Tài liệu Giáo án kỷ thuật đo lường - Chương 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ docx

GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ CHƯƠNG CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ (6 LT) 5.1 Cơ cấu thị dụng cụ đo tương tự Dụng cụ đo tương tự có số đại lượng liên tục tỉ lệ với đại lượng đo liên tục Thường sử dụng thị điện có tín hiệu vào dịng điện, tín hiệu góc quay kim bút ghi giấy (dụng cụ tự ghi) Những dụng cụ đo dụng cụ đo biến đổi thẳng: đại lượng cần đo X điện áp, dòng điện, tần số, góc pha … biến đổi thành góc quay α phần động (so với phần tĩnh), tức biến đổi từ lượng điện từ thành lượng học Từ có biểu thức quan hệ: α = f (X ) với X đại lượng điện Các cấu thị thường dùng dụng cụ đo đại lượng: dịng điện, điện áp, cơng suất, tần số, góc pha, điện trở…của mạch điện chiều xoay chiều tần số công nghiệp 5.1.1 Cơ sở chung thị điện a) Cấu tạo chung: Hình 5.1 Các phận chi tiết chung cấu thị điện - Trục trụ: đảm bảo cho phần động quay trục như: khung dây, kim chỉ, lò xo cản… - Lò xo phản kháng dây căng dây treo: tạo mơmen cản (có mơmen cản riêng D) dẫn dòng điện vào khung dây Dây căng dây treo sử dụng cần giảm mômen cản để tăng độ nhạy cấu thị - Kim chỉ: gắn vào trục quay, độ di chuyển kim thang chia độ tỉ lệ với góc quay α - Thang đo: mặt khắc độ khắc giá trị đại lượng đo GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ - Bộ phận cản dịu: có tác dụng rút ngắn trình dao động phần động, xác lập vị trí cân nhanh chóng (hướng dẫn SV đọc thêm sách [1], tr 86-90) b) Nguyên lý làm việc chung: cho dòng điện vào cấu thị điện, tác động từ trường (do nam châm vĩnh cửu dòng điện đưa vào sinh ra) lên phần động cấu đo sinh mômen quay Mq tỷ lệ với độ lớn dòng điện I đưa vào cấu: Mq = dWe dα đó: We: lượng điện từ trường α: góc lệch phần động Nếu đặt vào trục phần động lò xo cản, phần động quay lò xo bị xoắn lại sinh mơmen cản Mc tỷ lệ thuận với góc lệch α tính: M c = D.α D hệ số phụ thuộc vào vật liệu kích thước lị xo Khi mơmen cản mơmen quay, phần động cấu dừng lại vị trí cân bằng: Mq = Mc ⇔ ⇔α = dWe = D.α dα dWe D dα (5.1) Phương trình (5.1) phương trình đặc tính thang đo, cho biết đặc tính thang đo tính chất cấu thị M Mq1 Mc Mq2 αc1 αc2 α Hình 5.2 Xác định vị trí cân αc đồ thị Vị trí cân αc xác định đồ thị hình 5.2: ứng với dịng điện I khác có góc lệch α khác tương ứng với giá trị đo Ngoài hai mômen thực tế phần động cấu thị điện chịu tác dụng nhiều mômen khác: mômen ổn định, mômen ma sát, mơmen cản dịu, mơmen động lượng…với tính chất tác dụng khác (hướng dẫn SV đọc thêm sách [1], tr 84-86) 5.1.2 Cơ cấu thị từ điện, lôgômét từ điện (Permanent Magnet Moving Coil) a) Cấu tạo chung: gồm hai phần bản: phần tĩnh phần động: GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ - Phần tĩnh: gồm: nam châm vĩnh cửu 1; mạch từ cực từ lõi sắt hình thành mạch từ kín Giữa cực từ lõi sắt có có khe hở khơng khí gọi khe hở làm việc, đặt khung quay chuyển động - Phần động: gồm: khung dây quay quấn bắng dây đồng Khung dây gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo) Trên trục quay có hai lị xo cản mắc ngược nhau, kim thị thang đo Hình 5.3 Cơ cấu thị từ điện b) Nguyên lý làm việc chung: có dịng điện chạy qua khung dây (phần động), tác động từ trường nam châm vĩnh cửu (phần tĩnh) sinh mômen quay Mq làm khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu góc α Mơmen quay tính theo biểu thức: Mq = dWe = B.S W I dα với B: độ từ cảm nam châm vĩnh cửu S: tiết diện khung dây W: số vòng dây khung dây Tại vị trí cân bằng, mơmen quay mơmen cản: M q = M c ⇔ B.S W I = D.α ⇔ α = B.S W I = S I I D (5.1) Với cấu thị cụ thể B, S, W, D số nên góc lệch α tỷ lệ bậc với dịng điện I chạy qua khung dây c) Các đặc tính chung: từ biểu thức (5.1) suy cấu thị từ điện có đặc tính sau: - Chỉ đo dòng điện chiều - Đặc tính thang đo - Độ nhạy S I = B.S W số D - Ưu điểm: độ xác cao; ảnh hưởng từ trường ngồi khơng đáng kể (do từ trường nam châm vĩnh cửu sinh ra); công suất tiêu thụ nhỏ nên ảnh hưởng không đáng kể đến chế độ mạch đo; độ cản dịu tốt; thang đo (do góc quay tuyến tính theo dịng điện) - Nhược điểm: chế tạo phức tạp; chịu tải (do cuộn dây khung quay nhỏ); độ xác phép đo bị ảnh hưởng lớn nhiệt độ, đo dòng chiều - Ứng dụng: cấu thị từ điện dùng để chế tạo ampemét vônmét, ômmét GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ nhiều thang đo có dải đo rộng; độ xác cao (cấp 0,1 ÷ 0,5) Chế tạo loại ampemét, vônmét, ômmét nhiều thang đo, dải đo rộng Chế tạo loại điện kế có độ nhạy cao đo được: dòng đến 10-12A, áp đến 10-4V, đo điện lượng, phát lệch điểm không mạch cần đo hay điện kế Sử dụng mạch dao động ký ánh sáng để quan sát ghi lại giá trị tức thời dòng áp, cơng suất tần số đến 15kHz; sử dụng để chế tạo đầu rung Làm thị mạch đo đại lượng không điện khác Chế tạo dụng cụ đo điện tử tương tự: vônmét điện tử, tần số kế điện tử, pha kế điện tử… Dùng với biến đổi khác chỉnh lưu, cảm biến cặp nhiệt để đo dịng, áp xoay chiều d) Lơgơmét từ điện: loại cấu thị để đo tỉ số hai dòng điện, hoạt động theo nguyên lý giống cấu thị từ điện, khác khơng có lò xo cản mà thay khung dây thứ hai tạo mơmen có hướng chống lại mơmen quay khung dây thứ Nguyên lý làm việc: khe hở từ trường nam châm vĩnh cửu đặt phần động gồm hai khung quay đặt lệch góc δ (300 ÷ 900) Hai khung dây gắn vào trục chung Dòng điện I1 I2 đưa vào khung dây dây dẫn khơng mơmen Hình 5.4 Lơgơmét từ điện - Dịng I1 sinh mơmen quay Mq: - Dịng I2 sinh mơmen cản Mc: dΦ1 dα dΦ M c = I2 dα M q = I1 với Ф1, Ф2: từ thông nam châm móc vịng qua khung dây, thay đổi theo α Dấu Mq Mc ngược Các giá trị cực đại mơmen lệch góc δ Ở trạng thái cân có: dΦ dΦ = I2 dα dα I dΦ / dα f (α ) = = f (α ) ⇔ = I dΦ / dα f (α ) M q = M c ⇔ I1 với f1(α), f2(α) đại lượng xác định tốc độ thay đổi từ thơng móc vịng GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ Từ biểu thức có: I  α = F  I   2 Đặc tính bản: góc lệch α tỉ lệ với tỉ số hai dòng điện qua khung dây Ứng dụng: lôgômét từ điện ứng dụng để đo điện trở, tần số đại lượng không điện 5.1.3 Cơ cấu thị điện từ, lôgômét điện từ a) Cấu tạo chung: gồm hai phần bản: phần tĩnh phần động: - Phần tĩnh: cuộn dây bên có khe hở khơng khí (khe hở làm việc) - Phần động: lõi thép gắn lên trục quay 5, lõi thép quay tự khe làm việc cuộn dây Trên trục quay có gắn: phận cản dịu khơng khí 4, kim 6, đối trọng Ngồi cịn có lị xo cản 3, bảng khắc độ Hình 5.5 Cấu tạo chung cấu thị điện từ b) Nguyên lý làm việc chung: dòng điện I chạy vào cuộn dây (phần tĩnh) tạo thành nam châm điện hút lõi thép (phần động) vào khe hở khơng khí với mômen quay: Mq = dWe L.I , với We = dα với L điện cảm cuộn dây, suy ra: dL M q = I dα Tại vị trí cân có: Mq = Mc ⇔α = dL I D dα phương trình thể đặc tính cấu thị điện từ c) Các đặc tính chung: - Góc quay α tỉ lệ với bình phương dịng điện, tức khơng phụ thuộc vào chiều dịng điện nên đo mạch xoay chiều chiều - Thang đo khơng đều, có đặc tính phụ thuộc vào tỉ số dL / dα đại lượng phi tuyến - Cản dịu thường khơng khí cảm ứng - Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu tải lớn - Nhược điểm: độ xác khơng cao đo mạch chiều bị sai số (do tượng từ trễ, từ dư…); độ nhạy thấp; bị ảnh hưởng từ trường GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ (do từ trường cấu yếu dòng nhỏ) d) Ứng dụng: thường sử dụng đẻ chế tạo loại ampemét, vônmét nạch xoay chiều tần số công nghiệp với độ xác cấp 1÷2 Ít dùng mạch có tần số cao e) Lơgơmét điện từ: Ngun lý làm việc: có ngun tắc hoạt động giống lơgơmét từ điện Gồm hai cuộn dây tĩnh A B, hai lõi động gắn lên trục quay Khi có dịng điện chạy qua hai cuộn dây cuộn A sinh mômen quay Mq, cuộn B sinh mơmen cản Mc, vị trí cân có: Mq = Mc ⇔ dL1 dL2 I = I 2 dα dα I  dL / dα ⇔ 1 = = f (α ) I  dL1 / dα  2  I   ⇒ α = F       I     Đặc tính bản: góc lệch α tỉ lệ với bình phương tỉ số dịng điện Tỉ số không thay đổi nguồn điện áp cấp cho hai cuộn dây thay đổi → loại trừ sai số biến đổi nguồn cung cấp cần đo đại lượng thụ động Mq Mc Hình 5.6 Cấu tạo cấu lơgơmét điện từ Ứng dụng: đo đại lượng điện trở, điện cảm, điện dung (trong mạch xoay chiều), đo tần số, góc pha đại lượng khơng điện… 5.1.4 Cơ cấu thị điện động, lôgômét điện động a) Cấu tạo chung: hình 5.7: gồm hai phần bản: phần tĩnh phần động: - Phần tĩnh: gồm: cuộn dây (được chia thành hai phần nối tiếp nhau) để tạo từ trường có dịng điện chạy qua Trục quay chui qua khe hở hai phần cuộn dây tĩnh - Phần động: gồm khung dây đặt lòng cuộn dây tĩnh Khung dây gắn với trục quay, trục có lị xo cản, phận cản dịu kim thị Cả phần động phần tĩnh bọc kín chắn để ngăn chặn ảnh hưởng từ trường b) Ngun lý làm việc chung: có dịng điện I1 chạy vào cuộn dây (phần GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ tĩnh) làm xuất từ trường lòng cuộn dây Từ trường tác động lên dòng điện I2 chạy khung dây (phần động) tạo nên mômen quay làm khung dây quay góc α Mơmen quay tính: Mq = dWe dα với: We điện điện từ trường Có hai trường hợp xảy ra: - I1, I2 dòng điện chiều: α= dM 12 I I D dα với: M12 hỗ cảm cuộn dây tĩnh động - I1 I2 dòng điện xoay chiều: α= dM 12 I I cosψ D dα với: ψ góc lệch pha I1 I2 Hình 5.7 Cấu tạo cấu thị điện động c) Các đặc tính chung: - Có thể dùng mạch điện chiều xoay chiều - Góc quay α phụ thuộc tích (I1.I2) nên thang đo khơng - Trong mạch điện xoay chiều α phụ thuộc góc lệch pha ψ hai dịng điện nên ứng dụng làm Oátmét đo công suất - Ưu điểm bản: có độ xác cao đo mạch điện xoay chiều - Nhược điểm: công suất tiêu thụ lớn nên khơng thích hợp mạch cơng suất nhỏ Chịu ảnh hưởng từ trường ngoài, muốn làm việc tốt phải có phận chắn từ Độ nhạy thấp mạch từ yếu d) Ứng dụng: chế tạo ampemét, vơnmét, óatmét chiều xoay chiều tần số cơng nghiệp; pha kế để đo góc lệch pha hay hệ số công suất cosφ Trong mạch có tần số cao phải có mạch bù tần số (đo dải tần đến 20KHz) e) Lôgômét điện động: có cấu tạo hình 5.8: phần tĩnh giống lơgơmét điện động, phần động mắc thêm khung dây gắn chặt với khung dây chéo góc γ Nguyên lý làm việc: dòng điện I chạy vào cuộn tĩnh A sinh từ trường lòng cuộn dây, từ trường tác động với dòng I1 chạy cuộn dây động B1 dòng I2 cuộn dây động B2 sinh mômen tương ứng mômen quay Mq mômen cản Mc GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ Tại vị trí cân Mq = Mc, tính góc quay α là:  I cosψ  α = F  I cosψ     ψ1 góc lệch pha I I1 ψ2 góc lệch pha I I2 Trường hợp đặc biệt ψ1 = ψ2 = 0, tức dòng điện cuộn tĩnh cuộn động pha suy ra: α = F (I / I ) : giống với lôgômét từ điện Đặc tính bản: góc quay α tỉ lệ với tỉ số hai dịng điện với góc lệch pha với: Hiình 5.8 Lơgơmét điện động Ứng dụng: chế tạo loại dụng cụ đo đại lượng thụ động pha kế, tần số kế, điện dung kế… biến động nguồn cung cấp không ảnh hưởng đến kết đo f) Cơ cấu thị sắt điện động: Cấu tạo nguyên lý hoạt động: có cấu tạo hình 5.9: khắc phục nhược điểm bị ảnh hưởng từ trường cấu thị điện động Có nguyên tắc hoạt động giống cấu thị điện động, điểm khác có thêm mạch từ cuộn dây tĩnh, mạch từ cịn có tác dụng làm chắn từ bảo vệ cấu khỏi bị ảnh hưởng từ trường Hình 5.9 Cơ cấu thị sắt điện động - Phần tĩnh gồm: ngồi cuộn dây tĩnh cịn có thêm mạch từ để tạo từ trường khe hở làm việc - Phần động gồm: khung dây quay gắn với trục quay, kim thị, lò xo phản kháng phận cản dịu Góc quay α phần động tính: GV: Lê Quốc Huy_Bộ mơn TĐ-ĐL_Khoa Điện GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ k1 s w2 I I cos( I , I ) D với: s2, w2 diện tích số vòng dây khung dây quay k1: hệ số phụ thuộc cách chọn hệ đơn vị thông số cấu đo Ưu điểm: mômen quay lớn, bị ảnh hưởng từ trường Nhược điểm: độ xác thấp (do có sai số tượng từ xoáy, từ trễ… lõi thép) Ứng dụng: ứng dụng dụng cụ đo cần mômen quay lớn dụng cụ tự ghi Thường không dùng mạch chiều sai số lớn tương từ dư lõi thép α= 5.1.5 Cơ cấu thị tĩnh điện a) Cấu tạo chung: hình 5.10: có hai nhiều cực, bao gồm cực tĩnh (bản cực hình (a), cực hình (b)) cực phần động (bản cực hình (a), cực hình (b)) gắn với trục quay, kim thị, lị xo phản kháng… Hình 5.10 Cơ cấu thị tĩnh điện b) Nguyên lý làm việc chung: dựa tác động lẫn hai hay nhiều vật thể tích điện Phần động cấu vật thể đó, chuyển dịch gây thay đổi lượng điện trường tạo vật thể tích điện Khi đặt vào hai cực tĩnh động điện áp U, chúng sinh điện trường có lượng We tính: We = C U2 với C điện dung điện cực Lực tĩnh điện tác động tương hỗ lên điện cực tích điện tạo mơmen quay làm quay điện cực động (phần động) Mơmen quay tính: Mq = dWe dC = U dα dα Mômen cản: Mc = D.α Ở trạng thái cân Mq = Mc tính góc quay α phần động: GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ α= dC U 2D dα (5.2) c) Các đặc tính chung: từ phương trình (5.2) suy đặc tính cấu thị tĩnh điện: - Góc lệch α tỉ lệ với U2 - Đặc tính thang đo khơng phụ thuộc vào tỉ số dC / dα đại lượng phi tuyến - Ưu điểm: điện trở vào lớn; điện dung vào thay đổi nhỏ; công suất tiêu thụ nhỏ; có khả sử dụng mạch xoay chiều chiều; dải tần rộng; số khơng phụ thuộc hình dáng đường cong tín hiệu đo - Nhược điểm: đặc tính thang đo khơng đều; độ nhạy thấp điện trường yếu; độ xác khơng cao; bị đánh thủng điện cực gây ngắn mạch cần có bảo vệ d) Ứng dụng: mạch chiều xoay chiều, chế tạo vônmét kilôvônmét với điện áp tối thiểu đo 10V Thường sử dụng để đo điện áp cao Sử dụng với khuếch đại điện tử để chế tạo loại vônmét xoay chiều loại electrơnmét có độ nhạy cao 5.1.6 Cơ cấu thị cảm ứng a) Cấu tạo chung: hình 5.11: gồm phần tĩnh phần động - Phần tĩnh: cuộn dây điện 2,3 có cấu tạo để có dịng điện chạy cuộn dây sinh từ trường móc vịng qua mạch từ qua phần động, có nam châm điện - Phần động: đĩa kim loại (thường nhôm) gắn vào trục quay trụ Hình 5.11 Cơ cấu thị cảm ứng b) Nguyên lý làm việc chung: dựa tác động tương hỗ từ trường xoay chiều (được tạo dịng điện phần tĩnh) dịng điện xốy tạo đĩa phần động, cấu làm việc với mạch điện xoay chiều: Khi dòng điện I1, I2 vào cuộn dây phần tĩnh → sinh từ thông Ф1, Ф2 (các từ thơng lệch pha góc ψ góc lệch pha dịng điện tương ứng), từ thơng Ф1, Ф2 cắt đĩa nhôm (phần động) → xuất đĩa nhôm sức điện động tương ứng E1, E2 (lệch pha với Ф1, Ф2 góc π/2) → xuất dịng điện xốy Ix1, Ix2 (lệch pha với E1, E2 góc α1, α2) Các từ thơng Ф1, Ф2 tác động tương hỗ với dòng điện Ix1, Ix2 → sinh lực F1, F2 mômen quay tương ứng → quay đĩa nhôm (phần động) Mômen quay tính: GV: Lê Quốc Huy_Bộ mơn TĐ-ĐL_Khoa Điện 10 GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ M q = C f Φ Φ sin ψ với: C số f tần số dòng điện I1, I2 ψ góc lệch pha I1, I2 c) Các đặc tính chung: - Điều kiện để có mơmen quay phải có hai từ trường - Mơmen quay đạt giá trị cực đại góc lệch pha ψ I1, I2 π/2 - Mômen quay phụ thuộc tần số dòng điện tạo từ trường - Chỉ làm việc mạch xoay chiều - Nhược điểm: mômen quay phụ thuộc tần số nên cần phải ổn định tần số d) Ứng dụng: chủ yếu để chế tạo cơngtơ đo lượng; đo tần số… Bảng 5.1 Bảng tổng kết loại cấu thị điện: TT Cơ cấu thị Kí hiệu Tín hiệu đo Ứng dụng Cơ cấu thị từ điện I= A, V, Ω, G Lôgômét từ điện I1 =/I2 = Ω, đo không điện Cơ cấu thị điện từ I ≈ A, V Lôgômét điện từ (I1 ≈ / I2 ≈ ) Cơ cấu thị điện động I1.I2 ≈ A, V, Ω, W, cosφ, tần số kế… Cơ cấu thị sắt điện động I1.I2 ≈ A, V, Ω, tự ghi Lôgômét điện động I1 /I ≈ Ω, tần số kế, cosφ Cơ cấu thị tĩnh điện U ≈ V, kV Cơ cấu thị cảm ứng I1 , I2 ≈ Côngtơ Tần số kế, ơmkế, đo góc pha… 5.2 Cơ cấu thị tự ghi 5.2.1 Cơ sở chung cấu thị tự ghi a) Mục đích sử dụng: sử dụng dụng cụ tự động ghi nhằm ghi lại tín hiệu đo thay đổi theo thời gian b) Cấu tạo chung: hình 5.12: thường gồm hai phần: - Phần 1: thực chuyển động thể quan hệ y = α = f(i): biến thiên góc lệch α theo dịng điện tức thời (tức biến thiên góc lệch α theo giá trị tức thời đại lượng đo) Bao gồm: cấu thị điện, bút ghi Thường sử dụng thị điện có mơmen quay đủ lớn (để thắng lực ma sát bút ghi tì lên giấy) cấu thị sắt điện động GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 11 GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ - Phần 2: thực chuyển động thể quan hệ x = K(t): biến thiên đại lượng đo theo thời gian Thường bao gồm: cấu đồng hồ (thường động đồng bộ), giảm tốc, rulơ, băng giấy Hình 5.12 Cơ cấu thị tự ghi c) Nguyên lý hoạt động chung: thường có đầu vào dòng điện biến thiên theo thời gian i(t), đầu đường quan hệ α(t) Đường ghi băng giấy phối hợp hai chuyển động: - y = α = f(i): biến thiên góc lệch α theo dịng điện tức thời: thường thực cấu thị điện - x = K(t): biến thiên đại lượng đo theo thời gian, thực cấu đồng hồ d) Phân loại: - Theo cách ghi: ghi đường cong liên tục, ghi đường cong rời rạc, in số lên băng giấy Có thể ghi mực băng hặc đĩa giấy; ghi giấy nến giấy than bút chì vạch nên; ghi cách thay đổi vật chất phủ lên bề mặt vật mang (ghi lên băng hay đĩa từ, ghi chụp ảnh, ghi nhiệt làm cháy vật chất bề mặt vật mang…) - Theo tốc độ ghi: tốc độ thấp, tốc độ trung bình, tốc độ cao e) Các vấn đề cần giải cấu thị tự ghi: - Nâng cao tốc độ ghi: phụ thuộc nhiều vào thiết bị ghi, u cầu phải có mơmen quay đủ lớn (để thắng lực ma sát bút ghi tì lên băng giấy) - Có cách ghi vừa đơn giản, nhanh đảm bảo độ xác theo yêu cầu GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 12 GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ 5.2.2 Cơ cấu thị tự ghi có tốc độ thấp a) Cấu tạo nguyên lý làm việc: sử dụng cấu sắt điện động cấu điện từ có nam châm vĩnh cửu có kích thước lớn có vịng từ khép kín (để tạo mơmen quay lớn) Có bút ghi vạch lên băng giấy chuyển động với tốc độ Cơ cấu thị tự ghi sử dụng cấu sắt điện động (như hình 5.13a), gồm: Phần 1: đo giá trị tức thời đại lượng đo, cấu thị sắt điện động, gồm phần tĩnh mạch từ với cuộn dây 4, phần động khung dây động quấn quanh lõi từ gắn với kim (có gắn bút ghi) Phần 2: thể biến thiên theo thời gian đại lượng đo, gồm cấu đồng hồ động đồng 6, giảm tốc 8, rulô 9, băng giấy b) Ứng dụng: tín hiệu đo có tần số thấp: 10Hz Hình 5.13a Cơ cấu thị tự ghi sử dụng Hình 5.13b Các dạng mạch từ cấu từ thị sắt điện động điện dùng dụng cụ tự ghi 5.2.3 Cơ cấu thị tự ghi có tốc độ trung bình Ứng dụng tín hiệu đo có tần số trung bình: 100Hz Vẫn sử dụng bút ghi lên băng giấy, thường sử dụng cấu thị từ điện điện từ a) Cơ cấu thị tự ghi có tốc độ trung bình sử dụng cấu điện từ: Cấu tạo: hình 5.14a, gồm: Hình 5.14a Chỉ thị tự ghi có tốc độ trung bình sử dụng cấu điện từ - Phần 1: đo giá trị tức thời đại lượng đo: có phần tĩnh mạch từ với cuộn dây để đưa dòng cần đo vào, phần động lõi từ gắn với mỏng đàn hồi 4, qua truyền động nối với kim có gắn bút ghi - Phần 2: thể biến thiên theo thời gian đại lượng đo: gồm băng giấy quay quanh rulô truyền động cấu đồng hồ Nguyên lý hoạt động: dòng điện cần đo vào cuộn dây tạo từ trường hút lõi từ GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 13 GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ 3, trạng thái cân lực hút cân với lực đàn hồi mỏng 4, dao động dòng cần đo vẽ băng giấy Đặc tính: có độ nhạy cỡ 0,2mm/mA, độ lệch cực đại bút ghi 5mm, tần số riêng phần động 70Hz Ứng dụng: thiết bị y tế như: điện tâm đồ, điện não đồ…; thiết bị tự ghi công nghiệp b) Cơ cấu thị tự ghi có tốc độ trung bình sử dụng cấu từ điện: Cấu tạo: hình 5.14b, gồm: Hình 5.14b Chỉ thị tự ghi có tốc độ trung bình sử dụng cấu từ điện - Phần 1: đo giá trị tức thời đại lượng đo: có phần tĩnh nam châm điện gồm mạch từ có cực từ 2, cuộn dây kích thích 3; phần động cuộn dây (để đưa dòng cần đo vào) quấn quanh lõi thép gắn với phận động mang bút ghi - Phần 2: thể biến thiên theo thời gian đại lượng đo: gồm băng giấy quay quanh rulô truyền động cấu đồng hồ Nguyên lý hoạt động: dòng điện cần đo vào cuộn dây tác động tương hỗ với từ trường khe hở sinh mômen làm quay phần động mang kim thị vạch lên băng giấy ghi lại giá trị tức thời đại lượng đo, đồng thời băng giấy.được cấu đồng hồ quay quanh rulô ghi lại biến thiên theo thời gian đại lượng đo Ứng dụng: ghi dòng điện với tần số 50Hz, độ rộng băng giấy lớn lên đến 17mm 5.2.4 Cơ cấu thị tự ghi có tốc độc cao a) Sử dụng cấu điện có tần số dao động riêng cao: Cấu tạo: hình 5.15, bao gồm: nam châm vĩnh cửu hình trụ cực có đặt cuộn dây đo Cuộn dây gắn chặt với kim 4, kim gắn với đàn hồi Hình 5.15 Cơ cấu thị tự ghi tốc độ cao có tần số riêng 750Hz Nguyên lý hoạt động: dòng điện cần đo Ix tác động tương hỗ với từ trường nam châm vĩnh cửu sinh lực làm quay cuộn dây kim 4, trạng thái cân GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 14 GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ lực cân với lực đàn hồi đàn hồi Các đặc tính: độ nhạy đạt cỡ 0,5mm/mA, độ dài thang đo cỡ 10mm Có thể sử dụng để ghi đại lượng thay đổi với tần số lớn Ứng dụng: ghi đại lượng thay đổi với tần số lớn, có tần số dao động riêng đến 750Hz b) Dao động kí ánh sáng: Cấu tạo: có cấu tạo điển hình 5.16 Gồm phận: phần động đặt ống gồm: đầu cực 2, khung dây gắn dây căng vào đầu 7,8 Đầu khung dây dây căng gắn mảnh gương nhỏ 4, thành ống đối diện với gương có quét lỗ Hình 5.16 Điện kế từ điện thị ánh sáng Nguyên lý hoạt động: dòng điện cần đo vào khung dây gây mômen quay làm lêch vị trí gương 4, tia sáng qua lỗ chiếu vào gương có tia phản chiếu bị lệch góc α tỉ lệ với độ lớn dòng điện cần đo Tia sáng phản chiếu in lên băng giấy ảnh (băng giấy nhạy với ánh sáng), băng giấy chuyển động với tốc độ thay đổi phụ thuộc vào tần số tín hiệu cần đo Ứng dụng: đo tín hiệu có tần số lên tới 800Hz c) Cơ cấu thị điện tử: Cấu tạo: hình 5.17a,b: ống phóng tia điện tử, phần thị dao động kí điện tử Hình 5.17a Sơ đồ khối ống phóng tia điện tử Bộ phận súng phóng điện tử đặt ống phóng thủy tinh hút khí tạo chân khơng, gồm: catốt K, cực điều khiển tia điện tử ĐT, annốt A1 A2, cực điều chỉnh lệch phương thẳng đứng Y, cặp cực điều chỉnh lệch phương ngang X, điện trở điều chỉnh R1 R2, hình phủ huỳanh quang Nguyên lý hoạt động: điện tử sinh từ cực catốt K hội tụ cực điều khiển tia điện tử ĐT (UĐT < UK nên chùm tia điện tử hội tụ) sau tăng tốc điện trường annốt A1, A2 bay phía cặp cực điều chỉnh lệch phương thẳng đứng Y, cặp cực điều chỉnh lệch phương ngang X, bay đến đạp vào hình (được phủ chất huỳnh quang) làm phát sáng hình điểm có điện tử đập vào Các điện trở R1 để điều chỉnh độ sáng, điện trở R2 điều chỉnh tiêu cự điểm sáng GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 15 GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ Điện áp cần đo thường đưa vào cực Y cực X đưa tín hiệu phụ tùy thuộc vào mục đích phép đo Hình 5.17b Mơ tả ống phóng tia điện tử Hình 5.17c Dao động ký điện tử hai tia Ứng dụng: sử dụng khi tần số tín hiệu cần đo cao (trên 800Hz) nhằm quan sát, nhớ ghi lại tín hiệu cần đo, dao động ký điện tử ngày quan sát tín hiệu đến 10MHz Dao động ký điện tử thường ứng dụng để quan sát loại tín hiệu khác có dải tần rộng, ngồi sử dụng để đo điện áp, tần số, tỉ số tần số, đo góc lệch pha… Dao động ký điện tử đại có hai hay nhiều tia điện tử, có cài đặt vi xử lý để nhớ lại đoạn tín hiệu theo u cầu, đưa tín hiẹu máy in, ghi vào băng đĩa từ, kết nối với máy tính… GV: Lê Quốc Huy_Bộ mơn TĐ-ĐL_Khoa Điện 16 GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ Hình 5.18a Đo điện áp tần số tín hiệu Hình 5.18b Đo góc lệch pha hai tín dao động ký điện tử hiệu dao động ký điện tử Hình 5.18c Đo tần số phương pháp so sánh dựa dạng đường Lissajou sử dụng DĐKĐT Hình 5.18d Đo góc lệch pha phương pháp so sánh dựa dạng đường Lissajou sử dụng DĐKĐT 5.3 Cơ cấu thị số 5.3.1 Cơ sở chung cấu thị số Cơ cấu thị số ứng dụng kỹ thuật điện tử kỹ thuật máy tính để biến đổi thị đại lượng đo Sơ đồ khối dụng cụ đo hiển thị số hình 5.19: Hình 5.19 Sơ đồ khối dụng cụ đo thị số Đại lượng đo x(t) biến đổi thành tín hiệu xung tương ứng sau qua biến đổi xung BĐX: số xung N đầu tỉ lệ với giá trị x(t) Số xung N đưa vào mã hóa MH (thường mã hóa 2-10 mã BCD), tín hiệu mã hóa đưa dến GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 17 GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ giải mã GM đưa số Tát khâu: mã hóa-giải mã- hiển thị số cấu thành thị số 5.3.2 Thiết bị số Có nhiều loại thiết bị số khác như: đèn sợi đốt, đèn điện tích, LED thanh, hình tinh thể lỏng LCD, hình cảm ứng… a) Cơ cấu thị số đèn khí: Thường thấy thiết bị năm 80 Đèn khí có cấu tạo gồm anốt lưới catốt số từ 0-9 dấu +,-,V,A… Khi có điện áp catốt kí hiệu tương ứng sáng lên Nhược điểm thiết bị số đèn khí điện Hình 5.20 Thiết bị số áp anốt cao (cỡ 200V) mà độ tin cậy thấp đèn khí b) Cơ cấu thị LED thanh: Là loại thiết bị số sử dụng phổ biến chúng phù hợp với vi mạch TTL hoạt động tin cậy, giá thành hạ Về cấu tạo: gồm có bảy hiển thị kí hiệu từ a-g xếp hình 5.21a, điốt phát quang (LED), tương ứng có đầu để cấp tín hiệu cho điốt, điốt nối anốt chung hay catốt chung Khi có tín hiệu cho phép điốt hoạt động điốt sáng, phối hợp sáng tối điốt cho số: 0-9, ký hiệu, ký tự… Tùy mục đích sử dụng cịn có loại LED có thêm hiển thị dấu chấm (.) thập phân, loại có nhiều xếp theo hình dạng khác nhau… Hình 5.21b ví dụ việc nối hiển thị LED với giải mã vạch - thường gải mã từ mã BCD sang mã vạch, giải mã chế thành vi mạch: họ TTL vi mạch 7446, 7447; họ CMOS vi mạch 4511; vi mạch 4543SN74247, TIL308… a) GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 18 GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ b) Hình 5.21 Cơ cấu thị số LED Điện áp thuận rơi điốt khoảng 1,2V dòng thuận qua LED tương ứng với độ sáng thích hợp vào khoảng 20mA tùy độ lớn LED Nhược điểm LED yêu cầu dòng lớn c) Cơ cấu thị hình tinh thể lỏng LCD: Hình 5.22 Cấu tạo ô tinh thể lỏng LCD hiển thi số LCD Có cấu tạo hình 5.22 Tinh thể lỏng hợp chất hữu có tính chất quang học Chúng đặt thành lớp kính với điện cực suốt kết hợp tủa mặt Ở trạng thái bình thường khơng bị kích hoạt tinh thể lỏng suốt cho ánh sáng qua nên hiển thị tương ứng trùng với mặt phông Khi kích hoạt (bởi điện áp xoay chiều hình sin xung vuông tần số khoảng 50-60Hz) ô tinh thể lỏng phản xạ lại ánh sáng hiển thị tương ứng mặt phông Ưu điểm thiết bị hiển thị tinh thể lỏng tiêu thụ dòng nhỏ, hiển thị tinh thể lỏng loại nhỏ u cầu dịng khoảng 80µA GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 19 ... Huy_Bộ môn T? ?-? ?L_Khoa Điện 12 GIÁO ÁN_ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ 5.2.2 Cơ cấu thị tự ghi có tốc độ thấp a) Cấu tạo nguyên lý làm việc: sử dụng cấu sắt điện động cấu điện từ... độ, đo dòng chiều - Ứng dụng: cấu thị từ điện dùng để chế tạo ampemét vônmét, ômmét GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn T? ?-? ?L_Khoa Điện GIÁO ÁN_ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ nhiều thang đo. .. 2-1 0 mã BCD), tín hiệu mã hóa đưa dến GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn T? ?-? ?L_Khoa Điện 17 GIÁO ÁN_ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ giải mã GM đưa số Tát khâu: mã hóa-giải m? ?- hiển thị số cấu