KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG: CHƯƠNG 3: ĐO DÒNG ĐIỆN ĐIỆN ÁP

CHƯƠNG 3.1 ĐO DÒNG ĐIỆN 3.2 ĐO ĐIỆN ÁP 3.1 ĐO DÒNG ĐIỆN : 1.Yêu cầu phép đo dòng điện : Dụng cụ đo trực tiếp dòng điện gọi Am pemét Khi đo A mắc nối tiếp với tải hay mạch điện cần đo dòng điện _ Khi chưa có A.mét: I = U / Rt _ Khi có A.mét : I A = U / ( R A+ Rt ) Phép đo phạm phải sai soá : IA A RAI U % = (I - IA).100% / I ≈ RA.100% / Rt Vì : * Điện trở A.mét nhỏ phép đo xác * A.mét phải có đặc tính động đáp ứng dải tần số dòng điện cần đo Rtt Cấu tạo A.mét : a A.mét từ điện : Im Rm Mỗi thị từ điện chế tạo có thông số định mức : m * Im : dòng điện làm kim thị lệch hết thang đo( IU FS ) * Rm : Điện trở cuộn dây * Um : Điện áp định mức I < Im A.mét thị từ điện RA = Rm _ Khi I > Im mở rộng giới hạn cho I thị cách mắc điện trở RS // với trở chỉRthị ù trị điện S xác định : Rm RS = RS.Rm n-1 RA = Với : n = I/Im hệ RS+Rm số mở rộng giới Im IS = RS Rm n Rm trở RS chế tạo vật liệu có hệ số t0 nhỏ _ Để thị đo nhiều giới hạn đo người ta mắc điện trở RS theo sơ đồ : + Dùng RS cấp Rm Im I I1 I2 I3 RS! RS2 RS3 Điện trở giới hạn đo Rm RSi = ni - Với : ni = Ii/Im RS1 = RS2 = Coâng thuc Rm n1 - Rm n2 - ùng RS nhiều cấp – vạn RS1 Û thang đo I1(nhỏ nhất): RS1+RS2+RS3 = Rm/(n1-1) * Ở thang đo I2: RS2+RS3 = (RS1+Rm)/(n2-1) Lấy (1) – (2) ta có: (1) Rm Im I1 RS3 RS2 I2 I3 (2) I * Tương tự : n1 RS2 = Rm RS1 = Rm/(n1-1) - (RS1+Rm)/ (n -1) n1 RS1 + RS1/(n22- Rm/(n1-1) - Rm/ 1) n= R /(n - (n2-1) * Tổng quát : Rm.{1/(n1-1) - 1/ S1 n1 1) = (n2.{(n -1)} – n )/(n -1).(n - RSi = n2.RS1/(n2- R m 1 1)} n1 - 1) = Rm /n1 RS1 Rm.(n2 – n1)/n2.(n.n 1- 1) n1 1 = n1 RS1 = Rm RS3 = Rm n n n1 - 1 1 n2 n3 1 ni ni+1 1 n1 - n n4 + Dùng RS nhiều cấp – vạn Im RS1 Rm RS2 I2 I1 Im RS1 RS3 I1 I3 I2 R3 I3 R2 * Từ (1) (3) : I1.R1 = I3.RS3 = I3.R R33 = I1.R1 / * Ở thang đo I1(nhỏ nhất): Im = I1.R1 / (Rm+Rn) (1) * Ở thang đo I2: *IHay : Im = I2.(RS2+RS3)/(Rs1+Rm+Rs2+Rs3) = I2.(RS2+RS3)/(Rm+Rn) * Ở thang (2) đo I3: Im = I3.RS3/(Rs1+Rs2+Rm+Rs3) = I3.RS3/(Rm+Rn) (3) * Từ (1) (2) : I1.R1 = I2.(RS2+RS3) = R22 = I1 R1 / I2.R RS3 RS2 R1 I R1 = RS1+RS2+RS3 = Rm/(n1-1) Rm * Từ : Ri = I1.R1 / Ii Rs1 = R1 – R2 Rs2 = R2 – R3 Rs3 = R3 * Tổng quát : Rsi = Ri – Ví dụ _ Khi nhiệt độ thay đổi Rm thị thay đổi làm thay đổi kết qủa đo gây sai sốâ nhiệt Sai số nhiệt độ xác định theo công thức : Imo - Imt  t% = Rm Im Imo 100% I IS Imo = I RS Imt Rs Dòng điện điều kiện khắc Rs + R mo Rs = I Dòng điện nhiệt độ làm v Rs + R mt số nhiệt độ, người ta mắc điện trở Rb nối tiếp với I Im IS Rm Rb Khi chưa bù :  t% = Khi bù : RS Rmo. Cu.to 100%RS+Rmo(1+ c Rmou. t0Cu ) to  tb% = 100%RS+Rb+Rmo(1+  CUt0) Như  t >  tb sai số nhiệt độ đươc bù b Ampe mét điện từ: _ Được chế tạo dựa cấu thị điện từ _ Khi dòng điện I ≤ Im dòng điện định mức cuộn dây phần tónh Ampemét thị điện từ _ Khi I  Im phải mở rộng giá trị thang đo cách phân đoạn cuộn dây phần tónh Thay đổi cách nối ghép phân đoạn (song song nối tiếp) để tạo thang đo khác Trong : Với : F = I.W = const - F: Sức từ động cuộn dây - I: dòng điện chạy cuộn dây - W: số vòng cuộn dây ụ ; cuộn dây phân làm ñoaïn Im I I = Im I I = 2Im W3 W2 W1 I1 I2 I3 I I = 4Im Phân đoạn cuộn +Wdây +W ) = I (W +W I1.(W1 = I3.W3 2 ) • Bài tập Ampe mét điện động: Thường dùng để đo dòng điện miền tần số cao tần số công nghiệp (cỡ 400  2000 HZ) Đồng thời biết cấu điện động cấu xác cao với dòng điện xoay chiều, Ampe mét điện động có tính xác cao Cuộn Có loại sơ đồ mạch động Ampemét điện động: * Khi dòng điện cần đo : I 0,5 A với mpe mét từ điện - chỉnh lưu: Ampe mét kết hợp cấu đo từ điện mạch lưu diode bằnglà diode Dòng chỉnh điện sau trị trung bình IAC Icltb Icltb = ∫ T0 T Icl dt Trong : - Imax : Trị cực đại * Chỉnh lưu ½ T : - I: Trị hiệu dụng Icltb = ∫ T0 IAC Imax I t ICl T Imax Icl dt I Icltb t Icltb = 0,318.Imax = 0,318 2.I = 0,45.I * Chỉnh lưu T : ICl Icltb = ∫ T0 Imax I T Icl dt Icltb = 0,637.Imax = 0,637 2.I= 0,90.I Icltb t • Bài tập V.mét điện tử đo điện áp pháp AC : chỉnh lưu trị a Phương trung bình: Người ta thực theo : _ Chỉnh lưu – khuyếch đại ~Ux Vi = icltb x R1 Im = (icltbxR1)/R2 CT _ Khuyếch đại – chỉnh lưu ~Ux CT Im = Vđocltb/R2 V.mét đo điện áp AC b Phương pháp trị hiệu dụng Trị thực hiệu:dụng đại lượng đo xác định : Người ta thực theo sơ đồ : - Mạch nhân để có trị bình phương - Mạch lấy trị trung bình - Mạch lấy bậc hai để có trị hiệu dụng V in Vđo Bình phương Phương pháp trị hiệu dụng thực thường dùng thực tế biến đổi nhiệt để chuyển đổi trị hiệu dụng tín hiệu cần đo dạng tần số sang tín hiệu chiều Vđo Vin2mo R C Vin2 Vhd(RMS) Trung bình Căn bậc hai Bộ chuyển đổi Cặp Mạch đo trị hiệu dụng nhiệt dùng chuyển đổi nhiệt c Phương pháp trị số đỉnh Mạch: biến đổi trị số tín hiệu đo thành tín hiệu DC có trị số tri số đỉnh mạch nhân đôi áp mạch kẹp -điện Mạch dùng JEF kênh N làmnhiệm vụ mạch đệm - Mạch nhân đôi điện áp gồm: C1, C2, D1,D2 - Biến trở RC dùng để điều chỉnh điện áp mạch Mạch đo điện áp AC dùng mạch nhân đôi điện áp Mạch đo điện áp DC +Vđ o -Vđo V VD 0V 2Vo+VD Mạch kẹp dương mạch lọc hạ thông -Vp = V2 - Mạch kẹp dương: dùng C1,D Điện áp DC1 âm V1 = - 2V - Mạch lọc hạ thông : p+V D dùng R1,C Điện áp DC âm V2 = - Vp -Khi e(t) < VD diot ngưng Mạch đo trị số đỉnh thường dùng dẫn -Khi e(t) > VD diot dẫn V.mét điện tử: tụ C nạp đến điện đỉnh Em A1 -Mạch khuyếch đại A2 có A2 (k=1) ngăn cách C với điện áp ngõ -Khóa K có nhiệm vụ xả Mạch đo trị số đỉnh không điện cho tụ chuẩn bị cho có hồi tiếp chu trình đo sau -Điện trở R1 không cho mạch KĐ A1 dao động C A1 A2 nạp điện -Khuyết điểm mạch đáp ứng tần số Mạch đo trị số đỉnh có mạch bị giới hạn Mạch khuyếchhồi đại tiếp A1 mạch KĐ đảo tương dấu bão Khi e(t) > -của VC, V12 TX K1 Chia f fX BĐ U2 UK FX CT SỐ t U0 TK ttf U0 K2 TX * Nguyên lý: Điện áp UX qua R1 đưa vào tích phân để tạo thành U1 sau đưa vào so sánh để SS với điện áp chuẩn U2 (có độ ổn định cao) Khi điện áp U1 = U2 SS phát xung để mở khóa K2, đồng thời mở khóa K1 đưa xung có tần số fx đến đếm ttf TKthị số TK R22.U Khi 1K2 mở điện áp U0 (ngược với U1:)f qua K đến U dt dấu X = bù Từ k1.UX = = U UX dt = U0 dt x X  khoảng thời gian  1U1(tụ C phóng 2 R1.UT0.T với điện) K Khi UO 0 bù với U1 trình lặp lại,ta cóngười : K Đểhoàn điềutoàn khiển khóa K1 mở thông thường ta dùng MFX chuẩn có tần số f0 qua chia tần để tạo khoảng thời gian mở khóa K (Tmở) Khi K1 mở xung có tần số fx đưa vào đếm k2.To/T N= Tmở /T=xđếm x = kđược 2.fx/f= oNksố 2.k1.Ux/f thời gian Tmở đếm xung.0= k.Ux R2 fX •3.7 Am pe kế điện tử đo 1.A.mét điện dòng điện : tử đo dòng DC : 2.A.mét điện tử đo dòng AC Nguyên lý A.mét điện tử đo dòng điện DC biến đổi dòng điện DC thành điện áp DC cách cho dòng điện Iđo qua điện trở Rs theo sơ đồ Nguyên lý A.mét điện tử đo dòng điện AC biến đổi dòng điện IAC thành điện áp VAC cách cho dòng điện Iđo qua điện trở Rs theo sơ đồ Sau chỉnh lưu điện áp VAC thành VDC đo điện áp DC để suy 3.8 Đo dòng điện điện áp nhỏ Đo điện áp Dao động ký điện tử : - Điện áp Ux cần đo đưa vào trục Y - Điều chỉnh nút điều khiển DĐK để OSC xuất h chiều cao điện áp cần đo : dạng tín hiệu h = OPSILLOCOPE OSC Ux     hiệu dụng điện áp cần đo : Ví dụ : - SY : 20V/ô (cm) - n = 4ô (4cm) X   -SY : số đọc nút điều SY.n chỉnh V/DIV (hay V/cm) - n : số số cm Ux = h / 2 Y                 h = Up-p     (V) h = 4.20 = 80 V Ux = 80 / 2.1,41 = 28,4 V Dao động ký Đo điện áp phương pháp cân bù : a Sơ đồ : _ UK: Là điện áp mẫu xác cao tạo dòng điện I ổn định chạy qua điện trở RK xác _ CT: thiết bị tự động phát chênh lệch điện áp U = Ux – UK gọi b Nguyên lý : quan không Khi đo người ta so sánh Ux UK U  điều chỉnh ,nếu trượt D điện trở mẫu RK cho U = tức U = UKkết điện trở mẫu RK _ xĐọc khắc độ theo điện áp cần đo nguyên Có loại bù điện áp khác lý chung giống nhau, khác cách tạo điện áp mẫu UK Đo điện áp chiều phương pháp điện Gồm hai phận : trở lớn( Điện kế )_ Bộ phận tạo dòng công a Sơ đồ : tác Ip: gồm nguồn công tác Uo, điện trở điều chỉnh Rđc, ampemét A để đo dòng công tác Ip điện trở mẫu Rk _ Bộ phận đo mạch đo gồm điện áp cần đo Ux,điện kế G cân Ux Uk,một phần điện trở Nguyên lý : mẫu RK _ Đầu tiên phải xác định dòng công tác Ip nhờ giữ già trị Ip điều cố định thời gian nguốn Uo, điện trở chỉnh Rđcsuốt ,Ampemét A, đo, chỉnh trượt điện trở mẫu Rk điện k ết đo điện kế mẫu Rk Khi Ux = Uk = Ip*Rk _ Trong điện kế sử dụng Ampemét để xác định Ip nên điện kế xác n đo xác đượccủa xác (loại A.mét khỏi mạch cấpkế ampemét dùng pin mẫu để xác định dòng công tác n kế chiều tự động cân : Nó giống điện kế chiều điện trở lớn khác việc cân điện áp cần đo điện áp mẫu thực cách tự động _ Mạch điện kế mạch cầu cung cấp nguồn Uo qua điện trở điều chỉnh (Rđ/c) dòng _ Các nhánh cầucông gồm tác R p biến trở trượt; RN: điện trở mẫu, xác cao điện trở R1; R2; R3 đầu chạy biến trở trượt Rp _ Dòng điện hai dòng nối với Ithang đo bút 1, I2 công chạy mạcháp ghi đểtác ghi lại giá trị điện cầu.đo Điện trở áp mẫu UK cần từ + đường chéo AB Uklấy = I1(R R ) – I R p1 2 cầu: _ UK mắc xung đồ điện kế tự động cân điện động cầno Ex; ta có: x – U = U K dòng kích thích để gắng phần cuộn sơ cấp với mạch đo điện áp Vì cuộn dây thứ cấp máy biến áp(B-A) xuất điện áp xoay chiều (U2) tần số kích thích tỉ lệ với U U2 qua khuyếch đại xoay chiều đến cung cấp cho cuộn dây điều khiển động thuận nghịch Cuộn dây thứ hai động thuận nghịch cung cấp điện xoay chiều lấy từ lưới điện (C: tụ ngăn thành phần chiều) Nhờ mối liên hệ khí (= =), động quay kéo theo trượt Rp I thang đo theo chiều tăng U k Ex = UK (tức U = 0) (thực tế U  giá trị dược xác định nhờ hệ số khếch đại xoay chiều ngưỡng làm việc động cơ) _ Trường hợp EX < UK tức U < 0; pha áp cung vấp cho cuộn dây điều khiển động ngược với trường hợp U > 1800 động quay theo chiều ngược lại tức UK giảm Ex = UK (tức U  0) _ Thay đổi khóa K sang vị trí KT (kiểm tra) ta hiệu chỉnh dòng công tác cho điện kế chiều tự động cân Khi U’ = EN – I2RN qua hệ thống điện Đo điện áp phương pháp khuyếch đại điện kế : Khuyếch đại điện tử khuyếch đại thuật toán có ngưỡng độ nhạy độ ổn định thấp Vì để tăng ngưỡng độ nhạy độ ổn định cao a Sơ ta đồ người dùng khuyếch đại điện kế kiểu bù Đây loại Khuyếch đại điện khối: thiết kếbị kết hợp khuyếch đại điện tử điện kế X2 X1 X  cơ2.điện Chuyển đổi đo C lường T Khuyếch đại điện tư Chỉlý thịlàm việc : b.Nguyên  _ Đại lượng điện cần đo (X) dược đưa vào khuyếch đại điện kế (1),khuyếch đại điện kế thường điệân kế có độ nhạy cao lượng (2) (X) biến thành góc quay () hay di chuyển Qua để biến biến đổi đổi đại đo lường góc quay quay  thành đại lượng điện (X1) đưa vào kuyhếch đại điện tử (3) đến kết (4) _chỉ Để thị nâng cao độđo ổn định hệ thống đo, người ta dùng phản hồi () từ đầu cấu cấp _ Trong khuyếch đại điện kế,sơ chuyển đổi đo lường đóng vai trò_quan trọng Vì loại chuyển đổi ta chia khuyếch Khuyếch đại điệntheo kế cảm ứng _ Khuyếch đại điện đại thành: kế điện quanqkế điện _ Khuyếch đại điện kế nhiệt điện _ Khuyếch đại điện kế tónh điện,v.v ... kế điện tử đo 1.A.mét điện dòng điện : tử đo dòng DC : 2.A.mét điện tử đo dòng AC Nguyên lý A.mét điện tử đo dòng điện DC biến đổi dòng điện DC thành điện áp DC cách cho dòng điện Iđo qua điện. .. A.mét điện tử đo dòng điện AC biến đổi dòng điện IAC thành điện áp VAC cách cho dòng điện Iđo qua điện trở Rs theo sơ đồ Sau chỉnh lưu điện áp VAC thành VDC đo điện áp DC để suy 3.8 Đo dòng điện điện...3.1 ĐO DÒNG ĐIỆN : 1.Yêu cầu phép đo dòng điện : Dụng cụ đo trực tiếp dòng điện gọi Am pemét Khi đo A mắc nối tiếp với tải hay mạch điện cần đo dòng điện _ Khi chưa có A.mét: