Giáo trình Đo lường điện (Nghề Vận hành nhà máy thuỷ điện)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH NỘI BỘ MƠ ĐUN TÍCH HỢP: ĐO LƯỜNG ĐIỆN NGHỀ: VẬN HÀNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Lào Cai, năm 2019 -1- MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU BÀI 1: CƠ SỞ CHUNG VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐỊNH NGHĨA ĐO LƯỜNG VÀ PHÂN LOẠI THIẾT BỊ ĐO SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA DỤNG CỤ ĐO LƯỜNG …………………………………………….6 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA THIẾT BỊ ĐO…………………………………………………………….6 KHÁI NIỆM VỀ CHUYỂN ĐỔI ĐO LƯỜNG… ……………………………………………….6 BÀI 2: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ CƠ ĐIỆN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED Cơ sở chung Error! Bookmark not defined 2.Cơ cấu thị từ điện Error! Bookmark not defined 3.Cơ cấu thị điện từ Error! Bookmark not defined Cơ cấu thị điện động Error! Bookmark not defined Cơ cấu thị cảm ứng Error! Bookmark not defined BÀI 3: ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 21 NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA VIỆC ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 22 Đo dòng điện 22 Đo điện áp 28 BÀI 4: ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG 22 Đo công suất điện tác dụng mạch pha 56 Đo công suất điện tác dụng mạch ba pha 63 BÀI 5: ĐO GÓC PHA VÀ TẦN SỐ 65 Đo góc pha Error! Bookmark not defined Đo tần số 35 BÀI 6: ĐO CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỆN 42 ĐO ĐIỆN TRỞ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED Đo điện cảm Error! Bookmark not defined Đo điện dung Error! Bookmark not defined PHẦN V TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO 66 -2- Lời nói đầu Mơn học kỹ thuật đo lường trình bày kiến thức kỹ thuật đo dùng ngành điện Giới thiệu phép đo để ứng dụng cho Vận hành nhà máy thuỷ điện Kỹ thuật Đo lường Điện môn học nghiên cứu cấu đo, phương pháp đo đại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất… Bài giảng Kỹ thuật Đo lường Điện biên soạn dựa giáo trình tài liệu tham khảo nay, dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành: Điện công nghiệp, Điện dân dụng, Cơ điện nông thôn, Cung cấp cho sinh viên kiến thức chuyên sâu kỹ thuật đo lường ngành Vận hành nhà máy thuỷ điện Trình bày dụng cụ đo, nguyên lý đo phương pháp đo thơng số Trên sở đó, người học biết cách sử dụng dụng cụ đo xử lý kết đo cơng việc sau Trong q trình biên soạn, đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến, cố gắng sửa chữa, bổ sung cho sách hồn chỉnh hơn, song chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc -3- CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN ĐÀO TẠO ĐO LƯỜNG ĐIỆN Mã số mô đun: MĐ 19 Thời gian mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết: 25 giờ; Thực hành: 35 giờ) I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN: - Đo lường điện mô đun chuyên môn nghề dùng để đào tạo nghề Vận hành nhà máy thủy điện trình độ Trung cấp nghề; bố trí sau học xong môn kỹ thuật sở; - Mô đun Đo lường điện cung cấp cho người học kiến thức phương pháp đo lường sử dụng nhà máy thuỷ điện II MỤC TIÊU MÔ ĐUN: Học xong mơ đun này, người học có khả năng: - Trình bày khái niệm đo lường điện sai số phép đo; - Chỉ phương pháp đo đại lượng điện phương pháp đo trực tiếp gián tiếp; - Trình bày cấu tạo loại cấu đo thông dụng; - Nhận biết phạm vi ứng dụng loại cấu đo; - Đo đại lượng điện R, L, C, U, I, f, công suất điện năng; - Đo đại lượng điện phương pháp đo trực tiếp gián tiếp; - Lựa chọn loại máy đo, thiết bị đo thích hợp cho trường hợp đo cụ thể; - Sử dụng thành thạo loại máy đo điện thông dụng III NỘI DUNG MÔ ĐUN: Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Thời gian STT Tên mô đun Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành tra * Cơ sở chung kỹ thuật đo lường 4 Các cấu thị điện 15 Đo dòng điện điện áp 10 Đo công suất điện 10 5 Đo góc pha tần số Đo thông số mạch điện 4 Tổng cộng: 60 25 32 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra tích hợp lý thuyết với thực hành tính vào thực hành Nội dung chi tiết: Bài 1: Cơ sở chung kỹ thuật đo lường Thời gian: Mục tiêu bài: -4- Học xong này, người học có khả năng: - Trình bày kiến thức chung kỹ thuật đo lường; - Định nghĩa, phân loại cách thực phép đo; - Nhận biết sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo, đặc tính tĩnh đặc tính động thiết bị đo; - Trình bày khái niệm, phân loại chuyển đổi đo lường Nội dung: Định nghĩa đo lường phân loại thiết bị đo: 1.1 Định nghĩa; 1.2 Phân loại cách thực phép đo; 1.3 Các đặc trưng kỹ thuật đo lường; 1.4 Phân loại thiết bị đo Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo lường: 2.1 Phân loại dụng cụ đo; 2.2 Sơ đồ khối dụng cụ đo Các đặc tính thiết bị đo: 3.1 Các đặc tính tĩnh thiết bị đo; 3.2 Các đặc tính động thiết bị đo Khái niệm chuyển đổi đo lường: 4.1 Khái niệm; 4.2 Định nghĩa chuyển đổi đo lường; 4.3 Phân loại chuyển đổi đo lường; 4.4 Một số chuyển đổi thường gặp Bài 2: Các cấu thị điện Thời gian: 15 Mục tiêu bài: Học xong này, người học có khả năng: - Trình bày nguyên lý làm việc, chi tiết khí chung thị điện; - Mô tả cấu tạo nguyên lý làm việc loại cấu thị Nội dung: Cơ sở chung: 1.1 Nguyên lý làm việc cấu thị điện; 1.2 Các chi tiết khí chung cấu thị điện; 1.3 Các ký hiệu quy ước mặt dụng cụ đo Cơ cấu thị từ điện: 2.1 Cấu tạo; 2.2 Nguyên lý làm việc; 2.3 Đặc tính ứng dụng Cơ cấu thị điện từ: -5- 3.1 Cấu tạo; 3.2 Nguyên lý làm việc; 3.3 Đặc tính ứng dụng Cơ cấu thị điện động: 4.1 Cấu tạo; 4.2 Nguyên lý làm việc; 4.3 Đặc điểm ứng dụng; 4.4 Cơ cấu sắt điện động Cơ cấu thị cảm ứng : 5.1 Cấu tạo; 5.2 Nguyên lý làm việc; 5.3 Đặc điểm ứng dụng Kiểm tra Bài 3: Đo dòng điện điện áp Thời gian: 10 Mục tiêu bài: Học xong này, người học có khả năng: - Trình bày yêu cầu việc đo dịng điện, điện áp; - Tóm tắt nội dung phương pháp đo dòng điện điện áp Nội dung: Những yêu cầu việc đo dòng điện điện áp: 1.1 Yêu cầu điện trở; 1.2 Yêu cầu đặc tính tần Đo dịng điện: 2.1 Phương pháp đo; 2.2 Các phương pháp đo mở rộng thang đo Đo điện áp: 3.1 Đặc điểm cấu tạo phương pháp sử dụng; 3.2 Phương pháp mở rộng giới hạn đo Bài 4: Đo công suất điện Thời gian: 10 Mục tiêu bài: Học xong này, người học có khả năng: - Trình bày yêu cầu việc đo công suất, điện năng; - Tóm tắt nội dung phương pháp đo công suất điện Nội dung: Đo công suất điện mạch pha: 1.1 Đo cơng suất tác dụng ốt mét điện động; 1.2 Đo công suất phản kháng pha; 1.3 Đo điện tác dụng công tơ cảm ứng pha -6- Đo công suất điện tác dụng mạch ba pha: 2.1 Đo công suất phản kháng mạch ba pha; 2.2 Đo điện phản kháng mạch ba pha Kiểm tra Bài 5: Đo góc pha tần số Thời gian: Mục tiêu bài: Học xong này, người học có khả năng: - Trình bày u cầu việc đo góc pha, tần số; - Tóm tắt nội dung phương pháp đo góc pha tần số Nội dung: Đo góc pha: 1.1 Phương pháp dùng am pe mét vol mét (đo cos  gián tiếp); 1.2 Phương pháp dùng Fa zô mét điện động (đo trực tiếp); 1.3 Fazômét điện tử; 1.4 Fazômét thị số Đo tần số: 2.1 Phương pháp đo dùng vol mét, am pe mét (gián tiếp); 2.2 Tần số mét (kế) cộng hưởng điện từ; 2.3 Tần số kế điện động; 2.4 Tần số mét điện tử; 2.5 Tần số kế thị số Bài 6: Đo thông số mạch điện Thời gian: Mục tiêu bài: Học xong này, người học có khả năng: - Trình bày yêu cầu việc đo thơng số mạch điện; - Tóm tắt nội dung phương pháp đo thông số mạch điện Nội dung: Đo điện trở: 1.1 Ý nghĩa yêu cầu việc đo điện trở; 1.2 Phương pháp gián tiếp; 1.3 Đo điện trở phương