Tài liệu Chương trình đo điện_ Chương 2 pdf

Nới rộng nhiều tầm đo với điện trở shunt có cách mắc thông thường và cách mắc Ayrton..  Dùng cặp nhiệt điện: Cặp nhiệt điện được cung cấp nhiệt lượng do dòng điện này, tạo nên điện áp D

Chương trình đo điện

 Chương 1: Tổng quát về đo lường.

Ch.2: Đo dòng và áp

2.1 Cơ cấu chỉ thị kim.

2.2 Đo dòng điện AC và DC.

2.3 Đo điện áp AC và DC.

2.4 Đo điện áp DC bằng phương pháp biến trở.

2.5 Vôn kế điện tử đo điện áp DC.

2.6 Vôn kế điện tử đo điện áp AC.

2.7 Ampe-kế điện tử đo dòng AC và DC.

2.1 Cơ cấu chỉ thị kim

2.1.1.Cơ cấu từ điện:

 Trên thực tế:SI = 1/Ifs

 Thang đo tuyến tính

 Có độ chính xác cao

 Ifscở100μA;Rmcở1KΩ

2.1.2.Cơ cấu điện từ

Đặc điểm cơ cấu đo điện từ

 Có 2 loại : Lực hút và lực đẩy

 Dùng với cả 2 dòng điện DC và AC

 Mq = KqI2; Mc = Kcθ.

 Thang đo không tuyến tính

 Tiêu thụ năng lượng nhiều hơn cơ cấu từ điện

 Độ chính xác nhỏ hơn cơ cấu từ điện

 Từ trường tạo bởi cuộn dây có trị số nhỏ nên cần có màn bảo vệ từ để tránh ảnh hưởng của từ trường nhiễu

 Chịu được sự quá tải cao

 Ifs cở mA; Rm cở vài Ω đến vài trăm Ω

2.1.3.Cơ cấu điện động

 Dùng với cả 2 dòng điện DC và AC

 Là cơ cấu có sự phối hợp của cơ cấu từ

điện và điện từ

 Dùng làm bộ chỉ thị cho vôn kế,ampe kế,

watt kế

 Mq = KqI1I2 (DC)

2.2 Đo dòng DC và AC

 2.2.1.Nguyên lý: Cả 3 cơ cấu nói ở trên đều được dùng làm bộ chỉ thị ampe-kế Riêng

cơ cấu từ điện khi đo dòng AC thì phải biến đổi AC ra DC Điều kiện Iđo≤ Ifs hoặc cần nới rộng tầm đo

2.2.2.Nới rộng tầm đo ampe-kế

 Dùng điện trở shunt: Rs=IfsRm/(Itđ-Ifs) Nới rộng nhiều tầm đo với điện trở shunt có cách mắc thông thường và cách mắc Ayrton

 Thay đổi số vòng dây quấn cơ cấu đo (điện từ, điện động)

 Dùng biến dòng (dùng cho ampe-kế AC) Ki = I1/I2≈ n2/n1 Không được để hở thứ cấp khi sơ cấp có dòng.

2.2.3.Đo dòng AC dùng cơ cấu đo

từ điện

H.2.16.Chỉnh lưu bán kỳ H.2.17.Chỉnh lưu toàn kỳ

 Dùng diod chỉnh lưu: Chỉnh lưu bán kỳ và toàn kỳ

Bán kỳ: Ihd=2.22Itb Toàn kỳ: Ihd=1.11Itb

 Dùng cặp nhiệt điện: Cặp nhiệt điện được cung cấp nhiệt lượng do dòng điện này, tạo nên điện áp DC cho cơ cấu từ điện (dùng với tín hiệu không sin)

Hình 2.20: Kẹp đo dòng điện.

2.2.5.Ảnh hưởng ampe-kế trên mạch đo

 Hình a: I = V/R

 Hình b: Ia = V/(R+Ra)

 I ≈ Ia ↔ Ra « R

 Khi mắc ampe-kế vào mạch đo tương

đương với việc ta mắc nối tiếp vào mạch

đo 1 điện trở bằng nội trở ampe-kế

 Để ampe-kế chỉ kết quả chính xác ta cần

Ra « R (điện trở tải)

2.3.Đo điện áp AC và DC

 2.3.1Nguyên lý:

 Điện áp đo được chuyển thành dòng

điện đo đi qua cơ cấu chỉ thị với điều

kiện:

Iđo = Vđo/(Rs+Rm) ≤Ifs

Rs: Điện trở tầm đo

Rs+Rm: Nội trở vôn kế

Sv= Nội trở vôn kế/Vtđo: Độ nhạy của

vôn kế, đơn vị: KΩ/vôn

2.3.2.Nới rộng tầm đo vôn kế

 Thay đổi điện trở tầm đo (áp dụng trong máy đo VOM) Có 2 cách thực hiện như

hình trên Nội trở vôn kế càng lớn khi Vtđo càng lớn

 Dùng biến áp ( dùng với vôn kế AC) Sơ cấp nối với điện áp đo, thứ cấp nối với vôn

kế

 Tỉ số biến áp Kv = V1/V2 ≈ n1/n2

2.3.3.Đo áp AC dùng cơ cấu đo từ điện

 Ta phải dùng cặp nhiệt điện (tín hiệu không

sin) hay diod chỉnh lưu để biến đổi tín hiệu

AC ra DC đưa vào cơ cấu đo

 Chỉnh lưu toàn kỳ: Có thể dùng cầu 4 diod hoặc 2 diod và 2 điện trở như hình trên.

