫu nhiên A - thay đổi một cách ngẫunhiên không có qui luật Trong quá trình đo hai loại sai số này xuất hiện đồngthời và sai số phép đo AX được biểu diễn dưới dạng tổng của hai thành phần saisố đó: AX = 0 + A Để nhận được các kết quả sai lệch ít nhất so với giá trị thựccủa đại lượng đo cần phải tiến hành đo nhiều lần và thực hiện gia công (xử lý)kết quả đo (các số liệu nhận được sau khi đo).

Sau n lần đo sẽ có n kết quả đo X1, x2, , xn là số liệu chủ yếu để tiếnhành gia công kết quả đo.

*Loại trừ sai số hệ thống.

Việc loại trừ sai số hệ thống sau khi đo được tiến hành bằng các phươngpháp.

- Sử dụng cách bù sai số ngược dấu

- Đưa vào một lượng hiệu chỉnh hay một hệ số hiệu chỉnh

Hình 1.4 Lưu đồ thuật toán quá trình gia công kết quả đo

Các cơ cấu chỉ thị trên được sử dụng trong các dụng cụ đo các đại lượngđiện như điện áp, tần số góc, góc pha, công suất, dòng xoay chiều và một chiềutần số công nghiệp.

Nguyên lý làm việc của các chỉ thị cơ điện dựa trên tác động của từtrường lên phần động cơ của cơ cấu chỉ thị khi có dòng điện chạy qua và tạo ramột mômen quay (Mq).

Độ lớn của mômen tỷ lệ với độ lớn của dòng điện đưa vào cơ cấu chỉ thị.Mômen quay Mq được xác định theo biểu thức

∝ = ∝

∝= 1∝

Đây là phương trình đặc tính thang đo của chỉ thị cơ điện.

2 Các loại cơ cấu đo

2.1 Cơ cấu đo từ điện

Khung dây: gồm nhiều vòng dây làm bằng đồng cùng quấn trên mộtkhuôn nhôm hình chữ nhật Dây đồng có tiết diện nhỏ khoảng (0,02 ÷ 0,05)mmcó phủ cách điện bên ngoài Toàn bộ khung dây được đặt trên trục quay Khungdây chuyển động nhờ lực tương tác giữa từ trường của khung dây (khi có dòngđiện chạy qua) và từ trường của nam châm vĩnh cửu Khối lượng của khung dâyphải càng nhỏ càng tốt để Momen quán tính không ảnh hưởng nhiều đến chuyểnđộng quay của khung dây.

Lõi sắt: có dạng hình trụ tròn được đặt giữa hai cực của nam châm vĩnhcửu sao cho khe hở không khí giữa chúng đủ nhỏ và cách đều các cực từ Nhờlõi sắt mà từ trở giữa các cực từ được giảm nhỏ và do đó làm tăng mật độ từ

12thông qua khe hở không khí.

Lò xo xoắn ốc: được bố trí ở hai đầu của khung dây với chiều ngượcnhau, một đầu lò xo gắn vào trục của khung dây, đầu kia gắn cố định Lò xoxoắn ốc có nhiệm vụ chủ yếu là tạo ra Momen cản (Mc) cân bằng với lực điệntừ, ngoài ra lò xo được dùng để dẫn dòng điện vào và ra khung dây và khi khôngcó dòng điện đi vào, lò xo sẽ đưa kim chỉ thị về vị trí ban đầu.

Kim chỉ thị: được gắn liền với khung dây để có thể dịch chuyển theokhung, vị trí kim sẽ chỉ giá trị tương ứng trên mặt thang đo Kim thường làmbằng nhôm mỏng, đuôi kim có gắn đối trọng để trọng tâm của kim nằm trên trụcquay, điều này giúp giữ thăng bằng cho phần động Đầu kim dẹt và có chiều dàybé hơn khoảng cách các vạch trên thang chia độ Nam châm vĩnh cửu: gồm haicực N và S được thiết kế bo tròn theo lõi sắt sao cho khe hở giữa phần tĩnh vàphần động đủ nhỏ nhằm tạo ra từ trường đều.

b) Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của cơ cấu chỉ thị kiểu từ điện

Từ trường của cơ cấu mạnh nên ít chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài,tổn thất điện năng trong cơ cấu ít nên độ chính xác cao.

