Đề cương bài giảng ĐO LƯỜNG ĐIỆN

TRƯỜNG CAO KINH TẾ KỸ THUẬT VINATEX TP HCM Đề cương bài giảng ĐO LƯỜNG ĐIỆN (Lưu hành nội bộ) Thành Phố Hồ Chí Minh – 2019 Đề cương bài giảng Đo lường điện 1 Chöông 1 KHAÙI NIEÄM VEÀ ÑO LÖÔØNG I Khaùi. Đề cương bài giảng ĐO LƯỜNG ĐIỆN

TRƯỜNG CAO KINH TẾ - KỸ THUẬT VINATEX TP.HCM

Đề cương bài giảng

ĐO LƯỜNG ĐIỆN

(Lưu hành nội bộ)

Thành Phố Hồ Chí Minh – 2019

Chương 1 : KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG

I Khái niệm chung:

- Đo là quá trình so sánh đại lượng chưa biết với đại lượng cùng loại đã biết, chọn làm mẫu, gọi là đơn vị

- Kết quả đo cho ta một con số gọi là số đo Dụng cụ giữ mẫu các đơn vị

đo gọi là mẫu đo Dụng cụ thực hiện việc so sánh gọi là dụng cụ đo (còn gọi là máy đo, đồng hồ đo, )

- Mẫu đo và dụng cụ đo chia làm 2 loại: loại làm mẫu và loại công tác

* Mẫu đo và dụng cụ đo làm mẫu: dùng để kiểm tra các mẫu đo và dụng

cụ đo khác Loại này được chế tạo và sử dụng theo các tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo làm việc chính xác, được các cơ quan nhà nước bảo quản

* Mẫu đo và dụng cụ đo công tác: dùng để đo lường trong thực tế, gồm:

- Mẫu đo và dụng cụ đo thí nghiệm: dùng để đo trong công tác thí nghiệm hoặc nghiên cứu khoa học, bao gồm cả việc kiểm tra các mẫu đo và dụng cụ đo dùng trong sản xuất Loại này đòi hỏi độ chính xác tương đối cao và những tiêu chuẩn bảo quản nhất định

- Mẫu đo và dụng cụ đo sản xuất: dùng để đo lường trong các quá trình công nghệ và các công tác kỹ thuật trong sản xuất Loại này cần cấu tạo chắc chắn, dễ sử dụng, bảo quản đơn giản, giá rẻ, độ chính xác nói chung không cao lắm (còn gọi là dụng cụ đo lắp bảng)

II Phương pháp đo lường:

Chia làm 2 loại: phương pháp đo trực tiếp và phương pháp đo gián tiếp

1 Phương pháp đo trực tiếp:

Là phương pháp đo mà đại lượng cần đo được so sánh trực tiếp với mẫu đo cùng loại

Các đại lượng điện đa số được đo bằng phương pháp đo trực tiếp, phương pháp này cho độ chính xác cao

Đo trực tiếp chia làm 2 cách đo:

a Phương pháp đo đọc thẳng: kết quả đo được chỉ ngay trên mặt chia

độ hay mặt hiện số của dụng cụ đo Phương pháp này đạt độ chính xác đến 0,05 là mức cao nhất hiện nay của dụng cụ đo đọc số thẳng

b Phương pháp đo so sánh: đại lượng cần đo được so sánh với một

mẫu đo cùng loại đã biết trị số

Phương pháp đo so sánh

thực hiện bằng 2 cách:

* Phương pháp so lệch:

lượng cần đo Ax được so sánh với

mẫu A0, lượng sai lệch  A =

A0 - Ax sẽ do dụng cụ đo xác

định Biết A0 và A ta sẽ tính

được giá trị lượng cần đo Ax

Ta có : Ex = E0  U

* Phương pháp chỉ “không”: lượng cần đo Ax được so sánh với mẫu

đo A0 có thể điều chỉnh được, bảo đảm sai lệch A0 - Ax = 0 Kết quả so sánh xác định bằng dụng cụ đo chỉ “không”

Độ chính xác của phương pháp này do dụng cụ chỉ “không” quyết định, nói chung đạt độ chính xác rất cao

2 Phương pháp đo gián tiếp:

Là phương pháp đo trong đó lượng cần đo sẽ được tính ra từ kết quả

đo các đại lượng khác có liên quan Các đại lượng có liên quan thường đo bằng phương pháp trực tiếp

