TAI LIEU ĐO LƯỜNG trung cap nghe 2010 pdf

Giáo trình đo lường điện tử được biên soạn thành 3 bài, với thời lượng 5 tiết lý thuyết + 25 giờ thực hành: Bài 1: Các khái niệm cơ bản về kỹ thuật đo lường Bài 2: Sử dụng thiết bị đo VO

LỜI NÓI ĐẦU

Để dáp ứng nhu cầu giảng dạy và học tập của học sinh chuyên ngành Điện tử Viễn thông, Công nghệ thông tin trong các trường Trung học Bưu chính Viễn thông

và Công nghệ thông tin Khoa Điện tử Viễn thông của trường Trung học Bưu chính Viễn thông và Công nghệ thông tin II biên soạn giáo trình Đo lường điện tử theo đề cương môn học Đo lường điện tử do tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam xây dựng và thông qua.

Giáo trình đo lường điện tử giới thiệu một số nội dung cơ bản về đo lường tín hiệu điện tử nhằm giúp học sinh nắm được một số kiến thức cơ bản về công dụng, tính năng kỹ thuật và cách sử dụng những dụng cụ, thiết bị đo cơ bản trong đo lường điện tử Từ đó trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản về đo lường để học sinh

có thể áp dụng trong quá trình thực hành cũng như ứng dụng trong công việc thực tế trên dây truyền sản xuất sau này.

Giáo trình đo lường điện tử được biên soạn thành 3 bài, với thời lượng 5 tiết lý thuyết + 25 giờ thực hành:

Bài 1: Các khái niệm cơ bản về kỹ thuật đo lường

Bài 2: Sử dụng thiết bị đo VOM :

Bài 3: Sử dụng các thiết bị đo khác

Giáo trình đo lường điện tử được sử dụng làm tài liệu học tập cho đối tượng học sinh trung cấp chuyên nghiệp đồng thời làm tài liệu tham khảo cho học sinh các lớp trung cấp nghề các chuyên ngành về Điện tử Viễn thông và Công nghệ thông tin Trong quá trình thực hiện, tuỳ theo yêu cầu cụ thể từng chuyên ngành mà có thể điều chỉnh số tiết trong từng chương cho phù hợp với thực tế khi có sự điều chỉnh đề cương, chương trình của tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam.

Mặc dù đã cố gắng nghiên cứu tìm tòi và tham khảo những tài liệu liên quan nhưng chắc chắn không tránh khỏi những khiếm khuyết Rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của người sử dụng để giáo trình môn học Đo lường điện tử được bổ sung sửa đổi hoàn thiện nhằm phục vụ có ích cho việc giảng dạy và học tập đạt hiệu quả tốt Xin chân thành cảm ơn.

Khoa Điện tử Viễn thông của trường Trung học Bưu chính Viễn thông và Công nghệ thông tin II

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 1

MỤC LỤC

1 Các khái niệm cơ bản về kỹ thuật đo lường 5

1.1 Các thông số kỹ thuật của đồng hồ đo VOM 12

1.4 Sơ đồ mặt máy và tác dụng của các núm khoá, que đo 25

2.1 Các phương pháp đo điện trở của mạch điện và các linh kiện ĐT 30

Bài 3: Sử dụng các thiết bị đo khác 62

3.2 Đo sự chênh lệch pha giữa 2 tín hiệu : 73

4.2 Sơ đồ mặt máy và các chức năng của các phím thông dụng 744.3 Cách đưa tín hiệu vào máy và cho máy hiển thị : 76

Bài I : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

1 Các khái niệm cơ bản về kỹ thuật đo lường

1.1 Định nghĩa về đo lường:

Đo lường là một khoa học về phép đo, phương tiện đo nhằm đảm bảo tính thống nhất để đạt được mức độ chính xác cần thiết Đo lường là một quá trình thu nhận và đánh giá định lượng về các thông số kỹ thuật đặc trưng của các đại lượng cần đo bằng thực nghiệm nhờ các phương tiện kỹ thuật đặc biệt để có kết quả bằng số so với đơn

vị đo cơ bản

Kết quả đo lường là một giá trị bằng số AX, của tỉ số giữa đại lượng cần đo X và đơn vị đo Xo Nghĩa là AX chỉ rõ đại lượng cần đo lớn hơn (hay nhỏ hơn) bao nhiêu lần so với đơn vị đo của nó

Vậy kết quả quá trình đo có thể viết dưới dạng :

o X X

so sánh đại lượng cần đo với mẫu và cho ra kết quả bằng số Từ đó cũng thấy rằng: không phải đại lượng nào cũng đo được trực tiếp, bởi vì không phải đại lượng nào cũng cho phép so sánh các giá trị của nó Vì thế để đo được các đại lượng này thì ta cần phải biến đổi chúng thành những đại lượng có thể so sánh được, đó là phép đo gián tiếp

Thông qua đo lường người ta đánh giá được chất lượng, giá trị của các đối tượng được đo Vì vậy đo lường chính xác bao nhiêu thì việc đánh giá đối tượng đo sẽ chính xác bấy nhiêu Các phương tiện kỹ thuật đặc biệt dùng để đo lường gọi chung là phương tiện đo lường

Ngành Khoa học chuyên nghiên cứu về các phương pháp để đo các đại lượng khác nhau, nghiên cứu về mẫu và đơn vị đo được gọi là đo lường học

Ngành Kỹ thuật chuyên nghiên cứu và áp dụng các thành quả của đo lường học vào phục vụ sản xuất và đời sống gọi là kỹ thuật đo lường

1.2 Đại lượng đo lường:

1.2.1 Đại lượng điện:

Đại lượng điện là những đại lượng liên quan đến tín hiệu điện như là các thông

số của mạch điện: ví dụ điện trở, điện cảm, điện dung v.v Hoặc là đại lượng mà bản thân nó mang năng lượng điện như suất điện động, điện áp, dòng điện, công suất, từ thông v.v Trong các đại lượng điện thì dòng điện và điện áp là các đại lượng cơ bản nhất

Đo lường những tín hiệu điện có rất nhiều mục đích khác nhau Có thể đo lấy kết quả để phục vụ sửa chữa, hiệu chỉnh các thiết bị, máy móc điện tử khác Có thể là

đo lấy kết quả để nghiên cứu chế tạo các thiết bị máy móc mới Có thể đo để lấy kết quả điều chỉnh, điều khiển một hệ thống thiết bị phục vụ nghiên cứu, sản xuất, đời sống.v.v

Đo lường những tín hiệu điện có ý nghĩa rất quan trọng trong khoa học kỹ thuật

và đời sống Nhờ kết quả đo và những thông tin về các giá trị của các đại lượng được

đo mà con người đã tạo ra được rất nhiều thiết bị kỹ thuật phục vụ cho nghiên cứu và đời sống Đồng thời nhu cầu phát triển khoa học kỹ thuật và đời sống đã tác động trở lại đối với các thiết bị, dụng cụ đo lường làm cho nó ngày càng hoàn thiện, càng đi sâu vào chuyên môn hoá

1.2.2 Đại lượng không điện:

Đại lượng không điện là những đại lượng vật lý như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, lưu lượng, cường độ gió, nồng độ vật chất v.v Các đại lượng này chiếm đa phần trong các hệ thống thông tin đo lường và điều khiển tự động

Để đo lường những đại lượng không điện này nhất thiết phải chuyển đổi các đại lượng này thành các đại lượng điện nhờ các bộ chuyển đổi đo lường sơ cấp, sau đó đưa vào mạch đo để tính toán, gia công tin tức và đưa kết quả ra bộ chỉ thị thể hiện kết quả đo

2 Sai số trong các phép đo

2.1 Khái niệm về sai số:

Sai số là sự sai khác giữa giá trị thực cần đo và giá trị đo được

Không có linh kiện hoặc thiết bị đo nào hoàn toàn chính xác, tất cả đều có một sai số hoặc độ không chính xác nào đó Điều quan trọng là cần hiểu rõ những sai số

đó và chúng kết hợp với nhau như thế nào để tạo ra sai số lớn hơn trong các hệ thống

đo Mặc dù trong một số trường hợp, các sai số có thể triệt tiêu lẫn nhau gần như hoàn toàn, song luôn luôn phải giả định những tổ hợp sai số xấu nhất

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 5

Khi thực hiện một phép đo, do nhiều yếu tố khách quan, chủ quan như: thiết bị

đo, phương pháp đo, mức độ cẩn thận khi đo mà kết quả đo lường thường khác với giá trị chính xác của đại lượng cần đo nên có sai số gọi là sai số của phép đo Giá trị chính xác (giá trị đúng) của đại lượng cần đo thường không biết trước Nên khi đánh giá sai số của phép đo thường ta phải sử dụng giá trị thực Xth là giá trị đại lượng đo xác định được với mật độ chính xác nào đó Tức là ta chỉ có sự đánh giá gần đúng kết quả đo của phép đo mà thôi

Ngoài những sai số do thiết bị đo, thì không tránh khỏi một sai số nào đó do người điều khiển hoặc người quan sát gây ra Cũng như vậy, ngay khi các sai số của thiết bị là rất nhỏ, song hệ thống sử dụng thiết bị đo vẫn có thể gây ra một sai số hệ thống Sai số có nguồn gốc không thể giải thích được được gọi là sai số ngẫu nhiên Chỗ nào cần độ chính xác cực cao, thì có thể giảm đến mức tối thiểu các sai số bằng cách đo nhiều lần từng thiết bị đo và xác định giá trị trung bình

2.2 Phân loại sai số:

2.2.1 Sai số tuyệt đối: là hiệu giữa giá trị đại lượng đo X và giá trị thực Xth: ∆X = X - Xth (1 – 2)

Sai số tuyệt đối đặc trưng cho chất lượng của phép đo Sai số tuyệt đối có giá trị dương (+) nghĩa là kết quả đo vượt quá giá trị thực Ngược lại, sai số tuyệt đối có giá trị âm (-) nghĩa là kết quả của phép đo nhỏ hơn giá trị thực

2.2.2 Sai số tương đối γ X : là đại lượng được tính bằng phần trăm của tỉ số giữa

sai số tuyệt đối và giá trị thực: x100

X

X th X

2.2.4 Sai số hệ thống:

Là thành phần sai số của phép đo luôn không đổi hay là thay đổi có quy luật khi

đo nhiều lần một đại lượng đo Quy luật thay đổi có thể là một phía (dương hay âm),

có chu kỳ hay theo một quy luật phức tạp nào đó

Sai số hệ thống không đổi bao gồm sai số do khắc độ thang đo, sai số do hiệu chỉnh dụng cụ đo không chính xác (chỉnh 0 không đúng), sai số nhiệt độ tại thời điểm đo.v.v .

Việc phát hiện sai số hệ thống thực sự là không đơn giản, nhưng nếu đã phát hiện được thì việc đánh giá và loại trừ nó sẽ không khó khăn

Việc loại trừ sai số hệ thống có thể thực hiện bằng cách phân tích lý thuyết, kiểm tra dụng cụ đo trước khi sử dụng nó, chuẩn trước khi đo, chỉnh 0 trước khi đo, tiến hành nhiều phép đo bằng phương pháp khác nhau, sử dụng phương pháp thế, sử dụng bù sai số ngược dấu Trong trường hợp sai số hệ thống không đổi thì có thể đưa vào một lượng hiệu chỉnh hay một hệ số hiệu chỉnh để cân bằng sai số Lượng hiệu chỉnh là giá trị cùng loại với đại lượng cần đo được đưa thêm vào kết quả đo nhằm loại bỏ sai số hệ thống Hệ số hiệu chỉnh là số được nhân với kết quả đo nhằm loại bỏ sai số hệ thống Trong thực tế không thể loại bỏ hoàn toàn sai số hệ thống

2.2.5 Sai số ngẫu nhiên:

Là thành phần sai số của phép đo thay đổi không theo một quy luật nào cả mà ngẫu nhiên khi thực hiện nhiều lần một phép đo duy nhất

Giá trị và dấu của sai số ngẫu nhiên không thể xác định được, vì sai số ngẫu nhiên gây ra do những nguyên nhân mà tác động của chúng không giống nhau trong mỗi lần đo Lượng sai số ngẫu nhiên cũng không thể xác định được Để phát hiện sai

số ngẫu nhiên, người ta thực hiện lặp lại nhiều lần đo cùng một đại lượng và sử dụng toán học thống kê và lý thuyết xác suất

2.2.6 Các nguồn sai số:

Có nhiều loại sai số do các nguồn gây ra sai số như sau:

- Sai số phương pháp: Là sai số sinh ra do sự không hoàn thiện của phép đo và

sự không chính xác của biểu thức lý thuyết cho ta kết quả của đại lượng đo

Sai số phương pháp bao gồm sai số do sự tác động của dụng cụ đo lên đối tượng

đo, sai số liên quan đến sự không xác định của các thông số của đối tượng đo

- Sai số thiết bị: Độ chính xác của các cơ cấu, các khối trong thiết bị đo, các mẫu.v.v gây nên sai số

- Sai số bên ngoài: Là sai số do ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài lên đối

tượng đo và thiết bị đo Ví dụ: Những yếu tố của môi trường ngoài như sự biến động của nhiệt độ, độ ẩm của không khí, từ trường bên ngoài, độ rung, độ lệch áp suất trung bình, bụi bẩn.v v vượt quá điều kiện tiêu chuẩn Các thông tin đo lường bao giờ cũng gắn chặt với môi trường sinh ra đại lượng đo Khi tiến hành phép đo ta phải

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 7

tính đến ảnh hưởng của môi trường bên ngoài có thể ảnh hưởng đến kết quả của phép

đo và ngược lại dụng cụ đo phải không được ảnh hưởng đến đối tượng đo

Những yếu tố này phải nằm trong điều kiện cho phép thì kết quả của phép đo mới chính xác Mỗi dụng cụ đo yêu cầu các điều kiện khác nhau tuỳ theo đặc tính kỹ thuật của từng thiết bị

3 Chức năng và phân loại thiết bị đo :

3.1 Chức năng của thiết bị đo:

Thiết bị đo là phương tiện kỹ thuật được sử dụng để thực hiện quá trình đo lường và tiến hành xử lý, gia công các tín hiệu mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho người quan sát biết được kết quả đo lường Thiết bị đo còn có khả năng tạo ra các hình dạng của tín hiệu theo một tỷ lệ nhất định nào đó so với tín hiệu, so sánh được những thay đổi khi cho nhiều tín hiệu chạy qua một mạch điện, vẽ được những đặc tuyến các thông số của mạch điện hoặc phần tử mạch điện v.v Ngoài việc đo lường các đại lượng điện, thiết bị đo còn có thể đo lường các đại lượng không điện Chúng

có những tính chất đo lường học, tức là những tính chất có ảnh hưởng đến kết quả và sai số của phép đo

Thiết bị đo lường gồm nhiều loại như: thiết bị mẫu, các bộ chuyển đổi đo lường, các dụng cụ đo lường, các tổ hợp thiết bị đo lường và các hệ thống thông tin đo lường Các thiết bị đo ngoài những chức năng riêng nổi bật của nó, nhưng tổng quát

có thể liệt kê một số chức năng chính của thiết bị đo như sau:

-Thực hiện phép so sánh với mẫu chuẩn

-Gia công các tín hiệu mang thông tin đo lường

-Chuyển đổi các đại lượng cần đo thành dạng thích hợp

- Định lượng đại lượng cần đo với một độ chính xác nhất định

- Hiển thị kết quả đo cho người đo quan sát được

3.2 Phân loại thiết bị đo:

Thiết bị đo thực hiện quá trình đo bằng phương tiện kỹ thuật Thiết bị đo là sự thể hiện phương pháp đo bằng các khâu chức năng cụ thể Với sự phát triển của kỹ thuật điện tử và công nghệ vi điện tử, ngày nay các khâu chức năng của thiết bị đo được chế tạo hàng loạt và thương phẩm hoá Ta có thể chia thiết bị đo thành nhiều loại tuỳ theo chức năng, cách biến đổi đại lượng đo, theo phương pháp đo, theo đại lượng đo.v.v

3.2.1 Theo chức năng của thiết bị đo:

Phân loại theo chức năng của thiết bị đo người ta có thể phân thiết bị đo thành các loại sau:

- Mẫu: Là thiết bị đo để khôi phục một đại lượng vật lý nhất định Những thiết

bị mẫu phải có độ chính xác rất cao từ 0,001% đến 0,1% tuỳ theo từng cấp, từng loại

Ví dụ: Cân dòng điện với độ chính xác 0,001% Điện trở mẫu cấp 1 với độ chính xác 0,01%, cấp 2 có độ chính xác 0,1%

- Dụng cụ đo lường điện: Là dụng cụ đo bằng điện để gia công các thông tin đo

lường, tức là tín hiệu điện có quan hệ hàm số với các đại lượng vật lý cần đo và thể hiện kết quả đo dưới dạng con số, đồ thị hoặc bảng số

Tuỳ theo cách biến đổi tín hiệu và chỉ thị, dụng cụ đo được chia thành dụng cụ

đo tương tự (Analog) và dụng cụ đo chỉ thị số (Digital)

+ Dụng cụ đo tương tự là dụng cụ đo mà kết quả đo là một hàm liên tục của quá trình thay đổi đại lượng đo Các dụng cụ này gồm dụng cụ đo chỉ thị kim và dụng cụ

đo tự ghi

+ Dụng cụ đo chỉ thị số là loại dụng cụ đo mà kết quả đo được thể hiện bằng số

- Chuyển đổi đo lường: Là loại thiết bị để gia công tín hiệu thông tin đo lường

để thuận tiện cho việc truyền, biến đổi, gia công tiếp theo hoặc lưu trữ, nhưng không cho ra kết quả trực tiếp Có 2 loại chuyển đổi :

+ Chuyển đổi các đại lượng điện thành các đại lượng điện khác:

Như các bộ phân áp, phân dòng, biến áp, biến dòng, các bộ biến đổi tương tự -

số (A/D), các bộ biến đổi số - tương tự (D/A) v.v

+ Chuyển đổi các đại lượng không điện thành các đại lượng điện:

Đây là các bộ chuyển đổi sơ cấp, là bộ phận chính của đầu đo hay bộ cảm biến

Ví dụ: Các chuyển đổi lực căng, chuyển đổi nhiệt điện trở, cặp nhiệt, chuyển đổi quang điện

- Hệ thống thông tin đo lường: Là tổ hợp các thiết bị đo và những thiết bị phụ để

tự động thu thập số liệu từ nhiều nguồn khác nhau, truyền các thông tin đo lường qua các khoảng cách theo kênh thông tin và chuyển nó về một dạng để tiện cho việc đo và điều khiển

Có thể phân hệ thống thông tin đo lường thành nhiều nhóm :

+ Hệ thống đo lường: là hệ thống đo và ghi lại các đại lượng đo.

+ Hệ thống kiểm tra tự động: là hệ thống thực hiện nhiệm vụ kiểm tra các đại

lượng đo Nó cho ra kết quả lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng chuẩn

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 9

+ Hệ thống chẩn đoán kỹ thuật: là hệ thống kiểm tra sự hoạt động của đối tượng

cần kiểm tra để chỉ ra chỗ hỏng hóc cần sửa chữa

+ Hệ thống nhận dạng: là hệ thống kết hợp việc đo lường, kiểm tra để phân loại

đối tượng tương ứng với mẫu đã cho

Ví dụ: máy kiểm tra và phân loại sản phẩm

+ Tổ hợp đo lường tính toán: là tổ hợp thiết bị đo bao quát toàn bộ các chức

năng của các thiết bị nói trên Đó là sự ghép nối hệ thống thông tin đo lường với máy tính Nó có thể tiến hành đo, nhận dạng, phân loại, chẩn đoán và cả điều khiển đối tượng nữa

3.2.2 Phân loại theo phương pháp biến đổi:

Phân loại theo phương pháp biến đổi tín hiệu của thiết bị đo người ta có thể phân thiết bị đo thành các loại sau:

- Thiết bị đo biến đổi thẳng: là thiết bị đo mà đại lượng cần đo được qua một

hoặc nhiều khâu biến đổi để cho ra kết quả đo, không có khâu phản hồi từ kết quả đo đến đại lượng cần đo

- Thiết bị đo kiểu so sánh: là thiết bị đo thực hiện việc so sánh giữa kết quả đo

với đại lượng cần đo để cho ra kết quả đo

3.3.3 Theo phương pháp cho ra kết quả đo:

Phân loại theo phương pháp cho ra kết quả đo của thiết bị đo người ta có thể phân thiết bị đo thành các loại sau:

- Thiết bị đo tương tự:

Thiết bị đo tương tự bao gồm:

+ Thiết bị đo chỉ thị bằng kim chỉ: kết quả đo được đọc ở số chỉ của kim lên mặt khắc độ sẵn

+ Thiết bị đo chỉ thị bằng thiết bị tự ghi: kết quả đo được ghi lại dưới dạng đường cong phụ thuộc thời gian

- Thiết bị đo chỉ thị số:

Thiết bị đo chỉ thị số là dụng cụ đo mà trong đó đại lượng đo liên tục được biến đổi thành tín hiệu rời rạc để xử lý và sau đó kết quả đo được chỉ thị bằng số

3.3.4 Theo đại lượng đo:

Phân loại theo đại lượng đo có thể chia thành các loại thiết bị đo mang tên đại lượng đo Ví dụ: Vôn kế, ohm kế, Ampe kế.v.v

BÀI 2: SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐO VOM

I Mục tiêu:

- Trình bày đúng sơ đồ khối và các thông số kỹ thuật của máy đo VOM

- Chọn đúng loại máy đo VOM cho công việc sửa chữa các thiết bị điện dân dụng

- Trình bày đúng thứ tự thao tác các máy đo VOM để đo điện trở, điện áp, dòng điện của mạch điện và linh kiện điện tử

- Sử dụng thành thạo máy đo VOM đo điện trở, điện áp, dòng điện của mạch điện và linh kiện điện tử

- Bảo quản tốt máy đo

II Trang thiết bị:

- Đồng hồ vạn năng chỉ thị kim

- Đồng hồ vạn năng chỉ thị số

- các linh kiện điện tử, bộ nguồn, bo mạch thực hành

III Nội dung:

1 Cấu tạo đồng hồ đo VOM

1.1 Các thông số kỹ thuật của đồng hồ đo VOM

Đồng hồ vạn năng có khả năng đo được điện áp một chiều (VDC), điện áp xoay

chiều (VAC), cường độ dòng điện một chiều, điện trở Ω ngoài ra đồng hồ vạn năng còn có thể đo được dòng xoay chiều, công suất, điện dung và điện cảm chính vì nó

có nhiều chức năng như vậy nên đồng hồ vạn năng còn được gọi là đồng hồ đo đa dụng và tên thông dụng là VOM

* Tính năng kỹ thuật

- Độ nhạy: Độ nhạy của đồng hồ đo vạn năng biểu thị bởi dòng điện qua cơ cấu

đo làm kim chỉ thị quay hết thang đo Dòng điện chạy qua càng bé thì V.O.M có độ nhạy càng cao Độ nhạy của V.O.M được ghi bởi quy ước điện trở vào tương ứng với mỗi vôn (Ω/v)

Ví dụ: Một đồng hồ có 5000Ω/v tương ứng dòng điện chạy qua cơ cấu làm kim quay hết thang đo là 200µA Nghĩa là số ghi Ω/v càng lớn, dòng điện làm kim quay hết thang đo càng bé, V.O.M có độ nhạy càng cao

- Cấp chính xác: vì V.O.M được chế tạo để có khả năng đo được điện áp, cường

độ dòng điện, điện trở do vậy các linh kiện ở mạch đo được tận dụng phối hợp nên

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 11

1 2

5

5

6 7

Hình 2.1: Cấu tạo của cơ cấu chỉ thị từ điện

V.O.M bao giờ cũng có cấp chính xác kém hơn với các đồng hồ đơn lẻ như vônmét hoặc Ampmet

- Tính thăng bằng và khả năng sử dụng:

+ V.O.M có tính thăng bằng tốt thì có thể đo tốt ở mọi tư thế đo

+ V.O.M phải có nhiều khả năng đo với nhiều thang đo để cho phép đo được chính xác

Khi đo tuỳ trị số cần đo ta chọn thang đo thích hợp Ví dụ số cần đo trong khoảng 1,5vDC ta sử dụng thang 2,5vdc thay vì thang 10vdc

1.2 Các cơ cấu đo

1.2.1 Cơ cấu chỉ thị từ điện

1.2.1.1 Cấu tạo :

Cấu tạo của cơ cấu chỉ thị từ điện được mô tả ở hình 2.1 gồm các bộ phận :

- Nam châm vĩnh cửu (1): nam châm thường có nhiều hình dạng khác nhau như

mô tả ở hình 2.2

Giữa hai cực của nam châm thường đặt một lõi sắt non hình trụ tròn (2) Hai cực nam châm và lõi sắt non được bố trí sao cho hình thành một khe hở nhỏ và đều gọi là

Hình 2.2 Một số loại nam châm vĩnh cửu được sử

dụng trong cơ cấu chỉ thị từ điện.

gắn hai bán trục (4) Hai đầu của hai bán trục này được đặt lên hai ổ trục (không vẽ

trong hình) để có thể quay được với ma sát nhỏ Ở mỗi bán trục có gắn 1 lò xo phản

kháng dạng xoắn ốc (5) Hai lò xo ở hai đầu có chiều xoắn ngược nhau nhằm tạo ra

mô men cản lớn và giữ cho khung cân bằng ở vị trí ban đầu, đồng thời 2 lò xo cũng được dùng làm dây dẫn để dẫn dòng điện vào và ra khỏi khung dây Trên một bán trục có gắn một kim chỉ thị (6) Đầu kim chỉ thị di chuyển trên mặt của bảng chia độ (7) Bên ngoài cơ cấu có vỏ bảo vệ Để cơ cấu chỉ thị hoạt động tốt thì yêu cầu nam châm vĩnh cửu phải tạo ra từ trường mạnh, ổn định theo thời gian và nhiệt độ Trị số của cảm ứng từ B trong khe hở công tác càng lớn thì mô men quay tạo ra càng lớn, độ nhạy của dụng cụ đo càng cao, ít chịu ảnh hưởng của từ trường bên ngoài, do đó tăng

Mô men quay được tính theo công thức :

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 13

với φ = B.S.ω.α (2 – 3)

B: độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu

s: diện tích của khung dây

ω: số vòng của khung dây

α: góc lệch của khung dây so với vị trí ban đầu

Vì các giá trị B, S, ω là những số không đổi nên ta có:

I s B d

I s B d d

I d

α

α

ω α

1.2.1.3 Đặc tính của cơ cấu chỉ thị từ điện :

Cơ cấu chỉ thị từ điện có một số đặc tính cơ bản sau đây:

+ Góc α tỉ lệ thuận với dòng điện I nên cơ cấu chỉ thị từ điện chỉ sử dụng trong mạch 1 chiều

+ Góc lệch α tỉ lệ bậc nhất với dòng điện I nên bảng chia độ được chia đều

+ Độ nhạy của cơ cấu S = 1 .B.s ω

D là đại lượng không đổi trong toàn thang đo.+ Độ chính xác cao vì các phần tử của cơ cấu có độ ổn định cao, ảnh hưởng của

từ trường bên ngoài không đáng kể, công suất tiêu thụ nhỏ nên ít ảnh hưởng đến chế

độ đo của mạch đo, độ cản dịu tốt

+ Nhược điểm của cơ cấu chỉ thị từ điện là cấu tạo tương đối phức tạp, khả năng chịu quá tải kém, bị ảnh hưởng của nhiệt độ

Bảng chia độ+

Cấu tạo của cơ cấu chỉ thị điện động được mô tả ở hình 2.4 gồm có 3 cuộn dây

L1, L2, L3 mắc nối tiếp với nhau Trong đó các cuộn dây tĩnh L1 và L3 hoàn toàn giống nhau về vật liệu cấu tạo, kích thước, số vòng được mắc nối tiếp nhau để tạo ra từ trường đều khi có dòng điện chạy qua Phần động là khung dây L2 đặt trong cuộn dây tĩnh Các cuộn L1, L2 và L3 được đặt sao cho L2 có thể chuyển động dễ dàng trong khoảng giữa L1 và L3 Hình dạng cuộn dây có thể tròn hoặc vuông Cuộn L2 được gắn trên 1 trục quay, 2 đầu trục quay được đặt lên 2 trụ đỡ để trục có thể quay với ma sát nhỏ, trên trục có gắn các lò xo phản kháng, kim chỉ thị Đầu kim chỉ thị chuyển động trên một bảng chia độ (trục quay, trụ đỡ, lò xo phản kháng không được vẽ trong hình) Trong một số trường hợp thì L2 không được mắc nối tiếp với L1 và L3

Hình 2.4 Cấu tạo cơ cấu chỉ thị điện động

Cả phần động và phần tĩnh được bọc kín bằng màn chắn từ để tránh ảnh hưởng của từ trường ngoài đến sự làm việc của cơ cấu chỉ thị

1.2.2.2 Nguyên lý hoạt động :

Nếu chúng ta cho dòng điện chạy qua các cuộn dây theo chiều như mô tả ở hình 1.6a, lúc này các cuộn dây L1, L2 và L3 đều trở thành các nam châm điện Người ta

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 15

phải cuốn các cuộn dây sao cho các nam châm L1 và L2 ngược cực tính với L3 như

mô tả trên hình 2.5a

Lúc này cực bắc của nam châm L1 đẩy cực bắc của nam châm L2, cực nam của nam châm L3 đẩy cực nam của nam châm L2 Cuộn L2 chịu tác động của một ngẫu lực

và quay khỏi vị trí cân bằng ban đầu một góc α kéo theo các bộ phận gắn trên trục quay cũng quay một góc α Nếu đảo chiều dòng điện qua cơ cấu chỉ thị thì cực tính của các nam châm cũng thay đổi như mô tả ở hình 2.5 b Lúc này cực nam của nam châm L1 đẩy cực nam của nam châm L2, cực bắc của nam châm L3 đẩy cực bắc của nam châm L2 Cuộn dây L2 chịu tác động của ngẫu lực và cũng quay theo chiều kim đồng hồ, lệch khỏi vị trí cân bằng ban đầu một góc α Trong cả 2 trường hợp thì từ

x 100 Ω

x 100 Ω

x 10

0

Ω

x 10

0

Ω

x 10

0

Ω

x 10

S

S

S N

trường tác động lên dòng điện chạy trong khung dây và tạo nên mô men quay được tính theo công thức :

Nếu dòng điện đi vào các cuộn dây là dòng một chiều I thì được tính theo công thức :

We =

2

1

(L1+L2+L3)I2 + MI2 (2 – 8)Trong đó: M là hệ số hỗ cảm giữa các cuộn dây tĩnh và động

I: dòng điện một chiều chạy qua các cuộn dây

L1, L2, L3: hệ số tự cảm của các cuộn dây, với L1 = L3

Vì giá trị L1, L2,L3 không đổi trong khi khung dây quay nên:

2

I d

dM d

1

I I d

2 1

d

dM t

t I

I T M

T

m m qtb = 1 ∫0 1 2 sinω sin ω −ϕ α12 (2 – 14)

φ là góc lệch giữa i1và i2 Ở điều kiện cân bằng M q = M c

ϕα

2 1

d

dM I

= (2 – 17)

ϕ: góc lệch pha của 2 dòng điện I1 và I2

Từ các công thức trên ta thấy rằng cơ cấu chỉ thị điện động có thể dùng cho mạch một chiều và mạch xoay chiều, thang đo không đều

1.2.2.3 Đặc điểm của cơ cấu chỉ thị điện động :

+ Có thể dùng trong mạch một chiều và xoay chiều

+ Góc lệch α tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện (hoặc tích các dòng I1 và

I2), nên bảng chia độ không đều

+ Trong mạch xoay chiều mô men quay tỉ lệ với các giá trị hiệu dụng của dòng điện Vì vậy có thể sử dụng cơ cấu chỉ thị điện động để chế tạo Watt kế

+ Ưu điểm lớn của cơ cấu chỉ thị điện động là có độ chính xác cao Khi đo trong mạch xoay chiều, do không sử dụng các vật liệu sắt từ, có nghĩa là loại bỏ được sai số

do dòng xoáy hoặc bão hoà từ

+ Nhược điểm là công suất tiêu thụ của dụng cụ đo điện động lớn, nên không thích hợp để đo các mạch công suất nhỏ

+ Mô men quay của cơ cấu chỉ thị điện động thường nhỏ, vì từ trường do các cuộn dây sinh ra yếu, từ thông lại khép kín, mạch qua không khí nên có tổn hao lớn

Do đó, cơ cấu chỉ thị điện động chịu ảnh hưởng nhiều của từ trường bên ngoài

+ Độ nhạy thấp vì mạch từ yếu

1.2.2.4 Ứng dụng :

Cơ cấu chỉ thị điện động thường được sử dụng để chế tạo các vôn kế, ampe kế, watt kế một chiều và xoay chiều công nghiệp, tần số 50 đến 60 Hz Các pha kế để đo góc lệch pha hoặc hệ số công suất Các thiết bị đo này có độ chính xác cao, với cấp chính xác 0,1 đến 0,2 Nhưng có nhược điểm là công suất tiêu thụ lớn

1.2.3 Cơ cấu chỉ thị số :

1.2.3.1 Cấu tạo :

Trong dụng cụ đo chỉ thị số người ta sử dụng rất nhiều các thành tựu kỹ thuật điện tử và kỹ thuật máy tính để biến đổi và chỉ thị đại lượng đo Cơ cấu chỉ thị số

hiện nay có nhiều loại khác nhau rất phong phú, đa dạng, nhưng cấu tạo chung đều theo sơ đồ khối tổng quát như mô tả ở hình 2.6 bao gồm những khối sau :

Trong đó : X(t) là đại lượng cần đo.

- Khối biến đổi xung : có nhiệm vụ biến đổi đại lượng cần đo X(t) thành 1 dạng tín hiệu xung phù hợp để xử lý trong cơ cấu chỉ thị số Có thể có nhiều bước biến đổi thành tín hiệu xung, trong đó số xung tỷ lệ với độ lớn của đại lượng cần đo X(t) như hình 2.7b

- Khối mã hoá có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu sau khi đã xử lý bởi khối biến đổi xung thành tín hiệu số ở dạng mã số xác định Có nhiều loại mã số khác nhau như mã

cơ số 10, mã cơ số 2, mã BCD, mã cơ số 8, mã cơ số 16 Để thực hiện mã hoá người

ta thường dùng các bộ Trigơ Hình 1.8 là sơ đồ của một Trigơ gồm 2 đầu vào S và R,

1 đầu vào chung T, 2 đầu ra Q và với tín hiệu ra y0 và y1 Các bộ Trigơ được mắc với nhau thành các mạch đếm Trong thực tế người ta thường dùng mạch đếm thang mười để tiện quan sát và dễ đọc Mạch đếm thang 10 gồm 4 Trigơ mắc nối tiếp nhau

và có khâu phản hồi Như vậy tín hiệu sau khi mã hoá đã thành tín hiệu số theo mã BCD

- Khối giải mã có nhiệm vụ giải mã từ tín hiệu số mã cơ số 2 hoặc mã BCD thành mã cơ số 10, để tạo ra các tín hiệu điều khiển mạch hiển thị (ví dụ mạch giải

mã BCD ra 7 thanh), nghĩa là thể hiện ra dưới dạng thập phân Ngày nay các bộ giải

mã được chế tạo ra dưới dạng vi mạch ( Hình 2 8 )

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 19

Biến đổi xung

Mã hoá

Giải mã

Hiển thịX(t)

Hình 2.6 Sơ đồ khối của bộ chỉ thị số.

SR

QQT

t

Q

cdef

+ 5 V

Ucc

Bộ giải

mã 7 thanh

a

b

cd

e

f

gDấu chấm

chung hoặc có loại có katod được mắc chung với nhau gọi là loại katod chung Độ sụt

áp trên LED định thiên thuận là 1,2 V và dòng điện thuận khoảng 20 mA

+ Đèn hiện số tinh thể lỏng (LCD) :

Hình 2.10 là cấu tạo của đèn hiện số tinh thể lỏng Tinh thể lỏng là một trong những hợp chất hữu cơ có tính chất quang học chúng được đặt thành lớp giữa các tấm kính với các điện cực trong suất kết tủa ở mặt trong Dòng toàn phần dùng để kích hoạt tinh thể lỏng khoảng 300 μA, nguồn cung cấp là nguồn xoay chiều hình sin hoặc vuông

bộ biến đổi đưa vào Trigơ để kích cho Trigơ lật trạng thái Đầu ra có tín hiệu y0 và y1

ngược pha nhau Các bộ Trigơ được mắc với nhau thành các mạch đếm Trong thực

tế người ta thường dùng mạch đếm thang mười để tiện quan sát và dễ đọc Mạch đếm thang 10 gồm 4 Trigơ mắc nối tiếp nhau như hình 2.11 Do mắc 4 Trigơ nối tiếp, nếu thực hiện đếm bình thường thì có thể tới 16 trạng thái Để có thể chuyển đổi thành mạch đếm 10 thì 4 Trigơ trên được đấu thêm khâu phản hồi Khi đếm đến xung thứ 9 thì tất cả các Trigơ đều chuyển về trạng thái 1 và ở xung thứ 10 thì các Trigơ trở về 0 Như vậy tín hiệu sau khi mã hoá đã thành tín hiệu số theo mã BCD

Dựa vào các trạng thái đầu ra của bộ đếm 10 ta có thể vẽ được biểu đồ xung của các đầu ra như hình 2.12 Với các trạng thái đầu ra có thể lập được bảng trạng thái các đầu ra theo mã BCD Như vậy ta đã thực hiện được quá trình mã hoá tín hiệu.Tiếp theo là quá trình giải mã được thực hiện Đó là quá trình chuển đổi từ mã

cơ số 2 hoặc mã BCD thành mã cơ số 10, nghĩa là thể hiện dưới dạng số thập phân Ngày nay người ta thường chế tạo bộ giải mã thành IC Bộ giải mã sẽ thực hiện chuyển đổi từ mã BCD thành tín hiệu tương ứng để đưa đến điều khiển cho các LED

7 thanh tương ứng sáng để hiển thị chữ số quan sát được trên bộ chỉ thị hiện số

Chữ số Đầu vào mã nhị phân Đầu ra LED 7 thanh

Hình 2 12 Biểu đồ xung các đầu ra của mạch đếm

t

t

y 41

1.2.3.4 Ứng dụng :

Cơ cấu chỉ thị số được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị đo hiện số như : Ampe

kế, vôn kế, Watt kế, đồng hồ đo vạn năng hiện số, thiết bị đo cảm kháng, dung kháng,

đo tần số, đo chu kỳ …

Ngoài ra còn được ứng dụng nhiều trong các thiết bị đo các đại lượng điện và đại lượng không điện khác nhau Nó còn có thể kết hợp với các bộ phận khác trong thiết bị đo

1.3 Sơ đồ cấu tạo của VOM

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 23

Tiếp điểm động Bảng chuyển mạch chọn khoảng đo

15 V

1,5 V

Điện trở cần đo Rx

Hình 2.13 Mạch thang đo đối với ohm kế nhiều

khoảng đo điển hình

3,82K Ω

1.4 Sơ đồ mặt máy và tác dụng của các núm khoá, que đo

Trong phần này ta xét sơ đồ mặt máy của đồng hồ SUNWA, vì loại đồng hồ này tương đối thông dụng

-  và  là hai vị trí cắm que đo : cắm que đen, : cắm que đỏ

-  là thang chuyển mạch đo Khi ta cần đo đại lượng nào thì chuyển thang đo

về vị trí đo đại lượng đó

* Đo điện áp 1 chiều: Chuyển thang đo về thang DC-V Trong thang này gồm các vị trí 0,1V, 0,5V, 2,5V, 10V, 50V, 250V, 1000V Đo điện áp ở khoảng nào thì đặt thang đo ở vị trí đó Ví dụ, đo điện áp ở khoảng 10 đến 49 Vôn thì đặt thang ở 50V.Lưu ý khi đặt thang bao nhiêu thì đọc kết quả tương ứng với thang đó (Trên mặt chỉ thị được đánh giá với 3 thang chính là 10V, 50V và 250V) Nếu đặt đồng hồ ở thang đo 2,5V thì đọc kết quả ở thang 250V và chia cho 100, nếu đặt thang ở 0,5V thì đọc ở thang đo 50V và chia cho 100…

Một số loại đồng hồ vạn năng trong thực tế

* Đo điện áp xoay chiều: Chuyển thang đo về thang AC-V, thao tác và đọc kết quả như đo điện áp một chiều

* Đo dòng điện 1 chiều: Chuyển thang đo về thang DC-mA (Lưu ý loại đồng

hồ này chỉ đo được dòng điện cực đại là 250 mA) Đồng hồ này có các thang đo:

50µA, 2,5mA, 25mA, 250mA Cách đọc kết quả tương tự như đo DC-V

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 25

Một số loại đồng hồ vạn năng trong thực tế

1

2 3 4 5

7 8

10

9

Hình 2.14 Sơ đồ mặt máy của đồng hồ SAMWA

6

* Đo điện trở R: Chuyển chức năng đo về Ω Trong chức năng này gồm các thang : x1Ω, x10Ω, x100Ω, x1K, x10K Khi đo điện trở cần chỉnh 0 cho đồng hồ trước khi đo Khi đặt đồng hồ ở thang nào thì đọc kết quả và nhân với hệ số nhân của thang đó Ví dụ đặt đồng hồ ở thang x10Ω, khi đo điện trở kim chỉ ở giá trị 15 thì điện trở đó có giá trị bằng 15 x 10Ω = 150Ω Nếu đặt đồng hồ ở thang x1K, khi đo điện trở kim chỉ ở giá trị 10 thì điện trở đó có giá trị bằng 10 x 1K = 10KΩ = 10.000Ω.

Trong tất cả các phép đo, để đo chính xác, ta phải chọn thang đo sao cho gần với giá trị cần đo nhất Để đảm bảo an toàn cho đồng hồ đo, trước hết ta chọn thang đo lớn, sau đó giảm dần xuống thang đo bé

-  là núm chỉnh 0 khi đo điện trở: Đây là biến trở được mắc song song với cơ cấu chỉ thị để chỉnh 0 cho Ôm kế cách chỉnh như sau: Chuyển đồng hồ sang chức năng đo điện trở, chập 2 đầu que đo lại với nhau và điều chỉnh biến trở sao cho Ôm

kế chỉ 0Ω

-  là cơ cấu chỉ thị: Thường là cơ cấu chỉ thị điện từ Khi sử dựng đồng hồ vạn năng phải tránh sự va đập mạnh làm hỏng cơ cấu chỉ thị

-  là vị trí chỉnh 0 khi đo điện áp hoặc dòng điện Kho đo dòng điện hoặc điện

áp, để đảm bảo chính xác thì trước khi mắc đồng hồ vào mạch kim của đồng hồ phải chỉ 0 cách chỉnh 0 khi đo dòng điện hoặc điện áp như sau : Đặt đồng hồ ở vị trí thăng bằng, dùng tuốcnơ vit dẹt chỉnh núm  cho đến khi kim của cơ cấu chỉ thị chỉ ở vị trí0

-  là kim chỉ thị để chỉ kết quả đo

-  là bảng chia độ Bảng chia độ được chia trên các cung tròn cho các thang đo điện áp, dòng điện, điện trở …

-  là mặt phản quang: Giữa bảng chia độ và kim chỉ thị có một khoảng cách nhất định, nếu ta nhìn vào bảng chia độ với một góc lệch thì kết quả đọc được sẽ sai với kết quả thực Do đó trên mặt đồng hồ người ta tráng một lớp bạc mỏng để phản

xạ ảnh của kim chỉ thị Nếu ta nhìn kim chỉ thị theo phương vuông góc với bảng chia

độ thì kim chỉ thị sẽ trùng với ảnh của nó, khi đó ta đọc được kết quả đúng Nếu nhìn kim chỉ thị ở một góc khác thì sẽ thấy ảnh của kim chỉ thị bị lệch Khi đó ta biết kết quả đọc được là sai Vậy khi đọc kết quả đo trên đồng hồ vạn năng cần phải chú ý đến góc lệch để đảm bảo kết quả đọc được là chính xác

* Đồng hồ đo vạn năng hiện số:

Các chức năng đo của đồng hồ đo vạn năng hiện số cũng tương tự đồng hồ đo vạn năng chỉ thị kim, nhưng kết quả đo được ở đồng hồ đo vạn năng hiện số sẽ được hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng Sơ đồ mặt máy của đồng hồ đo vạn năng hiện số được biểu diễn như hình 3.3 :

-  là màn hình tinh thể lỏng để hiển thị kết quả đo

-  là khoá thay đổi trạng thái đo đối với mạch điện một chiều hay xoay chiều Khi đo mạch điện một chiều thì bật sang vị trí DC, còn khi đo mạch điện xoay chiều thì bật sang vị trí AC

-  là chuyển mạch dùng để thay đổi thang đo của đồng hồ đo Khi ta cần đo đại lượng nào thì chuyển thang đo về vị trí đo đại lượng đó và vị trí thang đo tương ứng

-  là các thang đo Trong đó bao gồm :

+ Thang đo điện trở Ω, gồm thang đo 200, 2K, 20K, 200K, 2000K, 2M

+ Thang đo điện áp một chiều và xoay chiều V, gồm thang đo 200 mV, 2, 20,

200, 750 V xoay chiều hoặc 1000 V một chiều

+ Thang đo dòng điện một chiều và xoay chiều A, gồm thang đo 200µA, 2mA, 20mA, 200mA, 20A

Max Dc: 1000V AC: 750 A

Cx

20 µ 2µ

200n 20n

200 2K 20K 200K 2000K

2n

750v 200 20 2 200 m

200 µ

2m 20m

20 A 200m

PNP NPN

Hình 2.15 Sơ đồ mặt máy của đồng hồ vạn năng hiện số

+ Thang đo transistor hFE gồm vị trí đo NPN,PNP.

+ Thang đo tụ điện F, gồm các thang đo 2nF, 20nF, 200nF, 2µF, 20µF

-  Vị trí các lỗ cắm chân transistor cho các chân E,B,C Được sử dụng khi đo, kiểm tra transistor

Max Dc: 1000V AC: 750 A Max

20 A

-  Vị trí các lỗ cắm chân tụ điện Được sử dụng khi đo kiểm tra tụ điện

-  là vị trí đo điện trở nhỏ hơn 200Ω Khi đo điện trở nhỏ thì đèn chỉ thị sáng

và loa phát ra tiếng kêu báo hiệu điện trở nhỏ

Ngoài ra đồng hồ đo vạn năng hiện số còn có một số đặc điểm khác cơ bản như sau:

- Khi đo điện trở thì đồng hồ đo vạn năng hiện số không phải chỉnh 0

- Cực tính dương nguồn pin ở chế độ đo điện trở được đưa ra ở que đỏ, âm nguồn pin được đưa ra ở que đen

2 Đo điện trở bằng VOM

2.1 Các phương pháp đo điện trở của mạch điện và các linh kiện điện tử

2.1.1 Phương pháp đo gián tiếp

Từ hình 2.16a ta có :

v

v x

z

R

U I

U I

I

U I

x

A x x

A

R I U I

U U

(2 – 18)Qua đó ta có thể xác định sai số của phép đo điện trở phụ thuộc vào ampe kế và vôn kế

a độ+_U

b)

UAU

Hình 2.16 Sơ đồ mạch đo điện trở bằng vôn kế và ampe kế

* Sai số phép đo điện trở theo sơ đồ a :

% 100

'

%

x

x x R

x x

R

R R

'

%

x

x x R

%

x

A R

U

R

v x

= +

= với I ≈ Ix (2 – 23)

Khi trị số của điện trở lớn hơn nhiều so với điện trở ampe kế đó là trường hợp

UA rất nhỏ hơn nhiều so với U người ta thường dùng sơ đồ b để đo điện trở

I

U I

U U

R= A + x = với U ≈ Ux (2 – 24)

