Giáo trình đo điện điện tử - Chương 5 pps

Chương 5 : Đo điện trở Chương 5 ĐO ĐIỆN TRỞ 5.1 Đo điện trở bằng volt kế và ampe kế: Đây là phương pháp đo “nóng” điện trở đang hoạt động. Có hai cách mắc: A V U x + - U A +U x R x I L 5.1.1 Cách mắc Volt kế trước-Ampe kế sau: Giá trò của U cho bởi số chỉ trên volt kế: U=U A +U x Giá trò của I cho bởi số chỉ trên ampe kế. R Hình 5.1: Cách mắc V-A Giá trò R x được xác đònh bởi: I U R x = # Nhận xét: sai số cho việc xác đònh R x phụ thuộc điện trở nội của ampe kế, nếu R A <<R x thì V X >>V A ; Nếu ảnh hưởng của điện trở nội ampe kế không đáng kể, phép đo càng chính xác. A V R x I V I xL + - I=I V +I x 5.1.2 Cách mắc ampe kế trước volt kế sau: Hình 5.2: Cách mắc A-V Giá trò của U cho bởi số chỉ trên volt kế. Giá trò của I cho bởi số chỉ trên ampe kế: I=I V +I x 44 Chương 5 : Đo điện trở # Nhận xét: sai số cho việc xác đònh R x phụ thuộc điện trở nội của volt kế, nếu R v >>Rx thì I x >>I v ; nếu điện trở nội của volt kế càng lớn thì phép đo càng chính xác. 5.2 Đo điện trở bằng Ohm kế: Trong các VOM có phần đo điện trở được kí hiệu: Ω . Đo điện trở bằng cách này gọi là phương pháp đo “nguội”. 5.2.1 Ohm kế với sơ đồ nối tiếp: Nếu giữ điện áp U không thay đổi mà chỉ dựa vào sự thay đổi dòng điện qua mạch khi điện trở thay đổi, người ta đo dòng điện để khắc độ theo điện trở R và có thể đo trực tiếp điện trở R. R m G R x E R p Hình 5.3: Ohm kế với sơ đồ nối tiếp. Theo sơ đồ này R x mắc nối tiếp với cơ cấu đo. R p dùng để đảm bảo sao cho khi R x =0 thì dòng điện qua cơ cấu đo là lớn nhất (nghóa là lệch hết thang đo) và bảo vệ cơ cầu đo. Khi R x =0 pm m RR E I + =→ max Khi R x 0≠ xpm m RRR E I ++ =→ Khi R x ∞→ 0→→ m I # Nhận xét: thang đo của Ohm kế ngược với thang đo của Volt kế. Ohm kế còn phụ thuộc rất nhiều vào nguồn cung cấp (pin acquy) vì E thường bò thay đổi và sẽ gây sai số lớn. Cách khắc phục: mắc thêm một chiết áp hoặc biến trở R N để điều chỉnh 0 (R x =0). 45 Chương 5 : Đo điện trở R m G R x E R N R p Hình 5.4: Ohm kế với sơ đồ mắc nối tiếp biến trở chỉnh. Điện trở vào : Ω R mNp RRRR + + = Ω R m G R x E R N R p Hình 5.5: Ohm kế với sơ đồ mắc song song biến trở chỉnh. Điện trở vào : Ω R mN mN p RR RR RR + += Ω mNpx RRRR E I //++ = Nếu (R N //R m ) <<R p thì px RR E I + = , khi R x 0→ thì p R E I = m mN m m m R RRI R U I )//( == Trong thực tế, trước mỗi lần đo cho R x 0→ , điều chỉnh R N : max )//( m m mN p m I R RR R E I == # Ý nghóa: để khi nguồn cung cấp E thay đổi nhưng R x vẫn không bò thay đổi. Ngoài ra, để mở rộng giới hạn đo của Ohm kế bằng cách dùng nhiều nguồn cung cấp hoặc một nguồn cung cấp với các điện trở phân dòng. 46 Chương 5 : Đo điện trở R x R m G R p1 E R N R p2 I m Hình 5.6: Cách mở rộng tầm đo bằng cách dùng nguồn E R 2 R 1 R x R m G R p1 E R N R p2 I m Hình 5.7: Cách mở rộng tầm đo bằng cách dùng điện trở