Loại dụng cụ đo kiểu từ điện có thể đo được các đại lượng một chiều,không đo được các đại lượng xoay chiều, nếu muốn đo thì dòng điện chạy vàokhung quay phải qua cơ cấu chỉnh lưu.

Ứng dụng: Cơ cấu từ điện thường dùng trong các dụng cụ đo như: ampekế, vôn kế, wát kế, đồng hồ vạn năng (VOM), điện kế.

Hình ảnh của một số dụng cụ đo sử dụng cơ cấu từ điện:

Hình 2.2: Hình ảnh của một số dụng cụ đo sử dụng cơ cấu từ điện2.2 Cơ cấu đo điện từ

Hình 2.4: Cơ cấu chỉ thị kiểu điệntừ với cuộn dây tròn

1 – Cuộn dây, 2 – tấm kim loạitĩnh, 3 – tấm kim loại động, 4 – trụcquay có gắn kim

Cơ cấu chỉ thị kiểu từ điện có hai loại: loại cuộn dây phẳng và loại cuộndây tròn Hai loại này chỉ khác nhau về cấu tạo, còn nguyên lý làm việc thì nhưnhau.

Đối với loại cuộn dây phẳng, phần tĩnh là cuộn dây 1 được quấn thànhhình hộp, giữa cuộn dây có rãnh hẹp 9 Phần động là phiến thép 2 làm bằng sắttừ mềm gắn lệch tâm với trục Trên trục 5 có lò xo phản kháng 3, kim 6 và bộphận cản dịu không khí 4 Khi có dòng điện chạy vào phần tĩnh, làm phần tĩnh

sinh ra từ trường, lá thép 2 bị hút vào rãnh 9 làm kim quay đi một góc.

Đối với loại cuộn dây tròn, phần tĩnh là cuộn dây 1 quấn thành hình trụtròn, phía trong đặt hai phiến sắt từ mềm 2 và 3 Phiến 2 cố định, phiến 3 gắnliền với trục, trên trục có gắn kim và lò xo phản kháng và bộ phận cản dịu khôngkhí Khi có dòng điện chạy vào cuộn dây phần tĩnh, hai phiến thép sẽ được từhóa giống nhau, các cực cùng tên ở gần nhau sẽ đẩy nhau, làm cho phiến 3 vàkim quay đi một góc.

Loại cuộn dây tròn với cuộn dây phẳng thì dễ chế tạo hơn, thang đo chiađều hơn, nhưng từ trường yếu hơn, nên phải chế tạo cuộn dây to và nhiều vònghơn Hiện nay loại cuộn dây phẳng được dùng nhiều hơn.

b) Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của cơ cấu chỉ thị kiểu điện từ

- Ưu điểm: Có thể đo được cả dòng điện một chiều và dòng điện xoaychiều Cuộn dây phần tĩnh có thể chế tạo với tiết diện lớn nên có khả năng quátải tốt.

- Nhược điểm: Mạch từ khép mạch qua không khí nên từ trường yếu vàchịu ảnh hưởng từ trường ngoài Để bỏ trừ ảnh hưởng của từ trường ngoài,người ta bọc cơ cấu đo trong một màn chắn từ bằng kim loại Tổn hao sắt từtrong cơ cấu lớn nên cấp chính xác thấp.

- Ứng dụng: Cơ câí đo kiểu điện từ chế tạo đơn giản, rẻ, nên được sử dụngrộng rãi trong công nghệp để ampe kế, vôn kế.

2.3 Cơ cấu đo điện động

- Phần động gồm một khung dây 2đặt trong lòng cuộn dây tĩnh 1 Khungdây 2 được gắn với trục quay, trêntrục có lò xo cản, bộ phận cản dịu và

kim chỉ thị Hình 2.5: Cơ cấu chỉ thị kiểu điện

động

Cả phần động và phần tĩnh được bọckín bằng màn chắn để ngăn ngừa ảnhhưởng của từ trường ngoài.

b) Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của cơ cấu chỉ thị kiểu điện động- Ưu điểm: có độ chính xác cao khi đo trong mạch điện xoay chiều.

