Bộ môn Đo lờng - điều khiển -o0o Giáo trình môn học Kỹ thuật đo lờng điện Biên soạn: Năm 2003 Chơng I: sở chung kỹ thuật đo lờng Bài I.1 - Định nghĩa đo lờng phân loại thiết bị đo Định nghĩa Đo lờng trình đánh giá định lợng đại lợng cần đo để có kết số so với đơn vị đại lợng đo Quá trình đo đợc thể công thức: Bộ môn §o Lêng - §iỊu KhiĨn Ax = X X0 X đại lợng cần đo, X0 đơn vị đo; Ax giá trị số đại lợng đo Từ ta có: X = AxX0 (1) Phơng trình (1) phơng trình phép đo, rõ so sánh đại lợng cần đo với mẫu cho kết số Phân loại cách thực phép đo - Đo trực tiếp: cách đo mà kết đo nhận 1đợc trực tiếp từ phép đo - Đo gián tiếp: cách đo mà kết đo đợc suy từ phối hợp nhiều phép đo dùng cách trực tiếp - Đo hợp bộ: cách đo gần giống cách đo gián tiếp nhng kết nhận đợc phải thông qua giải phơng trình (hay hệ phơng trình) mà thông số đà biết số liệu đo đợc - Đo thống kê: Để đảm bảo xác ngời ta đo nhiều lần lấy giá trị trung bình Các đặc trng kỹ thuật đo lờng a Đại lợng đo hay tín hiệu đo Phân loại theo tính chất thay đổi đại lợng đo: + Đại lợng đo tiền định: đại lợng ®o ®· biÕt tríc quy lt thay ®ỉi theo thêi gian, cần xác định hay nhiều thông số + Đại lợng đo ngẫu nhiên: trớc quy luật thay đổi tín hiệu Phân loại theo cách biến ®ỉi tÝn hiƯu + TÝn hiƯu ®o liªn tơc + Tín hiệu đo rời rạc Phân loại theo chất + Các đại lợng đo lợng + Các đại lợng đo tần số + Các đại lợng đo phụ thuộc thời gian + Các đại lợng đo không điện b Điều kiện đo Là yếu tố bên có ảnh hởng đến sai số kết đo c Đơn vị đo Tuân theo hệ thống đơn vị quốc tế SI (1980) có đơn vị chuẩn d Thiết bị đo phơng pháp đo Thiết bị kỹ thuật dùng để gia công (xử lý, chuyển đổi, khuyếch đại) tín hiệu mang thông tin đo Chúng có tính chất đo lờng học, tức tính chất có ảnh hởng đến kết sai số phép đo Sử dụng phơng pháp đo phụ thuộc vào phơng pháp thu nhận thông tin, đại lợng đo lớn hay nhỏ, điều kiện đo, sai số, yêu cầu xác v.v Phân làm hai phơng pháp đo sau: + Phơng pháp đo biến đổi thẳng Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển + Phơng pháp đo kiều so sánh e Ngời quan sát Đó ngời đo gia công kết đo (bằng tay máy tính) phải hiểu phơng pháp đo, thiết bị đo, điều kiện đo, phán đoán khoảng đo để chọn thiết bị cho phù hợp Biết điều khiển trình đo để đạt đợc kết mong muốn Biết phơng pháp gia công kết đo, xét đoán xem kết đo đạt yêu cầu hay ch a, phải đo lại hay đo theo phơng pháp thống kê g Kết đo Kết đo mức độ coi xác Một giá trị nh gọi giá trị ớc lợng đại lợng đo, nghĩa giá trị đợc xác định thực nghiệm nhờ thiết bị đo Giá trị gần với giá trị thực điều kiện coi thực Để đánh giá sai lệch giá trị ớc lợng giá trị thực ngêi ta cã kh¸i niƯm sai sè Sai sè rÊt quan trọng, cho phép đánh giá phép đo có đạt yêu cầu hay không Kết đo số kèm theo đơn vị đo đờng cong hay bảng số liệu Phân loại thiết bị đo Thiết bị đo thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho ngời quan sát Chúng có tính chất đo lờng học, tức tính chất có ảnh hởng đến kết sai số phép đo Thiết bị đo có nhiều loại bao gồm: ã Mẫu đo ã Các chuyển đổi đo lờng ã Các thiết bị đo lờng ã Các tổ hợp thiết bị đo lờng ã Các hệ thống thông tin đo lờng + Mẫu đo dùng để tạo đại lợng vật lý có trị số cho trớc nh điện trở mẫu, điện cảm , pin mẫu điện dung mẫu + Chuyển đổi đo lờng khâu chức biến đổi đại lợng cần đo Chuyển đổi đo lờng gồm hai loại chuyển đổi sơ cấp chuyển đổi chuẩn hoá Chuyển đổi sơ cấp chuyển đổi các đại lợng không điện thành đại lợng điện, chuyển đổi chuẩn hoá chuyển đổi từ đại lợng điện thành đại lợng điện + Các thiết bị đo lờng dụng cụ để gia công thông tin đo lờng, tức tín hiệu mang thông tin đo có quan hệ hàm với đại lợng vật lý cần đo Tuỳ theo cách biến đổi tín hiệu thị ta phân thành hai loại thiết bị đo: thiết bị đo mà giá trị kết đo thu đợc hàm liên tục trình thay đổi đại lợng đo gọi thiết bị đo tơng tự Thiết bị đo bao gồm dụng cụ đo kim dụng cụ đo tự ghi gọi chung thị điện Thiết bị đo mà kết đo đợc thể số đợc gọi thiết bị đo thị số + Hệ thống thông tin đo lờng: tổ hợp thiết bị đo thiết bị phụ để tự động thu thập số liệu từ nhiều nguồn khác nhau, truyền thông tin đo lờng qua khoảng cách theo kênh liên lạc chuyển dạng để tiện việc đo điều khiển Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển Bài I.2 - Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo lờng Phân loại dụng cụ đo Có nhiều cách để phân loại dụng cụ đo lờng, mõi cách phân loại ta có dụng cụ đo khác a Theo cách biến đổi phân thành: ã Dụng cụ đo biến đổi thẳng: dụng cụ đo mà đại lợng cần đo X đợc bién đổi thành đại lợng Y theo đờng thẳng, khân phản hồi ã Dụng cụ đo biến đổi bù: dụng cụ đo có mạch phản hồi với chuyển đổi ngợc biến đổi đại lợng Y thành đại lợng bù XK để bù với tín hiệu đo X Mạch đo mạch khép kín Phép so sánh đợc diễn sau chuyển đổi so cấp b Theo phơng pháp so sánh phân thành ã Dụng cụ đo đánh giá trực tiếp: dụng cụ đợc khác độ theo đơn vị đại lợng đo từ trớc, đo, đại lợng đo so sánh với kết đo ã Dụng cụ đo kiểu so sánh: dụng cụ đo thực việc so sánh qua lần đo Sơ đồ đo so sánh sơ đồ kiểu bù c Theo phơng pháp đa thông tin đo chia thành ã Dụng cụ đo tơng tự: dụng cụ đo có số hàm liên tục đại lợng đo Dụng cụ đo tơng tự gåm: dơng ®o chØ kim, dơng ®o kiĨu tự ghi (kết dạng đờng cong theo thời gian) ã Dụng cụ đo thị số: dụng cụ đại lợng đo liên tục đợc biến đổi thành rời rạc kết thể dạng số d Theo đại lợng đo: dụng cụ mạng tên đại lợng đo nh Vonmet, Ampemet, Ômmet Sơ đồ khối dụng cụ đo a Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo Một dụng cụ đo thờng có ba khâu là: chuyển đổi sơ cấp, mạch đo cấu thị hình 1.1 Lợng vào S Mạch đo Chỉ thị Hình 1.1 Tổ hợp thiết bị đo lờng Trong đó: - S: chuyển đổi đo lờng biến đại lợng cần đo thành đại lợng điện - Mạch đo: thu nhận, xử lý, phân tích, khuyếch đại thông tin - Chỉ thị: thị kết đo, thông báo cho ngời quan sát giá trị đại lợng đo b Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo biến đổi thẳng Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang Bộ môn Đo Lờng - §iỊu KhiĨn X K1 Y1 K2 Y2 Yn …… Kn Y Chỉ thị Hình 1.2 Thiết bị đo chuyển đổi thẳng Y Đại lợng vào X qua nhiều khâu biến đổi trung gian biến đổi thành đại lợng Quan hệ đại lợng vào đại lợng khâu viết là: Yi = K i X i X T Yx ∆y SS Trong ®ã Yi đóng vai trò Xi+1 khâu tiếp theo, Yi đại lợng Yk trung gian, Ki độ nhạy khâu thứ i Hình 1.3 Thiết bị đo chuyển đổi bù Vậy quan hệ lợng lợng vào là: Y = K1K2KnX = f(X) c Thiết bị đo kiểu so sánh Trong thiết bị đo kiểu so sánh, đại lợng vào X đợc biến thành đại lợng trung gian Yx qua phép biến đổi T Yx = T.X Sau Yx đợc so sánh với đại lợng bù Yk, việc đợc thực mét phÐp trõ ∆Y = Yx -Yk Trong ®ã Yk đợc tạo từ đại lợng mẫu Y0: YK = KY0 Bài I.3 Các đặc tính thiết bị đo Các đặc tính tĩnh thiết bị đo Thiết bị đo có nhiều loại nhng chúng có chung số đặc tính nh sau: a Sai số dụng cụ đo Có nhiều nguyên nhân gây sai số: nguyên nhân phơng pháp đo gây nguyên nhân có tính quy luật Cũng yếu tố ngẫu nhiên Có phân sai sè theo nhiỊu c¸ch nh: + Sai sè hƯ thèng: sai số mà giá trị không đổi hay thay đổi có tính quy luật, nguyên tắc loại trừ đợc + Sai số ngẫu nhiên: sai số mà giá trị thay đổi ngẫu nhiên, sai số gọi sai số phụ Ngoài phân loại thành: * Sai số tuyệt đối: hiệu giá trị đại lợng đo X giá trị thực X th (giá trị thực giá trị đại lợng đo đợc với độ xác nhờ dụng cụ mẫu) ∆X = X − X th * Sai sè t¬ng đối: Sai số tơng đối phép đo đợc tính bằng: % = X 100% X X: giá trị đại lợng đo, X (giá trị trung bình) Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang Bộ môn §o Lêng - §iỊu KhiĨn * CÊp chÝnh x¸c cđa dụng cụ đo: giá trị sai số cực đại mà dụng cụ đo mắc phải Ngời ta qui định cấp xác dụng cụ đo sai số tơng đối qui đổi dụng cụ đo: % = X 100% DX X sai số tuyệt đối cực đại DX giá trị lớn thang đo Giá trị % đợc dùng để xắp xếp dụng cụ đo thành cấp xác VD cấp 0.05; 0.1; 0.2; 0.5; 1; 1.5; 2.5 VËy biÕt cÊp chÝnh x¸c ta suy sai số tơng đối quy đổi sai số phép đo Ví dụ 1.1 Dïng mét dơng cã thang ®o 5A, cÊp xác 1, tìm dảI dòng điện đo đề cho sai số tơng đối phép đo < 1.5% Sai số tuyệt đối phạm phải là: 5.1% = 0.05A DảI dòng đIện đo là: I > 0.05 *100 /1.5 = 3.3A b Độ nhạy Độ nhạy dụng cụ đo đợc tính bằng: S = Y X Trong đó: Y biến thiên chị thị đo X biến thiên đại lợng đo Nếu dụng cụ đo gồm nhiều chuyển đổi nối tiếp độ nhạy chúng tích độ nhạy khâu n S = S1 S2 Sn = ∏ s i i =1 c Điện trở vào tiêu thụ công suất thiết bị đo * Điện trở vào: điện trở đầu vào dụng cụ đo Điện trở vào dụng cụ đo phải phù hợp với điện trở đầu khâu trớc chuyển đổi sơ cấp Khi đo điện áp nguòn điện điện áp rơi phụ tải yêu cầu điện trở Vonmet lớn tốt Ngợc lại đo dòng điện qua phụ tải yêu cầu điện trở Ampemet nhỏ tốt để giảm sai số phép đo * Điện trở đo dụng cụ đo: điện trở dụng cụ xác định công suất truyền cho khâu tiếp theo, điện trở nhỏ công xuất lớn d Độ tác động nhanh Độ tác động nhanh thời gian để dụng cụ xác lập kết đo thị đói với dụng cụ đo tơng tự, thời gian khoảng 4s, dụng cụ đo số đo dợng hàng nghìn điểm đo giây e §é tin cËy §é tin cËy cđa dơng ®o phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: + Độ tin cËy cđa linh kiƯn sư dơng + KÕt cÊu dơng cụ không phức tạp Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển + Điều kiện làm việc Độ tin cậy đợc xác định thời gian làm việc tin cậy điều kiện cho phép Độ tin cậy đặc tính quan trọng dụng cụ đo Các đặc tính động thiết bị đo Khi đo đại lợng biến thiên ta phải xét đến đặc tính động dụng cụ đo Đặc tính