pháp trực tiếp; 1.4 Đo điện trở cầu đơn cầu kép (phương pháp so sánh) Đo điện cảm: 2.1 Phương pháp trực tiếp; 2.2 Phương pháp gián tiếp Đo điện dung: 3.1 Các phương pháp đo; 3.2 Đo tổn thất điện môi cầu xoay chiều -7- Kiểm tra IV ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN MÔ ĐUN: - Giáo trình, tài liệu tham khảo; - Điện trở; Tụ điện; cuộn cảm loại; - Dây nối; - Các loại đồng hồ đo; - Phòng học, phấn bảng V PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ: - Phương pháp đánh giá: Đánh giá kết học tập thông qua việc kiểm tra nhận thức người học hình thức theo quy chế thi, kiểm tra công nhận tốt nghiệp hành Bộ Lao động Thương binh Xã hội ban hành - Nội dung đánh giá: + Kiến thức: thông qua kiểm tra hình thức trắc nghiệm tự luận nội dung cấu tạo, nguyên lý làm việc loại cấu đo lường điện; + Kỹ năng: Đánh giá thông qua việc lắp đặt mạch đo, kỹ thực hành đo điện thiết bị đo lường điện; + Thái độ: Thông qua việc theo dõi - Ý thức chấp hành nội quy học tập - Tác phong trách nhiệm công việc VI HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN MÔ ĐUN: Phạm vi áp dụng chương trình: Chương trình dùng dạy nghề trình độ Trung cấp Hướng dẫn số điểm thực chương trình: - Bám sát chương trình đề ra, theo nội dung môn học đề ra; - Ứng dụng phương tiện thiết bị giảng dạy để góp phần làm phong phú thêm nội dung giảng; - Chuẩn bị đầy đủ trang thiết bị cho người học thực hành Những trọng tậm chương trình cần ý: - Các cấu thị điện; - Đo dòng điện điện áp; - Đo công suất điện Tài liệu tham khảo: - Đo lường điều khiển máy tính- Ngơ Diên Tập - NXB khoa học kỹ thuật, 1997 - Giáo trình đo lường đại lượng điện khơng điện- Nguyễn Văn Hịa - Vụ trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - Nhà xuất Giáo Dục, 2002 - Kỹ thuật đo- Nguyễn Ngọc Tân - NXB khoa học kỹ thuật - Cảm biến ứng dụng - Dương Minh Trí - NXB khoa học kỹ thuật -8- BÀI 1: CƠ SỞ CHUNG VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG Trong trình nghiên cứu khoa học nói chung cụ thể từ việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm vận hành, sữa chữa thiết bị, q trình cơng nghệ… yêu cầu phải biết rõ thông số đối tượng để có định phù hợp Sự đánh giá thông số quan tâm đối tượng nghiên cứu thực cách đo đại lượng vật lý đặc trưng cho thông số ĐỊNH NGHĨA ĐO LƯỜNG VÀ PHÂN LOẠI THIẾT BỊ ĐO: 1.1 Định nghĩa Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo Kết đo lường (Ax) giá trị số, định nghĩa tỉ số đại lượng cần đo (X) đơn vị đo (Xo): Kết đo biểu diễn dạng: A = X ta có X = A.X0 X0 Trong đó: X - đại lượng đo X0 - đơn vị đo A - số kết đo Từ (1.1) có phương trình phép đo: X = Ax Xo , rõ so sánh X so với Xo, muốn đo đại lượng cần đo X phải có tính chất giá trị so sánh được, muốn đo đại lượng khơng có tính chất so sánh thường phải chuyển đổi chúng thành đại lượng so sánh 1.2 Phân loại cách thực phép đo Phương pháp đo việc phối hợp thao tác trình đo, bao gồm thao tác: xác định mẫu thành lập mẫu, so sánh, biến đổi, thể kết hay thị Các phương pháp đo khác phụ thuộc vào phương pháp nhận thông tin đo nhiều yếu tố khác đại lượng đo lớn hay nhỏ, điều kiện đo, sai số, yêu cầu… Tùy thuộc vào đối tượng đo, điều kiện đo độ xác yêu cầu phép đo mà người quan sát phải biết chọn phương pháp đo khác để thực tốt trình đo lường Có thể có nhiều phương pháp đo khác thực tế thường phân thành loại phương pháp đo phương pháp đo biến đổi thẳng phương pháp đo kiểu so sánh 1.2.