- Nhược điểm: tiêu thụ công suất lớn nên không thích hợp trong mạchcông suất nhỏ Chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài, muốn làm việc tốt phải cóbộ phận chắn từ.

- Ứng dụng: chế tạo các Ampe kế, vôn kế, wát kế một chiều và xoaychiều tần số công nghiệp, các pha kế để đo góc lệch pha hay hệ số công suất

2.4 Cơ cấu đo cảm ứng

a) Cấu tạo

Cơ cấu cảm ứng bao gồm phần tĩnh và phần động.

- Phần tĩnh: các cuộn dây điện 2,3 có cấu tạo để khi có dòng điện chạytrong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường móc vòng qua mạch từ và qua phần động.

- Phần động: đĩa kim loại 1 (thường bằng nhôm) gắn vào trục 4 quay trêntrục 5

Hình 2.6: Cơ cấu chỉ thị cảm ứng

Nguyên lý làm việc của cơ cấu cảm ứng từ là dựa trên sự tác động tươnghỗ giữa từ trường xoay chiều (được tạo ra bởi dòng điện trong phần tĩnh) vàdòng điện xoáy tạo ra trong đĩa của phần động, do đó cơ cấu này chỉ làm việcvới mạch điện xoay chiều:

Khi dòng điện I1, I2 vào các cuộn dây phần tĩnh làm sinh ra các từ thôngΦ1, Φ2 (các từ thông này lệch pha nhau góc ψ bằng góc lệch pha giữa các dòngđiện tương ứng), từ thông Φ1, Φ2 cắt đĩa nhôm 1 (phần động) làm xuất hiệntrong đĩa nhôm các sức điện động tương ứng E1, E2 (lệch pha với Φ1, Φ2 góc

= ∙ ∙ Φ1Φ2sinψVới: C là hằng số

F là tần số của dòng điện I1, I2Ψ là góc lệch pha giữa I1, I2

b) Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của cơ cấu chỉ thị kiểu cảm ứng- Điều kiện để có mômen quay là ít nhất phải có hai từ trường

- 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 điện tiêu thụ; cóthể đo tần số

Bảng 2.1: Bảng tổng kết các loại cơ cấu chỉ thị cơ điện

CHƯƠNG 3: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN

Mục tiêu : Trang bị cho sinh viên khái niệm cơ bản về các dụng cụ dòngđiện, điện áp biết sử dụng đo dòng điện, điện áp

Như vậy, muốn sai số nhỏ thì yêu cầu Rv phải càng lớn càng tốt và lý tuởng là≈ ∞

Kết quả đo nếu muốn tính chính xác thì phải sử dụng công thức:= (1 + ) ∙

Để đo điện áp của một phần tử nào đó người ta mắc Vôn kế như hình dưới:

Hình 3.2: Dùng đồng hồ đo điện áp

1.1.1 Đo điện áp một chiều

1.1.1.1 Vôn kế một chiều* Nguyên tắc hoạt động

Độ lệch của dụng cụ đo TĐNCVC tỉ lệ với dòng qua cuộn dây động Dòng quacuộn dây tỉ lệ với điện áp trên cuộn dây nên thang đo của máy đo TĐNCVC cóthể được chia để chỉ điện áp Nghĩa là, Vôn kế chỉ là ampe kế dòng rất nhỏ vớiđiện trở rất lớn Điện áp định mức của chỉ thị vpo khoảng 50 - 75mV nên cầnnối tiếp nhiều điện trở phụ (còn gọi là điện trở nhân) với chỉ thị để làm tăngkhoảng đo của Vôn kế Sơ đồ mắc như sau:Trong đó:

=> ( + ) ∙ = ∙ => = ∙ = − 1 = ( − 1) ∙

Với = gọi là hệ số mở rộng thang đo về ápSơ đồ mắc nối tiếp:

1.1.1.2 Điện thế kế một chiều* Sơ đồ mạch:

Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ a)

+ Xác định dòng công tác Ip nhờ nguồn điện áp U0, Rđc và Ampekế.+ Giữ nguyên giá trị của Ip trong suốt thời gian đo

+ Điều chỉnh con chạy của điện trở mẫu Rk cho đến khi chỉ thị chỉ zero+ Đọc kết quả trên điện trở mẫu, khi đó: Ux = Uk = Ip.Rk

Trong sơ đồ a, vì sử dụng Ampe kế nên độ chính xác của điện thế kếkhông thể cao hơn độ chính xác của Ampe kế.

