Kỹ thuật đo lường dòng điện và điện áp

CHÖÔNG 3 3.1. ÑO DOØNG ÑIEÄN 3.2. ÑO ÑIEÄN AÙP 3.1. ĐO DÒNG ĐIỆN : 1.Yêu cầu cơ bản phép đo dòng điện : Dụng cụ đo trực tiếp dòng điện gọi là Am pemét. _ Khi chưa có A.mét: I = U / R t _ Khi có A.mét : I A = U / ( R A + R t ) Phép đo phạm phải sai số : I R t U R t U A R A I A Vì vậy : * Điện trở A.mét càng nhỏ phép đo càng chính xác * A.mét phải có đặc tính động đáp ứng được dải tần số dòng điện cần đo A Khi đo A được mắc nối tiếp với tải hay mạch điện cần đo dòng điện β% = (I - I A ).100% / I ≈ R A .100% / R t 2. Cấu tạo A.mét : a. A.mét từ điện : Mỗi chỉ thò từ điện khi chế tạo có các thông số đònh mức : * I m : dòng điện làm kim chỉ thò lệch hết thang đo( I FS ) * R m : Điện trở cuộn dây * U m : Điện áp đònh mức _ Khi I < I m A.mét là một chỉ thò từ điện và R A = R m _ Khi I > I m mở rộng giới hạn cho chỉ thò bằng cách mắc điện trở R S // với chỉ thò R S I m R m I I S R S = R m n - 1 Giá trò điện trở R S được xác đònh : Với : n = I/I m hệ số mở rộng giới hạn đo R A = R S .R m R S +R m = R m n U m I m R m _ Điện trở R S được chế tạo bởi vật liệu có hệ số αt 0 nhỏ _ Để chỉ thò có thể đo được nhiều giới hạn đo người ta mắc các điện trở R S theo sơ đồ : + Dùng R S từng cấp Điện trở ở các giới hạn đo I m R m R S! I 1 I R S2 R S3 I 2 I 3 R Si = R m n i - 1 Với : n i = I i /I m R S1 = R m n 1 - 1 Công thuc R S2 = R m n 2 - 1 + Dùng R S nhiều cấp – vạn năng I 1 I R S1 I m R m R S2 R S3 I 2 I 3 R Si = R m . 1 n i n 1 n 1 - 1 1 n i+1 R S2 = R m . 1 n 2 n 1 n 1 - 1 1 n 3 * Ở thang đo I 1 (nhỏ nhất): R S1 +R S2 +R S3 = R m /(n 1 -1) (1) * Ở thang đo I 2 : R S2 +R S3 = (R S1 +R m )/(n 2 -1) (2) R S1 = R m /(n 1 -1) - (R S1 +R m )/(n 2 -1) R S1 + R S1 /(n 2 -1) = R m /(n 1 -1) - R m /(n 2 -1) n 2 .R S1 /(n 2 -1) = R m .{1/(n 1 -1) - 1/(n 2 -1)} n 2 .R S1 /(n 2 -1) = R m .{(n 2 – n 1 )/(n 1 -1).(n 2 -1)} R S1 = R m .(n 2 – n 1 )/n 2 .(n 1 -1) .n 1 /n 1 * Lấy (1) – (2) ta có: R S1 = R m . 1 n 1 n 1 n 1 - 1 1 n 2 R S3 = R m . 1 n 3 n 1 n 1 - 1 1 n 4 * Tương tự : * Tổng quát : + Dùng R S nhiều cấp – vạn năng I 1 I R S1 I m R m R S2 R S3 I 2 I 3 * Ở thang đo I 1 (nhỏ nhất): I m = I 1 .R 1 / (R m +R n ) (1) * Ở thang đo I 2 : I m = I 2 .(R S2 +R S3 )/(R s1 +R m +R s2 +R s3 ) R 1 = R S1 +R S2 +R S3 = R m /(n 1 -1) = I 2 .(R S2 +R S3 )/(R m +R n ) (2) * Ở thang đo I 3 : I m = I 3 .R S3 /(R s1 +R s2 +R m +R s3 ) = I 3 .R S3 /(R m +R n ) (3) R S1 I m R m R S2 R S3 I 2 I 1 R 3 R 2 R 1 I 3 * Từ (1) và (2) : I 1 .R 1 = I 2 .(R S2 +R S3 ) = I 2 .R 2 R 2 = I 1 . R 1 / I 2 * Từ (1) và (3) : I 1 .R 1 = I 3 .R S3 = I 3 .R 3 R 3 = I 1 .R 1 / I 3 * Từ đó : R s1 = R 1 – R 2 R s2 = R 2 – R 3 R si = R i – R i+1 * Tổng quát : R i = I 1 .R 1 / I i * Hay : Bài tập Ví dụ R s3 = R 3 _ Khi nhiệt độ thay đổi R m của chỉ thò thay đổi làm thay đổi kết qủa đo gây ra sai sốâ do nhiệt. R S I m R m I I S R b R S I m R m I I S β t % = .100% I mo - I mt I mo β t % = .100% R mo .α Cu .t o R S +R mo (1+α cu t 0 ) β tb % = .100% R mo .α Cu .t o R S +R b +R mo (1+α CU t 0 ) Khi chưa bù : Khi bù : Như vậy β t > β tb sai số nhiệt độ đã đươc bù I mo = I. R s R s + R mo I mt = I. R s R s + R mt Dòng điện ở điều kiện khắc độ Dòng điện ở nhiệt độ làm việc Sai số nhiệt độ xác đònh theo công thức : Để bù sai số nhiệt độ, người ta mắc điện trở R b nối tiếp với cơ cấu đo : _ Được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thò điện từ. _ Khi dòng điện I ≤ I m dòng điện đònh mức cuộn dây phần tónh thì Ampemét là chỉ thò điện từ. _ Khi I > I m phải mở rộng giá trò thang đo bằng cách phân đoạn cuộn dây phần tónh. Thay đổi cách nối ghép các phân đoạn này (song song hoặc nối tiếp) để tạo các thang đo khác nhau. I 3 I 2 I 1 W 1 W 2 W 3 Phân đoạn cuộn dây I 1 .(W 1 +W 2 +W 3 ) = I 2 .(W 2 +W 3 ) = I 3 .W 3 b. Ampe mét điện từ: Với : F = I.W = const Trong đó : - F: Sức từ động của cuộn dây - I: dòng điện chạy trong cuộn dây - W: số vòng của cuộn dây I = I m I m I I = 2I m I I = 4I m I Ví dụ ; cuộn dây phân làm 4 đoạn • Bài tập Thường dùng để đo dòng điện miền tần số cao hơn tần số công nghiệp (cỡ 400 ÷ 2000 H Z ). Đồng thời như đã biết cơ cấu điện động là cơ cấu chính xác cao với dòng điện xoay chiều, vì vậy Ampe mét điện động cũng có tính chính xác cao. Có 2 loại sơ đồ mạch của Ampemét điện động: * Khi dòng điện cần đo : I <= 0,5A thì Ampemét có cuộn dây động và cuộn dây tónh mắc nối tiếp. * Khi dòng điện cần đo : I > 0,5A thì Ampemét cuộn dây động và cuộn dây tónh mắc song song với nhau. Cuộn động Cuộn tónh I <= 0,5 A Cuộn tónh I > 0,5 A Cuộn động c. Ampe mét điện động: là Ampe mét kết hợp cơ cấu đo từ điện và mạch chỉnh lưu bằng diode I cltb I AC I AC t I I max * Chỉnh lưu ½ T : * Chỉnh lưu T : I cltb = 0,318.I max = 0,318. 2.I I cltb = 0,637.I max = 0,637. 2.I = 0,45.I = 0,90.I I Cl t I cltb I max I I Cl t I cltb I I max d. Ampe mét từ điện - chỉnh lưu: Trong đó : - I max : Trò cực đại - I: Trò hiệu dụng • Bài tập I cltb = 1 T ∫ I cl dt T 0 I cltb = 2 T ∫ I cl dt T 0 Dòng điện sau diode là trò trung bình I cltb = 1 T ∫ I cl dt T 0 [...]...3 Đo dòng điện trung bình và lớn: a, Đo dòng điện trung bình : Dòng điện trung bình là 1mA < Itb < 200 A Sử dụng trực tiếp các A.mét một chiều và xoay chiều với các giới hạn đo thích hợp để đo b, Đo dòng điện lớn : RA IA I * Dòng điện một chiều: sử dụng các Ampe mét một chiều kết hợp với điện trở sunh ngoài * Dòng điện xoay chiều: sử dụng các A.mét RSn xoay chiều kết hợp với biến dòng điện Biến dòng. .. khắc độ theo điện áp cần đo VX 3.Mạch đo thực tế : 3.4 Vôn mét điện tử đo điện áp DC : Vôn mét điện tử là tập hợp của các bộ chỉnh lưu, khuyếch đại và cơ cấu chỉ thò từ điện Khuyếch đại có điều chế ~Ux CT Ux_ Điều chế Giải điều chế Chỉ thò Sơ đồ khối V.mét điện tử đo điện áp DC 1, V.mét điện tử dùng Transistor : * Sơ đồ : _ Mạch đo: Q1,Q2 mắc vi sai _ Điện áp vào được đưa vào cực B1,B2 _ Điện áp ra lấy... tương ứng với giai đo 300V các tụ điện C tạo mạch bù tần số cho Vônmét 3 Đo điện áp trung bình và lớn: a, Đo điện áp trung bình : Điện áp trung bình là các gía trò 200mV < Utb < 600 V Sử dụng trực tiếp các V.mét một chiều và xoay chiều với các giới hạn đo thích hợp để đo b, Đo điện áp lớn : * Điện áp một chiều: sử dụng các Vôn mét một chiều kết hợp với điện trở phụ ngoài * Điện áp xoay chiều: sử dụng... biến điện áp Biến điện áp là một máy biến áp đặc biệt làm việc ở chế độ thứ cấp hở mạch Km = U1đm./ U2đm Km : Tỉ số biến điện áp đònh mức Thường U2đm = 100 V U1 = Km.U2 Vì vậy điện áp U2 được đo bởi các V.mét thông thương Chú ý : Tải nối vào thứ cấp biến điến áp là những tải có điện trở lớn : V.mét, cuộn điện áp của các thiết bò đo RV 3.3 Đo điện áp DC bằng phương pháp biến trở : 1.Sơ đồ mạch đo :... Biến trở RC dùng để điều chỉnh điện áp ra của mạch Mạch đo điện áp AC dùng mạch nhân đôi điện áp Mạch đo điện áp DC - Mạch kẹp dương: dùng C1,D1 +Vđo 0V -Vđo VD 0V -Vp = V2 -2Vo+VD Mạch kẹp dương và mạch lọc hạ thông Điện áp DC ra âm V1 = - 2Vp+VD - Mạch lọc hạ thông : dùng R1,C2 Điện áp DC ra âm V2 = - Vp Mạch đo trò số đỉnh thường dùng trong các V.mét điện tử: A1 A2 Mạch đo trò số đỉnh không có hồi... hiệu 3.2 ĐO ĐIỆN ÁP : 1.Yêu cầu cơ bản phép đo điện áp : Dụng cụ đo trực tiếp điện áp gọi là V Mét Khi đo V.mét được mắc song song với tải hay mạch điện cần đo điện áp _ Khi chưa có V.mét: U = E.Rt / Rt + R _ Khi có V.mét : UV = E.Rtđ / ( R+ Rtđ ) E R Rt UV Với : - Rtđ = Rt.RV/(Rt+RV) - RV : Điện trở của V.mét Phép đo phạm phải sai số : β % = (U – UV).100% / U UV ~ Rt.100% /(Rt+RV) Vì vậy : * Điện trở... DE-360TRe c.Vônmét điện từ: Ta thường dùng để đo điện áp xoay chiều ở tần số công nghiệp Vì yêu cầu điện trở trong của Vôn mét lớn nên dòng điện chạy qua cuộn dây nhỏ; số lượng vòng dây quấn trên cuộn tónh phải lớn cỡ 1000 ÷6000 vòng Để mở rộng và tạo ra vônmét nhiều thang đo người ta mắc nối tiếp với cuộn dây các điện trở phụ (giống như trong Vôn mét từ điện) C C C Khi đo điện áp xoay chiều ở tần... xác và độ tuyến tính cao _ Hệ số KĐ phải ổn đònh với sự thay đổi của nhiệt độ _ Sai số do trôi điểm 0 và điện áp Offset càng nhỏ càng tốt Khuyếch đại thuật toán đảm bảo được các yêu cầu này * Mạch không có KĐ điện áp : R1 R2 R3 R4 Vi + - * Mạch có KĐ điện áp : +VCC + RP -VCC R2 V0 = Vi V0 Im Vi - +VCC -VCC Rm V0 R2 V0 = Vi.(1+R1/R2) RP R1 Im Rm • Bài tập •* Mạch KĐ chuyển đổi điện áp sang dòng điện. .. chiều kết hợp với biến dòng điện Biến dòng điện là một máy biến áp đặc biệt làm I1 việc ở chế độ thứ cấp ngắn mạch Kiđm = I1đm / I2đm Kiđm : Tỉ số biến dòng điện đònh mức Thường W1 = 1 vòng I2đm = 1A, 5A Dòng điện I2 được đo bởi các A.mét thông thương I1 = Kiđm.I2 Chú ý : - Tải nối vào thứ cấp biến dòng điện là các tải có gía trò điện trở nhỏ - Nếu BI có dòng điện ở sơ cấp mà không sử dụng thì phải ngắn... đảo dấu Khi e(t) > - VC, V1 . R m /(n 1 -1 ) - (R S1 +R m )/(n 2 -1 ) R S1 + R S1 /(n 2 -1 ) = R m /(n 1 -1 ) - R m /(n 2 -1 ) n 2 .R S1 /(n 2 -1 ) = R m .{1/(n 1 -1 ) - 1/(n 2 -1 )} n 2 .R S1 /(n 2 -1 ) = R m .{(n 2 – n 1 )/(n 1 -1 ).(n 2 -1 )} R S1 . = I 2 .(R S2 +R S3 )/(R m +R n ) (2) * Ở thang đo I 3 : I m = I 3 .R S3 /(R s1 +R s2 +R m +R s3 ) = I 3 .R S3 /(R m +R n ) (3) R S1 I m R m R S2 R S3 I 2 I 1 R 3 R 2 R 1 I 3 * Từ (1) và (2). I 2 .(R S2 +R S3 ) = I 2 .R 2 R 2 = I 1 . R 1 / I 2 * Từ (1) và (3) : I 1 .R 1 = I 3 .R S3 = I 3 .R 3 R 3 = I 1 .R 1 / I 3 * Từ đó : R s1 = R 1 – R 2 R s2 = R 2 – R 3 R si = R i