động dụng cụ đo thể quan hệ đại lợng đại lợng vào trạng thái động Trong dụng cụ đo sai số phải nhỏ giá trị cho phép quy định nhà nớc Dải tần dụng cụ đo khoảng tần số đại lợng vào sai số không vợt giá trị cho phép Bài I.4 Khái niệm chuyển đổi đo lờng Khái niệm Trong sản xuất nh nghiên cứu khoa học, trình công nghệ mới, trình phức tạp công nghiệp đại liên quan đến việc đo lờng đại lợng vật lý nh học, hoá học, quang học, nhiệt học Các thiết bị đo đại không tác dụng lên giác quan ngời mà dùng vào việc tự động thu thập số liệu truyền kết xa, tính toán không cần tham gia cđa ngêi hay tù ®éng ®iỊu khiĨn trình Do quan điểm kỹ thuật trình đo thiết bị đại biến đổi tin tức đại lợng đo thành dạng thích hợp ngời máy móc trình độ phát triển kỹ thuật Ưu điểm phơng pháp điện để đo đaị lợng không điện nh sau: + Có thể thay đổi độ nhạy thiết bị cách đơn giản phạm vi rộng đại lợng đo vâỵ cho phép có thiết bị vạn thu thập đợc thông tin bé lớn Kỹ thuật điện tử cho phép khuyếch đại lên hàng ngàn lần, độ nhạy thiết bị tăng lên nhiều + Các thiết bị điện có quán tính nhỏ, có dải tần số rộng Vì không đo đợc đại lợng không điện biến đổi chậm mà đo đợc đại lợng biến đổi nhanh mà phơng pháp không đo đợc + Có khả đo từ xa, cho phép tập trung hoá lúc đo đợc nhiều đại lợng khác số lợng tính chất, cho phép truyền kết đo khoảng cách lớn + Có khả liên hợp thiết bị đo điều khiển tự động khối thiết bị kiểu Vai trò quan trọng việc thu thập thông tin đo chuyển đổi đo lờng hay gọi cảm biến (sensor) Định nghĩa chuyển đổi đo lờng Chuyển đổi đo lờng thiết bị thực quan hệ hàm đơn trị hai đại lợng vật lý với độ xác định Chuyển đổi đo lờng sơ cấp khâu chức biến tín hiệu không điện thành tín hiệu điện Phân loại chuyển đổi đo lờng a Phân loại dựa nguyên lý chuyển đổi Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển - Chuyển đổi điện trở: chuyển đổi mà đại lợng không điện X đợc biến thành đại lợng Y điện trở chuyển đổi ®iƯn trë - Chun ®ỉi ®iƯn tõ: lµ chun ®ỉi mà đại lợng không điện X làm thay đổi thông số mạch từ nh: , à, s dẫn đến thay đổi điện cảm L - Chuyển đổi tĩnh điện: đại lợng không điện X làm thay ®ỉi ®iƯn dung C hay ®iƯn tÝch cđa nã - Chuyển đổi hoá điện: đại lợng không điện X làm thay đổi điện dẫn hay sức điện động hoá điện - Chuyển đổi nhiệt điện: đại lợng không điện X làm thay đổi sức điện động nhiệt điện điện trở đầu b Phân loại theo tính chất nguồn điện - Chuyển đổi phát điện: đại lợng không điện làm thay đổi tín hiệu đầu E, U, I, Q v.v - Chuyển đổi thông số: đầu chuyển đổi đại lợng R, L, C, M Lúc cần thêm nguồn điện phụ biến đổi thành đại lợng U, I c Phân loại theo phơng pháp đo - Chuyển đổi biến đổi trực tiếp: chuyển đổi đại lợng không điện đợc biến trực tiếp thành đại lợng điện - Chuyển đổi bù Một số chuyển đổi thờng gặp R a Chun ®ỉi ®iƯn trë + Chun ®ỉi ®iƯn trë tiÕp xúc hình 1.4 Khi kích thớc sản phẩm giảm, trợt di chuyển làm cho phần tử tiếp xúc gắn đợc tiếp xúc với Điện trở tiếp xúc thay ®ỉi tõ Rtx = ∞ thµnh R tx ≈ C L + Chun ®ỉi biÕn trë hình 1.5 Hình 1.4 Chuyển đổi tiếp xúc giới hạn Chuyển đổi biến trở biến trở mà chạy di chuyển tơng R, l ứng với đại lợng không điện cần đo Đại Rx, lx lợng chủ chuyển đổi di chuyển chạy, di chuyển dài di chuyển góc đại lợng Hình 1.5 Chuyển ®ỉi biÕn trë ®iƯn trë Chun ®ỉi biÕn trë thêng dùng để đo di chuyển thẳng kích thớc từ ữ3mm di chuyển góc Ngoài chuyển đổi biến trở dùng để lấy thông tin lực, áp xuất, mức chất lỏng + Chuyển đổi tenzo (điện trở lực căng) Chuyển đổi tenzo công nghiệp thờng có loại chuyển đổi tenzo dây mảnh, mỏng màng mỏng Tuy nhiên phổ biến a chuyển đổi dây mảnh có cấu tạo nh hình 1.6 Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang l0 Hình 1.6 Cấu tạo chuyển đổi tenzo dây mảnh Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển Tấm giấy mỏng loại bền Dây điện trở tenzo hình lợc có đờng kính 0.02 ữ 0.03mm dán lên giấy mỏng Đầu dây điện trở đợc nối với dây dẫn đồng để nối với mạch đo Phía thờng đợc phủ sơn dán giấy lên để cố định sau ngời ta ghi thông số chuyển đổi Thông thờng l = ữ 15mm ChiỊu réng thêng a = ÷ 10mm Điện trở thay đổi khoảng 10 ữ 150 Các thông số đợc mở rộng tuỳ yêu cầu Khi đo biến dạng, chuyển đổi đợc dán lên đối tợng đo, lúc đối tợng bị biến dạng, chuyển đổi biến dạng theo điện trở chuyển đổi tenzô thay đổi, xác định điện trở ta xá định đợc mức độ biến dạng vật b Chuyển đổi điện cảm Chuyển đổi điện cảm chuyển đổi biến đổi giá trị đại lợng đo thành trị số điện cảm Một số chuyển đổi điện cảm thờng gặp nh hình 1.7 + Hình 1.7a chuyển đổi đơn phổ biến, dới tác dụng đại lợng học P, ví dụ nh lực, áp xuất, di chuyển, làm thay đổi khe hở khong khí nên làm thay đổi từ trở toàn mạch từ Nh vậy, làm thay đổi tổng trở Z nh điện cảm cuộn dây + Hình 1.7b, c dới tác dụng đại lợng học P làm thay đổi khe hở không khí Chuyển đổi thờng dùng để đo di chuyển từ ữ 20mm di chuyển góc + Hình 1.7d chuyển đổi làm thay đổi dòng điện xoáy, gồm cuộn dây không lõi thép đợc mắc vào điện áp có tần số cao(cỡ vài Mhz) Khi ta di chuyển kim loại vòng dây ngắn mạch làm thay đổi tổn hao từ cuộn dây, điện cảm L cuộn dây thay đổi theo Hình a, b, c, d gọi chuyển đổi điện từ đơn + Hình 1.7e chuyển đổi làm thay đổi khe hở không khí kiĨu vi sai, gåm hai cn d©y gièng hƯt P W W δ (b) (a) (c) P U≈ R P (d) δ1 δ2 (e) H×nh 1.7 Mét sè chun đổi điện cảm thờng gặp c Chuyển đổi hỗ cảm Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển Là chuyển đổi biến giá trị đo thành trị số hỗ cảm Một số loại chuyển đổi hỗ cảm thờng gặp nh hình 1.8 U P U≈ x x δ E W1 W2 E E1 U≈ a E2 U≈ b d H×nh 1.8 Mét sè chuyển đổi hỗ cảm + Hình 1.8a chuyển đổi biến áp có lõi di động, cuộn dây w đợc cung cấp nguồn xoay chiều Khi đại lợng học P tác dụng lên chuyển đổi làm cho từ trở khe hở không khí thay đôỉ dẫn tới từ trở mạch từ thay đổi, điều làm cho từ thông móc vòng qua mạch từ thay đổi làm xuất thay đổi sức điện động E cuộn dây w2 + Hình 1.8b, dới tác dụng đại lợng đo làm di chuyển vòng ngắn mạch, từ thông móc vòng qua vòng dây nhiều hay tuỳ thuộc vào vị trí khe hở không khí Vì di chuyển vòng ngắn mạch làm cho từ thông móc vòng qua cuộn dây w1 w2 thay đổi nên dẫn tới E2 thay đổi + Hình 1.8c chuyển đổi vi sai kiểu thay đổi khe hở không khí , P tác dụng lên chuyển đổi làm cho biến thiên ngợc nhau, từ trở hai mạch từ thay đổi ngợc nhau, dẫn đến làm cho E1 E2 biến thiên ngợc d Chuyển đổi cảm ứng Đây chuyển đổi phát điện Ví dụ số chuyển đổi thờng gặp nh sau: Hình 1.10a loại thay đổi từ thông cách thay đổi vị trí cuộn d©y N S N x x S b N x x N a Fx φ N ϕx c N S S Hình 1.10 Một số chuyển đổi cảm ứng từ trờng Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang 10 Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển a Mạch đối xứng Để đo công suất phản kháng mạch pha đối xứng, ta sử dụng oátmét đo công suất tácdụng nhng mắc theo sơ đồ hình 4.11 Trong cuộn dòng oátmét mắc vào pha A, cuộn áp oátmét mắc vào pha B pha C Số oátmét là: BC ) Pw = UBCIAcos( I A , U A A B B C C * * T¶i pha dây Hình 4.11 Đo CS phản kháng oát mét Từ đồ thị véc tơ hình 4.12 ta cã: • U AB Pw = UdIdcos( π / A ) IA Vậy công suất phản kháng mạch pha đợc tính: 3Pw = 3U d I d sin ϕ A ψ3 • IC ϕC A B B C C * * PWA ϕB IB ã UB Tải pha dây không đối xứng * U BC Hình 4.12 Đồ thị véc tơ dòng, áp PWC PWB * ã ã ã b Mạch pha không đối xứng UC Để đo công suất phản kháng mạch ba pha không đối xứng nối (kể có dây trung tính) tam giác ta dùng ã U CA oátmét mắc nh hình 4.13 A ã UA A ã = UdIdsin( ϕ A ) Q3f = PW * * Hình 4.13 Sơ đồ đo công suất phản kháng oát mét Tổng số oátmét là: PWA + PWB + PWC = U BC I A cos ψ1 + U CA I B cos ψ + U BA I C cos ψ Tõ ®å thị véc tơ hình 4.12 ta có: = / − ϕ1 ; ψ = π / − ϕ ; ψ = π / − ϕ3 Gi¶ sư UAB = UBC = UCA th×: PWA + PWB + PWC = U d ( I A sin ϕ1 + I B sin ϕ + I C sin ϕ3 ) VËy c«ng suÊt phản kháng pha là: PWA + PWB + PWC U d = (I A sin ϕ1 + I B sin ϕ + I C sin ϕ3 ) 3 Đo lợng phản kháng mạch ba pha Q 3f = Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang 31 Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển Để đo lợng phản kháng mạch pha ta dùng công tơ đo lợng tác dụng mắc nh sơ đồ đo công suất phản kháng để đo lợng phản kháng mạch pha Chơng V: đo góc pha tần số Bài V.1- Đo góc pha Phơng pháp dùng ampemét volmét (đo cos gián tiếp) thức: Hệ số công suất cos quan hệ với dòng điện điện áp mạch qua công P = UI cos Do đó: cos = P UI Vậy đo đợc U, I, P ta tính ®ỵc cosϕ Sai sè: | γcosϕ | = | γP | + | γU | + | γI| Trong m¹ch pha đối xứng công suất đợc tính: P= Vậy UdId cosϕ cosϕ = P 3U d I d Đối với mạch pha không đối xứng: cos pha kh«ng b»ng nhau, ta cã hƯ sè c«ng suÊt cosϕ m¹ch nh sau: cosϕ = P P2 + Q2 Đối với hộ tiêu thụ lợng ta theo dõi cos qua thời điểm thông qua việc đo công suất phản kháng công suất tác dụng khoảng thời gian (thờng tháng) ta xác định đợc giá trị cos trung bình khoảng thời gian ®ã: cosϕ TB = P P2 + Q2 = Wtd Wtd + Wpk Wpk: điện phản kháng công tơ phản kháng khoảng thời gian xét Wtd: điện tác dụng công tơ tác dụng khoảng thời gian xét Phơng pháp dùng Fazômét điện động (đo trực tiếp) Fazômét điện động (cos mét điện động sắt điện động) dùng để ®o gãc lƯch pha hc hƯ sè cosϕ trùc tiÕp a Cos mét điện động pha Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang 32 Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển Ngời ta sử dụng cấu thị lôgômét điện động để chế tạo dụng cụ đo cos mạch pha Cuộn tĩnh cos điện động đợc mắc nối tiếp với mạch cần đo cos, hai cuộn