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng - Định nghĩa: phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa khơng có khâu phản hồi - Quá trình thực hiện: * Đại lượng cần đo X qua khâu biến đổi để biến đổi thành số NX, đồng thời đơn vị đại lượng đo XO biến đổi thành số NO * Tiến hành trình so sánh đại lượng đo đơn vị (thực phép chia NX/NO), * Thu kết đo: AX = X/XO = NX/NO -9- Hình 1.1 Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng Quá trình gọi trình biến đổi thẳng, thiết bị đo thực trình gọi thiết bị đo biến đổi thẳng Tín hiệu đo X tín hiệu đơn vị XO sau qua khâu biến đổi (có thể hay nhiều khâu nối tiếp) qua biến đổi tương tự - số A/D để có NX NO , qua khâu so sánh có NX/NO Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn tín hiệu qua khâu biến đổi có sai số tổng sai số khâu, dụng cụ đo loại thường sử dụng độ xác yêu cầu phép đo không cao 1.2.2.Phương pháp đo kiểu so sánh: - Định nghĩa: phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vịng, nghĩa có khâu phản hồi - Quá trình thực hiện: + Đại lượng đo X đại lượng mẫu XO biến đổi thành đại lượng vật lý thuận tiện cho việc so sánh + Quá trình so sánh X tín hiệu XK (tỉ lệ với XO) diễn suốt trìnhđo, hai đại lượng đọc kết XK có kết đo Quá trình đo gọi trình đo kiểu so sánh Thiết bị đo thực trình gọi thiết bị đo kiểu so sánh (hay gọi kiểu bù) Hình 1.2 Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh * Các phương pháp so sánh: so sánh SS thực việc so sánh đại lượng đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu XK, qua so sánh có: ΔX = X - XK Tùy thuộc vào cách so sánh mà có phương pháp sau: - So sánh cân bằng: Quá trình thực hiện: đại lượng cần đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu XK = NK.XO so sánh với cho ΔX = 0, từ suy X = XK = NK.XO suy kết đo: AX = X/XO = NK Trong trình đo, XK phải thay đổi X thay đổi để kết so sánh ΔX = từ suy kết đo Độ xác: phụ thuộc vào độ xác XK độ nhạy thiết bị thị cân (độ xác nhận biết ΔX = 0) Ví dụ: cầu đo, điện kế cân - 10 - đó: Khi mô men cản mô men quay Dựa cấu điện động người ta chế tạo dụng cụ đo tần số (hình 5.4 a) Trong cuộn dây tĩnh A nối tiếp với cuộn dây động B2 phần tử R2, L2, C2 Cuộn dây động B1 nối với tụ C1 Từ biểu đồ véc tơ (hình 5.4 b) ta thây góc lệch pha UX I1 900 Mạch điện gồm cuộn dây tĩnh A, cuộn dây động B2 phần tử R2, L2, C2 tạo thành mạch cộng hưởng với: góc lệch pha α tính: (1) ψ1, ψ2 góc lệch pha I1I I2I Từ hình 5.2.3b ta thấy: Với I = I2 ψ1 = cos (90 – φ2) = sin φ2 Hình 5.5 Tần số kế điện động Mà (2) X2, Z2 điện kháng tổng trở mạch có dịng I2 Z1 tổng trở có dịng I1 Từ (2) thay vào (1) ta có: Với Z1 ≈ X1 (chỉ có C1) nên: - 52 - Với C1, R2, L2, C2 số nên: α = F(fX) Thang đo dụng cụ khắc độ trực tần số Tần số kế điện động có giới hạn đo từ 45Hz 55 Hz với sai số ± 1,5% chế tạo với dải đo lớn đến 2,5kHz 2.2 TẦN SỐ KẾ CHỈ THỊ SỐ Nguyên lý tần số kế thị số đếm số xung N tương ứng với số chu kỳ tần số cần đo fx khoảng thời gian gọi thời gian đo Tđo Trong khoảng Tđo ta đếm N xung tỉ lệ với tần số cần đo fx Ở hình 5.4 a sơ đồ khối tần số kế thị số - Quá trình hoạt động tần số kế thị số sau: nguồn tín hiệu có tần số cần đo đưa đến đầu vào "Bộ vào" “Bộ vào” bao gồm khuếch đại dải rộng với tần số từ 10Hz ÷ 3,5MHz suy giảm tín hiệu; mục đích để hịa hợp tần số kế với nguồn tín hiệu có tần số cần đo, đồng thời để khuếch đại hay hạn chế điện áp vào đến giá trị đủ để kích thích tạo xung làm việc Tiếp theo tạo xung -“Bộ TX” có chức biến tín hiệu hình sin tín hiệu xung có chu kỳ thành dãy xung DX có biên độ không đổi (không phụ thuộc vào biên độ tín hiệu vào) có tần số tần số tín hiệu vào (H.5.4b) Đồng thời với trình trên, máy phát tần số chuẩn -“MF TC chuẩn f0” phát tần số chuẩn ổn định thạch anh có tần số f0 = 1MHz Tín hiệu có tần số fo đưa qua “Bộ chia tần số” theo mức với hệ số 10n, tần số chuẩn f0 = 1MHz chia đến 0,01Hz Nghĩa đầu mạch điều khiển theo10 n (n = 1, 2,… 8) tương ứng nhận khoảng thời gian Trong thời gian Tđo mạch điều khiển “ĐK” cho mở khố K (khố có hai đầu vào) phép dãy xung DX (có tần số tỉ lệ với