Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý Tập một - Quyển 2

Ngành "Kĩ thuật Đo lường" ngày nay đang được sử dụng rộng rãi trong các nhiệm vụ kiểm tra tự động, tự động hóa các quá trình sản xuất và công nghệ, cũng như trong các công tác nghiên cứu khoa học của tất cả các lĩnh vực khoa học và kĩ thuật khác nhau. Để thực hiện được các nhiệm vụ đó, cần thiết phải tiến hành đo các đại lượng vật lí khác nhau, đó là các đại lượng điện, các đại lượng hình học (kích thước), cơ học, nhiệt học, hóa học, các đại lượng từ, các đại lượng hạt nhân nguyên tử. Vì vậy, bộ sách 2 tập "Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý" này sẽ được sử dụng rộng rãi không những cho sinh viên, kĩ sư, nghiên cứu sinh và các cán bộ khoa học chuyên ngành Đo lường mà còn cho tất cả các ngành kĩ thuật: điện, điện tử, cơ khí, dệt, xây dựng, mỏ, luyện kim, nhiệt kĩ thuật, hóa chất, thủy lợi, vật lí kĩ thuật, v.v. và những ai quan tâm đến nó. Tập một bao gồm 2 phần. Phần đầu trình bày một số kiến thức cơ bản của ngành kĩ thuật đo lường dưới tiêu đề “Cơ sở lí thuyết của kĩ thuật đo”, trong đó đề cập đến việc phân loại các phương pháp đo và thiết bị đo, các đặc trưng cơ bản của kĩ thuật đo lường, tiếp đến đề cập đến đơn vị đo, chuẩn và mẫu: nêu lên hệ thống đơn vị quốc tế SI, các chuẩn quốc tế, mẫu quốc gia và cách truyền chuẩn; chỉ ra cách thức kiểm tra và đánh giá một dụng cụ đo, cách tính toán sai số của phép đo và các phương pháp gia công kết quả đo trên cơ sở gia công thống kê; đề cập đến việc xây dựng đường cong thực nghiệm theo phương pháp bình phương cực tiểu từ các số liệu thực nghiệm. Phần thứ hai mô tả các khâu chức năng của một dụng cụ đo bao gồm ba phần cơ bản đó là các chuyển đổi sơ cấp, các mạch đo lường và các cơ cấu chỉ thị. Quyển 2: Phần II - CÁC PHẦN TỬ CHỨC NĂNG CỦA THIẾT BỊ ĐO (chương 5, 6).

PGS TS PHAM THƯỢNG HÀN (Chú biên) NGUYEN TRONG QUE - NGUYEN VAN HOA

KY THUAT DO LUONG

CAC DAI LUONG VAT LY

TAP MOT (QUYEN 2)

NHA XUAT BAN BACH KHOA HA NOI

KY THUAT DO LUONG CAC DAI LUONG VAT LY

TAP MOT (QUYEN 2)

NHA XUAT BAN BACH KHOA HA NOI

Số 1 Đại Cồ Việt - Hai Bà Trưng - Hà Nội

VPGD: Ngõ 17 Tạ Quang Bửu - Hai Bà Trưng — Ha Nội

DT: 024 38684569; Fax: 024 38684570

https://nxbbachkhoa.vn

Chịu trách nhiệm xuất bản điện tử:

Giám đốc — Tổng biên tập: PGS TS BÙI ĐỨC HÙNG

Biên tap: | VU THI HANG Trinh bay: VU TH] HANG

Thiết kế bìa: DƯƠNG HOÀNG ANH

LỜI NÓI ĐẦU

Nhà bác học Mendeleev đã nói: "Khoa học bắt đầu từ khi người ta biết đo"

Thật vậy, ngành "Kĩ thuật Đo lường" ngày nay đang được sử dụng rộng rãi trong

các nhiệm vụ kiểm tra tự động, tự động hóa các quá trình sản xuất và công nghệ,

cũng như trong các công tác nghiên cứu khoa học của tất cả các lĩnh vực khoa học

và kĩ thuật khác nhau Đề thực hiện được các nhiệm vụ đó, cần thiết phái tiến hành

đo các đại lượng vật lí khác nhau, đó là các đại lượng điện, các đại lượng hình học (kích thước), cơ học, nhiệt học, hóa học, các đại lượng từ, các đại lượng hạt nhân

nguyên tử Vì vậy, bộ sách 2 tập "Kỹ thuật do lường các đại lượng vật lý" này sẽ được sử dụng rộng rãi không những cho sinh viên, kĩ sư, nghiên cứu sinh và các can

bộ khoa học chuyên ngành Đo lường mà còn cho tất cả các ngành kĩ thuật: điện, điện tử, cơ khí, dệt, xây dựng, mỏ, luyện kim, nhiệt kĩ thuật, hóa chất, thủy lợi, vật

lí kĩ thuật, v.v và những ai quan tâm đến nó

Để thực hiện việc đo bằng phương pháp điện, điện tử các đại lượng vật lí khác

nhau, trước tiên chúng được biến đổi thành đại lượng điện thông qua các chuyển đổi

sơ cấp, sau đó chúng được đo bằng các phương pháp và thiết bị đo điện Các phương pháp đo điện ngày càng chiếm ưu thế vì nó có những ưu điểm tuyệt đối so với phép đo không phải bằng điện như: độ tác động nhanh cao, độ chính xác tốt

hơn, có thé do ở khoảng cách xa, thiết bị gọn nhẹ hơn và có thể đưa vào máy tính dé

xử lí và lưu kết quả

Thiết bị đo và hệ thống đo lường có sử dụng kĩ thuật vi điện tử, vi xử lí và vi

tính ngày càng hiện đại và có hiệu quả: người ta đã tạo ra các thiết bị đo thông minh nhờ cài đặt vào chúng các bộ vi xử lí hay vi tính đơn phiến Chúng có những tính năng hơn hẳn thiết bị đo thông thường, đó là: tự xử lí và lưu giữ kết quả đo, làm

việc theo chương trình, tự động thu thập số liệu đo và có khả năng truyền số liệu đi

xa

Vì khối lượng kiến thức khá lớn, chúng tôi chia bộ sách này thành hai tập Trong tập một, trước tiên chúng tôi trình bày một số kiến thức cơ bản của ngành kĩ

thuật đo lường dưới tiêu đề "Cơ sở lí thuyết của kĩ thuật đo" Trong đó dé cập đến

việc phân loại các phương pháp đo và thiết bị đo, các đặc trưng cơ bản của kĩ thuật

đo lường, tiếp đến đề cập đến đơn vị đo, chuẩn và mẫu: nêu lên hệ thống đơn vị

quốc tế SI, các chuẩn quốc tế, mẫu quốc gia và cách truyền chuẩn; chỉ ra cách thức

kiểm tra và đánh giá một dụng cụ đo, cách tính toán sai số của phép đo và các phương pháp gia công kết quả đo trên cơ sở gia công thông kê; đề cập đến việc xây dựng đường cong thực nghiệm theo phương pháp bình phương cực tiểu từ các số

liệu thực nghiệm

Để bạn đọc nắm vững cấu trúc chung của một dụng cụ đo, chúng tôi đề cập đến

các sơ đồ cầu trúc chung của chúng dựa trên các phương pháp đo cơ bản mà phân

thành dụng cụ đo kiểu biến đổi thắng và dụng cụ đo kiểu so sánh

Trong phần thứ hai của tập một, chúng tôi có gắng mô tả các khâu chức năng

của một dụng cụ đo bao gồm ba phần cơ bản đó là các chuyển đổi sơ cấp, các mạch

đo lường và các cơ cấu chỉ thị Chú ý mô tả từ nguyên lí làm việc, tính toán đến

thiết bị để bạn đọc có thể hình dung một dụng cụ đo bao gồm các khâu chức năng

ghép lại theo những quy luật của phương pháp đo

Trong tập hai của bộ sách, chúng tôi mô tả các phương pháp đo các đại lượng

vật lí khác nhau là dòng điện, điện áp, công suất, điện trở, điện cảm, điện dung, góc lệch pha, tần số, các đại lượng từ, kích thước thẳng và góc các đại lượng cơ học, lưu

lượng của chất khí, chất lỏng, nhiệt độ, nồng độ vật chất, v.v Chúng tôi cố gắng

giải thích nguyên lí của từng phương pháp, phân tích so sánh ưu khuyết điểm của chúng và chỉ rõ lĩnh vực ứng dụng để bạn đọc có thẻ dễ dàng hệ thống hóa và khi cần thiết có thể lựa chọn phương pháp đo phù hợp với yêu cầu của phép đo và hoàn

cảnh cũng như thiết bị đo hiện có

Để bạn đọc có thêm kiến thức, chúng tôi giới thiệu một số dụng cụ đo điện tử

và tự ghỉ đặc biệt như máy đo hiện Sóng (ôsilôscóp), dao động kí tia sáng, máy phát tần số chuẩn, v.v ở một chương sau phan đo các đại lượng điện

Bộ sách này là kết quả nhiều năm giảng dạy và nghiên cứu của các tác giả chuyên ngành Kĩ thuật Đo lường của Đại học Bách khoa Hà Nội Các kiến thức trong sách đã tiếp cận được với những tiến bộ của khoa học kĩ thuật trong ngành Kĩ

thuật Đo lường trên thế giới

Bộ sách khó tránh khỏi những thiếu sót Chúng tôi rất mong nhận được nhiều ý

kiến đóng góp của bạn đọc Các ý kiến xin gửi về Ban Biên tập — Nhà xuất bản

Bách khoa Hà Nội

Thay mặt các tác giả

Chủ biên PGS TS PHAM THƯỢNG HÀN

MỤC LỤC

Trang in Trang ebook

LỜI NÓI ĐẦU ::cccc22222222 re 4

Phan II CAC PHAN TU CHUC NANG CUA THIET BI DO Chương 5: Các cơ cấu chỉ thị 83

I- Cơ cấu chỉ thị của dụng cụ đo tương tự “

§5.1: Cơ SỞ CHUB :zs:z¿:z2:22st/0/505925220303341490335840316L8A360SE503:11 81 %ÿQ8g 83

§5.2 Cơ cấu chỉ thị từ điện 15

§5.3 Co cấu chỉ thị điện từ 18

§5.5 Co cấu chi thi tinh dién 26

§5.6 Cơ cấu chỉ thị cảm ứng 28 1I - Cơ cấu chỉ thị tự ghi ests 31

§5.7 Cơ sở Chung s- cty 31

II - Cơ cấu chỉ thị của dụng cụ đo chỉ thị số 35

Chương 6: Mạch đo lường và gia công thông tin đo 117 42

§6.2 Cac dac tinh co ban của mạch do 117 42

§6.3 Mạch tỉ lệ " 44

$6.4 Mạch khuếch đại đo lường . -2 22¿z2222zz+zczvcee 125 50

§6.6 Mạch so sánh " 58

§6.7 Mach tao 1 62

§6.8 Mạch vi xử lí (microprOC€sSOr) -c«cc+cccc+ 140

ŠG.9 Các HQ?VI XỬ lÍ sói 6ssciix56661601364684630010915305019544163363358217183835 8363088 144

§6.10 Ứng dụng vi xử lí trong kĩ thuật đo lường - - 149

§6.11 Các bộ biến đổi tương tự - số A/D

(analog - digital-analog CORV€TẨOT), - xxx sersrsrrrrreree 153

§6.12 Các bộ biến đi số - tương tự D/A (digital - analog convertor) 155

65

69

74

78 80

Phan II

CAC PHAN TU CHUC NANG CUA THIET BI DO

Chương 5 CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ

I- CƠ CẤU CHỈ THỊ CUA DỤNG CỤ ĐO TƯƠNG TỰ

§5-1 CƠ SỞ CHUNG

Dụng cụ đo tương tự (analog) là loại dụng cụ đo mà số chỉ của nó là đại lượng liên tục tỉ lệ với đại lượng đo liên tục Trcng dụng cụ đo tương tự người ta thường dùng các chỉ thị cơ điện trong đó tín hiệu vào là dòng điện còn tín niệu ra là góc quay của phần động (kim chỉ) hoặc là đi chuyển của bút ghi trên giấy (dụng cụ tự ghi)

Các cơ cấu chỉ thị này thường dùng trong máy đo cấc đại lượng như dòng điện, điện

áp, công suất, tẩu: SỐ, góc pha, điện trở v.v điện một chiều và xoay chiều tần số cong nghiệp 50 Hz Những dụng cụ (máy đo) này chính là dụng cụ đo chuyển đổi thẳng Tức là thực hiện việc biến từ năng lượng điện từ thành năng lượng 'cơ học làm quay phần động một góc lệch œ so với phần tĩnh Như vậy œ = F(X), X - là đại lượng điện (dòng hay áp

loặc là tích của hai dòng điện) :

$-1—1 Nguyên lí làm việc của các chỉ thị cơ điện

Khi cho dòng điện vào một cơ cấu chỉ thị cơ điện do tác động của từ trường lên phần động của cơ cấu mà sinh ra một mômsn quay Mụ Độ lớn của mômen này tỉ lệ với

độ lớn của dòng điện đưa vào cơ cấu chỉ thị (ứng với dòng I¡ ta có Mạ¡, voi dong I, ta cd

- Mạa ) (h.5—1) Mômen quay Mụ đối với tất cả các loại cơ cấu chính là tốc độ thay đổi của năng lượng điện từ trường W, so với góc lệch œ của phần động :

er dW ,

da

Nếu ta đặt vào trục của phan động một lò xo cản thì khi phần động quay lò xo sẽ bị

xoắn lại và sin†, ra một mômen cản Mạ Mèêmen này tỉ lệ thuận với góc lệch œ như sau :

83

M, = Da (5-2)

Trong đó : D - mômen cản riêng, phụ thuộc vào kích thước và vật liệu chế tạo lò xo

(hoặc dây treo) Dưới tác động đồng thời của hai momen quay và cản, phần động của cơ

cấu đo sẽ dừng lại ở vị trí cân bằng của hai môm2n ngược dấu nhau này

suy ra: yra œ= —— D da (5-3) 5-3 1 Ị

Đây là phương trình đặc tính thang đo Từ ị ị

thang đo và tính chất của cơ cấu chi thi | Hình 5-1

Vị trí cân bằng -œ, có thể xác định bằng đồ thị như hinh 5-1 Ứng với các dòng khác

nhau ta có góc lệch khác nhau (với dòng I¡ ta có œ„¡, với dòng l¿ ta có œ„a )

Ngoài hai mômen cơ bản ở trên trong thực tế phần động của cơ cấu chỉ thị còn chịu _tác dụng của nhiều mômen khác nữa đó là các mômen ổn định, mômen masát, mômen cản địu, mômen động lượng v.v :

* Mômen ổn định là mômen sinh ra do lực quán tính của phần động Khi dòng tăng (hoặc giảm), phần động sẽ không dừng lại ở vị trí cân bằng ngay mà sẽ dao động xung quanh vị trí cân bằng đó một thời gian Mômen ổn định sẽ là hiện giữa mômen quay và

mômen cản, nó tác động lên phần động để kéo phần động trở về vị trí cân bằng œ„ Chiều

của mômen ổn định là chiều của mômen có trị số nhỏ hơn

* Mémen ma sat là mômenSinh ra do lực masát giữa trục và trụ khi phần động của

cơ cấu chỉ thị được sắn lên trục và tì lên trụ đỡ Mômen masát này có chiều ngược với chiểu chuyển động của phần động Tức là ở vị trí cân bằng phần động không dừng lại ở a,

mà là ở một giá trị œ, nào đó Tại đây phương trình cân bằng mômen là Mạ - M, = Mụ,

Trong đó My là mômen masát Chiểu: của mômen masát ngược với chiều của mômen ổn

định Mômen này sẽ gây ra sai số đáng kể Chất lượng chế tạo đầu trục và trụ đỡ càng tốt thì sei số do masát càng nhỏ Mộmen masát là đại lượng rất khó xác định chính xác, nó phụ thuộc nhiều yếu tố như kích thước và hình dạng trục, trụ, vật liệu chế tạo, độ bóng đầu trục và trụ đỡ, trọng lượng phân động v.v để tiện cho việc tính toán ta có thể dùng

công thức gần đúng sau đây:

Mins = KG", - (5-4)

trong d6: K = hé sé tỉ lệ ; G - trọng lượng phần động ;

n- số mã : 1,3 + 1,5

Thường ta chọn n = 1,5 đối với dụng cụ đo có trọng lượng phần động nhỏ hơn một gam

* Mômen cản dịu : trong quá trình đo, do quán tính, phần động không dừng lại tại vị trí cân bằng mà dao động chung quanh vị trí cân bằng Điều đó gây trở ngại cho việc dọc kết quả đo Qua trình chuyển động nhanh hay chậm tuỳ thuộc vào tính chất phương trình 84

chuyển động của cơ cấu chỉ thị Để rút ngắa thời gian dao động nhằm xác lập vị trí cân

bằng được nhanh chóng, trong cơ cấu chỉ thị có thêm bộ phận cản dịu để tạo ra mômen

có chiều ngược với chiều chuyển động của phần động, gọi 1a momen can diu M.g Momen

can diu có trị số tỉ lệ với tốc độ quay của phần động nen eó quan hệ sau : A ¢

trong đó P - hệ số cản dịu, phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của bộ phận cản dịu

Từ biểu thức trên cho thấy khi phần động ở vị trí cân bằng tốc độ quay dơ/dt = 0

Mômen cản dịu Mu¿ = 0, đo đó không ảnh hưởng đến kết quả chỉ thị dụng cụ đo

Như vậy là do sự tồn tại của nhiều

mômen cho nên để xác định dạng thang đo ta

không thể chỉ căn cứ vào phương trình đặc

tính thang đo (5-3), mà còn phải căn cứ vào

các yếu tố khác nữa như masát, cản dịu, động

lượng v.v Vì vậy trong thực tế để xác định

đạng thang đo của một cơ cấu chỉ thị người ta i

di ùng p hương 8 pháp dộ thị pháp đệ thị l Thang dot 2 l

Phương pháp như sau: bằng thực nghiệm 8 20 3Z #0? 2P agg x Le

ta xây dựng các dường cong momen quay Hình 5—2 Xác định thang đo bằng phương pháp

Mg = (œ) với các giá trị X khác nhau Ví dụ với đồ thị

e2 cấu chỉ thị điện từ :a xây dựng các đường cong mômen quay I, 2, 3, 4 (h.5~2) với các

giá trị X tương ứng ‘bing 40, 60, 80 va 100% Xạ (Xạ - trị số dòng điện định mức làm kim

lệch toàn thang đo) Trong rường hợp này X„ = Iạ = 50mA Các đường cong Mạ cắt

đường song mômen cản M, tại các điển A, B, C, D Từ giao điểm A của đường cong

85

momen quay I với mômen cản ta được vị trí cân bằng œ„¡ Tương tự từ các giao điểm B,

C D ta được các trị số œ¿;, œ¿;, và Og Ứng với các trị số này các giá trị X tương ứng là

X =20, 30, 40 và 50 mA Như vậy ta có thang đo của cơ cấu chỉ thị điện từ theo đơn vị của đại lượng X ở đầu vào : Tuỳ thuộc vào phương trình đặc tính thang đo (5-3) mà thang đo có thể là tuyến tính (ví dụ : cơ cấu chỉ thị từ điện) hoặc phi tuyến (ví dụ : cơ cấu chỉ thị điện từ, điện động, tĩnh điện) Để tuyến tính hoá các đường cong phi tuyến đó, tuỳ từng loại co cấu mà ta có

các cách khác nhau Ta sẽ xét ở từng loại co cấu chỉ thị cụ thể

5-1-2 Những bộ phận và chỉ tiết chung của cơ cấu chỉ thị cơ điện

Đối với phần lớn các cơ cấu chỉ thị cơ điện (CTCĐ), tuy về nguyên lí có khác nhau nhưng vẫn có thể chỉ ra các chỉ tiết và bộ phận chung cho tất cả các loại cơ cấu Đó là các

bộ phận để gá lắp phần động của cơ cấu chỉ thị, cách tạo ra mômen cản, bộ phận cân

bằng, hiệu chỉnh, chỉ thị thang đo cản dịu v.v :

Vì bất kì một cơ cấu chỉ thị nào cũng bao gồm phần động và phần tĩnh, vì thế đề bảo đảm quay tự do của phần động người ta sử dụng các phương pháp ga lắp chúng khác

nhau: gá lắp trên trục và trục ; gá lắp bằng dây căng, gá lắp bằng dây treo:

Sau đây ta sẽ xét từng chỉ tiết cụ thể

+ Trục và trụ

Trục và trụ là các bộ phận quan trọng

trong các chỉ tiết cơ khí của các cơ cấu chỉ

thị cơ điện Là bò phận bảo đảm cho phần

động quay trên trục có gắn các bộ phận của

phân động như kim chỉ, lò xo phản, khung

quay v.v Chât lượng chế tạo trục và trụ,

5.10" Nim’, vì vậy, trục phải làm bằng thép cứng Trong các cơ.cấu chỉ thị có độ chính xác cao trục thường được chế tạo bàng thép pha osimi hay iridi dé dam bao độ cứng nhất định (h.5-3 a, b) :

: Trụ đỡ làm bằng đá cứng (agat hay cacbua rụnd¿m) Mặt trụ được khcét nón lõm có góc đỉnh bằng ®J”, ở đỉnh có chỏm cẩu đường kính 0,15 + 0,5 mm (h.5-3 c, d) Trụ cé thể

điều chỉnh lên xuống để điểa chỉnh khe hở giữa truc và trụ và được cố định sau khi đã điểu cuinh xong

2 Lò xo phản kháng

Ld xo plin khang dé tao ra momen can Dé đảm bảo chỉ thị được chính xác, mômen

cản riêng D của lò xo phải ổn định nghĩa là trị số không thay đổi theo thời gian và theo

86

nhiệt độ Để đạt yêu cầu trên, lò xz:*hường được chế tạo từ các vật

liệu có khả năng «làn hồi lớn như hợp kim đồng bêrili, đồng phốt pho

Lò xo có dạng hình xoắn-ốc (h.5-4) Đậu trong của lò xo gắn

với trục quay Đầu ngoài gắn với bộ phận điều chỉnh không của kim

cố định trên phần tĩnh Trc.:g một cơ cấu chỉ thị thường có hai lò xo inh State oinHaU khéng

phản kháng đặt ở trên và dưới khung quay có chiểu xoắn ngược nhau Các lò xo phản kháng có tác dụng dẫn dòng điện vào ra khung dây (cơ cấu chỉ thị từ điện) và cuộn đây

động (cơ cấu chỉ thị điện động và sắt điện động) ,

3 Day căng và đây treo

Khi sử dụ^g lò xo phản Kháng thường có một nhược điểm là mômen cản riêng D của

lò xo khá lớn cho nên mômen cản của !ò xo cũng sẽ lớn, điều đó làm giảm độ nhạy của cơ cấu chỉ thị

Để khắc phục người ta có thể tăng chiều đài của lò

xo cũng như giảm thiết điện của lò xo Tuy nhiên điều đó

sẽ không giảm được mấy

Trong các cơ cấu chỉ thị có độ nhạy cao, trục trụ và

lò xo phản kháng dược thay bằng dây treo hoặc dây căng

Dây cang va dây treo có cấu tạo cũng bằng vật liệu

như đối với lò xo, là dây phẳng có thiết điện hình chữ

nhật Dây càng mảnh thì môraen cản sinh ra càng yếu, cơ

cấu chỉ thị có độ nhạy càng cao

Dây căng, dây treo dùng để định vị phần động để nó

quay theo một Trục hình học nào đấy Chúng có tác dụng Hình §—§ Dây căng 4) và dây treo b) sinh ra mômen phản và dẫn điện vào ra phần động Dùng dây căng và dây treo laai trừ được mômen masát giữa đầu trục và trụ Giảm được mômen cản~+iêng như thế sẽ nâng vao được đó chính xác và độ nhạy của cơ cấu chỉ thị

Đặc biệt trong các cơ cấu chỉ thị cẩn mômen cản rất nhỏ để có độ nhạy cao (như điện kế), làm việc tĩnh tại người ta sử dụng dây treo để treo phần động ở phía trên còn

phía dưới khung quay có một dây xoắn không momen để dẫn điện Như thế mômen cản chỉ sinh ra do dây treo phía trên bị xoắn do đồ mómen cản rất nhỏ (h 5—5b)

4 Kim và chỉ thị bằng ánh sáng

im chỉ thị góc quay œ được gắn với tree quay DO di chuyển của kim trên thang

chia độ “gọi là thang do) tỉ lệ với gó: qaay œ Km cần phải nhẹ và bần vững nên được chế tạo bằng nhêm hcặc hợp kim nhôm Những dụng cụ đo có cấp chính xác sao, kim còn

được làm bằng thuỷ tỉnh nên rất nhẹ Ở đầu và £uố: thang đo có bộ phận chắn không cho

kim vượt ra ngoài phạm vi thang chia độ, phòng kùi quá tải kim sẽ bị chặn lại tránh bị

cong, gãy Để sự va đập đó được giảm nhe bộ phận chắn phải có tíah đàn 'hồi

§7

Hình dạng của kim phụ thuộc vào cấp chính xác của

dụng cụ đo và khoảng cách đứng để đọc kết quả đo Ví dụ :

dụng cụ với cấp chính xác 0,1 ; 0,2 ; 0,5 đầu mũi kim dẹt s như lưỡi dao, độ rộng của mũi kira bang do rong nét vach

trên thang chiả độ Còn các loại dnng cụ đo lắp bảng, đầu

mũi kim có dạng lưỡi giáo để tiện cho người đọc khi đứng

cách xa

Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhạy và độ

chính, xác của dụng cụ đo đó và độ dài của kim Kim càng Hình 5-6 Các dang kim chỉ thị

dài thì dụng cụ càng chính xác càng nhạy vì lúc đó độ phân li của vạch chia nhỏ hơn Nhưng kim dài sẽ làm phần động nặng dẫn đến giảm độ nhạy và độ chính xác do lực masát tăng Mặt khác khi đó mặt số sẽ to ra rất cồng kềnh Vì vậy trong những dụng cụ

đo có độ nhạy và độ chính xác cao kim chỉ thị được thay thế bằng chỉ thị ánh sáng Hệ thống chỉ thị ánh sáng gồm một gương quay gắn trên phần động, một hệ thống chiếu sáng

hệ thống gương đặt ở bên trong dụng cụ đo Điều này sẽ làm tăng độ nhạy và độ chín Xác của dụng

cụ đo

Hình 5—7 Hệ thống chỉ thị bằng ánh sáng

5$ Thang đo

Thang đo là mặt khác độ Trên mặt màu trắng người ta khắc độ màu đen (hoặc nếu

mặt đen thì chữ trắng) Đặc biệt đối với các loại dụng cụ đo làm việc cả ban đêm (dụng

cụ đo gắn trên máy bay, ô tô, tàu hỏa ) thường mặt số được kẻ bằng chất phát quằng

trong buồng tối

Có nhiều loại thang đo khác nhau (h 5—8) tuỳ thuộc vào cấp chính xác và bản chất

của cơ cấu chỉ thị

Thông dụng nhất là löại với góc lệch của kim là + 45” về hai phía so với trục thẳng đứng, tức là góc œ bằng 90” Thường sử dụng trong các loại dụng cụ đo, để bàn Để tránh

sai số đo cách đọc người ta đặt một cái gương ở bên dưới thang đo F“hi đọc bắt buộc kim

và bóng của kim trong gương phải trùng nhau (h 5—8a) Trên một bảng khắc độ có thể có

nhiều thang do Để đánh dấu các giá trị đạt cấp chính xác, thường trên thang đo người ta

sử dụng hai chấm (.) ở hai phíe hoặc gạch dưới các giá trị đó (h 5-8 a,.d) Các giá trị ngoài khoảng đó đệu không bảo đảm độ chính xác đã ghi ở trên mặt dụng cụ đo Thang

đo có thể đều hay‹không đều tuỳ loai co cau chi thị

—88

Hình 5-8 Các loại tiang đo

Đối với các dụng cụ 'reo bảng thường có cấp chính xác không cao'lắm (cấp 1; 1;5 ;

2; 2,5) người ta thường sử dụng thang do a = 90° trên bảng khắc độ hình vuông(h.5-8 b) hoặc thang đo với góc œ = 240° (h.5-8 c) Đối với các dụng cụ đo tự ghỉ có kèm thang đo

người ta thường sử dụng thang đo thẳng (h 5—8 đ)

Với các dụng cụ đo mẫu (cấp chính xác 0,1 ; 0,2) có khi người ta khắc độ theo vạch chéo trên một số đường song song (thường là 5 khoảng chia) Các giá trị nhỏ sẽ được đọc theo các điểm giao nhau giữa đường chéo và các đường song song (h.5-8§e) Thang đo của các dụng cụ vạn năng sẽ có nhiều đường với các đơn Vị đo tượng ting (h.5—8 f)

6 Bộ phận cản dịu i

Để rút ngắ+ quá trình dao động của phần động, xác lập ýị trí câu bằng được nhanh chóng trong cơ cấu chỉ thị có bộ phận cản dịu Thông thường sử dụng hai loại cản địu :

cản dịu không khí, cần dịu cảm ứạg từ :

2) Cin dịu không khí

Cần dịu không khí có cấu tạo như hình 5-9a 3ộ phận cản dịu này gồm một hộp kín

trong đó có một cánh chuyển gắn liên với trục quay Khi phần động của cơ cấu chỉ thị

89

chưyển động, cách chuyển động di chuyển từ bên này sang bên kia tạo nên một hiệu áp giữa hai mặt cách động làm cản trở sự di chuyển của phần động Cánh chuyển động được chế tạo bằng hợp kim nhôm có chiều dày từ 0,1 + 0,15 mm để tãng độ bền vững trên mép, cánh được làm thành những gờ nổi

b) Can diu cam ting từ

Cấu tạo gồm một lá nhôm mỏng gắn liên với

phần động của cơ cấu chỉ thị Lá nhôm có dạng

hình quạt di’ chuyén trong khe hở của một nam

châm vĩnh cửu tạo nên một dòng cảm ứng từ trong

lá nhôm Do sự tác động tương hỗ giữa dòng điện

và từ trường của nam châm tạo ra lực chống lại sự

chuyển động của phần động (h.5Š - 9b) 9 Ụ

Trong cơ cấu chỉ thị từ điện với khung quay.có Hình 5~9 a) Cán dịu không khí;

lõi nhôm do tác động tương hỗ giữa dòng điện cảm b) Cần dịu cảm ứng từ ứng trong khung nhôm với từ trường của nam châm vĩnh cửu mà tạo nên mômen cản dịu Trường hợp khung quay không có lõi nhôm, như trong các điện kế, để tạo mômen cản dịu người ta ngắn mạch một số vòng của khung quay

Can dịu kiểu cảm ứng có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ tác động cản dịu tốt Thường

:được sử dụng trong các dụng cụ đo tự ghi có mômen quay lớn.:

Trên đây là những điểm chung của các loại cơ cấu chỉ thị cơ điện Để hiểu rõ bản chất nguyên lí làm việc cấu tạo cũng nhừ các đặc tính của từng loại cơ cấu chỉ thị, ta sẽ

lần lượt xét chúng trong các-phần sau:

§5-2 CƠ CẤU CHỈ THỊ TỪ ĐIỆN ; :

5-2-1 Cau tao

Co cau chi thi từ điện gồm hai phần cơ bản:

phần tĩnh và phần động (h.5 - 9c)

Phần tĩnh của cơ cấu chỉ thị từ điện gồm có:

nam châm vĩnh cửu I, mạch từ và cực từ 3 và lõi

sắt 6 hình thành mạch từ kín Giữa cực từ 3 và

lõi 6 có khe hở đều gọi :à khe hở làm việc, trong

đó có khung quay chuyển động Đường sức qua

khe hở làm việc hướng tâm tại mọi điểm Trong

khe hở nầy độ từ cảm B đồng đều tại mọi điểm

Ngoài ra trong mạch từ còn có sun từ để điều

chỉnh từ thông qua khe hở làm việc -_ Hình 5-9 c) Co cấu chử thị từ điện

Phần động gồm có khung quay 5 Đó là một khung dây thường có lõi nhôm nhẹ trên

đó quấn dây đồng cỡ 9,03 + 0,2mm Cũng có trường hợp khung quay không c2 lõi nhôm bên trong (như điện kế chẳng hạn) Khung quay được gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo) Trên trục quay dn có hai lò xo ;ẩn 7 mắc ngược nhau kim chỉ thị 2 và thang -

do 8

90

Trong cơ cấu chỉ thị từ điện, chế* lượng nam châm vĩnh cửu quyết định rất lớn chất lượug dụng cụ đo Yêu cầu đối với nam châm vĩnh cửu là tạo nên từ cảm lớn trong khe hở iàm việc, ổn định theo thời gian và nhiệt độ Trị số độ từ cảm B trong khe hở làm việc càng lớn thì mômen quay tạo ra càng lớn độ nhạy của dụng cụ đo càng cao và í: chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài, do đó tăng độ chính xác của dụng cụ do

Nam châm vĩnh cửu được chế tạo bằng các loại thép đặc biệt như hợp kim vonfram, hợp kim crôm, alnicô v.v Trị số từ cảm B được tạo bởi các loại nam châm trên có thể từ

0,1 + 0,12 T va 0,2 + 0,3T |

Ngoài cơ cấu chỉ tì: từ điện có khung quay cồn có loại cơ cấu chỉ thị từ điện có phần tnh là cuộn dây còn phần động là nam châm quay, tuy nhiên loại này trong thực tế ít dùng vì cấu tạo phức tạp và độ nhạy thấp

B - độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu;

‘s- diện tích khung dây;

w - số vòng dây của khung đây;

œ - góc lệch của khung dây so với vị trí ban đầu.:

Các giá trị B, s, w là ahững nằng số (không đổi khi khung dây quay)

5-2-3 Dac tinh cia co cau từ điện

Từ biểu thức,(5-12) ta suy ra các đặc tính cơ bản của cơ cấu chỉ thị từ điện sau day

1 Góc lệch œ tỉ lệ thuận với dòng điện I cho nên cơ cấu chỉ thị từ điện chỉ sử dụng trong mạch một chiều

2 Góc lệch œ tỉ lệ bậc nhất với dòng điện I nên đặc tính của thang đo đều

3 Độ nhạy của cơ cấu § = Doe là đại lượng không đổi trong suốt thang do, là độ nhạy theo dòng có số đo là [mm/A] Thông :hường người ta hay dùng hệ số nghịch đảo của độ nhạy gọi là hằng số của dụng cụ do thec dòng (hoặc theo áp ) CC _= = [A/mm] Co cấu chỉ thị từ điện thường có độ nhạy cao vì trị số B thường lớn Độ nhạy có thể đạt

đến 1/10 *[mm/A1 ;

4 Độ chính xác cao vì các phần tử của cơ cấu có độ ổn định cao; ảnh hưởng của từ trường ngoài không đáng kể (vì độ từ cảm của nam châm lớn); công suất tiêu thụ nhỏ nên

ảnh hưởng không đáng kể đến chế độ của mạch đo ; độ cản dịu tốt ; thang đo đều

5 Nhược điểm của cơ cấu chỉ thị từ điệt là ở chỗ : chế tạö phức tạp ; chịu quá tải kém, do việc dễ cháy ¡ò xo và thay: đổi đặc tỉnh của nó ; ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ

chính xác của phép đo

5-2-4 Ứng dụng của-cơ cấu chỉ thị từ điện

Cơ cấu chỉ thị từ điện thường được sử dụng trong các trường hợp sau đây :

1 Dùng để chế tạo các loại ampemét, vônméi, êmmét nhiều thang đo, dải đo rộng

2 Dùng để chế tạo các loại điện kế có độ nhạy cao, có thể đo được : dòng đến 1012

A, điện áp đến 10V, điện lượng Điện kế còn được dùng để phát hiện sự lệch điểm

không trong mạch cần đo hay trong điện thế kế

3 Trong các loại dao đệng kí ánh sáng để quan sát và ghi lại các giá trị tức thời của dòng áp, công suất tần số có thể đến 15 kHz cơ cấu chỉ thị từ điện được sử dụng để chế tạo các đầu rung

4 Dùng cơ cấu chỉ thị từ điện để làm chỉ thị trong các mạch đo các đại lượng không

5 Dùng để chế tạo các dụng cụ đo điện tử tương tự như : vônmét điện tử, tần số kế điện tử, pha kế điện tử v.v

6 Dùng với các bộ biến đổi khác như chỉnh lưu, cảm biến cặp nhiệt để có thể do

được dòng (hay áp) xoay chiều

5-2-5 Co cau chi thi log6mét tir dién

Trên cơ sở cơ cấu chỉ thị từ điện người ta đã sáng tạo ra một loại cơ cấu chỉ thị để đo

tỉ số hai dòng điện đó là lôgômét Về cấu tạo lôgôrét từ điện khác cơ cấu: :hỉ thị từ điện bình thường ở chỗ lôgômét từ điện khêng có lò xo cản, thay vào đó là một khung dây thứ hai tạo ra một mômen có hướng chống lại momen quay của khung dây thứ nhất (h 5-10)

Nguyên lí làm việc của lôgômét từ điện như sau : trong

khe hở của từ trường của nam châm vĩnh cửu đặt phần động

gồm hai khung quay đặt lệch nhau một góc 8 (30° - 90°) Ca

hai đều được gắn vào trục chung Dòng I¡ và I¿ được đưa vào

các khung dây nhờ các dây dẫn không mômen Dòng I¡ sinh

ra mômen quay Mụ, còn đồng I; sinh ra mômen cản M,:

da da

©®¡, ®; là từ thông của nam châm móc vòng qua các

khung dây các mômen Mạ và M, thay đổi thec sự thay đổi 8

oo ` Hình 5-10 Co cdu chi thi lôgôimmét

của góc lệch œ Dấu của Mụ và M, ngược nhau (h.5-10) Các từ điện

giá trị cực đại của các mômen sẽ lệch nhau một góc ồ, như thế trong khe hở làm việc sẽ xdy ra su giam momen quay M, và tăng mômen cản M,

Từ biểu thức trên ta suy ra đặc tính cơ bản của lôgômét từ điện như sau : *

¬ Góc lệch ở tỉ lệ với tỉ số giữa hai dòng điện đi qua các khung dây Điều này sẽ tất

có lợi khi phải đo các đại lượng vật lí thụ động, phải cho thêm nguồn ngoài Nếu nguồn cung cấp có thay đổi nhưng : số các dung điện vẫn giữ nguyên thì tránh được sai số do sự biến động của nguồn cung cấp

Lôgômét từ điện được ứng dụng để đo điện trở, tần số và các đại lượng không điện

§5-3 CƠ CẤU CHỈ THỊ ĐIỆN TỪ

5-3-1 Cấu tạo *

Phần tĩnh của cơ cấu chỉ thị điện từ là một cuộn dây phẳng

Bên trong có khe hở không khí là khe hở làm việc (h: 5-11)

93

Phần động là một lõi thép 2 được gắn lên

trục quay 5 Lõi thép có thể quay tự do trong khe

làm việc của cuộn dây Bộ phận cản dịu không

khí 4 được được gắn vào trục quay Kim 6 và đối

trọng 7 cũng được gắn lên trục quay Kim quay

trên bảng khác độ 8 Mômen cản được tạo bởi

hai lò xo 3 ngược chiều nhau

Ngoài loại kết cấu trên ta còn gặp loại cơ

cấu điện từ có cuộn dây tròn và loại mạch từ kín

(h 5-12)

Hình 5- 12 a) Cơ cấu chử thị điện từ có cuộn day tron ;

b) Cơ cấu điện từ với mạch từ kín

Loại cuộn đây tròn bên trong bố trí các tấm kim loại (tấm tĩnh), tấm động gắn với trục quay Sự xuất hiện từ trường trong lòng cuộn dây tĩnh sẽ từ hoá các tấm tĩnh và tấm động Tấm động và tấm tĩnh hút nhau do khác cực tính làm phần động quay (h 5—12a) Loại mạch từ kín (h 5—12b) Phân tĩnh gồm cuộn dây kích thích, mạch từ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện Kích thước và hình dáng khe hở không khí được tính toán cẩn thận Ở bên trong khe hở lá động được gắn với trục quay Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, từ thông xuất hiện trong mạch từ và khép kín qua khe hở không khí tác động lên lá động làm cho nó quay xung quanh trục Y

L- là điện cảm của cuộn dây

Thay (5—16) vào biểu thức mômen quay ta có :

5-3-3 Dac tính của cơ cấu chỉ thị điện từ

1 Góc quay œ tỉ lệ với bình phương của dòng điện, tức là không phụ thuộc vào chiều của đòng điện, do vậy mà cơ cấu chỉ thị điện từ có thể sử dụng để đo trong mạch một chiều và trong mạcb xoay chiều (đối với xoay chiều là giá trị hiệu dụng tần số đến

10.000 Hz)

2 Thang đo không đều (có đặc tính bậc hai) Ngoài ra đặc-tính thang đo lại còn phụ thuộc vào tỉ số a là một đại lượng phi tuyến Trong thực tế để đo đặc tính thang do đều

người ta phải tính toán sao cho khi góc lệch ơ thay đổi thì tỉ số đL/dœ thay đổi theo quy

luật ngược với bình phương dòng điện Như vậy đường cong tổng hợp sẽ là đường tuyến

tính với một độ cbính xác nào đó (h 5-13) Để đạt được điều này cần phải tính toán

mạch từ, kích thước, hình dáng lõi động, vị trí đặt : Z2 re

của cuộn dây cho phù hợp - Dat tinh

3 Cản dịu thường bằng không khí hoặc cảm ứng thong de

4 Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu

được quả tải lớn ; độ chính xác không cao nhất là

khi đo ở trong mạch một chiêu sẽ bị sai số do hiện

tượng từ trễ, từ dư ; độ nhạy thấp ; bị ảnh hưởng của

từ trường ngoài do từ trường của bản thân cơ cấu -

yêu khi dòng nhỏ - Hình 5-13 `

14 Ứng dụng

Cơ cấu chỉ thị điện - từ thường được sử dung để chế tạo các loại ampemet, vônmet,

trong mạch xoay chiều tân số công nghiệp ở cá: dụng cụ để-bảng cấp chính xác !,0 và:I,5

và các dụng cụ nhiều thang đo ở phòng thí nghiệm cấp chính: xác 0,5 và 1,0 Trong mạch với tần số cao và hơi cao cần phải tính toán các mạch bù tần số để giảm sai số do tần số,

93

5-3-5 Lôgômét điện từ

Về nguyên tắc lôgômét điện từ cũng giống

như lôgômét từ điện Lôgômét điện từ gồm hai

cuộn dây tĩnh A và B, hai lõi động được gắn lên

cùng một trục quay Khi có dòng điện chạy qua

cả hai cuộn thì cuộn A sinh ra mômen quay My

còn cuộn B sinh ra momen can M, O vi trí cân

bang tac6é M, = M, Theo (5~17) ta có :

Ta suy ra: a.=F (#] 2 (5-19) ì

Hình 5-14 Cø cấu lôgô'uét điện từ

Từ biểu thức trên đây ta suy ra đặc tính cơ bản của lôgômét điện từ nrhư sau:

- Góc lệch ơ tỉ lệ với tỉ số bình phương của dòng điện Tỉ số này sẽ không thay đổi khi nguồn điện áp cung cấp cho cả hai cuộn dây thay đổi loại trừ được sai số do sự biến động của nguồn cung cấp khi cần đo các đại lượng thụ động

Lôgômét điện từ được sử dụng để đo các đại lượng như điện trở, điện cảm, điện dung

(trong mạch xoay chiều) đo tần số, góc pha và các đại lượng không điện

§5-4 CƠ CẤU CHỈ THỊ ĐIỆN DONG

5-4-1 Cấu tạo

Hình 5—15 vẽ sơ đồ cấu tạo của một cơ cấu chỉ thị điện động

Phần tĩnh gồm cuộn dây | (được chia làm hai phần nối

tiếp với nhau) để tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy

qua Trục quay chui qua khe hở giữa hai phần cuộn dây tĩnh

Phân động gồm một khung dây 2 đặt trong lòng cuộn Z

dây tĩnh Khung dây 2 được gắn với trục quay, trên trục còn eH $\ H

có lò xo cản bộ phận cản dịu và kim chỉ thị Ca pha# động Ñ

và phần tĩnh được bọc kín bằng màn chan từ éể ngăn chan ]

ảnh hưởng của từ trường ngoài đến sự làm việc của cơ cấu ‘HH R

chỉ thị Màn chắa từ có thể là đơn hoặc kép h ị

Hình dạng của cuộn dây tĩnh và khung dây động có thể ; +

tròn hoặc vuông Loạ: tròn để chế tạo, loại vuông lại thích Hình 5—18 Cơ cấu chỉ thi

hợp khi cần giảm thấp chiều cao của cơ cấu đo điện động

96

Can dịu trong cơ cấu chỉ thị điện động thường dùng loại cảm ứng từ khi có màn chắn `

từ và dùng kiểu không khí khi không có màn chắn từ bảo vệ a

5-4-2 Nguyén li lam việc

Khi cho dòng điện chạy vào cuộn tĩnh, trong lòng cuộn dây xuất hiện từ trường Từ

trường này tác động lên dòng điện chạy trong khung dây và tạo nên mômeh quay làm

phần động quay di mot géc a

Mômen quay được xác định từ biểu thức chung như sau :

Mạ = = „ W¿ - năng lượng điện từ tích luỹ trong các cuộn dây

Ta phân biệt hai trường hợp :

1 Khi cho dòng một chiều I, vào cuộn dây 1, I, vao cuộn dây 2

Lúc này năng lượng điện từ có dạng :

W = 2L +2LạlŸ +Mishl; e ‘ (5-20)

Với Lị, Lạ - điện cảm của các cuộn dây tĩnh và động ;

M¡ ¿ - hỗ cảm giữa các cuộn dây tĩnh và động ;

I,, I, - dòng điện một chiều chạy trong các cuộn dây tĩnh và động

Các giá trị điện cảm Lạ, Lạ không đổi khi khung dây quay trong cuộn tĩnh cho nên ta

có mômen quay như sau : :

2 Khi cho dòng xoay chiều vào các cuộn dây ta có:

Mômen quay tức thời sẽ là : :

a da Phần động vì có quán tíah mà không kịp thay đổi theo giá trị tức thời nên thực tế lấy

theo trị số trung bình trong một chu kì :

Nếu i¡ = Ii„sin @t và ỉ; = I;msin(@t - ), thay vào (5-23) và (524) ta có: w

My= x Plinlam Sin@t-sin(ot— wat

0

97

7.KT BL CBL VAT LYI1 A

Lấy tích phân này ta được :

5~4~3 Đặc tính của cơ cấu chỉ thị điện động

1 Cơ cấu chỉ thị điện động có thể dùng trong mạch một chiểu và xoay chiều

2 Góc lệch ø phụ thuộc vào tích I¡ lạ nên thang đo không đều Có thể thay đổi vị trí của các cuộn dây để thay đổi tỉ số đM;;/dø theo hàm ngược với I¡l¿ nhằm đạt được thang

đo đều (thường từ 20% + 100% thang đo có thể chia đều còn 20% đầu thang đo khoảng

3 Trong mạch xoay chiêu mômen quay tỉ lệ với các giá trị hiệu dụng của dòng điện

va cos/ (cos của góc lệch pha giữa hai đòng điện) vì thế có khả năng sử dụng cơ cấu này

4 Ưu điểm cơ bản của cơ cấu chỉ thị điện động là có độ chính xác cao khi đo trong

mạch xoay chiêu vì không sử dụng vật liệu sắt từ tức là loại bỏ được sai số do dòng xoáy, bão hoà từ, v.v Ngày nay đã sản xuất được những dụng cụ đo điện động có cấp chính xác

nhiều Do đó cơ cấu đo điện động chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài, Để đảm bảo cho

cơ cấu đo làm việc tốt cần phải có chắn từ

7 Độ nhạy thấp vì mạch từ yếu

5-4-4 Ứng dụng -

Cơ cấu chỉ thị điện động sử dụng để chế tạo các ampemét, vônmết, oatmét một chiều

và xoay chiều tần số công nghiệp; các pha kế để đo góc lệch pha hay hệ số công suất cosø Khi sử dụng trong mạch xoay chiều tần số cao, phải có mạch bù tần số có thể đo được với đải tần đến 20kHz

98 7.KT BL CBL VAT LYM B

5-4-5 Lôgômét điện động

Cơ cấu lôgômét điện động có cấu tạo phần tĩnh

hoàn toàn giống cơ cấu chỉ thị điện động Ở phần động

ta mắc thêm một khung dây 2 nữa gắn chặt với khung

dây I chéo nhau một góc là y (h 5—16)

Khi có dòng điện I chạy vào cuộn tĩnh A dòng l¡,

1; chạy vào hai cuộn động B thì ở cuộn động B, sinh ra

mômen quay Mụ Mômen này do thành phan luc F, cos

(y - ơ) sinh ra Do vậy momen nay sé có đạng :

“SN dM ap,

« Myg=II;-cos (I11;) cos (y — a)

a (5-27) Hình 5-16 Cơ cấu chỉ thị lôgômét điện

Do vậy cơ cấu này được sử dụng để chế tạo các loại dụng cụ đo các đại lượng thụ động như pha kế, tân số kế, điện dung kế v.v trong đó sự biến động của nguồn cung cấp sẽ

không ảnh hưởng đến kết quả đo

5~4—6 Cơ cấu chỉ thị sắt điện động

Cơ cấu chỉ thị điện động có nhược điểm là từ trường bản thân do các cuộn dây sinh

ra yếu nên quay nhỏ và chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài nhiều Cơ cấu chỉ thị sát điện

động khắc phục được những nhược điểm trên

99

Về nguyên tắc cơ cấu chỉ thị sắt điện động và điện động giống nhau Nhưng ở cơ cấu chỉ thị sắt điện động có thêm mạch từ ở cuộn đây tĩnh

Để giảm tổn hao.do dòng điện xoáy và từ trễ, mạch từ làm bằng các lá thép kĩ thuật

điện hoặc được chế tạo bằng cách ép các bột sắt từ có trộn các chất từ môi

Mạch từ còn làm nhiệm vụ màn chắn từ bảo vệ cơ cấu đo khỏi ảnh hưởng của tù trường ngoài :

tp

Hình S—17 Cơ cấu chỉ thị sắt điện động

Hình 5—17 mô tả cấu tạo của cơ cấu chỉ thị sắt điện động Trong đó cuộn dây tĩnh 1, mạch từ 3 để tạo từ trường trong khe hở làm việc, khung quay 2 gắn với trục quay, kim chỉ thị, lò xo phản và bộ phận cản dịu

Mômen quay tức thời là :

mại = B, 82 Wp in (5-31)

S2, W¿ - lầ diện tích và số vòng của khung dây 2 ;

B, — độ từ cảm trong khe hở không khí, được tạo ra bởi dòng ¡, đi qua cuộn dây tĩnh Mômen quay trung bình sẽ là :

M,= = rg = Bs) wy I,cos(B, 1p) (5-32)

ce Nếu ta sử dụng đoạn tuyến tính của đường cong từ trường thi:

Cơ cấu sắt điện động có ưu điểm là mômen quay lớn do có lõi thép, vì thế nó được sử

dụng trong các dụng cụ đo cần mômen quay lớn như dụng cụ tự ghi (các loại ampemet,

§5—5 CƠ CẤU CHỈ THỊ TĨNH ĐIỆN

5-5-1 Cau tạo và nguyên lí làm việc

Cơ cấu chỉ thị tĩnh điện dựa trên sự tác động lẫn nhau giữa hai hay nhiều vật thể tích

điện Ít nhất một trong các vật thể đó là phần động và sự chuyển dịch của nó gây nên sự thay đổi năng lượng điện trường tạo bởi các vật thể tích điện ấy :

Hình 5—18 là hai loại thônggdụng nhất của cơ cấu chỉ thị điện

Hình 5—18a, là loại thứ nhất, loại này có hai bản cực

tnh I ở giữa hai bản cực ấy là bản cực động 2 được nối

với một cực tĩnh bên trái Điện áp cần đo được đưa vào

Nhờ vậy mà bản cực động đẩy-cực tĩnh trái và hút về

phía cực tĩnh phải và do vậy mà điện dung của hệ thống

thay đổi

Bản cực động được gắn với kim làm kim quay trên

trục quay

Ở cơ cấu thứ hai (h.5—18§b), điện dung thay đổi do

thay đổi bể mặt của các điện cực (các bản cực) của một

hệ thống tụ điện Phần tĩnh là các bản cực 2 còn phần ~

động là các bản cực I được gắn vào trục quay 3 Kim 4, _ ) sẽ 1:2 Đố Ị

được gắn vào trục quay và trượt trên mặt số 5 Hinh 5-18 Cơ cấu chỉ thị rĩnh điện

Momen can được sinh ra bởi lò xo cản 6

Cản dịu ở đây có thể sử dụng cản dịu không Khí hay là cản dịu cảm ứng

Khi đặt vào hai bản cực tĩnh và động một điện áp U, giữa chúng sinh ra một điện

trường Năng lượng của điện trường đó được biểu diễn bởi công thức sau :

Lực tĩnh điện tác động tương hỗ lên các điện cực tích điện tạo rả mômen quay tác động lên điện cực động làm quay ở bên trong các điện cực tĩnh Kết quả là điện tích giữa

các bản cực thay đổi, tức là thay đổi điện dung C

5-5-2 Đặc tính của cơ cấu chỉ thị tĩnh điện

Từ biểu thức (5-38) ta suy ra các đặc tính cơ ban của cơ cấu chỉ thị tĩnh điện sau đây:

1 Góc lệch œ tỉ lệ với bình phương của điện áp U

Cực của điện áp không làm thay đổi hướng của mômen quay vì thế sử dụng để đo

điện áp vừa một chiều vừa xoay chiều Trường hop khi điện áp cần đo là xoay chiều thì

- mômen quay sẽ nhận giá trị trung bình trong mot chu ki

T

My= = furar 2-4 20 2T : da 2 dơ (5-39) u(t) = Up sinot — gid tri dién dp tức thời ;

U — gid tri hiéu dung ;

T - chu kì của điện áp cần đo

2 Đặc tính của thang đo không đều (bậc hai) Ngoài ra đặc tính thang đo còn phụ thuộc vào tỉ số < là một đại lượng phi tuyến Trong thực tế dé cho đặc tính thang do

œ

đều người ta phải tính toán sao cho khi góc lệch œ thay đổi thì tỉ số < thay đổi theo quy

luật ngược với bình phương của điện áp cần đo Như thế đường cong tổng hợp sẽ là đường - tuyến tính với một độ chính xác nào đó Giống như trường hợp cơ cấu chỉ thị điện từ (xem

§5-3, h.5-13) Dé dat được điều này cần phải tính toán điện trường, kích thước, hình

đáng và vị trí đặt của các điện cực cho phù hợp

3 Ưu điểm: điện trở vào lớn ; điện dung vào thay đổi nhưng nhỏ ; công suất tiệu thụ nhỏ có khả năng sử dụng cả trong mạch một chiều lẫn xoay chiều ; đải tần rộng ; số chỉ của dụng cụ đo không phụ thuộc vào hình dáng đường cong tín hiệu đo

4 Nhược điểm: đặc tính thang đo không đều ; độ nhạy thấp do điện trường yếu ; độ chính xác không cao có khả năng đánh thủng giữa các điện cực gây ngắn mạch vì thế cần phải có màn bảo vệ

102

5-5-3 Ung dung - /

Cơ cấu chỉ thị tinh điện được sử dung để chế tạo các vônmét và kilôvônmét Điện áp tối thiểu có thể đo được chính xác cỡ 10V =

Thường được sử dụng để đo điện áp cao thế Ngoài ra nếu sử dụng với khuếch đại

điện tử có thể chế tạo các loại vônmét.xoay chiều và các loại electrônmét có độ nhạy cao

§5~6 CƠ CẤU CHỈ THỊ CẢM ỨNG

Hinh 5-19 Co cdu chi thi cảm ứng

Phần tĩnh là các cuộn dây điện 2, 3, cấu tạo của chúng làm sao để khi có dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường móc vòng qua mạch từ và qua phần động Số lượng nam châm điện ít nhất là hai

Phần động là một đĩa kim loại 1 (thường cấu tạo bằng nhôm} gắn vào trục 4 quay tiên trụ 5 về nguyên tắc cơ cấu này dựa trên sự tác động tương hỗ giữa từ trường xoay chiều và dòng điện xoáy tạo ra trong đĩa của phần động do đó mà cơ cấu này chỉ làm việc

ở mạch xoay chiều Để chỉ thị số vòng quay của đĩa người ta gắn vào trục cơ cấu chỉ thị

số cơ khí

5-6-2 Nguyên lí làm việc

Khi cho các dòng điện l¡, lạ vào các cuộn dây phần

tĩnh sẽ sinh ra các từ thông Ø¡, đ; các từ thông này cũng

như đòng điện lệch nhau một góc tự (h.5-20)

Các từ thông ý, Ø; cắt đĩa nhôm làm xuất hiện

trong đĩa nhôm các sức điện trong tương ứng E¡, E; lệch

pha với các từ thông một góc là =

Các dòng điện xoáy I„¡, I„; được sinh ra trong đĩa

nhôm lệch pha với E¡, E; bởi các góc øi, ø; vì ngoài điện

trở thuần còn có thành phần cảm ứng Hình 5~20 Biểu đổ véctơ của cơ cấu Ea

Do có sự tác động tương hỗ giữa từ thông ý¡, ¢ va chỉ thị cảm ứng

103

các dòng điện xoáy I,¡, Ivạ mà sinh ra các luc Fy, F, vA cdc momen quay tương ứng làm

quay đĩa nhôm (h.5—19b)

Giá trị tức thời của mômen quay M; do sự tác động tương hỗ giữa ¡, và dòng tức

M, = Coipigs (5-40)

Nếu $4; =O), sinot va ix; = Ix) m sin (ot - y),

+ ~ là góc lệch pha giữa $), va ix), thi:

M, = C®yp1x1m Sint sin (wt — y) ` (5-41)

Vì phân động có quán tính lớn cho nên ta có mômen là đại lượng trung bình trong

một chu kì T :

M= + Mat =F CP mlxim sinat.sin(@t—y)dt = C@,I,;cosy (5-42)

Để đơn giản hoá, ta có thể coi đĩa nhôm chỉ có điện trở thuần, do đó các góc œ¡ = œ; ~ 0

Và y& ?: Vậy thì cosy = cos = 0 Do đó biểu thức (5-42) sẽ bằng 0 Tức là mômen

sinh ra giữa từ thông ® và dòng I,¡ sẽ bằng không

Bay giờ ta hãy xét các mômen thành phần như sau :

M¡¡ - mômen sinh ra do ®; tác động lên I„¡ ;

Mì; - mômen sinh ra.do ®; tác động lên I„; ;

Mp; - momen sinh ra do ®; tác động lên I„¡ ;

Mạ; - momen sinh ra do ®; tác động lên I„¿

Tương tự như (5-42) ta có thể viết các mômen thành phần là :

Mịi ŠCịy ®ịlyicos 7 =0

M, = Cy2®Lysiny + Cy, O51, ;siny (5-43)

"Nếu dòng điện tạo ra ®¡, ®; là hình sin và đĩa đồng nhất (chỉ có điện trở thuần) thì

các dòng xoáy sinh ra sẽ tỉ lệ với tần số f và từ thông sinh ra nó

Tức là : I = C3f Oval =Cyf ®>

104

Thay vào biểu thức (5-43), gộp các hệ số lại với nhau ta có :

M,=C fo, ®; sino (5-44) Trong đó C = C¡; C¿ + C¿¡ Cạ — là hằng số của cơ cấu chỉ thị cảm ứng

5-6-3 Dac tính và ứng dụng

Từ biểu thức (5-44) ta suy ra đặc tính của cơ cấu chỉ thị cảm ứng như sau :

1, Điều kiện để có mômen quay là ít nhất phải có hai từ trường

2 Mômen quay đạt được giá trị cực đại nếu như góc lệch pha giữa hai từ trường đó

lage,

3 Mômen quay phụ thuộc tần số của dòng điện tạo ra hai từ trường

4 Cơ cấu chỉ thị cảm ứng chỉ làm việc trong mạch xoay chiều

Ứng dụng : Cơ cấu chỉ thị cảm ứng chủ yếu sử dụng để chế tạo công tơ đo năng lượng (xem chương 10 Tập hai) Đôi khi người ta còn sử dụng để đo tần số

Nhược Äiểm : Mômen quay phụ thuộc tần số nên cần phải ổn định tần số

Bảng 5-1 Bang tong két các loại cơ cấu chỉ thị cơ điện

SốTT Tên gọi cơ cấu chỉ thị Kí hiệu Tín hiệu đo Ứng dụng

1 Cơ cấu chỉ thị từ điện £ + I- A, V,Q,G

x

5 Cơ cấu chỉ thị điện động E5 \ Il, A,V, Q, W, cos@, tin sé ké

II- CƠ CẤU CHỈ THỊ TỰ GHI

§5-7 CO SO CHUNG

Cơ cấu chỉ thị tự ghi được sử dụng trong các dụng cụ tự động ghí nhằm mục đích ghi lại những tín hiệu đo thay đổi theo thời gian

Thông thường các chỉ thị cơ điện (ví dụ cơ cấu chỉ thị sát điện động) được dùng cho

dụng cụ tự ghi phải có mômen quay đủ lớn để thắng được ma sát do bút ghi tì lên giấy Đầu

vào thường là dòng điện biến thiên theo thời gian ¡(Ð) còn đầu ra là đường quan hệ ơ (t) Đường ghi trên băng giấy là sự phối hợp giữa hai chuyển động y = œ = f(¡) (tức góc lệch œ là hàm của dòng điện tức thời i) va x = Kt

Theo cách ghi có thể phân loại cơ cấu tự ghi làm ba loại: loại thứ nhất là ghi các đường cong liên tục; loại thứ hai là ghi các đường cong rời rạc; loại thứ ba là ih số lên băng giấy Đối với cơ cấu tự ghi thiết bị quan trọng là cơ cấu tạo ra động tác ghi Ví dụ ở hình

5-21 chỉ rõ nguyên lí của một cơ cấu ghi với cơ cấu chỉ thị sắt điện động Trong đó cơ cấu tạo ra động tác ghỉ bao gồm : cơ cấu đồng hồ 6 (thường là một động cơ đồng bộ), bộ

giảm tốc 8, quả rulô 9, băng giấy 7 và bút ghi 5 Việc ghï được tiến hành bằng bút ghi mực gắn ở kim quay của cơ cấu chỉ thị cơ điện hoặc gắn với chiết áp điều chỉnh trong dụng cụ cân bằng

Tốc độ ghi có thể thay đổi bằng cách thay đổi hệ số truyền của bộ giảm tốc 8 thường

trong khoảng 10, 20, 40, 60, 120 mm/h

Cách ghi có thể có nhiều cách thức khác nhau đó là :

— Ghi bằng mực trên băng giấy hoặc đĩa giấy

~ Ghi trên giấy nến hoặc giấy than do bút ghi vạch lên

— Ghi bằng cách thay đổi vật chất phủ lên bề mặt vật mang : như ghi bằng cách chụp

ảnh (ghi bằng ánh sáng) : ghi lên băng hay đĩa từ; ghi bằng nhiệt làm cháy vật chất trên

bề mặt vật mang v.v

Để chuyển dịch băng giấy thường người ta dục lỗ, khoảng cách giữa các lỗ thường là 5mm, lỗ sẽ ăn khớp với các răng ở trên rulô Đối với băng hẹp (độ rộng dưới 100mm) chỉ cần một hàng lỗ Còn nếu băng rộng (trên 100mm) thì thường là hai hàng lỗ trong đó một hàng (thường ở phía trái) có lỗ tròn bảo đảm không thay đổi khi giấy bị ẩm và một hàng

có lỗ dài để phòng có sự xê dịch khi giấy bị ẩm

Mực để ghi không được khô khi mở nắp Khi viết rồi phải khô thật nhanh Thành phần của nó thường là hỗn hợp của thuốc nhuộm anilin, mêtilviôlet hoặc mêtilen với nước

cất Để làm khô nhanh có thể thêm vào một ít cồn hay đestrin

Các vấn đề cần giải quyết trong các cơ cấu chỉ thị tự ghỉ là:

- Nâng cao tốc độ ghi - vấn đề này phụ thuộc rất nhiều thiết bị ghi Do phải mang

bút ghi phải thắng lực ma sát của bút ghi lên băng BIẤY nên mômen quay phải đủ lớn mới

đủ độ nhạy

~ Cần phải cải tiến cách ghi để làm sao vừa đơn giản, vừa ghi được nhanh và bảo đảm độ chính xác theo yêu cầu

106

§5-8 CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ TỰ GHI:

Phụ thuộc vào tốc độ ghi mà ta có thể phân chia làm ba loại sau đây :

5-8-1 Cơ cấu chỉ thị tự ghi có tốc độ thấp

Khi tín hiệu cần đo có tần số thấp (dưới 10Hz) thường người ta sử dụng các loại chỉ thị tự ghi có tốc độ thấp Đó là các loại bút ghi vạch lên nee giấy chuyển động với tốc

độ đều

Do phải mang bút ghi có khối lượng tương đối lớn

(khoảng 0,5g), lại phải chịu lực ma sát của bút ghi lên

băng giấy cỡ 5-10N Vì vậy mà cơ cấu chỉ thị tự ghi

cần phải có mômen quay đủ lớn, thường trong khoảng

(50+100).10 °N.m (đặc biệt có loại đến 250.10 ÊN.m)

Để đạt được điều này trong thực tế ta chỉ sử dụng hai

loại cơ cấu chỉ thị cơ điện đó là cơ cấu chỉ thị từ điện

và cơ cấu chỉ thị sắt điện động ‘ ;

Hinh 5-21 là một ví dụ về cơ cấu chỉ thị ghi sử

dụng cơ cấu chỉ thị sắt điện động Trong đó gồm mạch

từ 1 với cuộn dây 4 lõi từ bên trong 2, khung dây độn§ Hình.5~21 Cơ cấu tự ghỉ sử ứ dụng chỉ thị

3, kim 5 (có gắn bút ghi) ghi lên băng giấy7 ' sắt điện động

WS WS Ở cơ cấu chỉ thị sắt điện động do có lõi thép

mômen quay lớn đủ sức để mang bút ghi ; còn cơ

me đ cấu chỉ thị từ điện mômen quay sinh ra do từ trường

oY y của nam châm vĩnh cửu cho nên để cé.momen quay

lớn ta thường sử dụng các loại nam châm có kích

thước lớn mà có vòng từ khép kín để nâng cao hệ số '

sử dụng từ thông của nam châm n

Hình 5-22 chỉra một số mạch từ thông dụng c của

cơ cấu từ điện sử dụng trong dụng cụ tự ghi Với loại

tế Lo Các dạng mạchdữ củácợ đu 2) tà có hệ số.sử dụng từ thông của nam châm là

từ điện dùng trong dụng cụ tự ghỉ n= 0,25 ; loại b) có n = 0,6 ; các loại c), d) có n = 0,9

5-8-2 Cơ cấu chỉ thị tự ghi có tốc độ trung bình

Ở những dụng cụ tự ghi có tốc độ trung bình

(tân số dưới 100Hz), ta vẫn có thể dùng bút ghi lên

băng giấy Trong các loại chỉ thị này thường sử

dụng cơ cấu chỉ thị từ điện hoặc điện từ

Hình 5-23 chỉ rõ một loại cơ cấu chỉ thị tự ghi có

trung bình sử dụng cơ cấu điện từ °

107

\

chính là : mạch từ 1 với cuộn dây 2 để đưa dòng cần đo vào Lõi từ 3 được gắn với lá

mỏng đàn hồi 4, qua thanh truyền động 5 nối với kim 6 có gắn bút ghi vẽ lên băng giấy 7

Khi có dòng điện vào cuộn dây 2 * “7 2

L6i tir 3 bi hit vao va can bang véi luc

đàn hồi của lá mỏng 4 Sự dao động của '„ E——mƒ | dòng cần do sẽ được vẽ lên băng giấy rs © LỊ

Độ nhạy của chỉ thị này cỡ 0/2mm/mA —' 7| a

Độ lệch cực đại cia but ghi la 5mm = 3 ý n } \ 5

Tần số riêng của phần động là 70Hz ` Bia aan

Hinh 5-24 Co cdu chi thi tu ghi téc độ trung bình

Trong các thiết bi y tế như điện tâm sử dụng cơ cấu từ điện

đồ, điện não đồ và một loạt các thiết bị tự ghi công nghiệp thường người ta sử dụng các loại

Hình 5-24 chỉ rõ một cơ cấu chỉ thị tự ghi dùng với cơ cấu từ điện Các phần tử chính

là : mạch từ:1, với các đầu từ 2 (N - §), cuộn kích thích 3, cuộn bất động 4 xuyên qua nó

là bộ phận động 5 (được chế tạo bằng vật liệu sắt từ armơcô) mang bút ghi

Khi có dòng điện đi vào cuộn dây 4 sinh ragmột từ trường xoay chiều ở trong khe hở

không khí kết quả là xuất hiện mômen quay tỉ lệ với dòng điện cần đo đi qua cuộn bất động 4 Loại này có thể ghi các dòng điện với tân số 50Hz Độ rộng băng giấy lớn nhất có

thể đến 17mm

5-8-3 Cơ cấu chỉ thị tự ghi có tốc độ cao

* Đối với các loại dụng cụ tự ghi có

tốc độ lớn (tần số trên 100Hz) ta có thể sử

dụng các cơ cấu cơ điện có tần số dao động

riêng cao

Hình 5-25 chỉ rõ một cơ cấu như vậy

với tần số dao động riêng đến 750Hz Cấu

tạo của cơ cấu chỉ thị bao gồm : một nam

châm vĩnh cửu 1 hình trụ Ở cực giữa đặt

cuộn dây đo 2 _ Ig

Cuộn dây đo được gắn chặt với kim

chỉ 4 - kim này được gắn với tấm đàn hồi Hình 5-25 Cơ cấu chỉ thị tự ghỉ tốc độ cao có tấn số

3 Lực tác dụng lên cuộn dây khi có sựtác ~ riêng 750H:

động tương hỗ giữa dòng và từ trường nam châm sẽ cân bằng với lực đàn hồi của tấm đàn

: Đối với loại cơ cấu này độ nhạy đạt được cỡ 0,5mm/mA Độ dài thang đo cỡ 10mm

Có thể sử dụng để ghi các đại lượng thay đổi với tần số lớn

Trong các dao động kí ánh sáng, tần số tín hiệu có thể đến 800Hz Ví dụ: loại H —

700 của Nga chẳng hạn gồm có 14 cơ cấu chỉ thị bằng điện kế từ điện chỉ thị ánh sáng

Hình 5-26 chỉ rõ cấu tạo một điện kế như vậy Phần động của điện kế được đặt bên

trong một ống đồng thau1 Trong ống đặt các đầu cực 2 làm bằng sắt từ armơcô Khung :

—

dây 3 bằng dây đồng đường kính 0,02 + 0,03mm được gắn bằng dây căng 5 vào các đầu 7

-8 Ở đầu trên của khung dây trên dây căng gắn một mảnh gương nhỏ 4 Ở trên thành ống

đối diện với gương ta khoét một lỗ 6 Việc hiệu chỉnh tân số riêng của phần động của

điện kế được thực hiện bởi lò xo 9 l

Hình 5-26 Điện kế từ điện chi thị ánh sáng

Khi dòng điện cần đo đi vào khung dây gây ra mômen quay làm lệch vị trí của gương

4 Qua lỗ 6 tia sáng chiếu vào gương, tia sáng phản chiếu sẽ bị lệch đi một góc œ tỉ lệ với

độ lớn của đòng điện cần đo Tia sáng phản chiếu sẽ in lén băng giấy ảnh rộng 120mm

có độ nhạy cao (500 + 1000 đơn vị ánh sáng) Tốc độ băng giấy có thể thay đổi từ 2,5 đến

2500mm/s, tuỳ thuộc tần số của tín hiệu cần đo

: Y| |* * Khi tan số tín hiệu cần đo rất cao

X 7P ae (trên 800Hz) người ta thường sử dụng cơ

o f —(} { ho -| cấu chỉ thị điện tử nhằm mục đích quan

: |“ _ sat, nhé va ghi lại một đoạn tín hiệu các vấn dụng cụ đó là các dao động kí điện tử

-o chy | hoặc có thể sử dụng máy tính điện tử

Trong một ống phóng bằng thuỷ tỉnh đã hút khí tạo chân không được đặt cái gọi là

"súng phóng điện tử"

Điện tử từ cực catốt K bay về hướng các điện cực dương anôt A¡, A; Nhờ có cực

điều khiển tia điện tử ĐT có điện thế âm so với catốt mà chùm tia điện tử hội tụ và sau đó

các điện trường của hai anốt Ai, A2 sẽ làm tăng tốc độ chùm tỉa và hướng về phía mặt trong của màn hình đã được phủ chất huỳnh quang (thường là ZnS — sunfurơ kẽm) Tỉa

điện tử bắn vào đấy sẽ phát sáng, người quan sát sẽ nhìn thấy một điểm sáng

Các điện trở điều chỉnh R, để điều chỉnh độ sáng, còn điện trở R; để điều chỉnh tiêu

cự của điểm sáng Điện áp trên A; lớn gấp 4 + 6 lần so với điện áp trên Ai

Trong ống phóng còn bố trí các cặp bản cực C¡, C; để làm lệch tiả điện tử về phía lên xuống (theo trục Y) và về phía ngang (theo trục X) l

Nếu đặt vào hai bản cực C¡ một điện áp xoay chiêu thì tia điện tử sẽ dao động và ta

thấy trên màn hình một đường thẳng đứng có chiều dài bằng hai lần biên độ của điện áp xoay chiều đưa vào bản cực Y(€¡)

Nếu điện áp xoay chiều được đặt vào hai bản cực X(C¿) thì ta nhận được đường nằm

ngang Nếu cùng một lúc.ta đặt hai điện áp vào hai cặp bản cực C¡, C; thì trên màn hình

ta nhận được đường khép kín hình đáng của nó phụ thuộc vào độ lệch pha và tỉ số tần số giữa hai tín hiệu Đường cong như vậy gọi là hình Lixaju đối với tín hiệu hình sin

109

Điện áp cần đo thường được đưa vào bản cực Y còn bản cực X được đưa tín hiệu phụ tuỳ thuộc.vào mục đích của phép do

Độ nhạy của ống phóng điện tử là độ lệch h của điểm sáng khi đưa vào bản cực một điện áp 1V Thường các ống phóng diện tử có độ nhạy cỡ 0,3 + 0,5mm/V

Tần số tín-hiệu đo có thể rất lớn, ngày nay các đao động kí điện tử có thể quan sát tín hiệu đến 1OMHz va hon.nita

Dao động kí điện tử thường được ứng dụng để quan sát các loại tín hiệu khác nhau

có dải tần rộng

Ngoài ra có thể sử dụng để đo điện áp, đo tần số, tỉ số tần số, và đo góc lệch pha

Dao động kí điện tử hiện đại có thể có hai hay nhiều tia điện tử, có cài đặt bộ vi xử lí

để có thể nhớ lại một đoạn tín hiệu mà mình muốn và có thể điều khiển để đưa tín hiệu ra máy in (máy in kim, hoặc in bằng laze) hoặc ghi vào băng hay đĩa từ để lưu giữ

II - CƠ CẤU CHỈ THỊ CUA DỤNG CỤ ĐO CHỈ THỊ SỐ

các thành tựu của kĩ thuật điện

tử và kĩ thuật máy tính để biến L

đổi và chỉ thị đại lượng đo

Để hiểu rõ nguyên lí của Hình 5-28 Sơ đồ khối dụng cụ đo chỉ thị số

cơ cấu chỉ thị số, ta tìm hiểu sơ đồ khối của một dụng cụ đo chỉ thị số (h 5-28)

Đại lượng đo x(t) sau khi qua bộ biến đổi thành xung Số xung N tỉ lệ với độ lớn của x() Số xung N được đưa vào bộ mã hoá (MH) cơ số 2-10 (mã BCD) Sau đó đến bộ giải

mã (GM) và đưa ra bộ hiện số Tất cả 3 khâu mã hoá - giải mã - hiện số cấu:'thành bộ chỉ

2 Mã cơ số 2 là loại mã có hai trạng thái Hệ đếm dựa trên mã này gọi là hệ đếm nhị

phân Nó gồm hài kí hiệu đó là 0 và 1

Để thể hiện các con số của hệ thập phân bằng hệ nhị

ngược sẽ cho ta giá trị số đó ở hệ nhị phân 0 6:

Ví dụ : Đề đổi số 12 (hệ thập phân) thành hệ nhị phân 0 3 íx 2

ta làm như sau : chia liên tiếp cho 2 sau đó đọc các số dư 1 1 theo mũi tên ta có :

12= 1100

Nếu phân tích một số thành tổng các số mũ ta có thể viết :

12=8!+4!+2°+ 19

Chỉ lấy các số mũ thì ta có dãy số 1100 Đó chính là số 12 ở hệ nhị phân Các số 8,

4, 2, 1 được gọi là trọng số của mã cơ số 2

Để đổi ngược lại từ mã cơ số 2 thành mã cơ số 10 ta chỉ việc cộng các trọng số có số

mũ là 1 còn các trọng số có số mũ là 0 coi như bằng 0 Tức là :

$ Mã 2—10 là sự liên hệ giữa mã cơ số 2 và mã cơ số 10, nhằm mục đích để quan sát

thuận tiện hơn cho việc đọc Mã 2-10 thường có các trọng số là 4-2~2—1, hoặc 2~4~ 2-1

v.v Mã này con gọi là mã THỜ) Để tạo ra mã 2-10 từ mã cơ số 2 phải thực hiện bằng thiết bị kĩ thuật

§5-11 THIET BỊ KĨ THUẬT ĐỂ THỂ HIỆN MÃ SỐ ©

1 Mã cơ số 2 Trong kĩ thuật xung — số có một thiết bị có 2 trạng thái ổn định đó là

trigo rất tiện cho việc thể hiện mã cơ số 2 Trigơ có 2 đầu vào là § và R, 2 đầu ra là Q và

Q Nếu đưa một tín hiệu xung Uyạo vào cả hai đầu vào của trigơ, ta nhận được ở hai đầu

ra hai tín hiệu xung vuông ngược nhau y, va yy

Wap

“yt LTT

G10 In Yoo | Yar Ys0 | Yn Yao L2

b) Điểu đồ xung ở các đâu ra

Bây giờ nếu ta nối liên tiếp các trigơ với nhau ta có một dãy (h.5-30a) và nếu lấy tín hiệu ra ở một phía của trigo ta sẽ có dạng xung như hình 5-30b

2 Mã 2—10 để thể hiện mã 2~10 ta cần ít nhất là 4 trigơ bởi vì với 3 trigơ tối đa chỉ

được 8 số nhưng với 4 trigơ:'có thể có tới 16 số Vậy để đạt tới 10 số với 4 trigơ ta phải thực hiện thêm khâu phản hồi sao cho khi có 9 xung thì tất cả trigơ đều ở trạng thái I và

khi có 10 xung thì tất cả các trigơ chuyển về trạng thái 0 và đưa xung điều khiển sang 4

trigơ tiếp theo Quá trình này giống như ở bộ đếm thập phân hết hàng đợn vị sẽ chuyển sang hàng chục vậy:

Dưới đây là bảng trạng thái ở đầu ra trigơ với ma 2-10 Khau phản hồi được thực hiện từ trigơ cuối cùng (trigơ 4) trở về trigơ 3 và trigơ 2 (h.5-30a) Khi cho xung thứ 8

- vào thì ở đầu ra của trigơ 4 xuất hiện tín hiệu Tín hiệu này đồng thời đưa phản hồi về các trigơ 2, 3 làm thay đổi trạng thái của chúng thành I

Tín hiệu xung thứ 9 chỉ thay đổi trạng thái của trigơ 1 và xung thứ 10 sẽ đưa trạng thái tất cả 4 trigơ trở về 0 đồng thời xuất hiện xung tác động vào 4 triøơ tiếp theo

Mã 2—10 như vậy có trọng số là 2-4-2—l Các mã cơ số 2 và 2—10 đều được chế tạo dưới dạng vỉ mạch *

112

Có nhiều loại các thiết bị

hiện số quang học khác nhau

chẳng hạn các bộ hiện số bằng

đèn sợi đốt, đèn điện tích (đèn

khí), LED, tinh thể lỏng Phổ biến

hơn cả trong số đó là các bộ hiện | `

: trong các thiết bị những năm 80 ta cũng thấy những hiện số bằng đèn khí (h.5—31a)

Trong đó anốt là một cái lưới còn các catốt là các con số từ 0 + 9 và các dấu +,-, V, A,

©, Hz Khi có điện áp cátốt nào thì kí hiệu đó phải sáng lên Nhược điểm của thiết bị

hiện số này là điện áp anốt cao (200) do vậy mà độ tin cậy thấp

§5~13 CÁC BỘ GIẢI MÃ

Như ta đã để cập ở trên trong thiết bị kĩ thuật ta sử dụng mã cơ số 2 hay ma 2-10

Nhưng trong đời sống hàng ngày ta chỉ quen dùng mã cơ số 10 mà thôi Vậy: để đọc được thông tin đo thể hiện ra bên ngoài ta lại phải đổi từ mã cơ số 2-10 thành mã cơ số 10, nghĩa là thể hiện ra bằng các con số hệ đếm thập phân Thiết bị làm nhiệm vụ này gọi là các bộ giải mã

Ta hãy lấy ví dụ sau đây về bộ giải mã với thiết bị hiện số là LED 7 vạch ‘

113

8.KT DL CBL VAT LY/1 A

Người ta sử dụng 7 vạch từ a đến g bố trí như hình 5-31a Nếu tất cả các vạch đều sáng ta nhận được số 8 Nếu chỉ vạch b và c sáng ta có số 1 v.v

Luật làm việc củả bộ giải mã 7 vạch được minh hoạ trong bảng 5-3 Đầu vào là mã

2-10 (nhị thập phân) còn đầu ra là các vạch từ a đến g Ứng với các chữ số từ 0-9 Số 10

thì sẽ trở về chỉ số 0

Ở đầu ra bằng cách đọc từ trái sang phải có thể xác định được những vạch cần phải

sáng (ứng với số 1) để tạo ra các số khác nhau Theo hình 5-31a, chẳng hạn để có số 5 thì

các vạch a, c, đ, f, g phải sáng

Nó được dùng để điều khiển một bộ - „ 42”⁄Z/ HN: | 7 |

chi thi LED có chung anốt +5v “——*+2#z —K ‘|= (h.5-32) Dé bảo đảm đòng anốt 2/ ——»| “4 Rie Ie

mong muốn (5 + 20mA) cần phải z2 — vị K 9 L——ø —

có thêm 7 điện trở bên ngoài

Trong một vài ứng dụng ta muốn Hình 5~32 Nối bộ giải mã với bộ hiển thi LED 7 vạch _

điều khiển độ sáng của bộ chỉ thị có chưng anôt

nhờ một mạch điện tử Cách đơn giản nhất là nối và ngắt một cách chu kì bộ chỉ thị khi

thay đổi độ rỗng của dãy xung điều khiển Vì vậy đa số các bộ giải mã 7 vạch còn có một đâu vào cân bằng BI Nhờ có đầu vào này mà tất cả các tranzito ở đầu ra đều bị khóa

Để biểu thị các số có nhiều chữ số cần có màn che số 0 tự động Muốn vậy ở bộ giải

mã phải có đầu vào cân bằng nên RBI và đầu ra cần bằng nên RBO Nếu trên đầu vào RBI đặt mức thấp thì việc chỉ thị số 0 thập phân bị cấm, còn ở đầu ra RBO mức cao chuyển

thành mức thấp

`

114 ` 8.KT DL CĐL VAT LYM B

Đấu đầu ra này vào đầu vào RBI của

chữ số tiếp sau (h 5—33), ta có màn che ở OG one

chữ số sau khi chữ số trước lập số 0 fr R80 tr A¿0 hr

Số 0 chỉ được chỉ thị khi một chữ ©œ——>l£z7 RBI be ->|⁄27

số phía trước nào đó khác 0

Các bộ giải mã nhị thập phân 7 ae ar - n4

vạch được chế tạo kết hợp với khối hiển SZ "

thị dưới dạng vi mạch Trong các vi mạch :

š Š aut oh te ode 2 oe Hình 5-33 Ghép riỡi các bộ giải mã 7 vạch SN74247 ;

các biến vào Ví dụ như vi mạch TIL 308 RBI, RBO ~ đường dây để điều chỉnh ánh sáng:

“Thông thường một bộ chỉ thị bao gồm nhiều chữ số Nếu ta thực hiện theo sơ đồ hình

5-32 thì ta cần phải có bộ giải mã riêng cho mỗi số và việc đầu nối rất phức tạp Vì vậy, như đã biết, hoạt động của các bộ chỉ thị đó là nối tiếp chứ không phải song song Với việc sử dụng cách nối ma trận và chế độ dồn kênh có thể rút gọn đáng kể số dây nối

Ví dụ : Để xây dựng bộ chỉ thị 7 vạch 8 số song song cần : một đầu anôt chung để cấp nguồn, 8 x7 đầu catốt để điều khiển 8 bộ giải mã 7 vạch Như vậy cần tất cả 57 dây nối

Bây giờ, nếu sử dụng phương pháp dồn kênh, thì 7 đầu ra catôt a, b, g của các số

riêng biệt được nối song song Để đảm bảo không phải tất cả các vạch đều sáng đồng thời

trong khi chọn số qua 8 bộ khoá Điện áp nguồn được đặt vào mạch anôt của chi | trong

8 số Phương pháp tổ chức ma trận như vậy được minh hoạ ở hình 5-34 Như thấy rõ, với phương pháp như vậy chỉ cần một bộ giải mã và 8 + 7 = 15 dây nối

Khi làm việc sự chuyển đổi giữa 8 số xẩy ra rất nhanh cho nên khi quan sát ta có

cảm giác các số sáng đồng thời Với số quay vòng lớn hơn 60Hz thì mắt người không phát hiện được

Việc chuyển đổi vòng được thực hiện bởi các bộ đếm nhị phân và các bộ giải mã "I

từ 8" Số nhị phân từ đầu ra của bộ đếm qua 4 bộ đồn kênh đặt đồng thời lên đầu vào của

bộ giải mã 7 vạch

Như vậy là trên bộ giải mã chỉ có tổ hợp mã tương ứng với tần số cần tìm Bởi vì

mỗi số chỉ được nối với hệ thống ở I trong 8 chu kì của tín hiệu nhịp Do đó cần phải chọn điện trở ở đầu ra bộ giải mã thế nào để dòng trong mỗi vạch lớn hơn 8 lần trị số trung bình được chọn

Bộ chỉ thị số gồm nhiều chữ số được chế tạo dưới dạng mạch tích hợp liên khối gồm

Để thay cho bộ dồn kênh, người ta dùng bộ nhớ đệm dưới dạng RAM gồm 8 từ Nó

cho phép ghi, đọc đồng thời theo các địa chỉ khác nhau

115