dây động đợc mắc nối tiếp với R, L hình 5.1a, đồ thị véc tơ hình 5.1b: ã * * I * U~ U • I1 I2 R I Ztải 900- ã I2 Hình 5.1 Sơ đồ mắc cos điện động đồ thị dòng điện Dòng I1 trùng pha với điện áp U, dòng I vuông pha với điện áp U, với cách nối nh tạo dòng I1 I2 vuông pha Theo công thức cấu thị lôgômét điện động ta có: I cos α = f I cos ψ • • • • víi gãc: ψ1 = ( I , I1 ) = ϕ, ψ2 = ( I , I ) = 900 - ϕ I cos ϕ I = f cot gϕ VËy α = f I sin ϕ I2 Nếu nh mạch song song ta cho I1 = I2 th× ta cã α = f(cotgϕ) Nh vậy, độ lệch góc cấu thị đợc xác định góc Song I1 thực tế tần số thay đổi dẫn tới L thay ®æi VËy I2 thay ®æi ®ã tû sè I2 khác số Để khắc phục ta sử dụng sơ đồ hình 5.2 Cuộn dây động đợc chia làm hai nhánh 2' 2'' Hai nhánh mắc ngợc cực tÝnh nhau, mét nh¸nh nèi I2 víi L, mét nh¸nh nối với C nên I1 tạo mô men cuộn dây I động tổng hai mômen * 2' * 2'' * cïng dÊu M2 = M2'' + M2' Vì * vậy, tần số thay đổi làm XL, U ~ XC thay đổi ngợc hay I2' I2' I2'' I2'' thay đổi ngợc Do ZT M2 = const Nh vậy, nhánh R L C không phụ thuộc tần số b Cos mét điện động pha (mạch đối xứng) Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Hình 5.2 Sơ đồ cos mét điện động dùng cuộn dây Trang 33 Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển Sơ đồ cos mét điện động pha mắc nh hình 5.3a Cuộn tĩnh đợc mắc nối * * tiếp vào pha, cuộn dây động đợc mắc qua hai điện A * trở R vào pha lại I2 I1 Đồ thị véc tơ nh hình 5.3b R B Góc quay cấu là: R ã ã I1 cos I1 , I A α = f • • I cos I , I A ( ( C • U AB ) = f ' (ϕ) ) I1 cos 30 − ϕ = f I cos 30 + Vì Tải pha ã I2 I1 = const I2 • • U AC • UA ϕA • IA • I1 • UB UC Do vËy phơng pháp không phụ thuộc tần số Hình 5.3 Sơ đồ mắc cos mét điện động pha Fazômét điện tử đồ thị véc tơ dòng điện Fazômét điện tử dựa việc biến đổi góc lệch pha tín hiệu điện thành dòng điện hay điện áp, sau đa vào cấu đo từ điện Hình 5.4 sơ đồ nguyên lý fazômét điện tử Tín hiệu điện áp hình sin u1 u2 đợc đa vào tạo xung Khi tín hiệu qua từ âm sang dơng tạo xung U3 U4 Các xung đợc đa đến để điều khiển khoá điện tử K Khoá điện tử K đóng đa xung từ tạo xung thứ vào ngắt đa xung từ tạo xung thứ đến Nh vậy, tín hiệu hình u1 = Umsint Tạo xung sin đầu vào nhờ tạo E U3 xung ®· biÕn ®é lƯch pha cđa CC§ tÝn hiƯu thành khoảng thời K gian Trong khoảng thời u1, u2 U4 gian khoá K thông có dòng u = U sin(t-) Tạo xung m điện I qua cấu đo CCĐ Từ đồ thị dòng áp Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý fazômét điện tử t hình 5.5 ta có giá trị dòng trung bình qua cấu đo là: I tb = I m = I m T 360 Do ®ã, gãc lƯch cđa kim chØ α = SI I m Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng 360 ϕ U3 t U4 I t τ Trang t Hình 5.5 Dạng dòng điện điện áp 34 Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển Im giá trị biên độ lớn dòng điện I SI độ nhạy cấu đo Thang đo dụng cụ đợc khắc độ trực tiếp góc lệch pha Fazômét điện tử loại dùng để đo góc lệch pha từ đến 1800, cấp xác đến 1,5 dải tần từ 20Hz đến 200Hz Fazômet thị số Dựa nguyên tắc biến đổi góc lệch pha thành mÃ, có nghĩa góc lệch pha cần đo hai tín hiệu đợc biến thành khoảng thời gian, sau lấp đầy khoảng thời gian xung víi tÇn sè biÕt tríc CÊu tróc bao gåm: Bộ biến đổi góc pha thành khoảng thời gian, tạo xung TX1, TX2, TX3, Bộ đếm, thị số, máy phát xung chuẩn, khoá K 1, K2 Sơ đồ cÊu tróc nh h×nh 5.6 TX3 MF f0 K1 S U1 TX3 U2 TX3 T tx K2 Bé ®Õm ChØ thị số R Hình 5.6 Sơ đồ cấu trúc Fazômét thị số Các tín hiệu u1, u2 có dạng hình sin đợc đa vào tạo xung TX1, TX2 xung xuất tín hiệu qua mức "0", xung đợc đa đến đầu vào Trigơ tạo đầu xung mà độ dài tỷ lệ với góc lệch pha cần đo x Khoá K đợc mở khoảng thời gian tx Từ máy phát xung chuẩn f0 có tần số ổn định (hay T0 = 1/f0) đợc ®a qua K1 K1 më kho¶ng thêi gian tx Mặt khác tạo xung TX3 phát xung có độ dài cố định T u = kT0, khoá K2 đợc mở khoảng thời gian Vậy xung từ khoảng thời gian T u qua K2 vào đếm thị số Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang 35 u1, u2 Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển Từ giản ®å thêi gian ta t ϕ thÊy: x = x Tx 360 3600 ϕx TX1, TX2 Tx ϕx 360 Số xung đếm đợc khoảng thời gian tu lµ: VËy: t x = N= = t Tx t tx t tu tx Tx T0 f0 kT0 Tx ϕx Tx T0 360 t k ϕx 360 VËy sè xung N tû lƯ víi gãc lƯch pha ϕx Fazômét loại làm việc khoảng vài Hz ®Õn vµi MHz, cã sai sè γ = 0.1 ®Õn 0.2% = K1 t TX3 tu t t H×nh 5.6 biểu đồ thời gian Fazômét thị số Bài V.2 - Đo tần số Phơng pháp đo dùng volmét, ampemét (gián tiếp) Trong phần tử phản kháng quan hệ dòng điện điên áp phụ thuéc tÇn sè XL = ωL; XC = Vì dùng volmét, ampemét đo U, I C phần tử phản kháng suy tần số biết điện A áp Từ h×nh 5.7 ta cã: VL U~ UL U ⇒ω= L L0 = I L0I L0 L0 điện cảm mẫu Khi cần đo xác, ta phải xét đến điện trở Hình 5.7đo tần số nhờ L mẫu cuộn c¶m mÉu R0 U L = I ω2 L + R ⇒ω= U L − (R I) L0I2 A U~ VC C0 H×nh 5.8 ta có: Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Hình 5.8 đo tần số nhờTrang C mẫu36 Bộ môn Đo Lờng - §iỊu KhiĨn UC = I , víi C điện dung mẫu I= C C Tần số mét (kế) cộng hởng điện từ Tần số kế cộng hởng bao gồm nam châm điện 1, rung có tần số 49 50 51 dao động riêng khác nhau, tần số riêng rung hai lần tần số nguồn điện cần đo Các rung đợc Hz gắn chặt đầu, đầu dao động tự Phía rung thang Hình 5.9 Tần số kế cộng hởng đo Tín hiệu cần đo tần số đợc đa vào cuộn dây nam châm điện tạo lực hút rung Thanh rung có tần số dao động riêng tần số dòng điện f dao động cực đại cộng hởng riêng, khác không cộng hởng không dao động cực đại Nh vậy, đọc kết trị số tơng ứng với rung cực đại Ưu điểm dụng cụ cấu tạo đơn giản, rẻ tiền độ tin cậy cao Nhợc điểm giới hạn đo hẹp (45 đến 55 Hz) (450 đến 550Hz), sai số phép đo lớn 1,5 đến 2,5% Không sử dụng đợc nơi có độ rung lớn thiết bị di chuyển Tần số kế điện động Tần số kế điện động sắt điện động dụng cụ đo tần số dựa cấu lôgômét điện động Sơ đồ tần số kế điện động nh hình 5.10 I cos ψ1 α = f I cos ψ Trong ®ã ψ1 góc lệch pha i i1 va i i2 cuộn dây phần tĩnh phần động Từ đồ thị dòng điện hình 5.10 ta cã ψ = nªn cos ψ = * • * I=I2 * u~ R2 I1 C1 L2 U I= • I2 -ϕ2 -ϕ2 C2 Hình 5.10 sơ đồ tần số kế điện động đồ thị dòng điện Với I = I cos ψ1 = cos(90 − ϕ ) = sin ϕ mµ sin ϕ = x2 I z vµ = z2 I z1 z2 x2 tổng trở điện kháng mạch cã dßng i2 I z x x x Tõ ®ã ta cã: α = f cos ψ1 = f 2 = f ≈ f nhánh có C I2 z1 z z1 x1 Ta lại có: x1 = Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lêng 1 , x = ωx L − vµ ωx = 2πf x ωx C1 ωx C Trang 37 Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển Nên = f (f x ) , thang đo dụng cụ đợc khắc độ trực tiến theo tần số Tần số kế điện động có giới hạn đo từ 45 đến 55 Hz với sai số 1,5% chế tạo dụng cụ đo tần số cao đến 2500Hz Tần số mét điện tử Tần số kế điện tử dụng cụ để đo tần số âm tần cao tần mà tần số kế điện không đo đợc, dụng cụ phối hợp cấu đo từ điện với biến đổi để thực biến đổi tần số thành dòng điện chiều Tín hiệu cần đo có tần số fx đợc đa vào khống chế khoá điện tử hay bán dẫn, khoá có nhiệm vụ đóng nạp tụ với điện áp Uo hình 5.11 Khi khoá K vị trí điện tích nạp vào ux, fx tụ: q = C.Uo K Điện tích nạp vào tụ thời gian 1s là: Q = q.fx = C.Uo.fx R1 Khi kho¸ K vị trí tụ C phóng điện qua cấu Dòng điện trung bình qua cấu g C U0 lµ: ITB = K.Q = K.C.Uo.fx = K1fx (K1 = const) Vậy thang chia độ đợc khắc trực Hình 5.11nguyên lý tần số mét điện tử đơn vị tần số, ta đọc tần số thị G Muốn mở rộng giới hạn đo ta thay đổi giá trị tụ C Khoá điện tử thể tạo nhờ tranzitor hình 5.12 điện áp u x có tần số cần đo đợc ®a qua bé t¹o xung TX Ucc Khi cha cã xung đặt vào cực gốc tranzitor, tranzitor chế độ khoá R C tụ C đợc nạp đến điện áp U Khi có D1 xung vào cực gốc cđa tranzitor T, T TX tranzitor lµm viƯc ë chÕ ®é th«ng, tơ ux D2 CT C phãng ®iƯn qua T, điốt D2 cấu thị CT Chỉ thị đợc khắc độ theo giá trị tần số Tần số kế loại Hình 5.12 tần số mét điện tử đợc dùng để đo tần số tín hiệu hình sin tõ 10Hz ®Õn 500Hz víi sai sè 2% NÕu tín hiệu xung đo với dải tần từ 10Hz đến 20KHz, sai số 2% Tần số kế thị số Nguyên lý tần số thị số đếm số xung N tơng ứng với số chu kỳ tần số cần đo fx khoảng thời gian gọi thời gian đo T đo Từ số xung đếm đợc ta biết đợc tần số tín hiệu Xét sơ đồ đo tần số phơng pháp đo chu kỳ Tx hình 5.13 (phơng pháp đếm nghịch đảo) ux Máy phát tần số chuẩn f0 K Bộ đếm t t Điều khiển ux Bộ vào Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Tạo xung Hình 5.13 tần số kế phơng pháp nghịch đảo Trang t 38 Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển Tín hiệu có tần số cần đo f x qua thiết bị đầu vào qua tạo xung để tạo xung cã chu kú Tx lµ chu kú cđa tÝn hiƯu đo Các xung đa vào điều khiển để đóng mở khoa K, thời gian khoá K mở khỏng thời gian T x thời gian đo Tđo Khi khoá K mở, xung có tần số f từ máy phát xung chuẩn đợc đa vào đếm thị Số xung đếm đợc: N= Tx f = T0 f x §Ĩ sè xung tỉ lệ với tần số cần đo ngời ta thực phép biến đổi ngợc: fx = f0 N Chơng VI: đo thông số mạch điện Bài VI.1- Đo điện trở ý nghià yêu cầu việc đo điện trở Điện trở thông số quan trọng mạch điện hệ thống cung cấp điện, nhiên phần lớn giá trị cđa chóng thay ®ỉi theo nhiƯt ®é, theo ®iỊu kiƯn môi trờng Vì lắp ráp, vận hành mạch điện, thí nghiệm, nghiệm thu mạch điện, hệ thống cung cấp điện, hệ thống tự động hoá ta phải tiến hành đo kiểm tra giá trị điện trở Yêu cầu đo điện trở R: Khi đo giá trị R nhỏ cần tìm biện pháp để loại trừ ảnh hởng điện trở dây nối, điện trở tiếp xúc, sức điện động tiếp xúc Để khắc phục, điện trở mẫu ngời ta