Người ta cải tiến mạch bằng cách sử dụng nguồn pin mẫu (EN) và điệntrở mẫu (Rk) có độ chính xác cao như ở hình b.

Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ b)

+ Khi K ở vị trí 1, điều chỉnh Rđc để chỉ thị chỉ zero.Khi đó: =

+ Giữ nguyên Rđc và chuyển K sang vị trí 2, điều chỉnh con trượt củađiện trở mẫu để chỉ thị về zero.

Khi đó:

Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ a)

+ Xác định dòng công tác Ip nhờ nguồn điện áp U0, Rđc và Ampe kế.+ Giữ nguyên giá trị của Ip trong suốt thời gian đo

+ Điều chỉnh con chạy của điện trở mẫu Rk cho đến khi chỉ thị chỉ zero+ Đọc kết quả trên điện trở mẫu, khi đó: Ux = Uk = Ip.Rk

Trong sơ đồ a, vì sử dụng Ampe kế nên độ chính xác của điện thế kếkhông thể cao hơn độ chính xác của Ampe kế.

Người ta cải tiến mạch bằng cách sử dụng nguồn pin mẫu (EN) và điện trở mẫu(Rk) có độ chính xác cao như ở hình b.

Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ b)

+ Khi K ở vị trí 1, điều chỉnh Rđc để chỉ thị chỉ zero.

Chú ý: trên thực tế, người ta thường sử dụng điện thế kế một chiều tự động cân

bằng (để đo sức điện động của các cặp nhiệt ngẫu đo nhiệt độ)

Sơ đồ mạch của điện thế kế một chiều tự động cân bằng

Trong đó:

RN , EN là điện trở và nguồn điện mẫu có độ chính xác caoU0 là nguồn điện áp ổn định

Động cơ thuận nghịch hai chiều để điều chỉnh con chạy của Rp và Rđc

Bộ điều chế làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều (∆U) thành điện ápxoay chiều để điều khiển động cơ.

Đồng thời nó cũng kéo con trượt của Rp về vị trí cân bằng.+ Khi K ở vị trí đo ta có:∆U = Ex - Uk

Nếu Ex > Uk thì động cơ sẽ kéo con chạy để tăng Uk tới khi ∆U =0Nếu Ex < Uk thì động cơ sẽ kéo con chạy để giảm Uk tới khi ∆U = 0

Vị trí của con chạy và kim chỉ sẽ xác định giá trị của Ex Ưu điểm của điện thếkế một chiều tự động cân bằng là tự động trong quá trình đo và có khả năng tựghi kết quả trong một thời gian dài.

1.1.2 Đo điện áp xoay chiều

1.1.2.1 Vôn kế từ điện đo điện áp xoay chiều

Sử dụng cơ cấu từ điện thì dụng cụ có tính phân cực và phải mắc đúng saocho độ lệch dương (trên thang đo) Khi dòng xoay chiều có tần số rất thấp chạyqua dụng cụ TĐNCVC thì kim có xu hướng chỉ theo giá trị tức thời của dòngxoay chiều Như vậy, khi giá trị dòng tăng theo chiều + thì kim cũng tăng tới giátrị cực đại sau đó giảm tới 0 và xuống bán kỳ âm thì kim sẽ bị lệch ngoài thangđo Trường hợp này xảy ra khi tần số của dòng xoay chiều cỡ 0,1Hz hoặc thấphơn.

Khi dòng xoay chiều có tần số công nghiệp (50/60Hz) hoặc cao hơn thìcơ cấu làm nhụt vụ quán tính chuyển động của cơ cấu động (toàn máy đo)không biến đổi theo mức dòng tức thời mà thay vào đó kim của dụng cụ sẽ dừngở vị trí trung bình của dòng chạy qua cuộn động Với sóng sin thuần tuý kimlệch sẽ ở vị trí zero mặc dù dòng Irms có thể có giá trị khá lớn vi có khả nănggây hỏng dụng cụ.