 Khuyết điểm của vôn kế AC dùng diod chỉnh lưu là phụ thuộc vào dạng tín hiệu và tần số cao

có ảnh hưởng đến tổng trở và điện dung ký sinh của diod

 Trường hợp 4 diod: Vtđ = 1.11Ifs(R+Rm) + 2Vd

2.3.4.Ảnh hưởng vôn kế trên mạch đo

H.2.27: H.2.28:

Mạch tương đương khi mắc vôn kế Mạch đo nguồn áp

 Khi mắc vôn kế vào mạch đo thì có thể xem như tổng trở vào vôn kế mắc song song với phần

tử đo

 Để vôn kế chỉ kết quả chính xác ta cần có nội trở vôn kế rất lớn so với điện trở tải hoặc nội trở

2.4.Đo điện áp DC bằng ph.ph biến trở

Hình 2.29: Mạch đo điện áp DC bằng biến trở

 Khi đo S ở vị trí 1, chỉnh con chạy để điện kế chỉ 0

 Ta xác định được điện áp cần đo Vx = R’BCI = V’BC với I = B1/(K1R1+RAB); 0 ≤ K1 ≤1.

 Kết quả đo không phụ thuộc vào nội trở của nguồn điện áp cần đo

2.5.Vôn kế điện tử DC

2.5.1.Vôn kế điện tử DC dùng transistor

1.Mạch đo dùng transistor có cách mắc kiểu điện áp hay gọi là cách mắc không khuếch đại như hình trên

 2.Mạch khuếch đại hồi tiếp âm : Như hình trên.

 Cho ta độ lợi ổn định Av lớn hơn 1

 Dùng thiết kế mạch đo điện áp có trị số nhỏ

3.Mạch đo áp DC dùng transistor trường(JFET)

 Mạch đo có ngõ vào dùng JFET để có tổng trở vào lớn



2.5.2.Vôn kế điện tử DC dùng OP-AMP

1.Mạch đo không có khuếch đại điện áp : Như hình trên.

 Tổng trở vào của vôn kế là tổng trở vào của mạch phân tầm đo: Zi = R1 + R2 + R3 + R4 = h.s (1)

 Điện áp ngõ ra mạch phân tầm là không đổi khi điện áp ngõ vào bằng điện áp tầm đo:

V1 = V2(R2+R3+R4)/Zi = V3(R3+R4)/Zi = V4R4/Zi (2)

 Vin+≈ Vin- = Vo = Im(Rs + Rm) Tính V1?

2.Mạch khuếch đại không đảo pha: Dùng cho tầm đo bé.



3.Mạch chuyển đổi điện áp ra dịng điện: Như hình trên.

 Ta cĩ : Vi+ ≈ Vi- = VR1 = Im R1



Hình 2.43: Mạch đo chuyển đổi điện áp sang dòng điện

+V

+V +V

-V

0V

Dao động

Mạch chopper Mạch điều hợp

tổng trở

2.6.Vôn kế điện tử AC

2.6.1.Tổng quát : Để đo áp AC, ta chuyển điện áp AC ra DC bằng 3 phương pháp:

1.Chỉnh lưu trung bình 2.Trị hiệu dụng thực 3.Trị đỉnh.

 Hệ số dạng Kf =Trị hiệu dụng/Trị chỉnh lưu trung bình.

 Hệ số đỉnh Kp = Trị đỉnh/Trị hiệu dụng.

2.6.2.Ph Ph trị chỉnh lưu trung bình :(tín hiệu sin) Tính Vtđo?

2.6.3.Phương pháp trị hiệu dụng thực (tín hiệu không sin)

+ –

TC2 TC1

R2

2.6.4.Phương pháp trị đỉnh

Hình 2.53.Mạch đo áp AC dùng mạch nhân đôi điện áp

 Điện áp AC được biến đổi ra áp DC có trị số bằng trị đỉnh bằng 2 cách:

H.a: Mạch kẹp đỉnh âm H.Mạch kẹp và mạch lọc hạ thông

u o

Đầ đ

u “mass” Đầ

R1

V1

D1

A1e(t)

Ri

R1

2.7.Ampe-kế điện tử đo dòng điện

 Đo dòng trong ampe-kế điện tử là chuyển dòng Iđo thành điện áp Vđo bằng cách cho dòng điện Iđo qua điện trở Rs như hình 2.57.(Đo dòng DC và AC)

 Phân tầm đo dòng điện bằng cách thay đổi điện trở như hình 2.58 Mạch phân tầm có đặc điểm: