ĐO ĐIỆN - Đo điện trở potx

c.Tầm đo của cầu Wheatstone• Để kết quả đo chính xác thì giá trị đo phải lớn hơn điện trở tiếp xúc và dây nối.Như hình trên do ảnh hưởng của dây nối có điện trở nối giữa S và Q khi đó đ

Chương 3: Đo điện trở

3.1.Đo điện trở bằng vôn-kế và ampe-kế.

3.2.Đo điện trở dùng phương pháp đo điện áp bằng biến trở.

3.3.Mạch đo điện trở trong ohm kế.

3.4.Cầu Wheatstone đo điện trở.

3.5.Cầu đôi Kelvin.

3.6.Đo điện trở có trị số lớn.

3.7.Xác định chỗ hỏng cách điện dây dẫn bằng phương pháp mạch vòng.

3.8.Đo điện trở cọc đất.

3.9.Đo điện trở trong V.O.M điện tử

3.1.Đo điện trở bằng vôn-kế ampe-kế

3.2.Đo điện trở dùng phương pháp

đo điện áp bằng biến trở

• Nguồn E cung cấp dòng I , điện áp rơi trên Rx là

VRx, trên điện trở mẫu Rs là Vs , ta có:

• VRx/Vs = RxI/RsI, suy ra: Rx = Rs.VRx/Vs

• VRx và Vs được đo bằng phương pháp biến trở

• Phương pháp này không phụ thuộc vào dòng I

3.3.Mạch đo điện trở trong ohm kế

• Có 2 loại ohm kế: Nối tiếp và song song.

3.3.1.Ohm kế nối tiếp: Mạch đo như hình a Dòng điện qua cơ cấu chỉ thị Im = Eb/(Rx+R1+Rm).

• Khi Rx → 0Ω, IΩ, Im → Imax(dòng cực đại cơ cấu đo).

• Khi Rx → ∞Ω , IΩ , Im → 0Ω, I (không có dòng qua cơ cấu đo).

• khi Rx = R1+Rm, Im = Imax/2 (kim ở vị trí giữa thang đo).

• Thang đo không tuyến tính như hình b

3.3.2.Ohm kế nối tiếp thực tế

• Thực tế nguồn Eb có thể thay đổi,khi Rx →0Ω, I, Im qua cơ cấu không bằng Imax nên mạch đo mắc thêm R2.

• Theo mạch trên ta có: Ib = Eb/(Rx+R1+R2//Rm).

• Nếu R2//Rm<<R1,thì:Ib = Eb/(Rx+R1);Im = Ib(R2//Rm)/Rm

• Do đó mỗi lần cho Rx→0Ω, I điều chỉnh R2 để có:

Im = Eb(R2//Rm)/ R1Rm = Imax

H.3.6a.Mặt ngoài ohm kế H.3.6b.Mạch đo điện trở có nhiều tầm

• Để thay đổi tầm đo ta thay đổi điện trở tầm đo kết hợp thay đổi nguồn pin cung cấp

• Khi thay đổi tầm đo (X1, X10Ω, I hoặc X10Ω, I0Ω, I….) dòng điện qua cơ cấu đo vẫn bằng nhau nhưng trị số đọc trên

thang đo được nhân với giá trị tầm đo

• Việc đo sẽ trở nên không chính xác khi nguồn pin

cung cấp giảm nhiều (khi đó không chỉnh được “0Ω, I”

trước khi đo) cần phải thay nguồn pin mới

• Để có độ chính xác cao, nên chọn tầm đo cho điện trở

ở khoảng ½ thang đo, vì tại đó sai số được chứng

minh là nhỏ nhất

3.3.4.Ohm kế song song

• Theo mạch trên ta có: Ib = Eb/(R1+Rm//Rx).

• Dòng qua cơ cấu đo: Im = Ib(Rm//Rx)/Rm = f(Rx).

• Khi Rx → 0Ω, IΩ; Im→ 0Ω, I (không có dòng qua cơ cấu đo).

• Khi Rx → ∞Ω , IΩ; Im → Imax (dòng cực đại cơ cấu đo).

• Thang đo điện trở không tuyến tính.