phân dòng. 5.2.2 Ohm kế với sơ đồ song song: I x I m R N R x R m G R p E Hình 5.8: Ohm kế mắc song song. Theo sơ đồ mạch R x mắc song song với cơ cấu đo. Ohm kế loại này dùng để đo điện trở tương đối nhỏ (<K Ω ). Điện trở vào của Ohm kế: mNp RRRR //)( + = Ω 47 Chương 5 : Đo điện trở Đặc tính khắc độ của Ohm kế với sơ đồ song song được xác đònh: Ω Ω Ω + = + = R R R R RR R I I X X X X m X 1 Khi R X = thì Ω R 2 1 = m X I I tức là điểm giữa thang chia độ tương ứng với giá trò R X bằng điện trở vào của Ohm kế. Khi R X > thì các giá trò chạy về phía phải thang đo ( Ω R ∞ ). Khi R X < thì các giá trò chạy về phía trái thang đo (0). Ω R Để điều chỉnh thang đo khi nguồn cung cấp thay đổi cho R X và sử dụng chiết áp R ∞→ N . 5.3 Đo điện trở bằng cầu Wheastone: 5.3.1 Cầu Wheastone cân bằng: Sơ đồ mạch: A R 2 R x R 1 E G R 3 B Hình 5.9: Cầu Wheastone. Khi cầu cân bằng dòng điện qua chỉ thò G bằng 0, lúc này: U 1 =U 2 U X =U 3 Giả sử dòng điện đi qua R 1 , R X là I 1 ; qua R 2 , R 3 là I 2 . Khi đó: I 1 R X =I 2 R 3 2 3 1 R R R R X =⇒ hay 2 3 1 R R RR X = # Nhận xét: R X được xác đònh khi biết chính xác R 1 , R 2 và R 3 . Kết quả đo R X không phụ thuộc vào nguồn cung cấp E, khi E thay đổi không ảnh hưởng kết quả đo. 48 Chương 5 : Đo điện trở Độ chính xác của R X phụ thuộc độ nhạy của G và độ chính xác của các điện trở R 1 , R 2 và R 3 . 5.3.2 Cầu Wheastone không cân bằng: Trong công nghiệp, việc thay đổi các giá trò R dễ dẫn đến sai số lớn do đó ngøi ta sử dụng cầu wheastone không cân bằng. Cầu Wheastone không cân bằng dùng để đo điện trở R hoặc sự thay đổi R Δ của phần tử đo nhờ điện áp ra hoặc dòng điện ra ở ngõ ra của cầu. Yêu cầu nguồn cung cấp E ổn đònh vì điện áp ra phụ thuộc nguồn E còn phụ thuộc vào độ chính xác. Độ nhạy của cầu Wheastone phụ thuộc vào nguồn cung cấp E và điện trở nội của cơ cấu đo. V X V 3 R x R 1 V 3 R x R 2 V X R 1 E R m R 3 R 3 R 2 Hình 5.10: Cầu Wheastone không cân bằng. Khi cơ cấu đo được tháo ra thì giá trò điện áp được xác đònh: )( 32 3 1 3 RR R RR R EVV X X X + − + =− V 3 V X R m R 0 E G Hình 5.11: Sơ đồ tương đương cầu wheastone không cân bằng. Tổng trở ngõ ra của cầu Wheastone được xác đònh bởi: )//()//( 3210 RRRRR X + = 49 Chương 5 : Đo điện trở Dòng điện I m qua cơ cấu đo khi cầu không cân bằng: m X m RR VV I + − = 0 3 5.4 Đo điện trở có giá trò nhỏ bằng cầu đôi Kelvin: B A I 2 I 1 R x R 2 R 1 E R 3 r 2 r 1 R A I 1 I 2 Hình 5.12: Cầu đôi Kelvin. Trong cầu đôi Kelvin có điện áp rơi đáng kể trên đoạn dây nối AB. Nếu tỉ số: 2 1 2 1 r r R R = thì sai số do điện áp rơi trên đoạn trở dây nối AB được loại bỏ. Khi cầu đo cân bằng U m =0, ta có; )( )( 2 2 212 1 1 211 3 12111211 2221332221 R r IIR R r IIR R R rIRIIRIRrIR rIRIIRIRrIR X XX − − =⇒ −=⇒+= I I − = ⇒ + = Như vậy, với điều kiện cầu cân bằng, R 1 =r 1 , R 2 =r 2 thì phần tử đo R X được xác đònh