Do đó, để sử dụng dụng cụ TĐNCVC làm thành dụng cụ đo xoay chiều

người ta phải sử dụng các bộ chỉnh lưu (nửa sóng hoặc toàn sóng) để các giá trị

của dòng chỉ gây ra độ lệch dương.

1.1.2.2 Vôn kế điện từ

Là dụng cụ để đo điện áp xoay chiều tần số công nghiệp Cuộn dây tĩnhcó số vòng dây rất lớn từ 1000 - 6000 vòng Để mở rộng thang đo người ta mắcnối tiếp với cuộn dây các điện trở phụ.

Các tụ C được mắc song song với các điện trở phụ để bù sai số do tần số

khi tần số lớn hơn tần số công nghiệp.

1.1.2.3 Vôn kế điện động

Cuộn kích được chia làm 2 phần nối tiếp nhau và nối tiếp với cuộn động.Độ lệch của kim chỉ thị tỉ lệ với I2 nên kim dừng ở giá trị trung bình của I2 tứcgiá trị tức thời rms.

* Đặc điểm của Vôn kế điện động

+ Tác dụng của dòng rms giống như trị số dòng một chiều tương đươngnên có thể khác độ theo giá trị một chiều và dùng cho cả xoay chiều.

+ Dụng cụ điện động thường đòi hỏi dòng nhỏ nhất là 100mA cho ĐLTTnên Vôn kế điện động có độ nhạy thấp hơn nhiều so với Vôn kế từ điện (chỉkhoảng 10Ω/V).

+ Để giảm thiểu sai số chỉ nên dùng ở khu vực tần số công nghiệp.

1.1.2.4 Đo điện áp bằng phương pháp so sánh

*Cơ sở lý thuyết

Các dụng cụ đo điện đã trình bày ở trên sử dụng có cấu cơ điện để chỉ thị kếtquả đo nên cấp chính xác của dụng cụ không vượt quá cấp chính xác của chỉ thị.Để đo điện áp chính xác hơn người ta dùng phương pháp bù (so sánh với giá trịmẫu).

Nguyên tắc cơ bản như sau:

+ Uk là điện áp mẫu với độ chính xác rất cao được tạo bởi dòng điện I ổnđịnh đi qua điện trở mẫu Rk Khi đó:

Uk = I Rk

+ Chỉ thị là thiết bị phát hiện sự chênh lệch giữa điện áp mẫu Uk và điệnáp cần đo Ux

∆ = Ux - Uk

Khi ∆ ≠ 0 điều chỉnh con chạy của điện trở mẫu Rk sao cho Ux = Uk,nghĩa là làm cho∆ = 0; chỉ thị chỉ zero.

+ Kết quả được đọc trên điện trở mẫu đã được khắc độ theo thứ nguyên

điện áp 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

1.1.2.5 Điện thế kế xoay chiều

Nguyên tắc hoạt động chung giống như điện thế kế một chiều, nghĩa là,cũng so sánh điện áp cần đo với điện áp rơi trên điện trở mẫu khi có dòng côngtác chạy qua Tuy nhiên, do không sử dụng pin mẫu ma sử dụng dòng xoaychiều nên việc điều chỉnh cho Ux và Uk bằng nhau là rất phức tạp.

Muốn Ux và Uk cân bằng nhau thì phải thoả mãn 3 điều kiện:+ Ux và Uk cùng tần số

+ Ux và Uk bằng nhau về trị số+ Ux và Uk ngược pha nhau (1800)

2 Đo dòng điện

2.1 Đo dòng điện một chiều

* Khái niệm chung

Dụng cụ được sử dụng để đo dòng điện gọi là ampe kế hay ampemetKý hiệu là: A

Ampe kế có nhiều loại khác nhau, nếu chia theo kết cấu ta có:+ Ampe kế từ điện

+ Ampe kế điện từ+ Ampe kế điện động

+ Ampe kế nhiệt điện+ Ampe kế bán dẫn

Hình 3.3: Đồng hồ số và kim

Nếu chia theo loại chỉ thị ta có:+ Ampe kế chỉ thị số (Digital)

+ Ampe kế chỉ thị kim (kiểu tương tự /Analog)

Hình bên là hai loại đồng hồ vạn năng số và kim Nếu chia theo tính chất của đạilượng đo, ta có:

+ Ampe kế một chiều+ Ampe kế xoay chiều

* Yêu cầu đối với dụng cụ đo dòng điện là:

- Công suất tiêu thụ càng nhỏ càng tốt, điện trở của ampe kế càng nhỏ càng tốtvà lý tưởng là bằng 0.

- Làm việc trong một dải tần cho trước để đảm bảo cấp chính xác của dụng cụđo

- Mắc ampe kế để đo dòng phải mắc nối tiếp với dòng cần đo (hình dưới)

Hình 3.4: Dùng đồng hồ số đo dòng điện2.1.1 Ampe kế một chiều

Ampe kế một chiều được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị từ điện Như đãbiết, độ lệch của kim tỉ lệ thuận với dòng chạy qua cuộn động nhưng độ lệchkim được tạo ra bởi dòng điện rất nhỏ và cuộn dây quấn bằng dây có tiết diện bénên khả năng chịu dòng rất kém Thông thường, dòng cho phép qua cơ cấu chỉtrong khoảng 10 - 4 đến 10-2 A; điện trở của cuộn dây từ 20Ω đến 2000Ω vớicấp chính xác 1,1; 1; 0,5; 0,2; và 0,05.

Để tăng khả năng chịu dòng cho cơ cấu (cho phép dòng lớn hơn qua)người ta mắc thêm điện trở sun song song với cơ cấu chỉ thị có giá trị như sau:

= với = gọi là hệ số mở rộng thang đo của ampe kế.

Hình 3.5: Mắc thêm điện trở sun song song với cơ cấu chỉ thị

I là dòng cần đo và ICT là dòng cực đại mà cơ cấu chịu đựng được (độ lệch cựcđại của thang đo)

Chú ý: Khi đo dòng nhỏ hơn 30A thì điện trở sun nằm ngay trong vỏ của ampe

kế còn khi đo dòng lớn hơn thì điện trở sun như một phụ kiện kèm theo Khiampe kế có nhiều thang đo người ta mắc sun như sau:

Việc tính điện trở sun ứng với dòng cần đo được xác định theo công thức như

trên nhưng với n khác nhau ở hình a)

= ;Ở hình b)

= Với = ; = Với = ;= Với = ; = Với = ;

Chú ý: điện trở sun được chế tạo bằng Manganin có độ chính xác cao hơn độ

chính xác của cơ cấu đo ít nhất là 1 cấp Do cuộn dây động của cơ cấu chỉ thịđược quấn bằng dây đồng mảnh, điện trở của nó thay đổi đáng kể khi nhiệt độcủa môi trường thay đổi và sau một thời gian lpm việc bản thân dòng điện chạyqua cuộn dây cũng tạo ra nhiệt độ Để giảm ảnh hưởng của sự thay đổi điện trởcuộn dây khi nhiệt độ thay đổi, người ta mắc thêm điện trở bù bằng Manganinhoặc Constantan với sơ đồ như sau:

Dưới đây là ví dụ thực tế của một sơ đồ mắc điện trở sun của một dụng cụđo cả dòng và áp

R1, 3: điện trở bang Mr R2:điện trở bằng Cu

2.1.2 Ampemet nhiệt điện

Là dụng cụ kết hợp giữa chỉ thị từ điện và cặp nhiệt điện Cặp nhiệt điện(hay còn gọi là cặp nhiệt ngẫu) gồm 2 thanh kim loại khác loại được hàn vớinhau tại một đầu gọi là điểm làm việc (nhiệt độ t1), hai đầu kia nối vớimilivonkế gọi là đầu tự do (nhiệt độ t0).

Khi nhiệt độ đầu làm việc t1 khác nhiệt độ đầu tự do t0 thì cặp nhiệt sẽsinh ra sức điện động

= ∙= −Khi dùng dòng Ix để đốt nóng đầu t1 thì:

= ∙

Như vậy kết quả hiển thị trên milivon kế tỉ lệ với dòng cần đo

Hình 3.6: Ampemet nhiệt điện

Vật liệu để chế tạo cặp nhiệt điện có thể lả sắt - constantan; đồng - constantan;