3.4.Cầu Wheatstone DC

• Có 2 loại cầu : cầu cân bằng và cầu không cân bằng

3.4.1.Cầu Wheatstone cân bằng: Như hình trên

a.Nguyên lý: P,Q: điện trở mẫu có trị giá:1, 10Ω, I, 10Ω, I0Ω, IΩ.S: Biến trở mẫu thay đổi từ 0Ω, I đến 1KΩ

G: Điện kế chỉ cầu cân bằng có kim chỉ “0Ω, I” ở giữa

• Khi cầu cân bằng: R/P = S/Q hay R = SP/Q

b.Độ nhạy và sai số của cầu

• Độ nhạy Ѕ :∆θ/ ∆R = (∆θ/∆Iθ/ ∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IR = (∆θ/ ∆R = (∆θ/∆Iθ/∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IIg).(∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IIg/∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IR).

Trong đó ∆θ/ ∆R = (∆θ/∆Iθ: Độ lệch của điện kế, ∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IR: Độ thay đổi của điện trở cần đo, ∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IIg : Dòng đi qua điện

kế khi cầu mất cân bằng.

• Si = ∆θ/ ∆R = (∆θ/∆Iθ/∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IIg : Độ nhạy dòng của điện kế.

• Sr= ∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IIg/∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IR = f(E,S,P,Q):Độ nhạy riêng của cầu.

• Muốn Sr lớn E phải đủ lớn (6v, 12v) và P/Q

phải chọn thích hợp.

• Sai số : ∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IR/R = ∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IS/S + ∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IP/P + ∆θ/ ∆R = (∆θ/∆IQ/Q.

• Kết quả đo không phụ thuộc vào nguồn E

nhưng muốn việc đo chính xác ta cần cầu có

độ nhạy cao và các điện trở mẫu có sai số bé.

c.Tầm đo của cầu Wheatstone

• Để kết quả đo chính xác thì giá trị đo phải lớn hơn điện trở tiếp xúc và dây nối.Như hình trên do ảnh hưởng của dây nối có

điện trở nối giữa S và Q khi đó điện kế G được xem như nối ở

a hoặc b, do đó:

R = (S+Y)P/Q hoặc R = SP/(Q+Y).

• Thực tế cầu đo được điện trở chính xác nhỏ nhất cở 5Ω, cầu cũng đo điện trở nhỏ đến 10Ω, I -2Ω, điện trở lớn cở vài MΩ đến vài trăm MΩ (cách đo đặc biệt)

3.4.2.Cầu Wheatstone không cân bằng

• Trong công nghiệp người ta thường sử dụng cầu

không cân bằng nhờ đo điện áp ra hoặc dòng điện ra

• Điện áp ra của cầu: VR – VS = Eb(R/(R+P)-S/(Q+S))

• Tổng trở ngõ ra của cầu: r = (P//R)+(Q//S)

• Dòng điện ra của cầu: Ig = (VR-VS)/(r+rg)

• rg: nội trở của điện kế

3.5.Cầu đôi Kelvin

• Cầu đo điện trở nhỏ chính xác đến 10Ω, I -4 Ω.

• Q: điện trở cần đo; S: điện trở mẫu có trị giá 10Ω, I -2 đến 10Ω, I -3 Ω; r,

R có trị giá 1,10Ω, I,10Ω, I0Ω, IΩ; p, P có trị giá từ 0Ω, I đến 1KΩ.

• Khi đo chọn P/r = p/R (P = p và R = r) Khi cầu cân bằng điện trở dây nối Y được loại bỏ ra kết quả đo :

Q = SP/R = Sp/r.

• Điện trở 4 đầu :Thực tế cầu đôi

Kelvin dùng điện trở mẫu S có 4

đầu để tránh sai số do sự tiếp

xúc của đầu điện trở với dây dẩn

điện có dòng điện lớn đi qua, do

sự xuất hiện hiệu ứng nhiệt điện

có thể có.Hai đầu dòng điện có

diện tích lớn, còn 2 đầu nhỏ gọi

là đầu thế, giá trị điện trở được

tính ở 2 đầu này và không có

điện áp rơi trên đầu thế này do

hiệu ứng nhiệt điện.

• Độ nhạy và sai số: Tương tự

như cầu Wheatstone Muốn kết

quả đo chính xác cầu phải có độ

nhạy lớn, sai số điện trở mẫu

nhỏ và loại bỏ hiệu ứng nhiệt

điện ra khoải kết quả đo Cách

Đầu dòng

Đầu thếá Đầu dòng

Đầu thếá

3.6.Đo điện trở có trị số lớn

• Ta đề cập đến phương pháp đo điện trở lớn (vào khoảng vài megohm trở lên) dùng vôn kế +

microampe-kế, cầu wheatstone và megohm-kế

chuyên dụng Khi đo điện trở lớn như đo điện trở cách điện của vật liệu hay thiết bị thông thường sẽ

có 2 phần tử điện trở:

• Điện trở khối và điện trở rỉ bề mặt

• Hai phần tử điện trở này mắc song song với nhau, như vậy điện trở rỉ ảnh hưởng đến điện trở khối

cần đo

• Thông thường điện trở cách điện của thiết bị phải đạt trị giá tối thiểu là 1 megohm đối với điện áp sử dụng là 10Ω, I0Ω, Iv, điện áp càng lớn điện trở cách điện đòi hỏi càng lớn

3.6.1.Đo điện trở lớn dùng vôn kế+microampe-kế

• H.a) Dòng rỉ bề mặt Is H.b) Có vòng dây bảo vệ

• Khi đo dòng đi vào dây dẫn thì sẽ có 2 dòng điện đi qua

microampe-kế, đó là Iv đi qua lớp cách điện của vỏ bọc, dòng Is

đi qua bề mặt của dây dẩn và lớp cách điện Để tránh ảnh

hưởng của Rs bằng cách loại bỏ Is qua microampe-kế ta dùng vòng dây bảo vệ bằng dây dẩn điện không có vỏ bọc cách điện quấn quanh lớp vỏ cách điện và nối trước microampe-kế.

3.6.2.Đo điện trở lớn dùng cầu

Wheatstone

a)Cầu Wheatstone đo điện trở cách điện b)Mạch tương đương

• Cầu Wheatstone đo điện trở cách điện để loại bỏ điện trở rỉ bề mặt, chúng ta cũng dùng vòng bảo vệ có mạch tương đương như hình trên , điện trở b và c là hai điện trở rỉ bề mặt trên và dưới của vật liệu cần đo điện trở cách điện Vì b>>rg nên:

b//rg ≈ rg và c>>S nên c//S ≈ S.

• Vậy b và c không ảnh hưởng đến điện trở bề mặt R cần đo.

3.6.3.Megohm-kế chuyên dùng

• Đây là megohm-kế loại tỉ số kế từ điện, cơ cấu đo gồm 2 cuộn dây: Cuộn dây lệch và cuộn dây kiểm soát Dòng qua cuộn dây kiểm soát I1= E/(R1+r1), dòng qua cuộn lệch I2=E/(Rx+R2+r2).

3.6.4.Đo điện trở cách điện của

đường dây tải điện

• Điện trở cách điện được đo giữa 2 đầu dây dẩn hoặc từng dây với dây trung tính bằng cách dùng megohm kế với điều kiện

dây dẩn được tháo khoải nguồn điện lưới và tải Kết quả đo

được thường hơi nhỏ hơn trị số thật.Trong trường hợp dây dẩn

có nguồn cung cấp ta có thể đo điện trở cách điện bằng cách dùng vôn kế Tại sao phải đo điện trở cách điện của thiết bị? Cách đo?

3.7.Xác định chỗ hỏng cách điện của

dây dẫn bằng ph ph mạch vòng

3.7.1Mạch vòng Murray : Như hình trên, khi cầu cân bằng:

R2/R1= (Ra+Rb-Rx)/Rx, vậy:

Rx = R1(Ra+Rb)/(R1+R2) Nếu đoạn dây Rx có chiều dài Lx;

ρLL x /A = (R 1 /(R 1 +R 2 )).(L a ρL/A + L b ρL/A); L x = R 1 2L/(R 1 +R 2 )

3.7.2.Mạch vòng Varley

• Được cải tiến từ cầu Murray.Nối 2 đầu dây dẫn, khoá

S ở vị trí a điều chỉnh R3 để cho cầu cân bằng:R2/R1= (Ra+Rb)/R3 Suy ra: Ra+Rb = R3R2/R1 Sau đó chuyển khoá sang vị trí b, điều chỉnh R’3 cho cầu cân bằng:

R2/R1=(Ra+(Rb-Rx))/(Rx+R’3) Vậy:

Rx = (R1(Ra+Rb)-R2R’3)/(R1+R2)