Ví dụ: muốn đo điện trở rx, ta đặt nó vào điện áp U để có dòng điện

I chạy qua Đo U, I bằng vônmét, ampemét ta sẽ xác định được: rx = U/I Sai số của phương pháp đo gián tiếp bao gồm sai số đo các đại lượng có liên quan, sai số do tính toán  độ chính xác thấp

Tuy nhiên phương pháp này vẫn hay được áp dụng, nhất là khi không có các dụng cụ đo chuyên, như đo điện trở, đo hệ số công suất, đo độ trượt của ĐCKĐB

III Sai số trong kỹ thuật đo lường:

1 Sai số đo: đo lường bao giờ cũng có sai số do bản thân dụng cụ đo

tiêu thụ công suất của mạch đo cũng như sai số do phép đo, do chỉ thị hoặc ảnh hưởng của môi trường xung quanh

Có các loại sai số sau đây:

a Sai số tuyệt đối: là hiệu số của kết quả đo Xđ và trị số đúng của đại lượng cần đo X:

X =  Xđ - X

Thực tế, X rất khó xác định chính xác Người ta chỉ xác định được giá trị giới hạn của X, gọi là sai số tuyệt đối lớn nhất Xmax

Các sai số đo được chia làm 3 loại:

* Sai số hệ thống: là những sai số phụ thuộc có qui luật vào người đo,

phương pháp đo và hoàn cảnh đo

Nguyên nhân là:

- Sai số cơ bản của dụng cụ đo (do chế tạo): ma sát, khắc vạch,

- Sai số phụ của dụng cụ đo do điều kiện sử dụng khác điều kiện tiêu chuẩn như: nhiệt độ thay đổi, chịu ảnh hưởng của điện trường, từ trường, tần số khác tiêu chuẩn

- Sai số của người đo: do nhìn lệch, nhìn nghiêng,

- Sai số do phương pháp đo: dùng công thức không thích hợp, công thức gần đúng,

* Sai số ngẫu nhiên: do các nguyên nhân ngẫu nhiên gây ra như các

thay đổi bất thường về nhiệt độ, từ trường ngoài

* Sai số nhiễu: là các sai số bất thường như đọc nhầm số đo, ghi sai kết

quả, tính nhầm…  phép đo không đủ tin cậy, còn gọi là sai lầm

b Sai số tương đối và sai số qui đổi:

Được tính bằng tỷ số giữa sai số tuyệt đối và kết quả đo Xđ (thường tính

ra %), phép đo có  (hoặc ký hiệu A) càng nhỏ thì càng chính xác:

%100

Giới hạn đo (hay cỡ đo) của dụng cụ đo là giá trị lớn nhất mà nó có thể

đo được, ứng với mỗi thang đo, ký hiệu Xđm

- Sai số của dụng cụ đo đặc trưng bởi sai số tương đối qui đổi (là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giới hạn đo của dụng cụ đo):

%100

Dùng thang đo càng bé thì sai số càng lớn, phép đo càng kém chính xác  chọn cỡ đo sao cho số đo phải trên nửa giá trị của giới hạn đo

- Theo qui định, cấp chính xác được ghi ngay trên mặt dụng cụ đo, theo con số chỉ % sai số, không ghi ký hiệu %

* Theo tiêu chuẩn của Nga, dụng cụ đo được chế tạo thành 8 cấp chính xác:

- Các cấp 0,05 và 0,1: chủ yếu làm dụng cụ đo mẫu

- Các cấp 0,2 và 0,5: chủ yếu làm dụng cụ đo trong phòng thí nghiệm

- Các cấp 1,0; 1,5; 2,5 và 4,0: chủ yếu dùng làm dụng cụ đo trong sản xuất

* Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN – 1688 – 75 – TCVN – 1690 – 75) có

07 cấp chính xác cho đồng hồ đo là 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 và 5,0

3 Các thông số của dụng cụ đo:

Ngoài cấp chính xác, người ta còn đặc trưng dụng cụ đo bằng các thông số sau:

: biến thiên của chỉ thị đo;

x: biến thiên của đại lượng cần đo

Độ nhạy thực tế biểu thị theo tỷ số /V, tỷ số này càng lớn thì đồng hồ càng nhạy

Với các loại thang đo khác nhau trong đồng hồ đo điện vạn năng độ nhạy cũng có thể khác nhau Khái niệm độ nhạy và cấp chính xác hoàn toàn khác nhau Một đồng hồ có thể có cấp chính xác cao nhưng độ nhạy lại thấp và ngược lại

Nếu dụng cụ đo gồm nhiều khâu chuyển đổi nối tiếp thì độ nhạy của chúng bằng tích độ nhạy của từng khâu

S = S1 S2 S3 Sn

* Công suất tiêu thụ của dụng cụ đo: để phép đo được chính xác thì

công suất tiêu thụ của dụng cụ phải nhỏ

* Đặc tính động của dụng cụ đo: đặc trưng bằng thời gian ổn định của

dụng cụ Đối với dụng cụ có kim chỉ, khi kim dao động nhỏ hơn 1% trị số của thang đo, dụng cụ đo xem như đã ổn định

Chương 2 :

CƠ CẤU CHỈ THỊ CỦA THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG

I Các ký hiệu ghi trên cơ cấu chỉ thị:

Ký hiệu Tên cơ cấu đo Ký hiệu trên

mặt dụng cụ

Ý nghĩa

Từ điện Cấp chính xác

0,05 0,1 0,2 0,5

Tỉ số kế từ điện (có cuộn dây tỷ lệ) Từ điện có nắn điện

Từ điện có cặp nhiệt Loại dòng điện

Điện một chiều Điện xoay chiều 1 pha Điện xoay chiều 3 pha Điện từ

Điện động (không có lõi sắt)

Cách đặt

Mặt số đặt đứng Mặt số đặt ngang Mặt số đặt nghiêng

Tỉ số kế điện động

Sắt điện động Độ bền điện Điện áp thí nghiệm giữa

mạch điện với vỏ là 2KV

Cảm ứng

Tĩnh điện Cực đấu dây

Cực nối đến nguồn Cực nối với vỏ Cực nối đất Chấn động Ví dụ:

1,5

Dụng cụ đo điện từ, cấp chính xác 1,5; đo điện xoay chiều 1 pha, mặt số đặt nghiêng 600

II Cơ cấu từ điện:

1 Cấu tạo:

Gồm cuộn dây phần động (1) có tiết

diện nhỏ chuyển động trong lòng nam châm

vĩnh cữu có từ cảm cao (2) Để tạo nên từ

trường mạnh và đều giữa phần động và phần

tĩnh có hình trống (3) bằng vật liệu dẫn từ tốt

Ngoài ra còn có lò xo phản, trục và kim chỉ

thị (Hình 2-1)

2 Nguyên lý làm việc:

Cho dòng điện cần đo I qua lò xo phản vào cuộn dây phần động, vì dòng điện nằm trong từ trường của nam châm nên sẽ chịu tác dụng của lực điện từ và sinh ra momen quay tỉ lệ bậc nhất với dòng điện cần đo

- Ở vị trí cân bằng, momen quay bằng momen cản: kq I = k 

- Góc quay của phần động: I SI

k

k q





 với S là độ nhạy của dụng cụ

3 Đặc điểm của cơ cấu:

- Vì góc quay  tỉ lệ bậc nhất với dòng điện nên cơ cấu chỉ đo được dòng điện một chiều và thang đo chia đều Để đo dòng điện xoay chiều cần có bộ chỉnh lưu dòng điện xoay chiều ra một chiều

- Dụng cụ có độ nhạy cao vì từ trường của NCVC mạnh

- Độ chính xác cao, ít chịu ảnh hưởng của trường ngoài, tiêu thụ năng lượng ít

- Khả năng quá tải ít vì cuộn dây phần động có tiết diện bé

4 Lôgômét từ điện:

Trên phần động ta đặt 2 cuộn dây gắn

chặt vào nhau và có dòng điện I1 và I2 chạy

qua sao cho chúng sinh ra 2 momen quay

ngược chiều nhau (hình 2.2)

2 2

2

1

B k

B k I

I

q q

Góc quay  là hàm số của tỉ số giữa 2 dòng điện

Cơ cấu đo từ điện được dùng rộng rãi trong các đồng hồ đo Vônmét, Ampemét, Ômmét, đồng hồ vạn năng, đồng hồ đo đại lượng không điện

Cơ cấu đo lôgômét từ điện được dùng để đo các điện trở có trị số lớn hàng chục, hàng trăm M như: điện trở cách điện các cuộn của máy biến áp; điện trở cách điện chân đèn với vỏ máy Khi đo các điện trở lớn như thế, lôgômét phải dùng với một bộ phận kèm theo là máy phát điện quay tay Kết cấu cơ cấu so dòng từ điện và máy phát điện quay tay gọi là mêgômét Nhờ có máy phát điện quay tay tạo nên điện áp

1 chiều khoảng 500 – 1000V mà giới hạn đo điện trở của cơ cấu so dòng được nâng tới hàng trăm, hàng ngàn M

Muốn mở rộng góc quay, ta phải thay đổi góc hợp thành giữa 2 cuộn dây hoặc thay đổi mật độ từ thông qua lõi Cách sau được dùng thông dụng với lõi sắt hình trụ có rãnh dọc trục (hình 2.3)  Có thể mở rộng giới hạn

đo của mêgômét rất lớn: tới vô cực

E: máy phát điện 1 chiều quay tay;

L1, L2: 2 cuộn dây phần động;

R1, R2: các điện trở hạn chế;

Rx: điện trở cần đo;

Đ, L, G: các đầu ra của mêgôkế;

Đ: đầu nối đất;

L: đầu nối với đầu dây;

G: đầu màn chắn bảo vệ

* Chú ý: Khi quay mêgômét sẽ có điện áp cao từ 500V trở lên  tuyệt đối không được chạm vào các đầu nối ra

III Cơ cấu điện từ:

1 Cấu tạo (hình 2.5):

Cơ cấu gồm 2 loại chính: kiểu cuộn dây bẹt và kiểu cuộn dây tròn

- Ở cơ cấu kiểu cuộn dây bẹt phần tĩnh là cuộn dây bẹt có dòng điện cần đo chạy qua, còn phần động là miếng sắt đặt lệch tâm có thể quay trong khe cuộn dây phần tĩnh 2

- Kiểu cuộn dây tròn: phần tĩnh là cuộn dây tròn bên trong có gắn 1 miếng sắt Phần động cũng là miếng sắt được gắn trên trục

Ngoài ra còn có bộ phận căn dịu lò xo phản, kim chỉ thị

2 Nguyên lý làm việc:

Khi dòng điện cần đo I vào cuộn dây phần tĩnh, năng lượng từ trường tích lũy ở cuộn dây 2

- Sự biến thiên năng lượng từ trường gây ra mômen quay là:

Ở vị trí cân bằng Mq = Mc hay :

- Góc quay của phần động sẽ là :

3 Đặc điểm của cơ cấu:

- Góc quay tỉ lệ với I2 và thang đo chia không đều

- Dụng cụ có thể đo được IAC và IDC vì khi thay đổi chiều dòng điện trong cuộn dây phần tĩnh các miếng thép luôn được từ hóa cùng cực tính Hình dáng miếng thép được chế tạo sao cho

- Khả năng quá tải của cơ cấu tốt vì cuộn dây có dòng điện cần đo ở phần tĩnh, tiết diện dây có thể lớn

- Cơ cấu đơn giản, rẻ tiền, chủ yếu dùng để đo lường điện và điện áp xoay chiều tần số công nghiệp

IV Cơ cấu điện động:

1 Cấu tạo: gồm 2 cuộn dây.

- Cuộn dây phần tĩnh có tiết diện lớn, ít

vòng dây và thường chia làm 2 phân đoạn

- Cuộn dây phần động là một khung dây có

số vòng nhiều, tiết diện nhỏ Ngoài ra còn

có kim chỉ thị, bộ phận căn dịu (hình 2-6)

2 Nguyên lý làm việc:

- Khi cho dòng điện cần đo I1 và I2 vào cuộn dây phần tĩnh và phần động, năng lượng từ trường tích lũy trong lòng cuộn dây

2 2 2

1 1

2

1 2

1

I MI I

L I

L

trong đó: L1, L2 : điện cảm của cuộn dây không phụ thuộc vàp góc quay ;

M : hổ cảm của cuộn dây, M thay đổi khi phần động quay





2 1

 Góc quay của phần động sẽ là:

3 Đặc điểm của cơ cấu:

- Momen quay tỉ lệ với tích số của 2 dòng điện Thường dòng điện qua cuộn dây phần động tỉ lệ với điện áp cần đo, dòng điện qua cuộn dây phần tĩnh là dòng điện tải Vì vậy momen quay tỉ lệ với công suất tải tiêu thụ, dụng cụ có thể dùng để đo công suất

- Độ chính xác cao vì không có tổn hao trong lõi thép

- Độ nhạy của dụng cụ thấp vì hổ cảm

giữa 2 cuộn dây nhỏ

- Chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài

- Khả năng quá tải kém vì cuộn dây phần

động kích thước nhỏ

- Cấu tạo phức tạp đắc tiền

Để tăng độ nhạy, người ta chế tạo cơ cấu sắt điện động (hình 2-7) trong đó cuộn dây phần tĩnh có lõi sắt từ, làm tăng từ thông của cuộn dây

 tăng momen quay

* Cơ cấu sắt điện động có các đặc điểm sau:

- Momen quay lớn, từ trường bản thân mạnh nên không bị ảnh hưởng từ trường ngoài, các tham số ổn định với những chấn động cơ học

- Độ chính xác thấp, cấp chính xác không vượt quá 0,5; tiêu hao bản thân lớn, chịu ảnh hưởng của biến đổi tần số và nhiệt độ

- Dụng cụ đo sắt điện động dùng nhiều trong các ampemét, vônmét, oátmét tự ghi và trong các mạch điện xoay chiều có tần số dòng điện lớn Nó rất ít được dùng trong các mạch điện xoay chiều

V Cơ cấu cảm ứng:

1 Cấu tạo:

Phần tĩnh của

cơ cấu gồm 2 cuộn

dây có lõi thép

- Cuộn dòng điện

có tiết diện lớn,

số vòng ít nối

tiếp với mạch

điện cần đo

- Cuộn điện áp có

số vòng nhiều và tiết diện bé nối song song với mạch cần đo Phần động của cơ cấu là đĩa nhôm gắn với trục (hình 2.8)

2 Nguyên lý làm việc:

Cho dòng điện i vào cuộn dòng điện tạo nên từ thông i trùng pha với dòng điện, từ thông i xuyên qua đĩa nhôm ở 2 chỗ Nếu đặt điện áp vào cuộn điện áp, dòng điện iu qua cuộn dây sẽ tỉ lệ với điện áp u Vì điện cảm của cuộn dây điện áp lớn nên góc lệch pha giữa dòng iu và điện áp u gần bằng /2 Từ thông u của cuộn điện áp chia làm 2 phần: L khép mạch qua lõi không xuyên qua đĩa nhôm và u xuyên qua đĩa nhôm và khép mạch qua gông từ

- Momen quay được tính bằng biểu thức:

Mq = k.f u i sin = kp UI cos = kpP

 momen quay tỉ lệ với công suất P tải tiêu thụ

Khi đĩa nhôm quay trong từ trường của nam châm vĩnh cữu sẽ sinh ra momen cản tỉ lệ với tốc độ quay: Mc = kc n

Khi Mq = Mc đĩa quay với tốc độ đều: kp P = kc n

3 Đặc điểm của cơ cấu:

- Số vòng quay của phần động tỉ lệ với điện năng tiêu thụ nên cơ cấu được chế tạo làm công tơ đo điện năng

- Momen quay lớn

- Từ trường bản thân lớn nên ít chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài

- Khả năng quá tải lớn

- Độ chính xác thấp vì khi làm việc dòng điện xoáy trong đĩa nhôm gây tổn hao công suất

- Tiêu thụ năng lớn (lớn nhất trong các loại cơ cấu đo)

- Cơ cấu phụ thuộc vào tần số

- Cấu tạo phức tạp

- Chỉ dùng để đo dòng điện AC

VI Cơ cấu tĩnh điện:

1 Cấu tạo (hình 2.9):

Phần tĩnh là bản cực kim loại, phần động

cũng là các bản cực có gắn trục hoặc dây treo

Giữa phần tĩnh và phần động là điện môi không

khí và hình thành tụ điện có điện dung C

2 Nguyên lý làm việc:

Khi đặt điện áp U lên các bản cực của phần tĩnh và phần động thì tụ

C sẽ tích lũy năng lượng điện trường WE= ½ CU2 Lực tác dụng giữa 2 bản cực khi đặt vào điện áp U làm phần động quay

- Momen quay của cơ cấu là:

Ở vị trí cân bằng Mq = Mc :

 Góc quay của phần động:

3 Đặc điểm của cơ cấu tĩnh điện:

- Góc quay  tỉ lệ với U2 đặt vào nên có thể đo UDC và UAC Giới hạn

đo điện áp từ 10V  hàng chục KV, tần số từ 10Hz  10MHz

- Cơ cấu có độ nhạy cao và tiêu thụ rất ít công suất

- Độ chính xác cao, có thể đạt cấp chính xác 0,05

- Không chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài và dạng đường cong của điện áp

Chương 3 : ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP

A ĐO DÒNG ĐIỆN:

U I

% 100

1

R

R I

I

I   



 Sai số càng nhỏ khi RA << R

- Công suất tiêu thụ của ampemét : PA = I2 RA

Trong phép đo dòng điện yêu cầu công suất PA càng nhỏ càng tốt 

RA càng nhỏ càng tốt

* Kết luận: Điện trở trong của ampemét càng nhỏ càng tốt

2 Phương pháp mở rộng thang đo:

Các cơ cấu đo từ điện thường chỉ đo trực tiếp từ vài chục  vài trăm

A Trong thực tế cần đo những dòng điện có trị số lớn hơn nhiều, do đó cần phải mở rộng thang đo dòng điện

* Để mở rộng thang đo đối với IDC, ta dùng điện trở sun RS mắc song song với cơ cấu đo (hình 3.2)

Ta có: dòng điện qua cơ cấu đo:

A S

S A

R R

R I I

R R n I

Điện trở sun có thể đấu bên trong đồng hồ (sun trong) hay đấu kèm theo bên ngoài đồng hồ (sun ngoài) (đo I  30A)

- Sun được chế tạo với cấp chính xác 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0 Để giữ cho cấp chính xác của ampemét từ điện không thay đổi ở các giới hạn đo khác nhau, phải chế tạo sun với cấp chính xác cao hơn cấp chính xác của cơ cấu từ điện ít nhất là 1 cấp

- Uđm của sun có các mức 45, 75, 100, 150 mV Giới hạn đo dòng điện của sun có thể tới 10.000 A

* Để mở rộng thang đo đối với IAC, ta dùng máy biến dòng kết hợp với ampemét điện từ

3 Đo dòng điện 1 chiều: dùng các ampemét từ điện và điện từ

Để đo các dòng điện khác nhau trong đồng hồ vạn năng, người ta dùng 2 loại sun chủ yếu là sun riêng biệt và sun vạn năng

* Với kiểu sun riêng biệt : mỗi thang đo dòng điện đều có sun riêng

không liên quan nhau

- Tiện sửa chữa, điều chỉnh

- Số điện trở dây quấn tăng lên: không kinh tế

- Cơ cấu đo bị quá tải  đứt khung khi tiếp xúc xấu hoặc không tiếp xúc (sun bị ngắt ra)

 ít dùng trong các đồng hồ đo điện vạn năng

*Kiểu sun vạn năng: có mối quan hệ chặt chẽ giữa các sun riêng lẽ của

từng thang đo Sun của thang đo trước là một phần sun của thang đo sau

- Ít tốn điện trở dây hơn, không xảy ra hiện tượng quá tải

- Khó sửa chữa, điều chỉnh

- Ta có công thức tổng quát để tính điện trở sun RK của thang đo bất kỳ của

A k

n n n

n R R

4 Đo dòng điện xoay chiều: dùng các ampemét điện từ hay điện động

a Ampemét điện từ : được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ

Mỗi cơ cấu điện từ được chế tạo với số ampe vòng nhất định (IW) Đối với cơ cấu cuộn dây tròn thường có IW = 200A.vòng; cuộn dây dẹt có

IW = 100  150A.vòng Loại mạch từ khép kín có IW = 50  100A.vòng

Ampemét điện từ nhiều thang đo được chế tạo bằng cách chia cuộn dây phần tĩnh thành nhiều phân đoạn bằng nhau, thay đổi cách nối ghép các phân đoạn này (nối tiếp hoặc //) để tạo các thang đo khác nhau

Phân đoạn cuộn dây tĩnh của cơ cấu điện từ cũng chỉ áp dụng để chế tạo ampemét điện từ có nhiều nhất là ba thang đo, vì tăng số lượng thang

đo, bố trí mạch chuyển thang đo phức tạp không thể thực hiện được

* Để đo IAC bằng dụng cụ từ điện, phải chỉnh lưu IAC  IDC

b Ampemét điện động :

Thường dùng để đo dòng điện ở miền tần số cao hơn tần số công nghiệp (400  2000 Hz), có chính xác cao (0,2; 0,5) nên được sử dụng làm dụng cụ mẫu

* Có 2 loại sơ đồ mạch : Khi dòng điện cần đo  0,5A thì trong mạch của ampemét cuộn dây động và cuộn dây tĩnh ghép nối tiếp nhau, khi dòng điện cần đo > 0,5A : cuộn dây động và cuộn dây tĩnh ghép song song

- Các phần tử R, L ở h3.5b dùng để tạo mạch bù sai số do tần số và làm cho dòng trong cuộn dây động và trong cuộn dây tĩnh cùng pha nhau

- Cách mở rộng thang đo và chế tạo ampemét điện động nhiều thang đo giống như ở ampemét điện từ

Sai số do tần số của ampemét điện từ và điện động ở tần số vài KHz đến vài chục KHz khá lớn  để đo dòng điện âm tần, ta dùng các ampemét từ điện chỉnh lưu

c Ampemét chỉnh lưu : là ampemét kết hợp cơ cấu chỉ thị từ điện và

mạch chỉnh lưu bằng điode hoặc chỉnh lưu bằng cặp nhiệt ngẫu (ampemét nhiệt điện)

- Khi nhiệt độ thay đổi hoặc khi tần số tăng thì hệ số chỉnh lưu giảm  trong các ampemét chỉnh lưu có cấp chính xác cao (cấp 1 trở lên) cần phải có mạch bù nhiệt độ và bù tần số

Sơ đồ h3-7a : Rcu để bù nhiệt độ, L để bù tần số;

h3-7b : C để bù sai số do tần số

Ngày nay, người ta thường chế tạo các dụng cụ chỉnh lưu tổng hợp : vừa đo dòng, áp một chiều, xoay chiều và điện trở nhờ bộ đổi nối

*Ưu: độ nhạy cao, tiêu thụ công suất nhỏ, có thể làm việc ở tần số cao:

500 2000Hz (không có mạch bù tần số), đến 50KHz (có mạch bù tần số)

*Nhược : chính xác không cao (1,5 2,5), nếu dùng ampemét chỉnh lưu

đo dòng điện không sin thì sẽ xuất hiện sai số hình dáng

5 Đo dòng điện lớn :

a Đo dòng một chiều lớn :

- Phương pháp ghép song song các sun : không an toàn

Muốn đo dòng Ix ta phải tạo mạch từ trở hình xuyến và lồng dây dẫn qua mạch từ này (hình 3-8)

Mạch từ hình xuyến được tạo bởi vật

liệu từ mềm để cho từ trở của mạch từ rm

nhỏ hơn nhiều so với từ trở Rm của khe hở

khôngkhí , có thể bỏ qua rm Ta đo : B  Ix

- Sai số chủ yếu của phương pháp này phụ

thuộc tính chất phi tuyến của lõi sắt từ Nếu

đo từ cảm B bằng phương pháp cộng hưởng

từ hạt nhân thì chính xác sẽ rất cao ( 0,01%)

Ngoài ra, ta có thể đo bằng biến dòng một chiều (hiện nay,đã có biến dòng một chiều với dòng định mức từ 15 70 KA; chính xác 0,5)

b Đo dòng xoay chiều lớn (hình 3.9) :

Đo bằng phương pháp kết hợp biến dòng xoay chiều với các Ampemét Trong các Ampemét điện từ, sức từ động tối đa F = IW = 200 A.vòng Nếu số dây là 1 thì có thể đo Imax = 200A Muốn đo I > 200A phải dùng các Ampemét điện từ, điện động kết hợp với biến dòng Biến dòng giống như biến áp đo lường: lõi thường là hình xuyến bằng thép kĩ thuật điện, trên đó có quấn hai cuộn dây: sơ cấp W1vàthứ cấp W2.

- Thường dòng sơ cấp I1 lớn nên W1< W2

- Các biến dòng được chế tạo sẵn có dòng thứ cấp I2đm = 5A

- Chọn Ampemét xoay chiều có thang đo phù hợp với dòng thứ cấp của biến dòng

- Sai số của phép đo phụ thuộc sai số của biến dòng và của Ampemét

B ĐO ĐIỆN ÁP :

1 Nguyên tắc : để đo điện áp, ta dùng

vônmét mắc // mạch cần đo

- Khi chưa mắc vôn mét , điện áp rơi

e t

R R

E U

R R

R U U



e t

e t

R R

R R R





- Sai số đo :

V V t

V t u

R

R R

R

R U

U U

Ut = ( 1 + u ).UV

2 Phương pháp mở rộng thang đo :

Muốn mở rộng thang đo điện áp, ta dùng thêm điện trở phụ Rp mắc nối tiếp cơ cấu đo

Ta có :

cc cc p

cc p

p

R

U R

U U R U

- Nếu muốn mở rộng thang đo lên m lần thì :

   m  1

U

U U R

R

cc cc cc

p

 Gía trị điện trở phụ : Rp = Rcc ( m-1)

- Khi cần đo điện áp cở lớn , ta dùng máy biến điện áp

- Để chế tạo vônmét nhiều cở đo, người ta dùng điện trở phụ nhiều cở Điện trở phụ có loại đặt trong và loại đặt ngoài dụng cụ đo Cấp chính xác của điện trở phụ với dòng điện định mức 0,5; 1,0 ; 3,0 ; 5,0 ; 7,5; 15;

30 và 60mA

3 Đo điện áp :

a Vôn mét từ điện đo điện áp một chiều :

- Điện trở phụ thang đo nhỏ là một phần điện trở phụ thang đo lớn hơn

- Ưu : kinh tế

- Nhược : khó sữa chữa , hiệu chỉnh

b Vôn mét từ điện đo điện áp xoay chiều :

Để đo UAC , ta phối hợp mạch chỉnh lưu với cơ cấu từ điện để tạo ra vôn mét từ điện đo UAC

 Hình 3-13a : Rp vừa để mở rộng giới hạn đo vừa để bù nhiệt độ nên

R1bằng đồng, R2 bằng mangan; tụ C để bù sai số do tần số

 Hình 3-13b: L: bù sai số do tần số

R1 (đồng ), R2 (mangan ) để tạo mạch bù nhiệt độ

* Để tăng độ

nhạy ở điện kế từ

điện, ta tăng từ cảm

khe hở không khí,

giảm hệ số phản

kháng của dây treo và

dùng hệ thống chỉ thị

ánh sáng

c Vôn mét điện từ :

đo UAC ở tần số công nghiệp Vì yêu cầu Rv lớn nên dòng điện chạy trong

cuộn dây nhỏ, số lượng vòng dây quấn trên cuộn tĩnh rất lớn cỡ 1000 

6000 vòng Để mở rộng và tạo ra vônmét nhiều thang đo, ta mắc nối tiếp với cuộn dây các điện trở phụ

Khi đo UAC ở miền tần số cao hơn tần số công nghiệp sẽ xuất hiện sai số do tần số Để khắc phục sai số này, người ta mắc các tụ điện song song với các điện trở phụ (hình 3-14)

Chương 4 : ĐO ĐIỆN TRỞ

I Đo điện trở bằng ômmét :

1 Oâmmét sơ đồ nối tiếp: có điện trở cần đo Rx nối tiếp với cơ cấu chỉ thị từ điện (hình 4.1), dùng để đo các điện trở có giá trị cở ôm trở lên

RP : điện trở phụ điều chỉnh vị trí không (khi Rx = 0 thì dòng qua cơ cấu chỉ thị là lớn nhất) và bảo vệ cơ cấu chỉ thị : cc

- Khi Rx  0 :

x p

cc R R R

U I





 0 Khi Rx   thì I  0

 Thang chia độ của ômmét ngược với thang chia của Vônmét

- Nguồn cung cấp là pin hay acquy Nếu nguồn có giá trị thay đổi thì sẽ gây sai số rất lớn, kim không chỉ ‘0’ khi Rx = 0 Trong thực tế, người ta sử dụng một chiết áp hay biến trở RM để chỉnh ‘0’

2 Oâmmét sơ đồ nối tiếp

nhiều thang đo (hình 4.2) :

Ta mở rộng giới hạn đo

của Oâmmét bằng cách dùng

nhiều nguồn cung cấp hoặc

dùng một nguồn cung cấp và