2.1.2 Phương pháp đo điện trở thông qua cầu cân bằng Wheastone:

Sơ đồ cầu Wheastone như hình vẽ

Trong đó R1, R2, R3 là những điện trở chuẩn đã biết, Rx là điện trở cần xác định Theo định luật Kirchoff về mạch rẽ khi cầu cân bằng thì không có dòng điện chạy qua mạch rẽ mắc đồng hồ nên kim đổng hồ chỉ giá trị 0 Vì vậy mạch rẽ mắc đồng hồ tương đương với hở mạch Lúc này trong mạch chỉ có 2 nhánh điện trở mắc song song nhau Giá trị của điện trở cần đo được tính như sau :

1 3

R

R R

~

Hình 2.17 Cầu cân bằng Wheastone

Trong thực tế để đo được các điện trở khác nhau thì người ta tạo ra các mạch có điện trở mẫu khác nhau để tạo ra những khoảng đo khác nhau Điện trở R1, R2 thường dùng biến trở để khi đo thay đổi giá trị sao cho cầu cân bằng kim đồng bồ chỉ giá trị

0 Từ đó xác định được giá trị điện trở cần đo

2.1.3 Phương pháp đo trực tiếp ;

Để đo điện trở của mạch điện, của tải, v.v người ta dùng VOM để đo điện trở Khi thực hiện đo, điện trở cần đo được mắc nối tiếp vào mạch của dụng cụ đo như mô tả ở hình 2.10 Sau đây chúng ta sẽ đề cập đến cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ôm kế sử dụng cơ cấu chỉ thị từ điện

a Mạch nguyên lý đo điện trở :

Ohm kế có cấu tạo gồm một cơ cấu chỉ thị đấu nối tiếp với một nguồn điện và các điện trở chuẩn Điện trở cần đo được mắc sao cho dòng điện chạy qua nó đi qua điện trở chuẩn và máy đo (cơ cấu chỉ thị) Dòng điện chạy qua mạch đo tỉ lệ nghịch với điện trở cần đo Thang đo (bảng chia độ) của cơ cấu chỉ thị được chia độ để chỉ giá trị của điện trở Trong quá trình sử dụng, điện áp của nguồn điện (thường là pin)

sẽ biến đổi nên trong mạch cũng phải có các phần tử để điều chỉnh dòng chuẩn của máy đo Khoảng đo được thay đổi bằng cách chuyển mạch nối với các điện trở chuẩn

Thông thường người ta ít chế tạo một thiết bị chuyên để đo điện trở (trừ những

thiết bị để đo điện trở rất lớn) mà thông thường kết hợp với dụng cụ đo điện áp, dòng

điện và một số tham số khác Thiết bị đo tập hợp các chức năng đo nói trên được gọi

là đồng hồ vạn năng

Hình 2.18 mô tả một mạch điện nguyên lý của ohm kế Mạch gồm một nguồn

điện mắc nối tiếp với một cặp đầu ra, một điện trở chuẩn và một cơ cấu chỉ thị (trong

trường hợp này là cơ cấu chỉ thị từ điện) Điện trở cần đo (R X ) được mắc nối tiếp với

các đầu ra

Các ohm kế nối tiếp thường đo các điện trở cỡ ohm trở lên Trong đó Rp là điện trở phụ đảm bảo sao cho khi Rx = 0 dòng điện qua cơ cấu đo là lớn nhất (lệch hết thang chia độ) và để bảo vệ cơ cấu chỉ thị

Điện trở trong của ohm kế được tính như sau :

max

0

CT p CT

I

U R

R R

U I

R R R

U I

+ +

max (2 – 27)Khi Rx = ∞ thì I CT = 0

Từ các biểu thức trên ta thấy rằng thang chia độ của ohm kế ngược với thang chia của vôn kế, ampe kế như hình 2.18

Nếu Rp và RCT được chọn (hoặc nếu R p được điều chỉnh) để dòng điện chạy qua

dụng cụ đo đạt giá trị cực đại (gọi là độ lệch toàn thang, ký hiệu là ĐLTT) thì tại

điểm này thang đo được đánh dấu như 0 ohm Như vậy, nếu RX = 0 thì kim chỉ 0 Ω Khi các đầu đo hở mạch thì coi như RX = ∞, lúc này dòng điện chạy qua dụng cụ

đo bằng 0 Điểm này được đánh dấu bằng ∞ trên thang đo điện trở (xem hình 2.10b)

Nếu mắc một điện trở RX với trị số 0< RX < ∞ vào các đầu ra thì dòng điện chạy qua dụng cụ đo sẽ lớn hơn 0 nhưng nhỏ hơn ĐLTT Lúc này vị trí của kim trên thang

đo phụ thuộc vào quan hệ giữa RX và Rp + RCT Để làm rõ điều này ta xét ví dụ sau đây :

Ví dụ 2.12 : Cho ôm kế có mạch điện như hình 2.18 Nguồn điện E = 1,5V,

ĐLTT của dụng cụ đo là 100µA, điện trở Rp được chọn sao cho Rp + RCT = 15k

R R R

E I

+ +

5 ,

E I

+ +

+ + = ⇒ = − + = − kΩ= kΩ

A

v R

R I

U R I

U R

R

CT

X CT

CT p

50

5 , 1 ) (

25

5 , 1

5 , 1

ĐLTT khi các đầu đo ngắn mạch thì thang đo vẫn bị sai bởi vì lúc này thang đo biểu thị giá trị mới của Rp+RCT (vì sau khi điều chỉnh ta không thể biết được giá trị mới

của R p +R CT bằng bao nhiêu, độ chia trên bảng chia độ không phù hợp với giá trị

R p +R CT hiện tại) Do đó để khắc phục các sai số do nguồn cung cấp người ta mắc

thêm một chiết áp hoặc biến trở RM để chỉnh Zêrô (khi Rx = 0) như mô tả ở hình 2.19 Cách chỉnh như sau : Mỗi lần sử dụng ohm kế trước hết phải ngắn mạch các đầu ra ( Rx = 0) sau đó điều chỉnh RM để kim của chỉ thị chỉ Zêrô trên thang đo Với cách hiệu chỉnh như vậy khi điện áp cung cấp của pin giảm xuống mức ban đầu của nó, thang đo vẫn đúng

Trong mạch ở hình 2.19 : dòng tổng của nguồn tách thành 2 thành phần : một phần qua đồng hồ đo và một phần qua điện trở điều chỉnh Khi các đầu ra ngắn mạch thì RM được điều chỉnh sao cho dòng qua dụng cụ đo đạt ĐLTT Lúc này điện trở toàn phần của mạch gồm Rp mắc nối tiếp với RM song song với RCT Vì Rp lớn hơn rất nhiều so với thành phần RM song song với RCT nên có thể giả thiết điện trở toàn phần của mạch đúng bằng Rp Giả sử có 1 điện trở RX có giá trị bằng điện trở RP được đấu vào các đầu ra thì điện trở của toàn mạch tăng lên gấp đôi và dòng trong mạch giảm

đi một nửa Điều này làm cho cả ICT và IM đều giảm xuống còn một nửa giá trị ban

đầu (giá trị khi đầu ra ngắn mạch) Như vậy điện trở đo được giữa thang đo lại bằng

điện trở trong của ohm kế

Với mạch điện ở hình 2.19 ta có :

CT M

CT M p

X

R R

R R R R

U I

+ + +

=

(2 – 28)

Nếu :

CT M

CT M R R

R R

+ << Rp thì :

p

X R R

U I

+

≈ (2 – 29)

Điện áp trên đo lúc này là : VCT = I

CT M

CT M R R

R R

+ (2 – 30)

Và dòng điện qua máy đo là : ICT =

CT

CT M

CT M R

R R

R R I

+ (2 – 31)

Để làm rõ điều này ta xét ví dụ sau :

Ví dụ 2.13 : Cho mạch ohm kế như ở hình 2.19 U = 1,5V, Rp = 15k, RCT = 50Ω,

RM= 50Ω và ĐLTT của máy đo là 50µA Hãy xác định các giá trị đọc được của thang

đo ohm kế tại : a) ĐLTT, b) 1/2 ĐLTT, c) 3/4 ĐLTT

CT M R R

R R

⇒ +

A

V I

U R R R R

U

p X

15 100

5 , 1

c) Ohm kế nhiều thang đo:

Ohm kế mà chúng ta xét ở hình 2.19 chỉ có một khoảng đo, để có ôm kế nhiều khoảng đo người ta sử dụng nhiều điện trở chuẩn có giá trị khác nhau và dùng chuyển mạch để chọn điện trở chuẩn như mô tả ở hình 2.20

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 35

R

CT

R1 Rx

Hình 2.20 Mạch tương đương của ohm kế nhiều thang đo

Tuy nhiên, với phương pháp ở hình 2.20 thì mỗi lần thay đổi điện trở chuẩn lại phải điều chỉnh 0 Để khắc phục nhược điểm này người ta sử dụng ohm kế nhiều khoảng đo có mắc Sun ở ohm kế nhiều khoảng đo có mắc Sun khi đã điều chỉnh 0 thì

có thể chuyển mạch giữa các khoảng đo mà sai số không đáng kể

Hình 2.22 cho thấy ôm kế mắc Sun nhiều khoảng đo điển hình, một dụng cụ đo

độ lệch nhiều chức năng có chất lượng tốt

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 36

Tiếp điểm động Bảng chuyển mạch chọn khoảng đo

15 V

1,5 V

Điện trở cần đo Rx

200 100 50 30 20 10 5 OHMS

x 1

Hình 2.21 Chuyển mạch,khoảng đo, thang đo của ohm kế

Dụng cụ đo từ điện được sử dụng với ĐLTT khi có dòng 37,5µA chạy qua và điện trở (RCT) của nó là 3,82kΩ Điều chỉnh mức zerô là một biến trở 5kΩ vốn được đặt ở 2,875kΩ khi điện áp pin ở mức bình thường Trong mạch mắc 2 pin : pin 1,5V được dùng cho tất cả các khoảng đo trừ khoảng đo R x 10kΩ và pin 15V chỉ dùng cho khoảng đo R x 10kΩ Điện trở cần đo RX được mắc vào các đầu ra của mạch Các đầu ra được đánh dấu (+) và (-) vì mạch ohm kế là một phần của dụng cụ có cả chức năng như vôn kế và ampe kế Cần lưu ý rằng đầu ra âm (-) của mỗi pin được nối với đầu ra dương (+) của dụng cụ vạn năng.

Chuyển mạch khoảng đo trên hình 2.22 có phần tiếp xúc động có thể xoay từng nấc cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ Ta thấy các đầu ra của pin trên chuyển mạch xoay phải dài hơn bất kỳ đầu ra nào khác Do đó chúng tiếp xúc với phần lớn nhất của phần tiếp xúc động, trong khi đó những đầu ra (ngắn) khác chỉ chạm vào đầu của phần tiếp xúc động

Ở vị trí đã vẽ, đầu ra R x 1kΩ được mắc (thông qua tiếp xúc động) với đầu ra +

của pin 1,5V Nếu xoay tiếp điểm động từng nấc theo chiều kim đồng hồ thì nó lại nối pin 1,5V với các đầu ra R x 100, R x 10, R x 1 Khi xoay từng nấc ngược chiều

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 37

kim đồng hồ từ vị trí đã vẽ thì tiếp điểm động bị ngắt khỏi pin 1,5V và khiến cho đầu

ra R x 10kΩ tiếp xúc với đầu ra + của pin 15V

Hình 2.21 minh hoạ thang đo thường thấy và các núm điều chỉnh của kiểu ohm

kế nhiều khoảng đo só mắc sun Khi chuyển mạch khoảng đo được đặt ở R x 1 thì thang đo được đọc trực tiếp theo ohm ở bất kỳ khoảng đo nào khác, số chỉ của thang

đo được nhân với hệ số khoảng đo Chẳng hạn ở khoảng đo R x 100, vị trí của kim đã

vẽ phải được đọc như 30Ω x 100 = 3kΩ Dụng cụ phải được chỉnh mức zêrô trước khi sử dụng để tính đến sự thay đổi của điện áp pin Có thể làm điều này ở bất kỳ khoảng đo nào, đơn giản bằng cách ngắn mạch các đầu ra (+) và (-) và điều chỉnh núm chỉnh zêrô cho tới khi kim chỉ đúng 0Ω Khi thay đổi tới hoặc qua khỏi khoảng

đo R x 10kΩ thì luôn phải kiểm tra mức zêrô của ôm kế, bởi vì nguồn nuôi của mạch được chuyển giữa pin 15V và pin 1,5V Hình 2.23 giới thiệu các mạch tương đương của ohm kế đối với ba khoảng đo

b) Mạch cho khoảng đo R x 100

c) Mạch cho khoảng đo R x 10 k a) Mạch cho khoảng đo R x 1

Hình 2.23 Các mạch tương đương của ohm kế đối với những vị trí khác nhau của chuyển mạch khoảng đo

10% Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào kết cấu mạch đo của ohm kế, phụ thuộc vào độ ổn định, độ chính xác của các điện trở mẫu, phụ thuộc vào độ trễ của điện trở biến thiên, độ chính xác và độ nhạy của cơ cấu chỉ thị Độ chính xác của ohm

kế phụ thuộc rất nhiều vào nguồn cung cấp

2.2 Sử dụng đồng hồ đo VOM để đo điện trở:

Đối với đồng hồ đo VOM cũng tương tự như sử dụng ôm kế các bước tiến hành

đo như sau:

Hình 2.24: Sử dụng VOM để đo điện trở

- Bước 3: Kẹp 2 que đo vào 2 đầu điện trở cần đo và đọc kết quả trên mặt chỉ thị Khi đặt đồng hồ ở thang đo nào thì đọc kết quả đo và nhân với hệ số nhân của thang đo đó

- Dùng cho Hệ THN - ĐTVT Trang 39

- Bước 4: Nếu trường hợp kim đo dịch chuyển nhiều về bên trái, tức là điện trở quá lớn so với thang đang đo thì phải tiến hành chọn lại thang đo điện trở lớn hơn và thực hiện lại từ bước 2.

- Nếu trường hợp kim đo dịch chuyển nhiều về bên phải, tức là điện trở quá nhỏ

so với thang đang đo thì phải tiến hành chọn lại thang đo điện trở nhỏ hơn và thực hiện lại từ bước 2.

3 Đo điện áp bằng VOM

3.1 Phương pháp đo điện áp :

3.1.1 Phương pháp đo điện áp 1 chiều :

3.1.1.1 Cấu tạo của vôn kế 1 chiều:

Hình 2.25a mô tả cấu tạo của vôn kế một chiều Cấu tạo gồm một cơ cấu chỉ thị

từ điện được mắc nối tiếp với một điện trở Độ lệch của dụng cụ đo từ điện tỉ lệ với dòng điện chạy qua cuộn dây động Dòng điện qua cuộn dây tỉ lệ thuận với điện áp trên cuộn dây Bởi vậy thang đo của dụng cụ đo từ điện có thể được chia độ để chỉ điện áp Điện trở của cuộn dây thông thường rất nhỏ, và do vậy điện áp của cuộn dây thường cũng rất nhỏ nên dụng cụ đo từ điện chỉ có thể đo được các mức điện áp rất thấp Để khắc phục điều này thì cuộn dây của cơ cấu chỉ thị từ điện được mắc nối tiếp với một điện trở

3.1.1.2 Mở rộng thang đo:

Khoảng đo của dụng cụ đo được tăng lên bằng cách mắc nối tiếp một điện trở với dụng cụ đo Vì làm tăng khoảng đo của vôn kế nên điện trở nối tiếp được gọi là điện trở nhân Điện trở nhân lớn gấp n lần điện trở cuộn dây sẽ làm khoảng đo của vôn kế tăng lên n + 1 lần Hình 2.25b cho thấy điện trở toàn phần của vôn kế là R =

RS (điện trở nhân) + Rm (điện trở cuộn dây)

(b): Mạch điện tương đương của vôn kế

Điện trở phụ R s Điện trở cuộn dây R m

V V

Điện trở nhân

Dụng cụ

đo từ điện

(a) Cấu tạo của vôn kế một chiều

Hình 2.25 Cấu tạo và sơ đồ tương đương của vôn kế một chiều