3.8.Đo điện trở cọc đất

3.8.1Khái niệm về cọc đất: Cọc đất được cấu tạo bởi

thanh kim loại thường bằng đồng, một đầu được vót nhọn để dể đóng xuống đất, chiều dài thanh từ 4 đến

6 tấc, đường kính khoảng 10Ω, Imm Điện trở cọc đất Rcđgồm 2 phần : điện trở vật liệu làm cọc đất thường rất nhỏ so với điện trở tiếp xúc của cọc đất, chính thành phần thứ 2 này nó quyết định trị giá của điện trở cọc đất Điện trở cọc đất phụ thuộc vào điều kiện môi

trường xung quanh, thành phần của đất

• Để cho điện trở các cọc đất không ảnh hưởng với

nhau, trên thực tế các cọc đất thường đặc cách nhau

từ 10Ω, Im đến 20Ω, Im

• Theo quy định đối với điện hạ áp, Rcđ ≤ 4Ω

3.8.2.Mạch đo điện trở cọc đất

Hình 3.26.Cọc A: cọc đất cần đo, cọc P: cọc phụ đo áp, cọc C:

cọc phụ đo dòng.

1 Dùng vôn kế ampe-kế: Sử dụng mạch đo như trên.

a.Phương pháp trực tiếp : Kết quả đo nhanh, ta có:

Rx = VA/I Tại sao trong mạch đo phải dùng biến áp cách ly?

b.Phương pháp gián tiếp

H.3.27.Mạch tương đương 3 cọc đất H.3.28.Mạch đo bằng ph.ph.gián tiếp.

Trong cách đo này, ta đo điện trở của từng 2 cọc đất như h.3.28:

RA+ RP = V1/I1, sau đó lần lượt đo điện trở của 2 cọc P và C:

RP +RC = V1/I2, tương tự điện trở 2 cọc C và A: RC+RA= V3/I3.

Sau đó giải hệ phương trình ta xác định được RA, RP, RC.

Phương pháp này cho kết quả chính xác hơn ph ph trực tiếp.

đo giống như phương

pháp đo gián tiếp, ta đo

mỗi lần cho kết quả điện

trở tổng của 2 cọc đất:

• RA+RB = R1R3/R2

3.Dùng máy đo chuyên dùng

• Sơ đồ khối máy đo chuyên dùng đo điện trở cọc đất

sử dụng mạch điện tử như hình trên Nguồn tín hiệu xung vuông tần số 50Ω, I0Ω, I Hz được tạo ra nhờ mạch dao động Mạch so sánh tách sóng đồng bộ có nhiệm vụ vừa chỉnh lưu vừa so sánh 2 điện áp xoay chiều Điều chỉnh con chạy để cho “G” chỉ “0Ω, I” Ta có:

• RxI = Ex = ESO = RSO.I/KI Suy ra: Rx = Rso/KI

3.9.Đo điện trở trong V.O.M.điện tử

• Để đo điện trở trong máy đo điện tử, người ta chuyển đại lượng điện trở sang đại lượng điện áp , sau đó đưa vào mạch đo điện

áp Mạch đo điện trở có 3 dạng :Nối tiếp, song song và tuyến tính.

• 3.9.1.Ohm kế dạng nối tiếp : Như hình trên, ta có:

• Khi Rx = 0Ω, IΩ , Vđo = 0Ω, IV ; Khi Rx →∞Ω , IΩ, Vđo ≈ 1,5 V

• Trường hợp Rx bất kỳ, Vđo = E Rx/(Rx+R1).

3.9.2.Ohm kế dạng song song

Mạch đo như hình trên, ta có:

• Khi Rx = 0Ω, IΩ, khi đó Vđo = 0Ω, IV

• Khi Rx →∞Ω , IΩ thì Vđo = ER2/(R1+R2)

• Khi Rx có trị bất kỳ thì Vđo= E (R2//Rx)/(R1+(R2//Rx))

• Khi Rx = (R1//R2) thì Vđo =1/2ER2/(R1+R2) : kim ở vị trí

½ thang đo

3.9.3.Ohm kế tuyến tính

• Để cho điện áp đo

tuyến tính theo điện

H.Mạch đo tuyến tính dùng transistor H Mạch đo tuyến tính dùng op-amp

Trong mạch đo điện trở tuyến tính dùng 0Ω, Ip-amp ta có:

Vo = -(RxE/R); Ta xem dòng I không đổi:I = E/R;Vo=-IRx