11 GT MD 11 KT do luong va cam bien

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN NGHÀNH/NGHỀ ĐIỆN DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết đị[.]

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH

GIÁO TRÌNHMÔN HỌC/MÔ ĐUN: KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN

NGHÀNH/NGHỀ: ĐIỆN DÂN DỤNG

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

(Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-TCGNB ngày tháng năm 20

của Hiệu trưởng Trường cao đẳng Cơ giới Ninh Bình)

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thểđược phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo vàtham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinhdoanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI NÓI ĐẦU

Môn học Kỹ thuật đo lường và cảm biến trình bày các kiến thức về kỹthuật đo dùng trong ngành điện hiện nay Giới thiệu những phép đo cơ bản đểứng dụng cho các ngành sản xuất công nghiệp

Kỹ thuật đo lường và cảm biến là môn học nghiên cứu các phương pháp

đo các đại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất, và đạilượng không điện: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc

Bài giảng Kỹ thuật đo lường và cảm biến được biên soạn dựa trên cácgiáo trình và tài liệu tham khảo mới nhất hiện nay, được dùng làm tài liệu thamkhảo cho sinh viên các ngành: Điện công nghiệp, Điện dân dụng, Kỹ thuật Máylạnh và điều hoà không khí

Bài giảng gồm 2 phần, phần đo lường cung cấp cho sinh viên những kiếnthức cơ bản và chuyên sâu về kỹ thuật đo lường trong ngành điện Trình bày cácdụng cụ đo, nguyên lý đo và phương pháp đo các thông số Trên cơ sở đó, ngườihọc biết cách sử dụng dụng cụ đo và xử lý kết quả đo trong công việc sau này.Phần cảm biến trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động và ứng dụng của một sốcảm biến thông dụng

Trong quá trình biên soạn, đã được các đồng nghiệp đóng góp nhiều ýkiến, mặc dù cố gắng sửa chữa, bổ sung cho cuốn sách được hoàn chỉnh hơn,song chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế

Mong nhận được các ý kiến đóng góp của bạn đọc

Ninh Bình, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn

1 Chủ biên: ………

2 ………

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH ix

CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 2

1 Khái niệm về đo lường điện 2

1.1 Khái niệm về đo lường 2

1.2 Khái niệm về đo lường điện 2

1.3 Các phương pháp đo 2

1.3.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng 2

1.3.2 Phương pháp đo kiểu so sánh 3

1.4 Chức năng, đặc điểm của thiết bị đo 5

1.5 Chuẩn hóa trong đo lường 5

2 Sai số trong đo lường 5

2.1 Khái niệm về sai số 5

2.2 Các loại sai số 5

2.3 Phương pháp tính sai số 7

2.4 Các phương pháp hạn chế sai số 8

CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG 10

1 Khái niệm về cơ cấu đo 10

2 Các loại cơ cấu đo 10

2.1 Cơ cấu đo từ điện 10

2.2 Cơ cấu đo điện từ 12

2.3 Cơ cấu đo điện động 13

2.4 Cơ cấu đo cảm ứng 14

CHƯƠNG 3: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 16

1 Đo điện áp 16

1.1 Đo điện áp một chiều 17

1.1.1 Vôn kế một chiều 17

1.1.2 Điện thế kế một chiều 18

1.2 Đo điện áp xoay chiều 20

1.2.1 Vôn kế từ điện đo điện áp xoay chiều 20

1.2.2 Vôn kế điện từ 20

1.2.3 Vôn kế điện động 21

1.2.4 Đo điện áp bằng phương pháp so sánh 21

1.2.5 Điện thế kế xoay chiều 22

2 Đo dòng điện 22

2.1 Đo dòng điện một chiều 22

2.1.1 Ampe kế một chiều 23

2.1.2 Ampement nhiệt điện 25

2.2 Đo dòng điện xoay chiều 26

2.2.1 Ampement chỉnh lưu 26

2.2.2 Ampement điện động 27

2.2.3 Ampement điện từ 28

3 Đo công suất tác dụng mạch xoay chiều ba pha 28

3.2 Các phương pháp đo 29

3.3 Đo công suất phản kháng mạch xoay chiều ba pha 30

3.3.1 Khi tải đối xứng 30

3.3.2 Phương pháp 2 oát mét 31

3.3.3 Phương pháp 3 oát mét 32

4 Đo điện năng mạch xoay chiều ba pha 32

5 Đo công suất và điện năng trong mạch cao áp 36

CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG CÁC LOẠI MÁY ĐO THÔNG DỤNG 37

1 Sử dụng VOM, MΩ 37

1.1 Sử dụng máy đo vạn năng VOM 37

1.2 Sử dụng máy đo điện trở cách điện – Mêgômet: 42

1.3 Sử dụng máy đo điện trở tiếp đất – Terômet 43

2 Ampe kìm, OSC (dao động ký) 43

2.1 Ampe kìm 43

2.2 Máy hiện sóng điện tử (OSC) 44

2.2.1 Mở đầu 44

2.2.2 Sơ đồ khối của một máy hiện sóng thông dụng 46

2.2.3 Thiết lập chế độ hoạt động và cách điều khiển một máy hiện sóng 47

2.2.4 Các phần điều khiển chính 48

2.2.5 Ứng dụng của máy hiện sóng trong kỹ thuật đo lường 50

3 Máy biến áp đo lường 52

3.1 Máy biến điện áp 52

3.2 Máy biến dòng 54

CHƯƠNG 5: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC BỘ CẢM BIẾN 55

1 Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến 55

2 Phạm vi ứng dụng 56

3 Phân loại các bộ cảm biến 56

CHƯƠNG 6: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 59

1 Thang nhiệt độ, điểm chuẩn nhiệt độ 59

1.1 Thang đo nhiệt độ 59

1.2 Nhiệt độ được đo và nhiệt độ cần đo 59

2, Cảm biến nhiệt điện trở 60

2.1 Nguyên lý 60

2.2 Nhiệt kế điện trở kim loại 61

2.2.1 Cấu tạo nhiệt kế điện trở 61

2.2.2 Nhiệt kế điện trở silic 63

2.2.3 Nhiệt kế điện trở oxyt bán dẫn 63

2.3 Cảm biến nhiệt ngẫu 63

2.3.1 Hiệu ứng nhiệt điện 63

2.3.2 Cậu tạo cặp nhiệt 66

2.4 Nhiệt điện trở NTC 68

2.4.1 Cấu tạo và tính chất 68

2.4.2 Ứng dụng 68

2.5 Nhiệt điện trở PTC 68

2.5.1 Cấu tạo và tính chất 68

2.5.2 Ứng dụng 69

CHƯƠNG 7: CẢM BIẾN QUANG 71

1 Ánh sáng - Các đặc tính cơ bản của ánh sáng 71

2 Các loại nguồn sáng 72

3 Các cảm biến quang 73

3.2 Photodiode 74

3.3 Phototransistor 77

3.4 Phototransistor hiệu ứng trường 78

4 Một số loại cảm biến quang thông dụng 79

CHƯƠNG 8: MỘT SỐ CẢM BIẾN THÔNG DỤNG 82

1.Cảm biến biến dạng – Điện trở 82

2 Cảm biến dịch chuyển – Cảm kháng 82

3 Cảm biến siêu âm 83

4 Cảm biến gas 83

5 Bộ đọc mã vạch 84

6 Cảm biến đo mức chất lưu 85

7 Cảm biến vị trí – Điện trở 86

8 Tốc kế quang 87

9 Cảm biến công tắc 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH ẢNH

Hình 3.12: a- Đo công suất mạch ba pha trung tính giả

Hình 3.15: a- Công suất phản kháng 1 oát mét

Hình 3.19: Công tơ một pha

CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Kỹ thuật đo lường và cảm biến

Mã mô đun: MĐ 11

Thời gian thực hiện mô đun: 40 giờ; (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành, thí

nghiệm, thảo luận, bài tập: 23 giờ; Kiểm tra: 2 giờ)

I Vị trí tính chất của mô đun:

- Vị trí: Mô đun được học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở Là môđun đầu tiên trong các môn học, mô đun chuyên môn nghề

- Tính chất: là mô đun chuyên môn nghề

II Mục tiêu mô đun:

- Về kiến thức:

+ Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số dụng cụ

đo điện thông dụng

+ Phân tích được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại cảmbiến

+ Phân tích được nguyên lý của mạch điện cảm biến

+ Lựa chọn được cảm biến phù hợp với mạch;

+ Biết đầu nối các loại cảm biến trong mạch điện cụ thể;

+ Kiểm tra vận hành và đánh giá được chất lượng mạch điện

CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN

1 Khái niệm về đo lường điện

1.1 Khái niệm về đo lường

Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kếtquả bằng số so với đơn vị đo Kết quả đo lường (Ax) là giá trị bằng số, đượcđịnh nghĩa bằng tỉ số giữa đại lượng cần đo (X) và đơn vị đo (Xo):

Kết quả đo được biểu diễn dưới dạng: A= X

X0 và ta có X = A.X0

Trong đó: X - đại lượng đo

Xo - đơn vị đo

A - con số kết quả đo

Từ phương trình trên có phương trình cơ bản của phép đo: X = Ax Xo ,chỉ rõ sự so sánh X so với Xo, như vậy muốn đo được thì đại lượng cần đo Xphải có tính chất là các giá trị của nó có thể so sánh được, khi muốn đo một đạilượng không có tính chất so sánh được thường phải chuyển đổi chúng thành đạilượng có thể so sánh được

1.2 Khái niệm về đo lường điện

Đại lượng nào so sánh được với mẫu hay chuẩn thì mới đo được Nếu cácđại lượng không so sánh được thì phải chuyển đổi về đại lượng so sánh được vớimẫu hay chuẩn rồi đo Đo lường điện là một quá trình đánh giá định lượng đạilượng điện cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo

1.3 Các phương pháp đo

Phương pháp đo là việc phối hợp các thao tác cơ bản trong quá trình đo,bao gồm các thao tác: xác định mẫu và thành lập mẫu, so sánh, biến đổi, thể hiệnkết quả hay chỉ thị Các phương pháp đo khác nhau phụ thuộc vào các phươngpháp nhận thông tin đo và nhiều yếu tố khác như đại lượng đo lớn hay nhỏ, điềukiện đo, sai số, yêu cầu

Tùy thuộc vào đối tượng đo, điều kiện đo và độ chính xác yêu cầu củaphép đo mà người quan sát phải biết chọn các phương pháp đo khác nhau đểthực hiện tốt quá trình đo lường Có thể có nhiều phương pháp đo khác nhaunhưng trong thực tế thường phân thành 2 loại phương pháp đo chính là phươngpháp đo biến đổi thẳng và phương pháp đo kiểu so sánh

1.3.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng

Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng,nghĩa là không có khâu phản hồi

Quá trình thực hiện:

 Đại lượng cần đo X qua các khâu biến đổi để biến đổi thành con số

NX, đồng thời đơn vị của đại lượng đo XO cũng được biến đổi thànhcon số NO

 Tiến hành quá trình so sánh giữa đại lượng đo và đơn vị (thực hiệnphép chia NX/NO)

 Thu được kết quả đo: AX = X/XO = NX/NO

Hình 1.1: Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng

Quá trình này được gọi là quá trình biến đổi thẳng, thiết bị đo thực hiệnquá trình này gọi là thiết bị đo biến đổi thẳng Tín hiệu đo X và tín hiệu đơn vị

XO sau khi qua khâu biến đổi (có thể là một hay nhiều khâu nối tiếp) có thể đượcqua bộ biến đổi tương tự - số A/D để có NX và NO , qua khâu so sánh có NX/NO

Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn vì tín hiệu quacác khâu biến đổi sẽ có sai số bằng tổng sai số của các khâu, vì vậy dụng cụ đoloại này thường được sử dụng khi độ chính xác yêu cầu của phép đo không caolắm

1.3.2 Phương pháp đo kiểu so sánh

Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng,nghĩa là có khâu phản hồi

Quá trình đo như vậy gọi là quá trình đo kiểu so sánh Thiết bị đo thựchiện quá trình này gọi là thiết bị đo kiểu so sánh (hay còn gọi là kiểu bù)

Hình 1.2: Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh

Các phương pháp so sánh: bộ so sánh SS thực hiện việc so sánh đại lượng

đo X và đại lượng tỉ lệ với mẫu XK, qua bộ so sánh có: AX = X - XK Tùy thuộcvào cách so sánh mà sẽ có các phương pháp sau:

So sánh cân bằng:

Quá trình thực hiện: đại lượng cần đo X và đại lượng tỉ lệ với mẫu XK =

NK.XO được so sánh với nhau sao cho AX = 0, từ đó suy ra X = XK = NK.XO.

Kết quả đo: AX = X/XO = NK.

Trong quá trình đo, XK phải thay đổi khi X thay đổi để được kết quả sosánh là AX = 0 từ đó suy ra kết quả đo.

Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK và độ nhạy của thiết bị

chỉ thị cân bằng (độ chính xác khi nhận biết AX = 0)

Ví dụ: cầu đo, điện thế kế cân bằng

Độ chính xác: độ chính xác của phép đo chủ yếu do độ chính xác của XK

quyết định, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ chính xác của phép đo AX, giá trị của

AX so với X (độ chính xác của phép đo càng cao khi AX càng nhỏ so với X)

Phương pháp này thường được sử dụng để đo các đại lượng không điện,như đo ứng suất (dùng mạch cầu không cân bằng), đo nhiệt độ

So sánh không đồng thời:

Quá trình thực hiện: dựa trên việc so sánh các trạng thái đáp ứng của thiết

bị đo khi chịu tác động tương ứng của đại lượng đo X và đại lượng tỉ lệ với mẫu

XK, khi hai trạng thái đáp ứng bằng nhau suy ra X = XK Đầu tiên dưới tác độngcủa X gây ra một trạng thái nào đo trong thiết bị đo, sau đó thay X bằng đạilượng mẫu XK thích hợp sao cho cũng gây ra đúng trạng thái như khi X tácđộng, từ đó suy ra X = XK Như vậy rõ ràng là XK phải thay đổi khi X thay đổi

Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK Phương pháp nàychính xác vì khi thay XK bằng X thì mọi trạng thái của thiết bị đo vẫn giữnguyên Thường thì giá trị mẫu được đưa vào khắc độ trước, sau đó qua cácvạch khắc mẫu để xác định giá trị của đại lượng đo X Thiết bị đo theo phươngpháp này là các thiết bị đánh giá trực tiếp như vônmét, ampemét chỉ thị kim

So sánh đồng thời

Quá trình thực hiện: so sánh cùng lúc nhiều giá trị của đại lượng đo X và

đại lượng mẫu XK, căn cứ vào các giá trị bằng nhau suy ra giá trị của đại lượngđo

Ví du: Xác định 1 inch bằng bao nhiêu mm: lấy thước có chia độ mm

(mẫu), thước kia theo inch (đại lượng cần đo), đặt điểm 0 trùng nhau, đọc đượccác điểm trùng nhau là: 127mm và 5 inch, 254mm và 10 inch, từ đó có được: 1inch = 127/5 = 254/10 = 25,4 mm

Trong thực tế thường sử dụng phương pháp này để thử nghiệm các đặctính của các cảm biến hay của thiết bị đo để đánh giá sai số của chúng

Từ các phương pháp đo trên có thể có các cách thực hiện phép đo là:

- Đo trực tiếp : kết quả có chỉ sau một lần đo.

- Đo gián tiếp: kết quả có bằng phép suy ra từ một số phép đo trực tiếp.

- Đo hợp bộ: như gián tiếp nhưng phải giả một phương trình hay một hệ

phương trình mới có kết quả

- Đo thống kê: đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình mới có kết quả.

1.4 Chức năng, đặc điểm của thiết bị đo

Thiết bị đo là sự thể hiện phương pháp đo bằng các khâu cụ thể Đặc tính

cơ bản của dụng cụ đo gồm sai số của dụng cụ đo ,độ nhạy, điện trở của dụng cụ

đo và công suất tiêu thụ, độ tác động nhanh và độ tin cậy

1.5 Chuẩn hóa trong đo lường

Chuẩn cấp 1 là chuẩn đảm bảo tạo ra những đại lượng có đơn vị chính xácnhất của một quốc gia

- Chuẩn đơn vị dài: m

- Chuẩn đơn vị khối lượng: kg

- Chuẩn đơn vị thời gian: s

- Chuẩn đơn vị dòng điện : A

- Chuẩn đơn vị nhiệt độ: Kelvin(K)

- Chuẩn đơn vị cường độ ánh sang: Cd

- Đơn vị số lượng vật chất: mol

2 Sai số trong đo lường

2.1 Khái niệm về sai số

Ngoài sai số của dụng cụ đo, việc thực hiện quá trình đo cũng gây ranhiều sai số Nguyên nhân của những sai số này gồm:

- Phương pháp đo được chọn

- Mức độ cẩn thận khi đo

Do vậy kết quả đo lường không đúng với giá trị chính xác của đại lượng

đo mà có sai số, gọi là sai số của phép đo Như vậy muốn có kết quả chính xáccủa phép đo thì trước khi đo phải xem xét các điều kiện đo để chọn phương pháp

đo phù hợp, sau khi đo cần phải gia công các kết quả thu được nhằm tìm đượckết quả chính xác

2.2 Các loại sai số

Sai số của phép đo: là sai số giữa kết quả đo lường so với giá trị chính xác

của đại lượng đo

Giá trị thực Xth của đại lượng đo: là giá trị của đại lượng đo xác định

được với một độ chính xác nào đó (thường nhờ các dụng cụ mẫu có cáp chínhxác cao hơn dụng cụ đo được sử dụng trong phép đo đang xét)

Giá trị chính xác (giá trị đúng) của đại lượng đo thường không biết trước,

vì vậy khi đánh giá sai số của phép đo thường sử dụng giá trị thực Xth của đạilượng đo

Như vậy ta chỉ có sự đánh giá gần đúng về kết quả của phép đo Việc xácđịnh sai số của phép đo - tức là xác định độ tin tưởng của kết quả đo là mộttrong những nhiệm vụ cơ bản của đo lường học Sai số của phép đo có thể phânloại theo cách thể hiện bằng số, theo nguồn gây ra sai số hoặc theo qui luật xuấthiện của sai số

Tiêu chí phân

loại

Theo cách thểhiện bằng số

Theo nguồn gây ra sai

số

Theo quy luật xuấthiện của sai sốLoại sai số Sai số tuyệt đối

Sai số tương đối

Sai số phương phápSai số thiết bị

Sai số chủ quanSai số bên ngoài

Sai số hệ thốngSai số ngẫu nhiên

Bảng 1.1: Phân loại sai số của phép đo

Sai số tuyệt đối ∆X: là hiệu giữa đại lượng đo X và giá trị thực Xth :

Sai số hệ thống (systematic error): thành phần sai số của phép đo luôn

không đổi hoặc thay đổi có qui luật khi đo nhiều lần một đại lượng đo

Qui luật thay đổi có thể là một phía (dương hay âm), có chu kỳ hoặc theomột qui luật phức tạp nào đó

Ví dụ: sai số hệ thống không đổi có thể là: sai số do khắc độ thang đo(vạch khắc độ bị lệch ), sai số do hiệu chỉnh dụng cụ đo không chính xác(chỉnh đường tâm ngang sai trong dao động ký )

Sai số hệ thống thay đổi có thể là sai số do sự dao động của nguồn cungcấp (pin yếu, ổn áp không tốt ), do ảnh hưởng của trường điện từ

Hình 1.3: Sai số hệ thống đo khắc vạch là 1 độ - khi đọc cần hiệu chỉnh thêm

1 độ 2.3 Phương pháp tính sai số

Dựa vào số lớn các giá trị đo được có thể xác định qui luật thay đổi của sai số ngẫu nhiên nhờ sử dụng các phương pháp toán học thống kê và lý thuyết xác suất Nhiệm vụ của việc tính toán sai số ngẫu nhiên là chỉ rõ giới hạn thay đổi của sai số của kết quả đo khi thực hiện phép đo nhiều lần, như vậy phép đo nào có kết quả với sai số ngẫu nhiên vượt quá giới hạn sẽ bị loại bỏ.

Cơ sở toán học: việc tính toán sai số ngẫu nhiên dựa trên giả thiết là sai

số ngẫu nhiên của các phép đo các đại lượng vật lý thường tuân theo luật phân

bố chuẩn (luật phân bố Gauxơ-Gauss) Nếu sai số ngẫu nhiên vượt quá một giátrị nào đó thì xác suất xuất hiện sẽ hầu như bằng không và vì thế kết quả đo nào

có sai số ngẫu nhiên như vậy sẽ bị loại bỏ

Các bước tính sai số ngẫu nhiên:

Xét n phép đo với các kết quả đo thu được là x1, x2, , xn

- Tính ước lượng kì vọng toán học m X của đại lượng đo:

chính là giá trị trung bình đại số của n kết quả đo

- Tính độ lệch của kết quả mỗi lần đo so với giá trị trung bình vi:

v i=x i− ´X

vi (còn gọi là sai số dư)

- Tính khoảng giới hạn của sai số ngẫu nhiên: được tính trên cơ sở đường

phân bố chuẩn: ∆ = [∆1, ∆2], thường chọn: ∆ = [∆1, ∆2] với:

Với xác suất xuất hiện sai số ngẫu nhiên ngoài khoảng này là 34%

- Xử lý kết quả đo: những kết quả đo nào có sai số dư vi nằm ngoài

khoảng [∆1, ∆2] sẽ bị loại

2.4 Các phương pháp hạn chế sai số

Một trong những nhiệm vụ cơ bản của mỗi phép đo chính xác là phảiphân tích các nguyên nhân có thể xuất hiện và loại trừ sai số hệ thống Mặc dùviệc phát hiện sai số hệ thống là phức tạp, nhưng nếu đã phát hiện thì việc loạitrừ sai số hệ thống sẽ không khó khăn

Việc loại trừ sai số hệ thống có thể tiến hành bằng cách:

- Chuẩn bị tốt trước khi đo: phân tích lý thuyết; kiểm tra dụng cụ đo trước

khi sử dụng; chuẩn bị trước khi đo; chỉnh "0" trước khi đo

- Quá trình đo có phương pháp phù hợp: tiến hành nhiều phép đo bằng

các phương pháp khác nhau; sử dụng phương pháp thế

- Xử lý kết quả đo sau khi đo: sử dụng cách bù sai số ngược dấu (cho một

lượng hiệu chỉnh với dấu ngược lại); trong trường hợp sai số hệ thống không đổithì có thể loại được bằng cách đưa vào một lượng hiệu chỉnh hay một hệ số hiệuchỉnh:

+ Lượng hiệu chỉnh: là giá trị cùng loại với đại lượng đo được đưa thêm

vào kết quả đo nhằm loại sai số hệ thống

+ Hệ số hiệu chỉnh: là số được nhân với kết quả đo nhằm loại trừ sai số

hệ thống

Trong thực tế không thể loại trừ hoàn toàn sai số hệ thống Việc giảm ảnhhưởng sai số hệ thống có thể thực hiện bằng cách chuyển thành sai số ngẫunhiên

Xử lý kết quả đo

Như vậy sai số của phép đo gồm 2 thành phần: sai số hệ thống 0 - khôngđổi hoặc thay đổi có qui luật và sai số ngẫu nhiên A - thay đổi một cách ngẫunhiên không có qui luật Trong quá trình đo hai loại sai số này xuất hiện đồngthời và sai số phép đo AX được biểu diễn dưới dạng tổng của hai thành phần sai

số đó: AX = 0 + A Để nhận được các kết quả sai lệch ít nhất so với giá trị thựccủa đại lượng đo cần phải tiến hành đo nhiều lần và thực hiện gia công (xử lý)kết quả đo (các số liệu nhận được sau khi đo)

Loại trừ sai số hệ thống

Việc loại trừ sai số hệ thống sau khi đo được tiến hành bằng các phươngpháp:

- Sử dụng cách bù sai số ngược dấu

- Đưa vào một lượng hiệu chỉnh hay một hệ số hiệu chỉnh

Lưu đồ thuật toán quá trình gia công kết quả đo được trình bày như sau:

Tính kỳ vọng toán học của đại lượng đo:

M[X]=X =∑

i=1

n x i n

1 Cho giá trị xác suất đáng tin P, tìm hệ số phân bố

Student h st (tra bảng phân bố Student)

2 Tính khoảng đáng tin của kết quả đo:

∆1,2' =h st ∙ σ X¿

Kết quả đo: A X=X ± ∆1,2'

CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG

1 Khái niệm về cơ cấu đo

Dụng cụ đo tương tự (Analog) là loại dụng cụ có số chỉ là đại lượng liêntục theo thời gian

Chỉ thị trong các dụng cụ đo tương tự là chỉ thị cơ điện với tín hiệu vào làdòng điện và tín hiệu ra là góc quay của kim chỉ hoặc độ di chuyển của bút ghitrên băng giấy (dụng cụ tự ghi)

Các cơ cấu chỉ thị trên được sử dụng trong các dụng cụ đo các đại lượngđiện như điện áp, tần số góc, góc pha, công suất, dòng xoay chiều và một chiềutần số công nghiệp

Nguyên lý làm việc của các chỉ thị cơ điện dựa trên tác động của từtrường lên phần động cơ của cơ cấu chỉ thị khi có dòng điện chạy qua và tạo ramột mômen quay (Mq)

Độ lớn của mômen tỷ lệ với độ lớn của dòng điện đưa vào cơ cấu chỉ thị.Mômen quay Mq được xác định theo biểu thức:

M q=d W e

d ∝

(2.1)Trong đó: W e – năng lượng điện từ

∝ - góc quay của phần động

Nếu ta đặt vào trục của phần động một lò xo cản, khi phần động quay, lò

xo bị xoắn lại và tạo ra một mômen cản Mc

2 Các loại cơ cấu đo

2.1 Cơ cấu đo từ điện

a) Cấu tạo

Hình 2.1: Cơ cấu chỉ thị từ điện

Phần tĩnh(1) Nam châm vĩnh cửu(2) Cục từ

(3) Lõi sắtPhần động(4) Kim chỉ thị(5) Khung dây(6) Lò xo xoắn ốcKhung dây: gồm nhiều vòng dây làm bằng đồng cùng quấn trên mộtkhuôn nhôm hình chữ nhật Dây đồng có tiết diện nhỏ khoảng (0,02 ÷ 0,05)mm

có phủ cách điện bên ngoài Toàn bộ khung dây được đặt trên trục quay Khungdây chuyển động nhờ lực tương tác giữa từ trường của khung dây (khi có dòngđiện chạy qua) và từ trường của nam châm vĩnh cửu Khối lượng của khung dâyphải càng nhỏ càng tốt để Momen quán tính không ảnh hưởng nhiều đến chuyểnđộng quay của khung dây

Lõi sắt: có dạng hình trụ tròn được đặt giữa hai cực của nam châm vĩnhcửu sao cho khe hở không khí giữa chúng đủ nhỏ và cách đều các cực từ Nhờlõi sắt mà từ trở giữa các cực từ được giảm nhỏ và do đó làm tăng mật độ từthông qua khe hở không khí

Lò xo xoắn ốc: được bố trí ở hai đầu của khung dây với chiều ngượcnhau, một đầu lò xo gắn vào trục của khung dây, đầu kia gắn cố định Lò xoxoắn ốc có nhiệm vụ chủ yếu là tạo ra Momen cản (Mc) cân bằng với lực điện

từ, ngoài ra lò xo được dùng để dẫn dòng điện vào và ra khung dây và khi không

có dòng điện đi vào, lò xo sẽ đưa kim chỉ thị về vị trí ban đầu

Kim chỉ thị: được gắn liền với khung dây để có thể dịch chuyển theokhung, vị trí kim sẽ chỉ giá trị tương ứng trên mặt thang đo Kim thường làmbằng nhôm mỏng, đuôi kim có gắn đối trọng để trọng tâm của kim nằm trên trụcquay, điều này giúp giữ thăng bằng cho phần động Đầu kim dẹt và có chiều dày

bé hơn khoảng cách các vạch trên thang chia độ Nam châm vĩnh cửu: gồm haicực N và S được thiết kế bo tròn theo lõi sắt sao cho khe hở giữa phần tĩnh vàphần động đủ nhỏ nhằm tạo ra từ trường đều

b) Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của cơ cấu chỉ thị kiểu từ điện

Từ trường của cơ cấu mạnh nên ít chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài,tổn thất điện năng trong cơ cấu ít nên độ chính xác cao

Loại dụng cụ đo kiểu từ điện có thể đo được các đại lượng một chiều,không đo được các đại lượng xoay chiều, nếu muốn đo thì dòng điện chạy vàokhung quay phải qua cơ cấu chỉnh lưu

Ứng dụng: Cơ cấu từ điện thường dùng trong các dụng cụ đo như: ampe

kế, vôn kế, wát kế, đồng hồ vạn năng (VOM), điện kế

Hình ảnh của một số dụng cụ đo sử dụng cơ cấu từ điện:

Hình 2.2: Hình ảnh của một số dụng cụ đo sử dụng cơ cấu từ điện

2.2 Cơ cấu đo điện từ

a) Cấu tạo

Hình 2.3: Cơ cấu chỉ thị kiểu điện từ với

cuộn dây phẳng

1 – cuộn dây, 2 – lõi thép, 3 – lò xo phản

kháng, 4 – cơ cấu cản dịu, 5 – trục quay, 6

– kim chỉ, 7 – đối trọng, 8 – thang đo

Hình 2.4: Cơ cấu chỉ thị kiểu điện

từ với cuộn dây tròn

1 – Cuộn dây, 2 – tấm kim loại tĩnh,

3 – tấm kim loại động, 4 – trụcquay có gắn kim

Cơ cấu chỉ thị kiểu từ điện có hai loại: loại cuộn dây phẳng và loại cuộndây tròn Hai loại này chỉ khác nhau về cấu tạo, còn nguyên lý làm việc thì nhưnhau

Đối với loại cuộn dây phẳng, phần tĩnh là cuộn dây 1 được quấn thànhhình hộp, giữa cuộn dây có rãnh hẹp 9 Phần động là phiến thép 2 làm bằng sắt

từ mềm gắn lệch tâm với trục Trên trục 5 có lò xo phản kháng 3, kim 6 và bộphận cản dịu không khí 4 Khi có dòng điện chạy vào phần tĩnh, làm phần tĩnhsinh ra từ trường, lá thép 2 bị hút vào rãnh 9 làm kim quay đi một góc.

Đối với loại cuộn dây tròn, phần tĩnh là cuộn dây 1 quấn thành hình trụtròn, phía trong đặt hai phiến sắt từ mềm 2 và 3 Phiến 2 cố định, phiến 3 gắnliền với trục, trên trục có gắn kim và lò xo phản kháng và bộ phận cản dịu khôngkhí Khi có dòng điện chạy vào cuộn dây phần tĩnh, hai phiến thép sẽ được từhóa giống nhau, các cực cùng tên ở gần nhau sẽ đẩy nhau, làm cho phiến 3 vàkim quay đi một góc

Loại cuộn dây tròn với cuộn dây phẳng thì dễ chế tạo hơn, thang đo chiađều hơn, nhưng từ trường yếu hơn, nên phải chế tạo cuộn dây to và nhiều vònghơn Hiện nay loại cuộn dây phẳng được dùng nhiều hơn

b) Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của cơ cấu chỉ thị kiểu điện từ

- Ưu điểm: Có thể đo được cả dòng điện một chiều và dòng điện xoaychiều Cuộn dây phần tĩnh có thể chế tạo với tiết diện lớn nên có khả năng quátải tốt

- Nhược điểm: Mạch từ khép mạch qua không khí nên từ trường yếu vàchịu ảnh hưởng từ trường ngoài Để bỏ trừ ảnh hưởng của từ trường ngoài,người ta bọc cơ cấu đo trong một màn chắn từ bằng kim loại Tổn hao sắt từtrong cơ cấu lớn nên cấp chính xác thấp

- Ứng dụng: Cơ câí đo kiểu điện từ chế tạo đơn giản, rẻ, nên được sử dụngrộng rãi trong công nghệp để ampe kế, vôn kế

2.3 Cơ cấu đo điện động

a) Cấu tạo

Cơ cấu điện động bao gồm hai thành phần: phần tĩnh và phần động

Phần tĩnh bao gồm cuộn dây 1(

được chia làm hai phần nối tiếp nhau)

để tạo ra từ trường khi có dòng điện

chạy qua Trục quay chui qua khe hở

giữa hai phần cuộn dây tĩnh

Phần động gồm một khung dây

2 đặt trong lòng cuộn dây tĩnh 1

Khung dây 2 được gắn với trục quay,

trên trục có lò xo cản, bộ phận cản dịu

và kim chỉ thị

Cả phần động và phần tĩnh

được bọc kín bằng màn chắn để ngăn

ngừa ảnh hưởng của từ trường ngoài

Hình 2.5: Cơ cấu chỉ thị kiểu điện động

b) Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của cơ cấu chỉ thị kiểu điện động

- Ưu điểm: có độ chính xác cao khi đo trong mạch điện xoay chiều

- Nhược điểm: tiêu thụ công suất lớn nên không thích hợp trong mạchcông suất nhỏ Chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài, muốn làm việc tốt phải có

bộ phận chắn từ

- Ứng dụng: chế tạo các Ampe kế, vôn kế, wát kế một chiều và xoay chiềutần số công nghiệp, các pha kế để đo góc lệch pha hay hệ số công suất cosφ.

2.4 Cơ cấu đo cảm ứng

a) Cấu tạo

Cơ cấu cảm ứng bao gồm phần tĩnh và phần động

Phần tĩnh: các cuộn dây điện 2,3 có cấu tạo để khi có dòng điện chạytrong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường móc vòng qua mạch từ và qua phần động

Phần động: đĩa kim loại 1 (thường bằng nhôm) gắn vào trục 4 quay trêntrục 5

Hình 2.6: Cơ cấu chỉ thị cảm ứng

Nguyên lý làm việc của cơ cấu cảm ứng từ là dựa trên sự tác động tương

hỗ giữa từ trường xoay chiều (được tạo ra bởi dòng điện trong phần tĩnh) vàdòng điện xoáy tạo ra trong đĩa của phần động, do đó cơ cấu này chỉ làm việcvới mạch điện xoay chiều:

Khi dòng điện I1, I2 vào các cuộn dây phần tĩnh làm sinh ra các từ thôngΦ1, Φ2 (các từ thông này lệch pha nhau góc ψ bằng góc lệch pha giữa các dòngđiện tương ứng), từ thông Φ1, Φ2 cắt đĩa nhôm 1 (phần động) làm xuất hiệntrong đĩa nhôm các sức điện động tương ứng E1, E2 (lệch pha với Φ1, Φ2 góc π/2) dẫn đến xuất hiện các dòng điện xoáy Ix1, Ix2 (lệch pha với E1, E2 góc α1,α2)

Các từ thông Φ1, Φ2 tác động tương hỗ với các dòng điện Ix1, Ix2 làmsinh ra các lực F1, F2 và các mômen quay tương ứng làm quay đĩa nhôm (phầnđộng) Mômen quay được tính:

M q=C ∙ f ∙Φ 1 Φ 2 sinψ

Với: C là hằng số

F là tần số của dòng điện I1, I2

Ψ là góc lệch pha giữa I1, I2

b) Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của cơ cấu chỉ thị kiểu cảm ứng

Điều kiện để có mômen quay là ít nhất phải có hai từ trường

Nhược điểm: mômen quay phụ thuộc tần số nên cần phải ổn định tần số.Ứng dụng: chủ yếu để chế tạo công tơ đo năng lượng điện tiêu thụ; có thể

đo tần số

Bảng 2.1: Bảng tổng kết các loại cơ cấu chỉ thị cơ điện

CHƯƠNG 3: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN

Hình 3.2: Dùng đồng hồ đo điện áp 1.1 Đo điện áp một chiều

1.1.1 Vôn kế một chiều

Nguyên tắc hoạt động:

Độ lệch của dụng cụ đo TĐNCVC tỉ lệ với dòng qua cuộn dây động.Dòng qua cuộn dây tỉ lệ với điện áp trên cuộn dây nên thang đo của máy đoTĐNCVC có thể được chia để chỉ điện áp Nghĩa là, Vôn kế chỉ là ampe kếdòng rất nhỏ với điện trở rất lớn Điện áp định mức của chỉ thị vpo khoảng 50 -75mV nên cần nối tiếp nhiều điện trở phụ (còn gọi là điện trở nhân) với chỉ thị

để làm tăng khoảng đo của Vôn kế Sơ đồ mắc như sau:

U CT gọi là hệ số mở rộng thang đo về áp

Sơ đồ mắc nối tiếp:

- Xác định dòng công tác Ip nhờ nguồn điện áp U0, Rđc và Ampekế.

- Giữ nguyên giá trị của Ip trong suốt thời gian đo

- Điều chỉnh con chạy của điện trở mẫu R k cho đến khi chỉ thị chỉ zero

- Đọc kết quả trên điện trở mẫu, khi đó: U X = U k = Ip.R k

Trong sơ đồ a, vì sử dụng Ampe kế nên độ chính xác của điện thế kếkhông thể cao hơn độ chính xác của Ampe kế

Người ta cải tiến mạch bằng cách sử dụng nguồn pin mẫu (EN) và điệntrở mẫu (R k) có độ chính xác cao như ở hình b

Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ b)

- Khi K ở vị trí 1, điều chỉnh Rđc để chỉ thị chỉ zero

Chú ý : trên thực tế, người ta thường sử dụng điện thế kế một chiều tự

động cân bằng (để đo sức điện động của các cặp nhiệt ngẫu đo nhiệt độ)

Sơ đồ mạch của điện thế kế một chiều tự động cân bằng

Trong đó:

RN , EN là điện trở và nguồn điện mẫu có độ chính xác cao

U0 là nguồn điện áp ổn định

Động cơ thuận nghịch hai chiều để điều chỉnh con chạy của Rp và Rđc.

Bộ điều chế làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều (∆U) thành điện ápxoay chiều để điều khiển động cơ

Hoạt động:

Trước khi đo, khóa K được đặt ở vị trí KT (kiểm tra) khi đó dòng I2 qua

điện trở mẩu RN và ∆U = EN - I2RN .

∆U qua bộ điều chế để chuyển thành tín hiệu xoay chiều (role được điềukhiển bởi nam châm điện nên có tần số đóng/cắt phụ thuộc vào dòng chạy trongnam châm điện) Tín hiệu xoay chiều này thường có giá trị rất nhỏ nên phải qua

bộ khuếch đại để tăng tới giá trị đủ lớn có thể điều khiển động cơ thuận nghịchhai chiều Động cơ này quay và kéo con chạy của Rđc để làm thay đổi I2 tới khi ∆

U = 0

Đồng thời nó cũng kéo con trượt của Rp về vị trí cân bằng

+ Khi K ở vị trí đo ta có: ∆ U = Ex - Uk

với U k=I1(R1+R p 1)−I2R2

Nếu Ex > Uk thì động cơ sẽ kéo con chạy để tăng Uk tới khi ∆U =0

Nếu Ex < Uk thì động cơ sẽ kéo con chạy để giảm Uk tới khi ∆U = 0

Vị trí của con chạy và kim chỉ thị sẽ xác định giá trị của Ex Ưu điểm củađiện thế kế một chiều tự động cân bằng là tự động trong quá trình đo và có khảnăng tự ghi kết quả trong một thời gian dài

1.2 Đo điện áp xoay chiều

1.2.1 Vôn kế từ điện đo điện áp xoay chiều

Sử dụng cơ cấu từ điện thì dụng cụ có tính phân cực và phải mắc đúng saocho độ lệch dương (trên thang đo) Khi dòng xoay chiều có tần số rất thấp chạyqua dụng cụ TĐNCVC thì kim có xu hướng chỉ theo giá trị tức thời của dòngxoay chiều Như vậy, khi giá trị dòng tăng theo chiều + thì kim cũng tăng tới giátrị cực đại sau đó giảm tới 0 và xuống bán kỳ âm thì kim sẽ bị lệch ngoài thang

đo Trường hợp này xảy ra khi tần số của dòng xoay chiều cỡ 0,1Hz hoặc thấphơn

Khi dòng xoay chiều có tần số công nghiệp (50/60Hz) hoặc cao hơn thì cơcấu làm nhụt vụ quán tính chuyển động của cơ cấu động (toàn máy đo) khôngbiến đổi theo mức dòng tức thời mà thay vào đó kim của dụng cụ sẽ dừng ở vịtrí trung bình của dòng chạy qua cuộn động Với sóng sin thuần tuý kim lệch sẽ

ở vị trí zero mặc dù dòng Irms có thể có giá trị khá lớn vi có khả năng gây hỏngdụng cụ

Do đó, để sử dụng dụng cụ TĐNCVC làm thành dụng cụ đo xoay chiều

người ta phải sử dụng các bộ chỉnh lưu (nửa sóng hoặc toàn sóng) để các giá trị

của dòng chỉ gây ra độ lệch dương

1.2.2 Vôn kế điện từ

Là dụng cụ để đo điện áp xoay chiều tần số công nghiệp Cuộn dây tĩnh

có số vòng dây rất lớn từ 1000 - 6000 vòng Để mở rộng thang đo người ta mắcnối tiếp với cuộn dây các điện trở phụ

Các tụ C được mắc song song với các điện trở phụ để bù sai số do tần sốkhi tần số lớn hơn tần số công nghiệp.

1.2.3 Vôn kế điện động

Cuộn kích được chia làm 2 phần nối tiếp nhau và nối tiếp với cuộn động

Độ lệch của kim chỉ thị tỉ lệ với I2 nên kim dừng ở giá trị trung bình của I2 tứcgiá trị tức thời rms

Đặc điểm của Vôn kế điện động:

- Tác dụng của dòng rms giống như trị số dòng một chiều tương đươngnên có thể khác độ theo giá trị một chiều và dùng cho cả xoay chiều

- Dụng cụ điện động thường đòi hỏi dòng nhỏ nhất là 100mA cho ĐLTTnên Vôn kế điện động có độ nhạy thấp hơn nhiều so với Vôn kế từ điện (chỉkhoảng 10Ω/V)

- Để giảm thiểu sai số chỉ nên dùng ở khu vực tần số công nghiệp

1.2.4 Đo điện áp bằng phương pháp so sánh

Các dụng cụ đo điện đã trình bày ở trên sử dụng có cấu cơ điện để chỉ thịkết quả đo nên cấp chính xác của dụng cụ không vượt quá cấp chính xác của chỉthị Để đo điện áp chính xác hơn người ta dùng phương pháp bù (so sánh với giátrị mẫu)

Nguyên tắc cơ bản như sau:

- Uk là điện áp mẫu với độ chính xác rất cao được tạo bởi dòng điện I ổnđịnh đi qua điện trở mẫu Rk Khi đó:

Uk = I Rk

- Chỉ thị là thiết bị phát hiện sự chênh lệch giữa điện áp mẫu Uk và điện ápcần đo Ux

∆ U = Ux - Uk

Khi ∆ U ≠ 0 điều chỉnh con chạy của điện trở mẫu Rk sao cho Ux = Uk,nghĩa là làm cho ∆ U = 0; chỉ thị chỉ zero.

Kết quả được đọc trên điện trở mẫu đã được khắc độ theo thứ nguyên điện

áp Chú ý: Các dụng cụ bù điện áp đều có nguyên tắc hoạt động như trên nhưng

có thể khác nhau phần tạo điện áp mẫu Uk

1.2.5 Điện thế kế xoay chiều

Nguyên tắc hoạt động chung giống như điện thế kế một chiều, nghĩa là,cũng so sánh điện áp cần đo với điện áp rơi trên điện trở mẫu khi có dòng côngtác chạy qua Tuy nhiên, do không sử dụng pin mẫu ma sử dụng dòng xoaychiều nên việc điều chỉnh cho Ux và Uk bằng nhau là rất phức tạp

Muốn Ux và Uk cân bằng nhau thì phải thoả mãn 3 điều kiện:

- Ux và Uk cùng tần số

- Ux và Uk bằng nhau về trị số

- Ux và Uk ngược pha nhau (1800)

2 Đo dòng điện

2.1 Đo dòng điện một chiều

Khái niệm chung

Dụng cụ được sử dụng để đo dòng điện gọi là ampe kế hay ampemet

Hình 3.3: Đồng hồ số và kim

Nếu chia theo loại chỉ thị ta có:

+ Ampe kế chỉ thị số (Digital)

+ Ampe kế chỉ thị kim (kiểu tương tự /Analog)

Hình 3.3 là hai loại đồng hồ vạn năng số và kim Nếu chia theo tính chấtcủa đại lượng đo, ta có:

+ Ampe kế một chiều

+ Ampe kế xoay chiều

Yêu cầu đối với dụng cụ đo dòng điện là:

Công suất tiêu thụ càng nhỏ càng tốt, điện trở của ampe kế càng nhỏ càngtốt và lý tưởng là bằng 0

Làm việc trong một dải tần cho trước để đảm bảo cấp chính xác của dụng

cụ đo

Mắc ampe kế để đo dòng phải mắc nối tiếp với dòng cần đo (hình 3.4)

Hình 3.4: Dùng đồng hồ số đo dòng điện 2.1.1 Ampe kế một chiều

Ampe kế một chiều được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị từ điện Như đãbiết, độ lệch của kim tỉ lệ thuận với dòng chạy qua cuộn động nhưng độ lệchkim được tạo ra bởi dòng điện rất nhỏ và cuộn dây quấn bằng dây có tiết diện bénên khả năng chịu dòng rất kém Thông thường, dòng cho phép qua cơ cấu chỉtrong khoảng 10 - 4 đến 10-2 A; điện trở của cuộn dây từ 20Ω đến 2000Ω vớicấp chính xác 1,1; 1; 0,5; 0,2; và 0,05

Để tăng khả năng chịu dòng cho cơ cấu (cho phép dòng lớn hơn qua)người ta mắc thêm điện trở sun song song với cơ cấu chỉ thị có giá trị như sau:

R s= R CT

n−1 với n= I

I CT gọi là hệ số mở rộng thang đo của ampe kế

Hình 3.5: Mắc thêm điện trở sun song song với cơ cấu chỉ thị

I là dòng cần đo và ICT là dòng cực đại mà cơ cấu chịu đựng được (độ lệchcực đại của thang đo)

Chú ý: Khi đo dòng nhỏ hơn 30A thì điện trở sun nằm ngay trong vỏ của

ampe kế còn khi đo dòng lớn hơn thì điện trở sun như một phụ kiện kèm theo.Khi ampe kế có nhiều thang đo người ta mắc sun như sau:

Việc tính điện trở sun ứng với dòng cần đo được xác định theo công thứcnhư trên nhưng với n khác nhau

Chú ý: điện trở sun được chế tạo bằng Manganin có độ chính xác cao hơn

độ chính xác của cơ cấu đo ít nhất là 1 cấp Do cuộn dây động của cơ cấu chỉ thịđược quấn bằng dây đồng mảnh, điện trở của nó thay đổi đáng kể khi nhiệt độcủa môi trường thay đổi và sau một thời gian lpm việc bản thân dòng điện chạyqua cuộn dây cũng tạo ra nhiệt độ Để giảm ảnh hưởng của sự thay đổi điện trởcuộn dây khi nhiệt độ thay đổi, người ta mắc thêm điện trở bù bằng Manganinhoặc Constantan với sơ đồ như sau:

2.1.2 Ampement nhiệt điện

Là dụng cụ kết hợp giữa chỉ thị từ điện và cặp nhiệt điện Cặp nhiệt điện(hay còn gọi là cặp nhiệt ngẫu) gồm 2 thanh kim loại khác loại được hàn vớinhau tại một đầu gọi là điểm làm việc (nhiệt độ t1), hai đầu kia nối với milivonkếgọi là đầu tự do (nhiệt độ t0)

Khi nhiệt độ đầu làm việc t1 khác nhiệt độ đầu tự do t0 thì cặp nhiệt sẽsinh ra sức điện động

Hình 3.6: Ampement nhiệt điện

Vật liệu để chế tạo cặp nhiệt điện có thể lả sắt constantan; đồng constantan; crom - alumen và platin – rodi

-Ampemet nhiệt điện có sai lớn do tiêu hao công suất, khả năng chịu quátải kém nhưng có thể đo ở dải tần rất rộng từ một chiều tới hàng MHz

Thông thường để tăng độ nhạy của cặp nhiệt, người ta sử dụng một bộkhuếch đại áp như sơ đồ dưới đây:

J1, J2 là 2 đầu đo nhiệt

Chú ý: Để đo giá trị điện áp của nguồn xoay chiều người ta cũng làm như

trên vì khi đó nhiệt độ đo được tỉ lệ với dòng qua điện trở nhiệt mà dòng này lại

tỉ lệ với áp trên hai đầu điện trở, do vậy cũng xác định được giá trị của điện ápthông qua giá trị nhiệt độ Đây chính là nguyên tắc để chế tạo Vônkế nhiệt điện

2.2 Đo dòng điện xoay chiều

Để đo cường độ dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp người ta thường

sử dụng ampemet từ điện chỉnh lưu, ampemet điện từ, và ampemet điện động

2.2.1 Ampement chỉnh lưu

Là dụng cụ đo dòng điện xoay chiều kết hợp giữa cơ cấu chỉ thị từ điện vàmạch chỉnh lưu bằng diode

Biến áp sử dụng là loại biến áp dòng có số vòng dây của cuộn sơ cấp vàthứ cấp là W1 và W2 Khi đó tỉ số dòng thứ cấp trên dòng sơ cấp được tính bằng:

Kim chỉ thị dừng ở vị trí chỉ dòng trung bình qua cuộn dây động RL đượcchọn để gánh phần dòng dư thừa giữa I2tb và Ict

Mối quan hệ giữa dòng đỉnh IP, dòng trung bình Itrb và dòng trung bìnhbình phương Irms của sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu như sau:

I tb=0,637 ∙ Ip

I rms=I p

√2=0.707 Ip

I rms=1,11∙ Itb

Chú ý: Giá trị dòng mà kim chỉ thị dừng là giá trị dòng trung bình nhưng

thang khắc độ thường theo giá trị rms

Hình 3.7: Ampement chỉnh lưu

Nói chung các ampe kế chỉnh lưu có độ chính xác không cao (từ 1 tới 1,5)

do hệ số chỉnh lưu thay đổi theo nhiệt độ và thay đổi theo tần số Có thể sử dụng

sơ đồ bù sai số đo nhiệt và đo tần số cho ampe kế chỉnh lưu như sau:

Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ Chỉnh lưu nửa chu kỳ

Hình 3.8: Ampe kế chỉnh lưu 2.2.2 Ampement điện động

Thường được sử dụng để đo dòng điện ở tần số 50Hz và cao hơn (400 2.000Hz) với độ chính xác khá cao (cấp 0,5 - 0,2)

-Khi dòng điện đo nhỏ hơn 0,5A người ta mắc nối tiếp cuộn tĩnh và cuộnđộng còn khi dòng lớn hơn 0,5A thì mắc song song như hình 3.9

Hình 3.9: Ampement điện động

Trong đó các điện trở và cuộn dây (L3, R3), (L4, R4) là để bù sai số donhiệt (thường làm bằng manganin hoặc constantan) và sai số do tần số (để dòngqua hai cuộn tĩnh và cuộn động trùng pha nhau)

Do độ lệch của dụng cụ đo điện động tỉ lệ với I2 nên máy đo chỉ giá trịrms Giá trị rms của dòng xoay chiều có tác dụng như trị số dòng một chiềutương đương nên có thể đọc thang đo của dụng cụ như dòng một chiều hoặcxoay chiều rms

2.2.3 Ampement điện từ

Là dụng cụ đo dòng điện dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ Mỗi cơ cấu điện

từ được chế tạo với số ampe vòng xác định (I.W là một hằng số)

Khi đo dòng có giá trị nhỏ người ta mắc các cuộn dây nối tiếp và khi đodòng lớn người ta mắc các cuộn dây song song

Hình 3.10: Ampement điện từ

3 Đo công suất tác dụng mạch xoay chiều ba pha

3.1 Nguyên lý chung

Biểu thức tính công suất tác dụng và công suất phản kháng là :

P=P A+P B+P C=U ɸA I ɸA cos φA+U ɸB I ɸB cosφB+U ɸC I ɸC cos φC

Q=Q A+Q B+Q C=U ɸA I ɸA sin φA+U ɸB I ɸB sin φB+U ɸC I ɸC sin φC

với: U φ , I φ: điện áp pha và dòng pha hiệu dụng

φ C: góc lệch pha giữa dòng và áp của pha tương ứng

Nếu tải đối xứng P 3 f=3 Uf I f cos φ=√3 U d I d cosφ

Thực tế phụ tải không đối xứng nên để đo công suất trong mạch 3 pha xéttrường hợp chung là mạch 3 pha tải nối sao không có dây trung tính với phụ tảibất kỳ

Hình 3.11: Sơ đồ mắc oát mét trong mạch điện 3 pha

a- tải nối sao b- tải nối tam giác

Hình 3.14: Phương pháp 3 oát mét đo công suất mạch ba pha

P 3 f=U AN I A+U BN I B+U CN I C

3.3 Đo công suất phản kháng mạch xoay chiều ba pha

Công suất phản kháng trong mạch 3 pha được tính theo công thức:

Q 3 f=Q f 1+Q f 2+Q f 3=U fA I fA sin φA+U fB I fB sin φB+U fC I fC sin φC

3.3.1 Khi tải đối xứng

Q 3 f=3 Uf I f sin φ=√3U d I d sin φ