phân thành cực dòng cực áp riêng Khi đo giá trị R lớn cần tránh ảnh hởng R bề mặt R khối Khi đo điện trở cách điện vật liệu lỏng hay vật có độ ẩm cao ngời ta thờng dùng nguồn xoay chiều để tránh tợng điện phân Khi đo R vật liệu rắn ta nên dùng nguồn chiều để tránh điện dung ký sinh Điện trở đo trực tiếp gián tiếp Đo gián tiếp đo dòng áp sau suy điện trở Đo trực tiếp phơng pháp sử dụng thiết bị xác định trực tiếp nh ômmét Phơng pháp gián tiếp a Đo điện trở vônmét amemét Sơ đồ đo vônmét amemét nh hình 6.1 Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang 39 Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển Dùng đồng hồ đo volmet, ampemet để đo điện áp dòng điện Rx ta U( v ) xác định đợc Rx = I( A ) + ã Xét với hình 6.1a, gọi Rx' - điện trở xác định đợc đồng hồ đo A U A + Rx V U Rx V a, b, H×nh 6.1 đo điện trở vônmét amemét U + IAR A R x '= x IA = Rx + RA R 'x − R x R A VËy sai số phụ trình đo: p = = Rx Rx Nhận xét: Nếu RA nhỏ p nhỏ Phơng pháp dùng để đo điện trở lớn ãXét với hình 6.1b R x '= Uv Ux 1 = = = I 1 Ix IA Ix + Iv + + v Ux Ux R x Rv Rv R 'x − R x VËy sai sè phụ trình đo là: p = = −1 Rx RV + Rx NhËn xÐt: NÕu muèn sai số phụ nhỏ Rv phải lớn Rx phải nhỏ, phơng pháp dùng để đo điện trở nhỏ b Đo điện trở phơng pháp so sánh với điện trở mẫu Để đạt độ xác cao phép đo điện trở, ta sử dụng phơng pháp so sánh điện trở đo với điện trở mẫu So đồ đo so sánh nh hình 6.1 ã Điện trở đo điện trở mẫu mắc nối tiếp (hình 6.2a) Trong điện áp rơn điện trở mẫu R0 U0, điện áp rơi điện trở đo Rx Ux Với dòng điện I không đổi ta cã: U0 U x = R0 Rx vËy: R x = U R0 U U0 a, Ux V Rx R0 Rx A b, Hình 6.2 đo ®iƯn trë b»ng so s¸nh víi mÉu Ux R0 U0 Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang 40 Bộ môn §o Lêng - §iỊu KhiĨn Sai sè cđa phÐp ®o tổng sai số điện trở mẫu sai số vônmét ã Điện trở đo điện trở mẫu mắc song song (hình 6.2b) Dòng điện qua điện trở mẫu I0 dòng điện qua điện trở đo Ix Với điện áp cung cấp ổn định ta có: I0R = Ix R x vËy: Rx = I0 R0 Ix Sai sè cña phÐp ®o b»ng tỉng sai sè cđa ®iƯn trë mÉu vµ ampemét Đo điện trở phơng pháp trực tiếp Đo điện trở trực tiếp thờng dùng ômmét Ômmét dụng cụ đo từ điện với nguồn cung cấp pin điện trở mẫu Xuất K + U phát từ định luật Ôm R = , ta giữ cho điện I0 I áp U không đổi dòng điện I qua mạch đo Rx U thay đổi điện trở thay đổi Trên sở CT chế tạo ômmét đo điện trở Tuỳ theo mắc Rp sơ đồ mạch đo, ngời ta chia ômmét thành loại là: ômmét mắc nối tiếp ômmét mắc song song Hình 6.3 ômmét nối tiếp Ômmét mắc nối tiếp để đo điện trở lớn, ômmét mắc song song để đo điện trở nhỏ a Ômmét nối tiếp Sơ đồ mắc nối tiếp nh hình 6.3 Khi đo ta mở khoá K, dòng qua cấu là: I CT = U R x + R CT + R p Với Rx: điện trở cần đo, R0 điện trở cấu Các ômmét mắc nối tiếp thờng dùng để đo điện trở tơng đối lớn thờng từ cỡ ôm trë lªn Tõ biĨu thøc trªn ta thÊy R x = ∞ th× I CT = Do đó, thang chia độ ômmét ngợc với thang chia độ vônmét Mặt khác ta thấy số ômmét phụ thuộc vào nguồn cung cấp Nếu nguồn cung cấp thay đổi gây sai số lớn Để khắc phục sai số nguồn cung cấp thay đổi ta mắc thêm R p để chỉnh zêrô (khi Rx = 0) Nh lần sử dụng ômmét, trớc hét phải ngắn mạch đầu (Rx = 0) sau ®ã ®iỊu chØnh R p ®Ĩ kim cđa chØ thị zêrô thang đo Với cách chỉnh nh điện áp cung cấp pin + I giảm xuống dới mức ban đầu thang đo K I0 b Ômmét song song Rx U Ômmét mắc song song loại dụng cụ Rp Rx mắc song song với cấu thị nh hình 6.4 Ômmét loại dùng để đo điện trở tơng đối nhỏ thờng từ cỡ K trở lại Do Hình 6.4 ômmét song song Rx mắc song song với cấu thị nên Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang 41 Bộ môn §o Lêng - §iỊu KhiĨn R x = ∞ (cha có Rx) dòng điện qua thị lớn nhất, với R x = dòng qua thị Thang đo chia độ giống nh vônmét (ngợc với thang đo ômmét nối tiếp) Để điều chỉnh thang đo ômmét trờng hợp nguồn cung cấp thay đổi dùng biến trở Rp điều chØnh øng víi R x = ∞ (que ®o ®Ĩ hở mạch) Đo điện trở cầu đơn cầu kép (phơng pháp so sánh) a Đo điện trở cầu đơn P316 Cầu đơn thiết bị dùng để đo điện trở xác Cầu đơn có sơ đồ nh hình 6.5 Cầu đợc cung cấp nguồn chiều U0 Các điện trở R1, R3, R4 đợc chế tạo có độ xác ổn định cao Để xác định điện trở cha biết Rx ngời ta điều chỉnh điện trở R1, R3, R4 để cầu cân (điện kế 0) Khi cầu c©n b»ng ta cã: I3 I1 = I I R = I R x ⇒ 1 I = I I R = I R R1 I1 R R R VËy = x ⇒ R x = R R3 R4 R3 Thông thờng ngời ta chế tạo để I2 R1 R3 bội số 10 Khi đó, vào vị trí trợt R4 tỉ số R1 ta xác định đợc Rx R3 R3 K R2=Rx R5 R4 I4 U Hình 6.5 Đo điện trở cầu đơn Độ nhạy cầu phụ thuộc vào độ nhạy thị điện áp cung cấp, thị có độ nhạy cao, nguồn cung cấp đảm bảo dòng qua thị không vợt dòng cho phép Để đảm bảo dòng điện qua thị không vợt giá trị cho phép ngời ta đa thêm vào cầu điện trở R5 để chỉnh thô Khi chỉnh cầu ta phải tuân thủ quy tắc cầu: phải thô sau chỉnh tinh Trớc đo khoá K đợc mở để chỉnh thô (nếu chỉnh cầu có cân có R hạn chế dòng qua cầu), đà tơng đối cân ngời ta đóng khoá K lại loại điện trở R để chỉnh tinh cầu cân hoàn toàn Cấp xác cầu đơn đo điện trở phụ thuốc vào giới hạn đo Ví dụ: dải đo R = 50 ữ 105 cấp xác 0,05%, với dải đo R = 105 ữ 10 cấp xác đạt 0,5% b Đo điện trở cầu kép P333 Cầu kép thiết bị đo điện trở nhỏ nhỏ mà cầu đơn trình đo không thuận tiện có sai số lớn điện trở dây nối điện trở tiếp xúc Các điện trở có trị số nhỏ nh điện trở sun ampemét phải có giá trị xác Để tránh sai số tiếp xúc có dòng điện lớn, điện trở sun thờng đợc chế tạo bốn đầu, hai đầu dòng hai đầu áp hình 6.6 Các đầu dòng lớn nằm đầu mút điện trở Đầu âp nằm hai đầu dòng đầu thờng dùng với dòng cỡ àA đầu dòng Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang 42 đầu áp Hình 6.6 điện trở sun Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển mA nên sụt áp tiếp xúc đầu áp điện trở đợc xác định dúng điện trở tồn đầu áp Để đo điện trở nhỏ ngời ta thờng dùng cầu kép, hình 6.7 Cầu kép khác với cầu đơn chỗ có thêm số ®iƯn trë, ®o R lµ ®iƯn trë chn có giá trị nhỏ R1, R2, R3, R4 điện trở điều chỉnh đợc Các điện trở R0 Rx điện trở R2 R1 I2 I1 có bốn đầu ra, điện trở R 1, R2, R3, R4 đợc mắc vào đầu điện áp cđa chóng R4 I I3 R Khi cÇu c©n b»ng ta cã: I1 = I Ix R x I3 = I Ix-I3 U0 Ix = I0 Viết phơng trình kirhof cho vòng 1, 2, ta đợc R A R0 I RDC Hình 6.7 điện trở cầu kép I x R x + I R − I1R = I0R + I4R − I2R = I R + I R − (I x − I )R = Gi¶i hệ phơng trình ta đợc: R1 R R1 R R + − R R + R + R R R Để đơn giản cho việc điều chỉnh cân đo, ngời ta chế tạo cho R1 R = hc R = , lúc phơng trình cân là: R2 R4 Rx = R0 Rx = R0 R1 R2 Nh vËy đo Rx thay đổi cần thay đổi giá trị R0 tỉ số R1 để cầu cân R2 Khoảng đo cầu kép thông thờng từ 10à đến Tuỳ thuộc vào độ xác linh kiện mà độ xác phép đo đạt đến 0,2% Bài VI.2 Đo điện cảm hệ số phẩm chất cuộn dây Đo điện cảm phơng pháp gián tiếp Có thể dùng volmét, ampemét, oát mét để đo thông số cuộn dây hình 6.8 Ta có: Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang 43 Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển zx = Uv , IA Rx = Pw I 2A * * W Mµ z x = R 2x + (ωL x ) Lx = z x − R 2x ω A u~ V Rx, Lx U v Pw − I A IA H×nh 6.8 đo điện cảm phơng pháp gián tiếp nguồn xoay chiều Nguồn cung cấp cho mạch đo nguồn xoay chiỊu h×nh sin NÕu nh biÕt tríc Rx ta chØ cần volmét ampemét nên sử dụng oát mét Đo điện cảm hệ số phẩm chất cuộn dây (Q) dùng cầu xoay chiều Có nhiều sơ đồ đo điện cảm, xong ta xét sơ đồ đặc trng đợc sử dụng R3 Lx, Rx rộng rÃi công nghiệp Sơ đồ mắc nh hình 6.9 Lx = ω Ta cã: Z1 = Rx +jωLx Z2 = R2 Z3 = R3 R0 jωC Z4 = = 1 + jω C R R0 + jω C C0 R0 R0 R2 u~ Hình 6.9 đo điện cảm cầu xoay chiều Khi cầu cân ta có: Z1 Z4 = Z2Z3 = (Rx + jωLx) R0 = R 2R + jωR C ⇒ RxR0 + jωLxR0 = R2R3 + jωR0C0R2R3 L x = C R R ⇒ R R , víi R0, C0 điện trở điện dung mẫu R = x R0 Khi ta ®iỊu chØnh R0, C0 Sau ta tính đợc hệ số phẩm chất cuộn dây là: Q= L x = R C Rx Bài VI.3 Đo điện dung tổn thất điện môi Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang 44 Bộ môn Đo Lờng - Điều Khiển Phơng pháp trùc tiÕp Trong kü tht ®Ĩ ®o ®iƯn dung trùc tiếp ngời ta chế tạo Microfaramet, Microfaramet đợc chế tạo dựa nguyên lý cấu thị lôgômét điện động Sơ đồ nh hình 6.10 Cuộn dây tĩnh A đợc mắc nối tiếp với tụ * * C, hai cuộn dây động đợc mắc nối tiếp với Cx * A cần đo điện dung mẫu C0 Ta cã quan hÖ sau: u~ I ≈ UωC I1 ≈ UωC x I ≈ UωC Cx C0 C Hình 6.10 sơ đồ mắc Microfaramet ã ã ã ã Mặt khác góc (I, I ) (I , I ) 1 V× vËy gãc quay • • I cos( I , I1 ) C x = f1(Cx); C0 = const α = f = f • • I cos(I1 , I ) C Ph¬ng pháp đo điện dung tổn thất điện môi cầu xoay chiều a, Khái niệm điện dung góc tổn hao Tụ điện lý tởng tụ không tiêu thụ công suất, nhng thực tế có lớp điện môi nên có dòng điện nhỏ qua từ cực đến cực tụ có tổn hao công suất Sự tổn hao nhỏ để đánh giá tổn hao tơ ngêi ta thêng ®o gãc tỉn hao tgδ Tụ điện tổn hao thực đợc biểu diễn dới d¹ng mét tơ lÝ tëng nèi nèi tiÕp víi mét ®iƯn trë, tơ ®iƯn tỉn hao nhiỊu nèi song song với điện trở hình 6.11 Hình 6.11a sơ ®å thay thÕ t¬ng ®C1 R ¬ng cđa ®iƯn dung có tổn hao lúc tg = RC a R Hình 6.11b sơ đồ thay tơng đơng tụ điện có tổn hao nhiều tg = RC C b Hình 6.11 sơ đồ thay tụ điện Vì vậy, ta có sơ đồ đo điện dung góc tổn hao tơng ứng b Víi tơ ®iƯn Ýt tỉn hao Víi tơ ®iƯn đợc xem Cx nối tiếp với Rx Cho nên ta mắc cầu có nhánh R2, R4 trở, nhánh lại Cx, Rx điện dung mẫu C0, điện trở mẫu R0 điều chỉnh đợc Đờng chéo cầu đợc mắc điện kế G cân nguồng cung cấp xoay chiều hình 6.12 Giáo trình Kỹ Thuật Đo Lờng Trang 45