fx) vào đếm sau cấu thị, số xung đếm thời gian Tđo N Như suy chu kỳ dãy xung là: với k = 10 n suy tần số dãy xung là: Nếu Tđo= 1s (k = 10 6) số xung N (tức số chu kỳ) tần số cần đo fx nghĩa là: - 53 - a Sơ đồ khối b Giản đồ xung Hình 5.6 Tần số kế thị số: Mạch điều khiển phụ trách việc điều khiển trình đo; bảo đảm thời gian biểu thị kết đo cỡ từ 0,3 ÷ 5s thị số; xố kết đo đưa trạng thái ban đầu trước lần đo; điều khiển chế độ làm việc: tự động, tay, hay khởi động bên (external trigger); chọn dải đo tần số (cho xung mở khoá K) cho xung điều khiển máy in số Bộ số thường có nhiều digit (hàng đơn vị, hàng chục, hàng trăm ) bảo đảm thị toàn dải tần số cần đo - Sai số phép đo yếu tố ảnh hưởng đến sai số: sai số phép đo tần số tần số sai số lượng tử theo thời gian, sai số tăng tần số cần đo giảm Cụ thể sai số tương đối phép đo tần số tính sau: + Thành phần ΔN/N phụ thuộc vào tỷ số thời gian đo Tđo chu kỳ tín hiệu cần đo TX = 1/ƒ X Sai số lượng tử theo thời gian q trình khơng trùng thời điểm bắt đầu thời gian đo Tđo thời điểm bắt đầu chu kỳ TX Nếu Tđo TX bội số ( tức trùng điểm đầu hai khoảng thời gian ) sai số ΔN = 0; cịn Tđo TX khơng phải bội số sai số lớn q trình lượng tử hóa ΔN = ±1 xung thuộc dãy bé đếm + Thành phần thứ hai sai số là: ΔTđo/Tđo xác định độ biến động tần số chuẩn f0 từ máy phát thạch anh cửa sổ Tđo Sai số cỡ 10-7 tính là: Vậy sai số phép đo tần số là: Như sai số phép đo tần số tỷ lệ nghịch với độ - 54 - lớn tần số đo, tức sai số nhỏ ta đo tần số cao, sai số lớn ta đo tần số thấp Như vậy, đo tần số cao sai số phép đo chủ yếu độ không ổn định tần số máy phát chuẩn fo Còn đo tần số thấp sai số chủ yếu sai số lượng tử - Giảm sai số đo tần số thấp: muốn giảm sai số đo tần số thấp phải tăng thời gian đo Tđo điều thực Vì tần số kế thị số người ta sử dụng nhân tần số để nhân tần số cần đo lên 10 n lần không cần đo tần số mà chuyển phép đo tần số sang đo thời gian chu kỳ Tx tín hiệu cần đo Khi đo chu kỳ Tx ta thực theo sơ đồ hình 12.9 Tín hiệu có tần số cần đo fx qua “Bộ vào” qua tạo xung “TX” tạo tín hiệu Tx chu kỳ tần số cần đo Tín hiệu Tx qua điều khiển đưa vào mở khoá K, thời gian Tx Tđo Trong thời gian Tx khố K mở tín hiệu f0 từ máy phát tần số chuẩn vào đếm cấu thị số, số xung đếm N Quan hệ N Tx là: => tần số cần đo: a Sơ đồ khối b Giản đồ xung Hình 5.7 Tần số kế thị số giảm sai số đo tần số thấp Sai số tương đối phép đo chu kỳ tính - 55 - BÀI 6: ĐO CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỆN Đo điện trở 1.1 Đo điện trở phương pháp gián tiếp a) Đo điện trở vôn kế ampe kế Sơ đồ đo điện trở R dựa định luật Ôm.Mặc dù sử dụng dụng cụ đo xác giá trị điện trở nhận phương pháp có sai số lớn Tùy theo cách mắc am pe kế vôn kế mà giá trị Rx đo sẻ khác b Đo điện trở Ôm kế *Ôm kế mắc song song Là loại dụng cụ đo Rx mắc song song với cấu thị hình 3.16a Ưu điểm Ơm kế loại đo điện trở tương đối nhỏ (cỡ kΩ trở lại) điện trở vào ơm kế RΩ nhỏ dịng điện từ nguồn cung cấp không lớn Do Rx mắc song song với cấu thị nên Rx = ∞ (chưa có Rx) dịng điện qua thị lớn (ICT=ICTmax) với Rx=0 dòng điện qua thị ICT  Thang đo khắc độ giống vơn kế hình 3.16b Hình 3.16: Ơm kế thị mắc song song Điều chỉnh thang đo ômmét trường hợp nguồn cung cấp thay đổi dùng biến trở RM điều chỉnh ứng với Rx = ∞ Xác Rp RM giống sơ đồ ômmét mắc nối tiếp *Ômmét nhiều thang đo - 56 - Hình 3.17: Ơm kế nhiều thang đo Ơm kế nhiều thang đo thực theo nguyên tắc chuyển từ giới hạn đo sang giới hạn đo khác cách thay đổi điện trở ômmét với số lần định cho Rx = kim thị đảm bảo lệch thang đo (nghĩa dòng qua cấu đo giá trị định mức chọn) Để mở rộng giới hạn đo ôm kế thực cách dùng nhiều nguồn cung cấp điện trở phân dòng (điện trở sun) cho thang cấp với điện trở sun tương ứng có chất lượng tốt Thiết bị có dịng thị định mức ICT =37.5µA, điện trở RTC=3,82kΩ Điều chỉnh zêrô biến trở 5kΩ (với mứcc bình thường) Pin 1,5 V dùng cho tất khoảng đo Rx1;Rx100 Rx1kΩ pin 15V dùng cho khoảng đo Rx10kΩ Rx mắc vào đầu mạch (+,-) Hình 3.18: Núm điều chỉnh ơm kế Cơng tắc đo có phần tiếp xúc động xoay nấc chiều ngược chiều kim đồng hồ Hình 3.18 minh hoạ ơmkế thường dùng núm điều chỉnh ôm kế - 57 - c Cầu đo điện trở: Cầu đo điện trở thường chia thành hai loại: Cầu đơn cầu kép (cầu wheatstone cầu Kelvin) *Cầu đơn:( cầu Wheatstone) Cầu đơn thiết bị dùng để đo điện trở xác Mạch cầu hình 5-7 gồm hai điện trở cố định R2 R3 điện trở điều chỉnh R1, điện trở cần đo Rx điện kế không (CT) Cầu cung cấp nguồn điện chiều Uo Các điện trở R1, R2, R3 chế tạo điện trở Mangan có độ ổn định độ xác cao Hình 3.19: Cầu đơn Để xác định điện trở chưa biết Rx người ta điều chỉnh biến trở R1 điện kế zêrơ, lúc cầu chế độ cân nghĩa điện hai điểm Va=Vb(Uab=0) dịng điện khơng qua đện kế nên I1 chạy qua R1,R2 I2 chạy qua R3, Rx, ta có: I1R2=I2R3 (3-12) I1R1=I2 Rx (3-13) Chia biểu thức (3-12) cho(3-13) ta I R2 I R3 R R  hay  RxR2 = R1R3 I R1 I R x R1 Rx Từ tính điện trở chưa biết Rx= R3 R1 R2 Với R3 R2 điện trở cố định tỷ số R3  k; k hệ số nhân Nếu R2 thay đổi điện trở R3 số điện trở có giá trị lớn 10 lần giữ ngun điện trở R2 ta có hệ số nhân khác Nên mở rộng thang đo cầu hình 5-8 Điện trở R5 (hình 3-20) dùng để điều chỉnh độ nhạy cảm thị khơng Trước đo khóa K mở để chỉnh thơ (bảo vệ q dịng điện cho chi thị) Khi cầu tương đối cân - 58 - người ta đóng khóa K lại để chỉnh tinh cầu cân hoàn tồn Độ xác cầu cân phụ thuộc vào độ nhạy thị điện áp cung cấp, thị khơng cần có độ nhảy cảm cao, nguồn cung cấp đảm bảo dòng qua thị khơng vượt q dịng cho phép Ngồi cầu hộp hình 3.21 người ta cịn sử dụng cầu biến trở (hình 3.22) Trong cầu biến trở, điện trở R2 R3 biến trở thay đổi trị số, R1 dãy điện trở có trị số lớn 10 lần Khi đó, điện trở Rx mắc vào mạch điều chỉnh trị số R3/R2 thị Zêro (cầu cân bằng) Giá trị điện trở cần đo Rx xác định theo công thức Rx = R1 R3 R2 Mở rộng giải đo cầu cách chế tạo điện trở R1 thành nhiều điện trở có giá trị khác thông qua chuyển mạch B để thay đổi giá trị Ưu điểm cầu biến trở chế tạo gọn nhẹ độ xác không cao sai số biến trở chạy Cấp xác cầu đơn đo điện trở phụ thuộc vào giới hạn đo Ví dụ: Giải đo R = 50 ÷ 105 Ω cấp xác 0,05 % với giải đo R = 105 ÷ 106 Ω đạt cấp 0,5% *Cầu kép (Cầu Kelvin) Cầu kép thiết bị đo điện trở nhỏ nhỏ mà cầu đơn q trình đo khơng thuận tiện có sai lớn điện trở nối dây điện trở tiếp xúc Các điện trở có trị số nhỏ ampemét phải có đầu điện xác Để tránh nhửng sai số chịu dòng điện lớn gây ra, điện trở sun trở xác định tiếp xúc điện trở Hình 3.23: Điện trở nhỏ đầu - 59 - thường chế tạo bốn đầu, hai đầu dòng hai đầu áp (hình 3.23) Các đầu dịng lớn nằm đầu mút điện trở Đầu áp nằm đầu dòng đầu thường dùng với dịng điện nhỏ cỡ µA mA nên khơng có sụt áp tiếp xúc đầu điện áp Điện trở xác định điện trở tồn đầu điện áp Để đo điện trở nhỏ nguời ta thường dùng cấu kép, hình 3.24 Cầu kép khác với cầu đơn chổ có thêm số điện trở, R0 điện trở chuẩn có giá trị nhỏ R1, R2, R3, R4 điện trở điều chỉnh Hình 3.26: Cầu kép thơng thường Hình 3.25: Mạch ngun lý cầu kép Nếu tỉ số R3/R4 giống R1/R2 sai số độ sụp áp R bỏ qua Giả sử thị zêrơ (khơng có dịng điện qua thị) điện áp đầu thị UCT = (hình 3.25) Với điều kiện ta có dịng I1 chạy qua R1 R2, dòng I chạy qua RX, R0, dòng I2 qua R4 R3 I – I2 chạy qua R Do cầu cân (UCT=0) nên điện áp rơi R2 tổng điện áp rơi R0 R4: I1R2 = I2R4 + IR0 Ta có IR0 = I1R2 – I2R4 Hoặc IR0 = R2(I1- I2 R4 ) R2 (3-16) Cũng vậy, điện áp rơi R1 tổng điện áp rơi R3 RX I1R1 = IRX Ta có IRX = I1R1- I2R3 Hoặc IRx = R1(I1-I2 R3 ) R1 (3-17) - 60 - R3 ) R1 IR X Chia phương trình (5-17) cho ( 5-16) ta = R IR0 R2 ( I  I ) R2 R1 ( I  I Với điều kiện R R3 R R = = ta có : R4 R4 R2 R2 RX R R = RX = R0 R0 R2 R2 (3-18) Trong trình đo người ta điều chỉnh R1, R2, R3, R4 cho giữ tỉ số R3 R = Khi giá trị điện trở RX xác định qua biểu thức 3-18 R4 R2 Hình 3.26 cho thấy biểu diễn cầu kép thông thường R0 RX điện trở có đầu R1, R2, R3, R4 mắc vào đầu điện áp chúng Khoảng đo cầu kép thơng thường từ 10µΩ (hoặc 10 -5Ω) đến 1Ω Tùy thuộc vào độ xác linh kiện mà độ xác phép đo đạt đến ± 0,2% d Đo điện trở lớn *Đo điện trở lớn phương pháp gián tiếp Phương pháp gián tiếp (vơnmét ampemét) đo điện trở lớn 105 ÷ 1010Ω điện trở cách điện Trong q trình đo cần loại trừ dịng điện rị qua dây dẫn qua cách điện thiết bị Muốn tránh dòng điện rò cần phải sử dụng chắn tĩnh điện dây dẫn bọc kim Một vấn đề xuất đo điện trở nhỏ có hai thành phần điển trở: Điện trở khối điện trở rò bề mặt Trong thực tế điện trở bề mặt điện trở khối tổ hợp lại điện trở hiệu dụng lớp cách điện Tuy nhiên số trường hợp phải tách riêng hai điện trở Để tách hai thành phần điển trở người ta sử dụng điện cực đo cực phụ hình 3.27 Khi đo điện trở cách điện khối mạch đo bố trí hình 3.27a điện kế G đo dịng điện xun qua khối cách điện (cỡ µA), cịn dịng điện rị bề mặt vật liệu qua điện cực phụ nối đất Điện trở cần đo xác định qua vôn kế điện kế G RX = U I đk Nguồn điện cung cấp cho mạch đo cỡ kilôvôn, điện trở R khoảng 1MΩ Để đo điện trở điện mặt sơ đồ mạch bố trí hình 3.27b, dòng điện rò bề mặt vật liệu đo điện kế G, dòng điện xuyên qua - 61 - khối vật liệu nối qua cự xuống đất Điện trở xác định qua vônmét điện kế G Hình 3.28 a, sơ đồ đo điện trở khối; b, sơ đo điện trở mặt 1- Hai điện cực đo 2- Cực phụ 3- Tấm cách điện * Mêgô mét Mêgômmét dụng cụ đo xách tay dùng rộng rãi để kiểm tra điện trở cách điện dây cáp điện, động cơ, máy phát biến áp điện lực Dụng cụ gồm có nguồn cao áp cung cấp từ máy phát điện quay tay, điện áp có trị số 500 V 1000V thị Hình 3.29: Mạch nguyên lý Mêgômmét lôgômmét từ điện Chỉ thị lôgômmét (hình 3.28) gồm hai khung dây, khung tạo mơmen quay khung dây tạo mơmen phản kháng Góc quay α cấu đo tỷ lệ với tỷ số hai dòng điện chạy qua hai khung dây dịng điện I1 qua khung dây W1, điện trở R1, I2 qua khung dây W2, điện trở R2, RX, R3 Ta có : I1 = I2 = U0 R1  r1 U0 R2  r2  R X  R3 r1, r2 điện trở khung dây Dưới tác động lực điện từ từ trường dòng điện qua khung tạo mômen quay M1 mômen cản M2 Ở thời điểm cân M1=M2 Ta có : α =F( R  R3  r2  R X I1 )= F ( ) I2 R1  r1 (3-19) - 62 - Hình 3.30: Mêgơmmét thơng thường Các giá trị R1,R2,R3 r1,r2 số nên góc quay αtỷ lệ với Rx không phụ thuộc vào điện áp cung cấp hình 3.30 sơ đồ Mêgơmmét thường dùng Đo điện cảm * Khái niệm chung Cuộn cảm lí tưởng cuộn dây có thành phần điện kháng(XL=ωL) khiết điện cảm L, thực tế cuộn dây, thành phần kháng XL cịn có điện trở cuộn dây RL Điện trở RL lớn độ phẩm chất cuộn dây Nếu gọi Q độ phẩm chất cuộn dây Q đặc trưng tỉ số điện kháng XL điện trở cuộn dây Q XL RL (3-36) Để đo thơng số XL, XL Q người ta thường dùng mạch cầu xoay chiều bốn nhánh b Các mạch cầu đo thông số cuộn cảm * Cầu xoay chiều dùng điện cảm mẫu Mạch cầu so sánh điện cảm hình vẽ 3.31 LX,LX thơng số điện cảm điện trở càn xác định: RM,RM cuộn dây điện cảm điện trở chuẩn Hai nhánh lại điện trở R1 R2 điện trở có độ cao Khi đo người ta điều chỉnh ccá điện trở RM R1,R2 để đạt cân cầu Ở chế độ cân ta có: - 63 - Hình 3.31: Cầu đo điện cảm Z1.Z4=Z2.Z3 Z1=RM+jωLM Z3=R2 Z2=Rx+jωLx Z4=R1 * Cầu điện cảm Maxwell Các tụ điện chuẩn xác dễ chế tạo cuộn dây điện cảm chuẩn, người ta thường dùng điện dung chuẩn để đo điện cảm sử dụng cuộn điện cảm chuẩn Cần có tụ điện gọi cầu Maxwell (hình 3.32) Trong mạch cầu, tụ điện chuẩn C3 mắc song song với điện trở R3, nhánh lại điện trở R1 R4 Các điện trở R3,R1,R4 điện trở điều chỉnh Rx Lx biểu diễn cuộn cảm cần đo Khi mạch cầu cân ta có: Z1.Z4=Z2.Z3 Trong đó: Z3 = 1 j C R3 Z2=Rx+jωLx Z1=R1 Z4=R4 Hình 3.32: Cầu điện cảm Maxwell * Cầu điện cảm Hay Cầu địên cảm Hay tương tự cầu Maxwell khác chổ điện trở R3 mắc kết nối tiếp tụ C3 (hình 5-22)và điện cảm Lx Rx biểu diễn đưới dạng mạch song song Rx , Lx đo thành phần mạch song song Khi cầu trạng thái cân ta có: Z1.Z4=Z2.Z3 Trong đó: Z2  1  R x jL x Z3= R3+ jC Hình 3.32: Cầu điện cảm Hay - 64 - Z1=R1 Z4=R4 Đo điện dung Tụ điện lý tưởng tụ không tiêu thụ cơng suất (dịng điện chiều khơng qua tụ ) thực tế có lớp điện mơi nên có dịng điện nhỏ qua từ cực đến cực tụ có tổn hao cơng suất a Cầu đo xoay chiều đo điện dung * Cầu đo điện dung tổn hao nhỏ Hình 3.33 sơ đồ cầu đo tụ điện có tổn hao nhỏ.Cầu gồm có nhánh R1,R2 trở nhánh cịn lại Xx,Rx điện trở mẫu Rm,Cm điều chỉnh Đường chéo cầu mắc điện kế G cân nguồn cung cấp xoay chiều U *Cầu đo tụ điện có tổn hao lớn Hình 3.34: Cầu xoay chiều đo tụ điện có tổn hao Hình 5-19 sơ đồ mạch cầu đo tụ điện có tổn hao lớn,trong R1, R2 điện trở thuần, CM mắc song song với RM điẹn dung điện trở mẫu; Rx, Cx điện trở điện dung tụ điện cần đo Khi cần can ta có: Z1.Z3 = Z2.Z4 Trong Z1= 1 / R x  jC x Hình 3.34: Cầu xoay chiều đo tụ điện có tổn hao lớn Z2=R1;Z3=R2 Z4 = 1 / RM  jC M - 65 - PHẦNV TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO [1] Kỹ thuật đo - Ngô Văn Ky, Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 1993 [2] Cẩm nang kỹ thuật kèm ảnh dùng cho thợ đường dây trạm mạng điện trung [3] Trần Nguyên Thái, Trường Kỹ Thuật Điện, Công Ty Điện lực 2, Bộ lượng 1994 [4] Vật liệu điện - Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học Kỹ thuật , 1998 [5] Cung cấp điện - Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học Kỹ thuật , 1998 [6] Đo lường điều khiển máy tính - Ngơ Diên Tập, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1997 [7] Sửa chữa điện máy công nghiệp - Bùi Văn Yên, NXB Đà nẵng, 1998 [8] Kỹ Thuật Điện - Đặng Văn Đào, NXB Giáo Dục, 1999.Giáo trình An toàn lao động - Nguyễn Thế Đạt, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002 [9] Giáo trình An tồn điện - Nguyễn Đình Thắng, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002 [10] Giáo trình Đo lường đại lượng điện khơng điện - Nguyễn Văn Hồ, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002 [11] Phạm Thượng Hàn (chủ biên) - Kỹ thuật đo lường đại lượng vật lý T1,2 – NXB Giáo dục 1997 [12] Lê Văn Doanh (chủ biên) - Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển - NXB KH&KT 2001 [13] Nguyễn Ngọc Tân (chủ biên) - Kỹ thuật đo - NXB KH&KT 2000 [14] Phan Quốc Phô (chủ biên) - Giáo trình cảm biến - NXB KH&KT 2005 [15] Ernest O Doebelin - Measurement Systems-Application and Design - 5st edition McGraw-Hill [16] Các trang web hãng sản xuất thiết bị đo lường cảm biến: OMRON, ABB, FLUKE, SIEMENS, HP, HONEYWELL, OMEGA … [17] Tạp chí “Tự động hóa ngày nay” + Trang web tạp chí Tự động hóa ngày nay: www.automation.org.vn - chuyên mục “Thế giới cảm biến” [18] Trang web www.hiendaihoa.com - 66 - ... thuật đo lường trình bày kiến thức kỹ thuật đo dùng ngành điện Giới thiệu phép đo để ứng dụng cho Vận hành nhà máy thuỷ điện Kỹ thuật Đo lường Điện môn học nghiên cứu cấu đo, phương pháp đo đại... nghề Vận hành nhà máy thủy điện trình độ Trung cấp nghề; bố trí sau học xong môn kỹ thuật sở; - Mô đun Đo lường điện cung cấp cho người học kiến thức phương pháp đo lường sử dụng nhà máy thuỷ điện. .. Điện dân dụng, Cơ điện nông thôn, Cung cấp cho sinh viên kiến thức chuyên sâu kỹ thuật đo lường ngành Vận hành nhà máy thuỷ điện Trình bày dụng cụ đo, nguyên lý đo phương pháp đo thơng số Trên