bởi: 3 2 1 R R R R X = R X không phụ thuộc điện trở dây dẫn AB, R 3 là điện trở mẫu có sai số nhỏ, R 1 là hộp điện trở thay đổi có độ chính xác cao và độ phân giải nhỏ (thường thay đổi bước 0.1 Ω , 1 ), RΩ 2 là điện trở thay đổi tầm đo cho cầu. 50 Chương 5 : Đo điện trở 5.5 Đo điện trở có giá trò lớn: 5.5.1 Đo điện trở bằng volt kế và micro-ampe kế: I s I V A μ E V a) Đo điện trở lớn bằng cách thông thường. I s I V A μ E V b) Đo điện trở lớn có vòng bảo vệ Guard. Hình 5.13: Cách đo điện trở lớn bằng micro Ampe kế và volt kế. I V là dòng điện khối, chảy vào trong lòng dây dẫn. I S là dòng điện bề mặt trên dây dẫn. Khi dòng điện đi vào dây dẫn thì dòng điện qua micro-ampe kế: I V +I s Khi đó điện trở giữa lớp cách điện và bề mặt được xác đònh: R V //R S Nếu R S >> R V thì sẽ ảnh hưởng rất lớn đến R V cần đo. Để tránh ảnh hưởng thường sử dụng dây dẫn quấn quanh bề mặt vỏ cách điện và mốc trước micro-ampe kế. Vòng dây dẫn này gọi là “vòng dây bảo vệ” để tránh điện trở rỉ bề mặt. 5.5.2 Đo điện trở có giá trò lớn bằng MegaOhm kế chuyên dùng: Cơ cấu đo dùng cho MegaOhm kế chuyên dùng là logomet từ điện, bao gồm 2 cuộn dây: • Cuộn dây lệch (deflecting coil). • Cuộn dây kiểm soát (control coil). 51 Chương 5 : Đo điện trở Cả hai cuộn dây được gắn cùng với kim chỉ thò và chòu tác động của 2 momen quay: Í IkT )( 11 θ = 222 )( IkT θ = Hai momen này luôn đối kháng nhau, trong đó k 1 , k 2 là hàm số theo góc quay θ của kim chỉ thò sao cho tại góc quay i θ của kim chỉ thò: )( ~ )( )( 1 2 2 21 i I k k k I I TT θ θ θ ==⇒= Vậy: góc quay i θ của kim chỉ thò phụ thuộc vào trò số dòng điện I 1 và I 2 (cơ cấu đo loại logomet từ điện không có giá trò ban đầu vì không có lò xo phản hoặc dây treo như cơ cấu đo từ điện, do đó khi không có dòng I 1 , I 2 kim chỉ thò ở vò trí bất kỳ). L Cuộn kiểm soát r 2 R x Cuộn lệch r 1 R 2 R 1 E Guard Hình 5.14: Đo điện trở có giá trò lớn bằng MegaOhm kế chuyên dùng. Dòng I 1 qua cuộn dây lệch: 11 1 rR E I + = R 1 là điện trở chuẩn, r 1 là điện trở nội. Dòng I 2 qua cuộn dây kiểm soát: 22 2 rRR E I X ++ = Khi R X ∞→ , I 2 : dòng điện I0→ 1 kéo kim chỉ thò lệch tối đa về phía trái thang đo có trò số . ∞ Khi R X 0→ , I 2 : dòng điện max2 I→ max 2 → Í I I kéo kim chỉ thò lệch tối đa về phía phải thang đo có trò số 0. 52 . RΩ 2 là điện trở thay đổi tầm đo cho cầu. 50 Chương 5 : Đo điện trở 5. 5 Đo điện trở có giá trò lớn: 5. 5.1 Đo điện trở bằng volt kế và micro-ampe kế: I s I V A μ E V a) Đo điện. Chương 5 : Đo điện trở Chương 5 ĐO ĐIỆN TRỞ 5. 1 Đo điện trở bằng volt kế và ampe kế: Đây là phương pháp đo “nóng” điện trở đang hoạt động. Có hai cách mắc: A V U x + - U A +U x R x. xác. 5. 2 Đo điện trở bằng Ohm kế: Trong các VOM có phần đo điện trở được kí hiệu: Ω . Đo điện trở bằng cách này gọi là phương pháp đo “nguội”. 5. 2.1 Ohm kế với sơ đồ nối tiếp: Nếu giữ điện