1 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN KỸ THẬT ĐO LƯỜNG – CẢM BIẾN NGHỀ KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐHKK TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG VÀ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo[.]
ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN
Khái niệm về đo lường điện
1.1 Khái ni ệ m v ề đ o l ườ ng Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo Kết quả đo lường (Ax) là giá trị bằng số, được định nghĩa bằng tỉ số giữa đại lượng cần đo (X) và đơn vị đo (Xo):
Kết quả đo được biểu diễn dưới dạng: = và ta có X = A.X 0
Trong đó: X - đại lượng đo
A - con số kết quả đo.
Phương trình cơ bản của phép đo được diễn đạt là X = Ax Xo, thể hiện rõ sự so sánh giữa X và Xo Để đo chính xác, đại lượng cần đo X phải có khả năng so sánh được các giá trị của nó Khi đo các đại lượng không có tính chất so sánh, thường cần chuyển đổi chúng thành các dạng có thể so sánh để đảm bảo độ chính xác của phép đo.
1.2 Khái ni ệ m v ề đ o l ườ ng điệ n Đại lượng nào so sánh được với mẫu hay chuẩn thì mới đo được Nếu các đại lượng không so sánh được thì phải chuyển đổi về đại lượng so sánh được với mẫu hay chuẩn rồi đo Đo lường điện là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng điện cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo.
1.3 Các ph ươ ng pháp đ o
Phương pháp đo là quá trình phối hợp các thao tác cơ bản như xác định mẫu, thành lập mẫu, so sánh, biến đổi và thể hiện kết quả hoặc chỉ thị để thực hiện đo chính xác Các phương pháp đo khác nhau phụ thuộc vào phương pháp nhận thông tin đo, kích thước đại lượng cần đo, điều kiện đo, độ chính xác yêu cầu và các yếu tố kỹ thuật khác để đảm bảo kết quả đo đúng và tin cậy Việc lựa chọn phương pháp đo phù hợp giúp tối ưu hóa độ chính xác và hiệu quả trong quá trình đo lường kỹ thuật.
Việc lựa chọn phương pháp đo phù hợp phụ thuộc vào đối tượng đo, điều kiện đo và độ chính xác yêu cầu của phép đo Trong thực tế, có nhiều phương pháp đo khác nhau, nhưng chủ yếu được phân thành hai loại chính là phương pháp đo biến đổi thẳng và phương pháp đo kiểu so sánh, giúp đảm bảo quá trình đo lường chính xác và hiệu quả.
1.3.1 Ph ươ ng pháp đ o bi ế n đổ i th ẳ ng
- Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa là không có khâu phản hồi.
Để đo lường chính xác đại lượng cần thiết, ta thực hiện các bước biến đổi để chuyển đổi đại lượng X thành giá trị số NX Quá trình này cũng bao gồm việc chuyển đổi đơn vị của đại lượng đo ban đầu XO thành đơn vị mới, NO, phù hợp với mục đích của phép đo Việc biến đổi này giúp đảm bảo tính chính xác và dễ dàng phân tích dữ liệu sau đo lường.
* Tiến hành quá trình so sánh giữa đại lượng đo và đơn vị (thực hiện phép chia
NX/NO), * Thu được kết quả đo: A X = X/XO = NX/NO
Hình 1.1 L ư u đồ ph ươ ng pháp đ o bi ế n đổ i th ẳ ng
Quá trình biến đổi thẳng là quá trình chuyển đổi tín hiệu đo thành tín hiệu đơn vị chuẩn hóa, được thực hiện bởi thiết bị đo biến đổi thẳng Thiết bị này đảm bảo rằng tín hiệu X được biến đổi phù hợp, giúp dễ dàng phân tích và xử lý trong các ứng dụng kỹ thuật đo lường.
XO sau khi trải qua quá trình biến đổi (bao gồm một hoặc nhiều bước kết nối liên tiếp) sẽ được chuyển đổi qua bộ biến đổi tương tự - số A/D để thu được các giá trị N X và NO Qua bước so sánh, ta sẽ có tỷ lệ NX/NO, giúp phân tích chính xác các tín hiệu và nâng cao hiệu quả xử lý dữ liệu trong hệ thống.
Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn do tín hiệu qua các khâu biến đổi gây ra sai số cộng dồn trong toàn bộ quá trình đo Do đó, loại dụng cụ này phù hợp để sử dụng trong các trường hợp yêu cầu độ chính xác không cao, nơi mà sai số không ảnh hưởng lớn đến kết quả cuối cùng.
1.3.2 Ph ươ ng pháp đ o ki ể u so sánh
- Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng, nghĩa là có khâu phản hồi.
+ Đại lượng đo X và đại lượng mẫu XO được biến đổi thành một đại lượng vật lý nào đó thuận tiện cho việc so sánh.
Quá trình so sánh giữa X và tín hiệu XK (tỉ lệ với XO) diễn ra liên tục trong suốt quá trình đo, giúp đảm bảo độ chính xác trong kết quả Khi hai đại lượng X và XO bằng nhau, hệ thống sẽ tự động đọc và ghi nhận kết quả đo chính xác nhất Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ tin cậy của các phép đo thực tiễn.
Quá trình đo kiểu so sánh là phương pháp đo lường dựa trên việc so sánh đại lượng cần đo với một đại lượng chuẩn Thiết bị đo thực hiện quá trình này gọi là thiết bị đo kiểu so sánh hoặc thiết bị đo kiểu bù, giúp đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của kết quả đo Phương pháp này thường được sử dụng trong các ứng dụng đo lường cần độ chính xác cao, mang lại kết quả chuẩn và ổn định.
Hình 1.2 L ư u đồ ph ươ ng pháp đ o ki ể u 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 X K , qua bộ so sánh có: Δ X = X - X K Tùy thuộc vào cách so sánh mà sẽ có các phương pháp sau:
Trong quá trình thực hiện, chúng ta đo đại lượng cần thiết X và so sánh với đại lượng tỷ lệ XK = NK · XO để đảm bảo ΔX = 0 Nhờ đó, xác định chính xác giá trị của X bằng công thức X = XK = NK · XO, giúp quá trình đo đạt diễn ra chính xác và hiệu quả.
+ suy ra kết quả đo: AX = X/XO = NK Trong quá trình đo, XK phải thay đổi khi
X thay đổi để được kết quả so sánh là ΔX = 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 ΔX = 0).
Ví du: cầu đo, điện thế kế cân bằng
- So sánh không cân bằng:
* Quá trình thực hiện: đại lượng tỉ lệ với mẫu là không đổi và biết trước, qua bộ so sánh có được: ∆ = − , đo∆ sẽ có được đại lượng đo
X = ∆ + từ đó có kết quả đo: A X = X/XO = (ΔX + XK)/XO.
Độ chính xác của phép đo chủ yếu được xác định bởi độ chính xác của X K, đồng thời còn phụ thuộc vào độ chính xác của phép đo ΔX Độ chính xác của phép đo càng cao khi giá trị ΔX nhỏ hơn rất nhiều so với X, đảm bảo kết quả đo chính xác và tin cậy hơn.
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 của đại lượng đo X và đại lượng tỷ lệ với mẫu, giúp phân tích chính xác các phản hồi của thiết bị trong quá trình kiểm tra Điều này đảm bảo đánh giá đúng khả năng hoạt động của thiết bị đo, đồng thời tối ưu hóa quy trình đo lường để đạt hiệu quả cao nhất Phương pháp này phù hợp để xác định mối liên hệ giữa đại lượng đo và phản ứng của thiết bị, góp phần nâng cao độ chính xác và độ tin cậy trong đo lường.
XK, khi hai trạng thái đáp ứng bằng nhau suy ra X = XK
Dưới tác động của đại lượng X, thiết bị đo tạo ra một trạng thái nhất định Sau đó, thay X bằng đại lượng mẫu XK sao cho vẫn gây ra cùng trạng thái như ban đầu, từ đó xác định rằng X = XK Chính vì vậy, đại lượng X phải thay đổi cùng với sự biến đổi của X để duy trì trạng thái đo lường chính xác.
Sai số trong đo lường
Ngoài sai số của dụng cụ đo, việc thực hiện quá trình đo cũng gây ra nhiều sai số Nguyên nhân của những sai số này gồm:
- Phương pháp đo được chọn.
- Mức độ cẩn thận khi đo.
Kết quả đo lường thường có sai số so với giá trị thực của đại lượng cần đo, gọi là sai số của phép đo Để đảm bảo độ chính xác của kết quả, trước khi thực hiện đo cần xem xét kỹ các điều kiện đo và lựa chọn phương pháp đo phù hợp Sau khi đo xong, cần xử lý và gia công các kết quả thu được để xác định kết quả chính xác nhất có thể.
* Sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số hệ thống.
- 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 chính xác nhất của đại lượng đó, được xác định với độ chính xác cao nhờ vào dụng cụ mẫu có độ chính xác vượt trội so với thiết bị đo đang sử dụng This ensures the reliability and accuracy of measurements, which is crucial in scientific and engineering applications.
Trong quá trình đo lường, giá trị chính xác của đại lượng đo thường không biết trước, do đó, khi đánh giá sai số của phép đo, người ta thường sử dụng giá trị thực của đại lượng đo để xác định mức độ chính xác Việc này giúp đảm bảo các phân tích và kết quả đo lường đáng tin cậy hơn, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu của các ứng dụng thực tế.
Trong đo lường học, việc xác định sai số của phép đo là nhiệm vụ quan trọng để đánh giá độ tin cậy của kết quả Sai số đo lường có thể được phân loại dựa trên cách thể hiện bằng số, nguồn gây ra sai số hoặc theo quy luật xuất hiện của sai số Do đó, chúng ta chỉ có thể đưa ra những đánh giá gần đúng về kết quả của phép đo, nhằm nâng cao độ chính xác và tin cậy trong quá trình đo lường.
Tiêu chí phân loại các loại sai số trong đo lường bao gồm: dựa trên cách thể hiện bằng số, nguồn gây ra sai số, quy luật xuất hiện của sai số, và các loại sai số như sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số phương pháp, sai số thiết bị, sai số chủ quan, sai số bên ngoài, sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên Các loại sai số này giúp xác định và giảm thiểu lỗi trong quá trình đo lường, đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả Hiểu rõ các đặc điểm của từng loại sai số là yếu tố quan trọng để nâng cao chất lượng của các phép đo trong các ngành khoa học và kỹ thuật.
Theo cách thể hiện bằng số
Theo nguồn gây ra sai số
Theo quy luật xuất hiện của sai số Loại sai số - Sai số tuyệt đối
Bả ng 1.1: Phân lo ạ i sai s ố c ủ a phép đ o
* Sai số tuyệt đối∆X: là hiệu giữa đại lượng đo X và giá trị thực Xth :
* Sai số tương đối γX : là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực tính bằng phần trăm
Vì = nên có thể: ≈ ∆ ∆ ∙100(%) Độ chính xác của phép đo : đại lượng nghịch đảo của sai số tương đối:
Sai số hệ thống là thành phần sai số của phép đo luôn không đổi hoặc biến đổi theo quy luật rõ ràng qua nhiều lần đo một đại lượng Đây là loại sai số cố định hoặc có mô hình dự đoán được, gây ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo lường Hiểu rõ về sai số hệ thống giúp nâng cao độ chính xác trong các phép đo và cải thiện kỹ thuật đo lường.
Qui luật thay đổi có thể là một phía (dương hay âm), có chu kỳ hoặc theo một qui luật phức tạp nào đó.
Sai số hệ thống không đổi bao gồm các yếu tố như sai số do khắc độ thang đo bị lệch hoặc không chính xác, cùng với sai số xuất phát từ việc hiệu chỉnh dụng cụ đo không đúng chuẩn, chẳng hạn như chỉnh đường tâm ngang sai trong dao động ký Những yếu tố này ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo và cần được kiểm soát kỹ lưỡng để đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu Hiểu rõ các nguồn sai số này giúp cải thiện quá trình đo lường và nâng cao chất lượng của kết quả nghiên cứu hoặc sản xuất.
Sai số hệ thống thay đổi có thể xuất phát từ các yếu tố như dao động của nguồn cung cấp, chẳng hạn như pin yếu hoặc ổn áp gặp sự cố Ngoài ra, các ảnh hưởng từ trường điện từ cũng có thể gây ra sự biến đổi trong độ chính xác của hệ thống Việc kiểm soát và giảm thiểu các yếu tố này rất quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác của hệ thống điện tử.
Hình 1.3 Sai s ố h ệ th ố ng do kh ắ c v ạ ch là 1 độ - khi đọ c c ầ n hi ệ u ch ỉ nh thêm
1 độ 2.3 Ph ươ ng pháp tính sai s ố
Dựa trên số lượng lớn các giá trị đo được, có thể xác định qui luật thay đổi của sai số ngẫu nhiên nhờ vào các phương pháp toán học thống kê và lý thuyết xác suất Việc tính toán sai số ngẫu nhiên giúp xác định giới hạn biến đổi của sai số trong quá trình đo lường nhiều lần Các phép đo có sai số ngẫu nhiên vượt quá giới hạn này sẽ được loại bỏ để đảm bảo độ chính xác của kết quả đo lường.
Cơ sở toán học của việc tính toán sai số ngẫu nhiên dựa trên giả thiết rằng các sai số này tuân theo phân bố chuẩn (phân bố Gauss) Khi sai số ngẫu nhiên vượt quá một ngưỡng xác định, xác suất xuất hiện của sai số này gần như bằng không, dẫn đến việc loại bỏ các kết quả đo có sai số vượt mức cho phép.
- Các bước tính sai số ngẫu nhiên:
Xét n phép đo với các kết quả đo thu được là x 1 , x 2 , , x n
* 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:
= − 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:∆ = [∆ , ∆ ], thường chọn:∆ = [∆ , ∆ ] với:
∙( −1) 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
2.4 Các ph ươ ng pháp h ạ n ch ế sai s ố
Một nhiệm vụ quan trọng của phép đo chính xác là phân tích nguyên nhân gây sai số và loại trừ sai số hệ thống Mặc dù việc phát hiện sai số hệ thống khá phức tạp, nhưng sau khi nhận diện được nguyên nhân, quá trình loại trừ sai số hệ thống sẽ trở nên dễ dàng hơn.
* 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.
Sau khi đo, cần xử lý kết quả đo bằng cách bù sai số ngược dấu để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu Trong trường hợp sai số hệ thống không thay đổi, có thể loại bỏ sai số này bằng cách áp dụng một lượng hiệu chỉnh hoặc hệ số hiệu chỉnh phù hợp Việc này giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của kết quả đo, đảm bảo dữ liệu phản ánh đúng thực tế.
+ 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 nhàm loại trừ sai số hệ thống.
Trong thực tế, không thể loại bỏ hoàn toàn sai số hệ thống Tuy nhiên, việc giảm ảnh hưởng của sai số hệ thống có thể đạt được bằng cách chuyển đổi chúng thành sai số ngẫu nhiên, giúp cải thiện độ chính xác của kết quả phân tích.
* Xử lý kết quả đo.
Trong phép đo, sai số bao gồm hai thành phần chính: sai số hệ thống (0) là sai số không đổi hoặc thay đổi theo quy luật nhất định, và sai số ngẫu nhiên (Δ) là sai số biến đổi ngẫu nhiên không theo quy luật Hai loại sai số này xuất hiện đồng thời và tổng hợp thành sai số phép đo AX, được biểu diễn bằng công thức ΔX = 0 + Δ Để giảm thiểu sai lệch so với giá trị thực của đại lượng cần đo, cần thực hiện nhiều lần đo và áp dụng các kỹ thuật xử lý kết quả sau đo.
Sau n lần đo sẽ có n kết quả đo x1, x2, , xn là số liệu chủ yếu để tiến hành gia công kết quả đo.
* Loại trừ sai số hệ thống.
Việc loại trừ sai số hệ thống sau khi đo được tiến hành bằng các phương pháp.
- Sử dụng cách bù sai số ngược dấu
- Đưa vào một lượng hiệu chỉnh hay một hệ số hiệu chỉnh
Hình 1.4 L ư u đồ thu ậ t toán quá trình gia công k ế t qu ả đ o
CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG
Khái niệm về cơ cấu đo
Dụng cụ đo tương tự (Analog) là loại dụng cụ có số chỉ là đại lượng liên tục theo thời gian.
Chỉ thị trong các dụng cụ đo tương tự là loại chỉ thị cơ điện, hoạt động dựa trên tín hiệu đầu vào là dòng điện Tín hiệu ra của thiết bị là góc quay của kim chỉ hoặc độ di chuyển của bút ghi trên băng giấy, thường được gọi là dụng cụ tự ghi Các loại chỉ thị này giúp đo lường chính xác các biến đổi điện thành các dạng hiển thị trực quan như hình ảnh hoặc số liệu cụ thể.
Các cơ cấu chỉ thị này được sử dụng trong các dụng cụ đo các đại lượng điện như điện áp, tần số góc, góc pha, công suất, dòng xoay chiều và một chiều tần số công nghiệp, giúp đo lường chính xác và hiệu quả các đại lượng điện trong hệ thống điện công nghiệp.
Nguyên lý hoạt động của các chỉ thị cơ điện dựa trên tác động của từ trường lên phần động cơ khi có dòng điện chạy qua, tạo ra một mômen quay (Mq) Độ lớn của mômen này tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện cung cấp vào cơ cấu chỉ thị Mômen quay Mq được xác định dựa trên các công thức kỹ thuật, phản ánh mối liên hệ chặt chẽ giữa dòng điện và lực từ tạo ra trong hệ thống.
Trong đó: – 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.
D – hệ số phụ thuộc vào kích thước và vật liệu chế tạo lò xo (hoặc dây treo). Tại thời điểm cân bằng ( = M c )
(2.4) Đây là phương trình đặc tính thang đo của chỉ thị cơ điện.
Các loại cơ cấu đo
Khung dây là bộ phận gồm nhiều vòng dây đồng quấn trên khuôn nhôm hình chữ nhật, với tiết diện nhỏ khoảng 0,02 đến 0,05mm và được phủ cách điện bên ngoài Toàn bộ khung dây đặt trên trục quay và chuyển động nhờ lực tương tác giữa từ trường của khung dây khi có dòng điện chạy qua và từ trường của nam châm vĩnh cửu Việc giảm trọng lượng khung dây giúp giảm mô-men quán tính, từ đó nâng cao hiệu suất quay của hệ thống.
Lõi sắt có hình dạng trụ tròn, đặt giữa hai cực của nam châm vĩnh cửu với khe hở không khí nhỏ và cách đều các cực từ, giúp giảm từ trở giữa các cực từ Nhờ vào lõi sắt, mật độ từ thông qua khe hở không khí được nâng cao, cải thiện hiệu suất từ các thiết bị điện từ Lõi sắt đóng vai trò quan trọng trong việc giảm mất mát năng lượng và tăng cường khả năng dẫn từ trong các mạch từ.
Lò xo xoắn ốc được bố trí ở hai đầu của khung dây với chiều ngược nhau, một đầu gắn vào trục của khung dây và đầu kia cố định Chức năng chính của lò xo xoắn ốc là tạo ra Momen cản (Mc) cân bằng với lực điện từ, đồng thời dẫn dòng điện vào và ra khỏi khung dây Khi dòng điện không chạy qua, lò xo giúp kim chỉ thị trở về vị trí ban đầu, đảm bảo hoạt động chính xác của thiết bị.
Kim chỉ thị được gắn liền với khung dây để có thể dịch chuyển theo khung, giúp kim chỉ giá trị tương ứng trên mặt thang đo Kim thường làm bằng nhôm mỏng, đuôi kim gắn đối trọng để duy trì trọng tâm trên trục quay, giữ thăng bằng cho phần động Đầu kim dẹt, có chiều dày nhỏ hơn khoảng cách các vạch thang chia độ, đảm bảo độ chính xác khi đo Nam châm vĩnh cửu gồm hai cực N và S được thiết kế bo tròn theo lõi sắt, với khe hở nhỏ giữa phần tĩnh và phần động nhằm tạo ra từ trường đều, phù hợp cho các ứng dụng đo từ trường và các hệ thống chỉ thị 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.
Dụng cụ đo kiểu từ điện chỉ có khả năng đo các đại lượng một chiều và không thể đo các đại lượng xoay chiều trừ khi dòng điện chạy vào khung quay qua cơ cấu chỉnh lưu Cơ cấu từ điện thường được ứng dụng trong các thiết bị đo như ampe kế, vôn kế, wát kế và đồng hồ vạn năng (VOM), điện kế, giúp đo chính xác các đại lượng điện một chiều.
Hình ảnh của một số dụng cụ đo sử dụng cơ cấu từ điện:
Hình 2.2: Hình ả nh c ủ a m ộ t s ố d ụ ng c ụ đ o s ử d ụ ng c ơ c ấ u t ừ điệ n 2.2 C ơ c ấ u đ o điệ n t ừ a) Cấu tạo
Cơ cấu chỉ thị kiểu từ điện gồm hai loại chính: loại cuộn dây phẳng và loại cuộn dây tròn, khác nhau về cấu tạo nhưng hoạt động dựa trên cùng nguyên lý từ trường Với loại cuộn dây phẳng, phần tĩnh là cuộn dây hình hộp quấn thành dạng cuộn dây phẳng, trong khi phần động gồm phiến thép làm bằng sắt từ mềm gắn lệch tâm với trục Khi dòng điện chạy qua phần tĩnh, tạo ra từ trường làm lá thép bị hút vào rãnh hẹp, gây quay kim chỉ thị theo góc Các thành phần chính như lò xo phản kháng, kim chỉ và bộ phận cản dịu không khí góp phần nâng cao độ chính xác và độ bền của cơ cấu.
Hình 2.3: C ơ c ấ u ch ỉ th ị ki ể u điệ n t ừ v ớ i cu ộ n dây ph ẳ ng
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: C ơ c ấ u ch ỉ th ị ki ể u điệ n từ v ớ i cu ộ n dây tròn
Cuộn dây tròn là phần tĩnh trong hệ thống, gồm một vòng dây quấn thành hình trụ tròn, bên trong đặt hai phiến sắt từ mềm (phiến 2 cố định và phiến 3 gắn liền với trục quay) Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, các phiến thép sẽ được từ hóa cùng chiều, gây đẩy nhau ở các cực cùng tên, làm cho phiến 3 và kim quay theo một góc nhất định Bộ phận trục quay có gắn kim và các bộ phận phản lực như lò xo phản kháng cùng bộ phận cản dịu không khí nhằm điều chỉnh và kiểm soát chuyển động của kim.
Cuộn dây phẳng dễ chế tạo hơn so với loại cuộn dây tròn, có thang đo chia đều hơn nhưng tạo ra từ trường yếu hơn, yêu cầu phải chế tạo cuộn dây lớn và nhiều vòng hơn Hiện nay, cuộn dây phẳng được sử dụng phổ biến hơn trong các ứng dụng điện từ nhờ vào tính tiện lợi và khả năng tối ưu hóa thiết kế Cơ cấu chỉ thị kiểu điện từ dựa trên đặc điểm của các cuộn dây này, phù hợp trong các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao và độ bền vượt trội trong phạm vi ứng dụng rộng lớn.
Ưu điểm nổi bật của thiết bị là khả năng đo được cả dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều, mang lại sự linh hoạt trong các ứng dụng đo lường điện Ngoài ra, cuộn dây phần tĩnh có thể chế tạo với tiết diện lớn, giúp tăng khả năng quá tải và đảm bảo độ bền vững trong quá trình sử dụng.
Nhược điểm của hệ thống đo từ trường này là mạch từ khép kín qua không khí khiến từ trường yếu và dễ bị tác động bởi từ trường ngoài Để giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường, người ta thường bọc cơ cấu đo trong một màn chắn từ bằng kim loại Tuy nhiên, do tổn hao sắt từ trong cơ cấu lớn, độ chính xác của phép đo thường bị giảm xuống.
- Ứng dụng: Cơ câí đo kiểu điện từ chế tạo đơn giản, rẻ, nên được sử dụng rộng rãi trong công nghệp để ampe kế, vôn kế.
2.3 C ơ c ấ u đ o điệ n độ ng a) Cấu tạo
Cơ cấu điện động bao gồm hai thành phần: phần tĩnh và phần động
Phần tĩnh gồm cuộn dây 1 được chia thành hai phần nối tiếp nhau nhằm tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua Trục quay chui qua khe hở giữa hai phần của cuộn dây tĩnh, giúp thiết bị hoạt động hiệu quả hơn trong quá trình tạo ra từ trường.
Phần động trong thiết bị gồm một khung dây 2 đặt trong lòng cuộn dây tĩnh 1, đảm bảo hoạt động ổn định Khung dây 2 được gắn chắc chắn vào trục quay, qua đó hệ thống có thể chuyển động chính xác Trên trục còn có lò xo cản, giúp kiểm soát tốc độ quay và giảm thiểu rung lắc Bộ phận cản dịu hỗ trợ làm giảm dao động không mong muốn, tăng độ bền cho thiết bị Kim chỉ thị được lắp đặt để hiển thị chính xác vị trí hoặc mức độ hoạt động của phần động, đảm bảo người vận hành dễ dàng theo dõi và điều chỉnh.
Cả phần động và phần tĩnh được bọc kín bằng màn chắn để ngăn ngừa ảnh hưởng của từ trường ngoài.
Hình 2.5: C ơ c ấ u ch ỉ th ị ki ể u điệ n độ ng 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.
Các nhược điểm của thiết bị này bao gồm tiêu thụ công suất lớn, khiến nó không phù hợp cho các mạch công suất nhỏ Ngoài ra, nó còn dễ bị ảnh hưởng bởi từ trường bên ngoài, do đó để đảm bảo hoạt động tối ưu, cần có bộ phận chắn từ để bảo vệ và duy trì hiệu suất làm việc ổn định.
Ứng dụng của thiết bị đo lường điện tử bao gồm chế tạo các ampe kế, vôn kế, watt kế một chiều và xoay chiều với tần số công nghiệp, giúp đo lường chính xác các thông số điện như dòng điện, điện áp và công suất Ngoài ra, còn sử dụng các pha kế để đo góc lệch pha hoặc hệ số công suất, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống điện Các ứng dụng này đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và phân tích hệ thống điện, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.
Cơ cấu cảm ứng bao gồm phần tĩnh và phần động.
Phần tĩnh của máy gồm các cuộn dây điện 2,3 được thiết kế để sinh ra từ trường khi dòng điện chạy qua Từ trường này tạo ra liên kết từ xuyên qua mạch từ và phần động, đảm bảo hoạt động hiệu quả của thiết bị Các cuộn dây có hình dạng và cấu tạo đặc biệt nhằm tối ưu hóa khả năng tạo từ trường, góp phần nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống.
- Phần động: đĩa kim loại 1 (thường bằng nhôm) gắn vào trục 4 quay trên trục 5
ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN
Đo điện áp
Dụng cụ dùng để đo điện áp gọi là Vôn kế hay Vôn met (Voltmeter)
Khi đo điện áp bằng Vôn kế thì Vôn kế luôn được mắc song song với đoạn mạch cần đo như hình dưới đây:
- Khi chưa mắc Vôn kế vào điện áp rơi trên tải là:
- Khi mắc Vôn kế vào điện áp rơi trên tải là:
Vậy sai số của phép đo điện áp bằng Vônkế là:
Như vậy, muốn sai số nhỏ thì yêu cầu R v phải càng lớn càng tốt và lý tuởng là
Kết quả đo nếu muốn tính chính xác thì phải sử dụng công thức:
= (1 + )∙ Để đo điện áp của một phần tử nào đó người ta mắc Vôn kế như hình dưới:
Hình 3.2: Dùng đồ ng h ồ đ o điệ n áp
Nguyên tắc hoạt động của dụng cụ đo TĐNCVC dựa trên nguyên lý rằng độ lệch của dụng cụ tỷ lệ thuận với dòng qua cuộn dây động Dòng qua cuộn dây này tỷ lệ với điện áp đặt trên nó, cho phép thang đo của máy đo TĐNCVC phản ánh chính xác điện áp Vì vậy, Vôn kế trong hệ thống này hoạt động như một ampe kế dòng cực nhỏ với điện trở rất lớn, giúp đo điện áp một cách chính xác Điện áp định mức của chỉ thị Vpo khoảng 50-75mV, do đó cần mắc dây điện trở phụ nối tiếp để tăng khả năng đo lường của Vôn kế, đảm bảo phạm vi đo rộng hơn.
Với = gọi là hệ số mở rộng thang đo về áp
Sơ đồ mắc nối tiếp:
Hoặc sơ đồ mắc song song:
Nhận xét: Thang đo có vạch chia đều (tính chất của cơ cấu từ điện)
1.1.1.2 Điện thế kế một chiều
Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ a)
+ 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 Rk cho đến khi chỉ thị chỉ zero + Đọc kết quả trên điện trở mẫu, khi đó: Ux = Uk = Ip.Rk
Trong sơ đồ a, vì sử dụng Ampe kế nên độ chính xác của điện thế kế không thể cao hơn độ chính xác của Ampe kế.
Người ta cải tiến mạch bằng cách sử dụng nguồn pin mẫu (EN) và điện trở mẫu (Rk) 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.
Khi đó: + Giữ nguyên Rđc và chuyển K sang vị trí 2, điều chỉnh con trượt của điện trở mẫu để chỉ thị về zero.
Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ a)
+ Xác định dòng công tác Ip nhờ nguồn điện áp U0, Rđc và Ampe kế. + 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: Ux = Uk = Ip.Rk
Trong sơ đồ a, vì sử dụng Ampe kế nên độ chính xác của điện thế kế không thể cao hơn độ chính xác của Ampe kế.
Người ta cải tiến mạch bằng cách sử dụng nguồn pin mẫu (E N ) và điện trở 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 rằng, trong 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 dùng trong cảm biến nhiệt độ Phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao và dễ dàng trong quá trình đo nhiệt độ Việc sử dụng điện thế kế tự động cân bằng là kỹ thuật phổ biến giúp cải thiện hiệu quả đo lường trong các ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu.
Sơ đồ mạch của điện thế kế một chiều tự động cân bằng
RN , EN là điện trở và nguồn điện mẫu có độ chính xác cao
U0 là nguồn điện áp ổn định
22 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 áp xoay chiều để điều khiển động cơ.
Trước khi đo, khóa K được đặt ở vị trí KT (kiểm tra) khi đó dòng I 2 qua điện trở mẩu RN và∆U = EN - I2RN
Bộ điều chế ∆U chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu xoay chiều, có vai trò điều khiển bởi nam châm điện với tần số đóng/cắt phụ thuộc vào dòng chạy trong nam châm điện Tín hiệu xoay chiều này thường có giá trị nhỏ, cần qua bộ khuếch đại để tăng công suất đủ lớn, dễ dàng điều khiển động cơ thuận nghịch hai chiều Động cơ quay và kéo con chạy của Rđc, làm thay đổi dòng I2 đến mức mong muốn, đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống.
∆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 = + −
Nếu Ex > Uk thì động cơ sẽ kéo con chạy để tăng Uk tới khi∆U =0
Nếu E x < U k thì động cơ sẽ kéo con chạy để giảm U k tới khi∆U = 0
Vị trí của con chạy và kim chỉ đóng vai trò quyết định giá trị của Ex trong đo lường điện thế Điện thế kế một chiều tự động cân bằng có ưu điểm nổi bật là tự động điều chỉnh trong quá trình đo, giúp đảm bảo độ chính xác cao Ngoài ra, thiết bị còn có khả năng tự ghi kết quả trong thời gian dài, thuận tiện cho các phép đo liên tục và liên hệ.
1.1.2.1Vôn kế từ điện đo điện áp xoay chiều
Khi sử dụng cơ cấu từ điện, dụng cụ có tính phân cực và cần mắc đúng để đảm bảo độ lệch dương trên thang đo Dòng xoay chiều có tần số rất thấp (khoảng 0,1Hz hoặc thấp hơn) chạy qua dụng cụ TĐNCVC khiến kim chỉ theo giá trị tức thời của dòng điện Khi giá trị dòng tăng theo chiều dương, kim sẽ tăng tới giá trị cực đại rồi giảm về 0, và trong bán kỳ âm, kim có thể bị lệch ngoài thang đo.
Khi dòng xoay chiều có tần số công nghiệp (50/60Hz) hoặc cao hơn, cơ cấu làm nhụt vụ quán tính của máy đo không biến đổi theo dòng tức thời mà thay vào đó, kim của dụng cụ sẽ dừng ở vị trí trung bình của dòng qua cuộn động Với sóng sin thuần tuý, kim lệch sẽ nằm ở vị trí zero mặc dù dòng Irms có thể có giá trị lớn, điều này có thể gây hỏng dụng cụ.
Để sử dụng dụng cụ TĐNCVC làm thành dụng cụ đo xoay chiều, cần phải sử dụng các bộ chỉnh lưu (nửa sóng hoặc toàn sóng) Các bộ chỉnh lưu này giúp đảm bảo rằng các giá trị dòng điện chỉ gây ra độ lệch dương, từ đó cải thiện độ chính xác và tính ổn định của phép đo xoay chiều.
Máy đo điện áp xoay chiều tần số công nghiệp là thiết bị quan trọng để kiểm tra điện áp trong các hệ thống điện công nghiệp Thiết bị sử dụng cuộn dây tĩnh có số vòng dây lớn từ 1000 đến 6000 vòng, giúp nâng cao độ chính xác và độ nhạy trong quá trình đo lường Để mở rộng phạm vi đo, người dùng thường mắc nối tiếp các điện trở phụ với cuộn dây, từ đó đảm bảo khả năng đo được các mức điện áp cao hơn một cách chính xác và an toàn.
Các tụ C được mắc song song với các điện trở phụ để bù sai số do tần số khi tần số lớn hơn tần số công nghiệp.
Cuộn kích được cấu tạo gồm hai phần nối tiếp nhau và liên kết với cuộn động, đảm bảo hiệu quả hoạt động tối ưu Độ lệch của kim chỉ thị tỷ lệ thuận với I², giúp kim dừng ở giá trị trung bình của I², chính là giá trị rms tức thời, phản ánh chính xác cường độ dòng điện trong mạch.
* Đặc điểm của Vôn kế điện động
Dòng RMS có tác dụng như trị số dòng một chiều tương đương, cho phép đo lường chính xác công suất và điện áp trong các mạch xoay chiều Nó khác biệt so với giá trị một chiều, giúp phản ánh chính xác hơn các đặc tính của dòng xoay chiều trong các ứng dụng kỹ thuật Nhờ vào tính năng này, dòng RMS được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện và điện tử để đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.
Dụng cụ điện động thường yêu cầu dòng nhỏ nhất là 100mA để đo điện trở tường lửa, do đó, Vôn kế điện động có độ nhạy thấp hơn nhiều so với Vôn kế từ điện, chỉ khoảng 10Ω/V.
+ Để giảm thiểu sai số chỉ nên dùng ở khu vực tần số công nghiệp.
1.1.2.4 Đo điện áp bằng phương pháp so sánh
Các dụng cụ đo điện được trình bày trên sử dụng cơ điện để chỉ thị kết quả đo, do đó độ chính xác của dụng cụ không vượt quá cấp chính xác của bộ chỉ thị Để nâng cao độ chính xác khi đo điện áp, người ta thường áp dụng phương pháp bù, so sánh kết quả đo với giá trị mẫu chuẩn nhằm đạt được kết quả chính xác hơn.
Nguyên tắc cơ bản như sau:
+ Uk là điện áp mẫu với độ chính xác rất cao được tạo bởi dòng điện I ổn định đi qua điện trở mẫu R k Khi đó:
+ Chỉ thị là thiết bị phát hiện sự chênh lệch giữa điện áp mẫu U k và điện áp cần đo Ux
Khi ∆ ≠0 điều chỉnh con chạy của điện trở mẫu Rk sao cho Ux = Uk, nghĩa là làm cho∆ = 0; chỉ thị chỉ zero.
Kết quả được đọc trên điện trở mẫu đã được hiệu chỉnh theo thứ nguyên điện áp, đảm bảo độ chính xác của phép đo Các dụng cụ bù điện áp hoạt động dựa trên nguyên tắc tương tự nhưng có thể khác nhau về phần tạo điện áp mẫu Uk, phù hợp với từng loại thiết bị để tăng độ chính xác trong đo lường điện áp.
1.1.2.5 Điện thế kế xoay chiều
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị giống như điện thế kế một chiều, đề cập đến việc so sánh điện áp cần đo với điện áp rơi trên điện trở mẫu khi có dòng điện chạy qua Tuy nhiên, do không sử dụng pin mẫu mà thay vào đó là dòng xoay chiều, việc điều chỉnh để Ux và Uk bằng nhau rất phức tạp, đòi hỏi khả năng điều chỉnh chính xác để đảm bảo đo lường chính xác.
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)
Đo dòng điện
Dụng cụ được sử dụng để đo dòng điện gọi là ampe kế hay ampemet
Ampe kế có nhiều loại khác nhau, nếu chia theo kết cấu ta có:
Hình 3.3: Đồ ng h ồ s ố 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 bên là hai loại đồng hồ vạn năng số và kim Nếu chia theo tính chất của đại lượng đo, ta có:
* 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 càng tốt 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 dưới)
Hình 3.4: Dùng đồ ng h ồ s ố đ o dòng điệ n 2.1.1 Ampe k ế m ộ t chi ề u
Ampe kế một chiều hoạt động dựa trên cơ cấu chỉ thị từ điện, trong đó độ lệch của kim tỉ lệ thuận với dòng điện chạy qua cuộn động Tuy nhiên, khả năng chịu dòng của cơ cấu này rất hạn chế do dòng điện gây ra độ lệch kim nhỏ và dây quấn bằng dây có tiết diện bé, có khả năng chịu dòng từ 10^-4 đến 10^-2 A Điện trở của cuộn dây dao động từ 20Ω đến 2000Ω và đạt các cấp chính xác như 1,1; 1; 0,5; 0,2 và 0,05 Để nâng cao khả năng chịu dòng của ampe kế, người ta thường mắc thêm điện trở song song với cơ cấu chỉ thị, giúp cho ampe kế có thể đo các dòng lớn hơn một cách an toàn và chính xác.
= với = gọi là hệ số mở rộng thang đo của ampe kế.
Hình 3.5: M ắ c thêm điệ n tr ở sun song song v ớ i c ơ c ấ u ch ỉ th ị
I là dòng cần đo và ICT là dòng cực đại mà cơ cấu chịu đựng được (độ lệch cực đại của thang đo)
Chú ý rằng khi đo dòng nhỏ hơn 30A, điện trở shunt nằm ngay trong vỏ của ampe kế, còn khi đo dòng lớn hơn, điện trở shunt như một phụ kiện kèm theo Khi sử dụng ampe kế có nhiều thang đo, người dùng cần mắc shunt phù hợp để đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo dòng điện.
Việc tính điện trở sun ứng với dòng cần đo được xác định theo công thức như trên nhưng với n khác nhau ở hình a)
Điện trở sun được chế tạo bằng Manganin có độ chính xác cao hơn ít nhất một cấp so với độ chính xác của cơ cấu đo, giúp tăng độ chính xác của thiết bị đo lường Do cuộn dây động của cơ cấu chỉ thị được quấn bằng dây đồng mảnh, nên điện trở của nó thay đổi đáng kể khi nhiệt độ môi trường biến đổi hoặc do dòng điện chạy qua tạo ra nhiệt, gây ảnh hưởng đến độ chính xác của đo lường Để giảm thiểu tác động của sự thay đổi điện trở của cuộn dây khi nhiệt độ biến đổi, người ta mắc thêm điện trở bù bằng Manganin hoặc Constantan theo sơ đồ phù hợp.
Dưới đây là ví dụ thực tế của một sơ đồ mắc điện trở sun của một dụng cụ đo cả dòng và áp
Cặp nhiệt điện, hay còn gọi là nhiệt ngẫu, là dụng cụ kết hợp giữa chỉ thị từ điện và cặp nhiệt điện Nó gồm hai thanh kim loại khác loại được hàn lại với nhau tại điểm làm việc, có nhiệt độ t1, trong khi hai đầu còn lại nối với millivolt kế gọi là đầu tự do, có nhiệt độ t0 Cặp nhiệt điện đóng vai trò quan trọng trong việc đo nhiệt độ chính xác trong nhiều ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu.
Khi nhiệt độ đầu làm việc t1 khác nhiệt độ đầu tự do t0 thì cặp nhiệt sẽ sinh ra sức điện động
= − Khi dùng dòng Ix để đốt nóng đầu t1 thì:
= ∙ R1, 3: điện trở bang Mr R2: điện trở bằng Cu
=> = ∙ Như vậy kết quả hiển thị trên milivon kế tỉ lệ với dòng cần đo
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 lệch lớn do tiêu hao công suất và khả năng chịu quá tải kém, nhưng vẫn có thể đo ở dải tần rộng từ một chiều đến hàng MHz, phù hợp cho các ứng dụng đo lường trong các môi trường yêu cầu tần số cao.
Thông thường để tăng độ nhạy của cặp nhiệt, người ta sử dụng một bộ khuếch đại áp như sơ đồ dưới đây:
Để đo giá trị điện áp của nguồn xoay chiều, người ta sử dụng nguyên tắc đo nhiệt độ của điện trở nhiệt, vì nhiệt độ đo được tỷ lệ thuận với dòng qua điện trở nhiệt và dòng này lại tỉ lệ với điện áp hai đầu điện trở Chính nhờ nguyên tắc này, người ta có thể xác định chính xác giá trị điện áp thông qua đo nhiệt độ của điện trở nhiệt Đây là nguyên lý cơ bản để chế tạo các thiết bị đo điện áp dựa trên nhiệt điện, như Vônkế nhiệt điện, đảm bảo độ chính xác và tin cậy trong đo lường điện áp xoay chiều.
2.2 Đ o dòng điệ n xoay chi ề u 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.
Là dụng cụ đo dòng điện xoay chiều kết hợp giữa cơ cấu chỉ thị từ điện và mạch chỉnh lưu bằng diode.
Chỉnh lưu nửa chu kỳ
Biến áp sử dụng là loại biến áp dòng, trong đó số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lượt là W1 và W2 Tỉ số dòng của phía thứ cấp và sơ cấp được xác định bằng công thức liên quan đến số vòng dây W1 và W2 Điều này giúp cho việc truyền tải dòng điện hiệu quả và ổn định hơn trong các hệ thống điện Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa số vòng dây và tỉ số dòng là yếu tố quan trọng để thiết kế và vận hành biến áp dòng đúng chuẩn kỹ thuật.
Kim chỉ thị dừng ở vị trí chỉ dòng trung bình qua cuộn dây động R L được chọn để gánh phần dòng dư thừa giữa I2tb và Ict
Mối quan hệ giữa dòng đỉnh I P , dòng trung bình I trb và dòng trung bình bình phương Irms của sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu như sau:
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 : Ampemet ch ỉ nh l ư u Chú ý: Nói chung các ampe kế chỉnh lưu có độ chính xác không cao (từ 1 tới
Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ
Hệ số chỉnh lưu của ampe kế thay đổi theo nhiệt độ và tần số, do đó cần áp dụng sơ đồ bù sai số đo nhiệt và đo tần số để đảm bảo độ chính xác của kết quả đo lường.
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 cuộn động còn khi dòng lớn hơn 0,5A thì mắc song song như (hình sau)
Hình 3.9: Ampemet điệ n độ ng
Các điện trở và cuộn dây (L3, R3), (L4, R4) được sử dụng để bù sai số nhiệt (thường làm bằng manganin hoặc constantan) và sai số tần số, giúp đảm bảo dòng qua hai cuộn tĩnh và cuộn động luôn đồng pha, tăng độ chính xác của hệ thống đo lường.
Dụng cụ đo điện động có độ lệch phù hợp với I², do đó chỉ đo được giá trị RMS của dòng điện Giá trị RMS của dòng xoay chiều đóng vai trò như trị số dòng một chiều tương đương, giúp người dùng dễ dàng đọc thang đo của thiết bị như dòng một chiều hoặc dòng xoay chiều RMS, đảm bảo độ chính xác và tiện lợi trong các ứng dụng đo lường điện.
Dụng cụ đo dòng điện dựa trên nguyên lý chỉ thị điện từ, hoạt động nhờ vào cơ cấu điện từ để đo dòng điện chính xác Mỗi cơ cấu điện từ được chế tạo với một số ampe vòng xác định, trong đó I.W là một hằng số cố định giúp đảm bảo độ chính xác của đo lường Thiết bị này thường được sử dụng trong các ứng dụng đo dòng điện liên tục và kiểm tra hệ thống điện một cách hiệu quả.
Khi đo dòng có giá trị nhỏ người ta mắc các cuộn dây nối tiếp và khi đo dòng lớn người ta mắc các cuộn dây song song.
Đo công suất tác dụng mạch xoay chiều ba pha
Biểu thức tính công suất tác dụng và công suất phản kháng là :
= + + = ɸ ɸ sin + ɸ ɸ sin + ɸ ɸ sin với: , : điện áp pha và dòng pha hiệu dụng
: góc lệch pha giữa dòng và áp của pha tương ứng.
Nếu tải đối xứng = 3 cos =√3 cos
Trong thực tế, phụ tải không đối xứng khiến việc đo công suất trong mạch 3 pha trở nên phức tạp Để đảm bảo chính xác, thường xét điều kiện mạch 3 pha tải nối sao không có dây trung tính, bất kể loại phụ tải nào Điều này giúp đơn giản hóa quá trình đo lường và phân tích công suất trong hệ thống điện ba pha.
Hình 3.11: S ơ đồ m ắ c oát mét trong m ạ ch điệ n 3 pha a- tải nối sao b-tải nối tam giác
3.2 Các ph ươ ng pháp đ o
- Dùng 1 oátmet: Khi tải 3 pha hoàn toàn đối xứng
Hình 3.12: a- Đ o công su ấ t m ạ ch ba pha trung tính gi ả b- s ơ đồ véc t ơ
Hình 3.13: S ơ đồ m ắ c 2 oátmet đ o công su ấ t m ạ ch 3 pha
Hình 3.14 Ph ươ ng pháp 3 oatmet đ o công su ấ t m ạ ch 3 pha
3.3 Đ o công su ấ t ph ả n kháng m ạ ch xoay chi ề u ba pha
Công suất phản kháng trong mạch 3 pha được tính theo công thức
Hình 3.15 a- công su ấ t ph ả n kháng 1 oatmet b- gi ả n đồ véct ơ
3.3.2 Ph ươ ng pháp 2 oatmet
Hình 3.16: Công su ấ t ph ả n kháng dùng 2 oatmet
3.3.3 Ph ươ ng pháp 3 oatmet
Hình 3.17: Công su ấ t ph ả n kháng dùng 3 oatmet
Đo điện năng mạch xoay chiều ba pha
Năng lượng trong mạch xoay chiều một pha đươc tính:
A=P.t với: P = U.I.cos là công suất tiêu thụ trên tải. t là khoảng thời gian tiêu thụ của tải.
Công tơ đo năng lượng là thiết bị chính dùng để đo lượng tiêu thụ điện năng, dựa trên nguyên lý cảm ứng Công tơ được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị cảm ứng, giúp đo chính xác lượng điện tiêu thụ trong hệ thống điện một pha Sơ đồ cấu tạo của công tơ một pha gồm các thành phần quan trọng như rotor cảm ứng, stator và các bộ phận đo lường, đảm bảo hoạt động chính xác và bền bỉ trong quá trình sử dụng Việc hiểu rõ cấu tạo công tơ cảm ứng giúp nâng cao hiệu quả trong việc quản lý và kiểm soát tiêu thụ điện năng.
Hình 3.18: S ơ đồ c ấ u t ạ o c ủ a m ộ t công t ơ m ộ t pha d ự a trên c ơ c ấ u ch ỉ th ị cả m ứ ng
Cấu tạo: như hình 5.8 a, gồm các bộ phận chính:
Cuộn dây 1, còn gọi là cuộn áp của nam châm điện 1, được mắc song song với phụ tải để tạo ra từ trường mạnh Với số vòng dây nhiều và tiết diện dây nhỏ, cuộn này chịu được điện áp cao, đảm bảo hoạt động ổn định của nam châm điện trong hệ thống điện.
Cuộn dây 2, còn gọi là cuộn dòng, tạo nên nam châm điện 2 và được mắc nối tiếp với phụ tải, có dây to, số vòng ít, chịu được dòng lớn Đĩa nhôm 3 được gắn trên trục và tì vào trụ, dễ dàng quay tự do giữa hai cuộn dây, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của hệ thống.
Hộp số cơ khí: gắn với trục của đĩa nhôm.
Nam châm vĩnh cửu 4: có từ trường của nó xuyên qua đĩa nhôm để tạo ra mômen hãm.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên nguyên tắc dòng điện chạy qua phụ tải tạo ra từ thông cắt đĩa nhôm hai lần, kích hoạt cảm biến Khi dòng điện I chạy qua phụ tải, nó tạo ra từ thông cắt đĩa nhôm, làm thay đổi tín hiệu cảm biến Đồng thời, điện áp U được đặt vào cuộn áp, sinh ra dòng I, tạo ra hai từ thông đối nhau, từ đó phát hiện sự thay đổi dòng điện và điều chỉnh hoạt động của thiết bị Hiểu rõ nguyên lý này giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác của hệ thống.
: là từ thông làm việc, xuyên qua đĩa nhôm
: không xuyên qua đĩa nhôm do vậy mà không tham gia việc tạo ra mômen quay.
Từ sơ đồ vectơ như hình 3.19b có:
= ∙ ; = = ∙ Với: , : là hệ số tỉ lệ về dòng và áp; : là tổng trở của cuộn áp.
Hình 3.19 : Công t ơ m ộ t pha:a) S ơ đồ c ấ u t ạ o; b) Bi ể u đồ vect ơ
Sai số của công tơ được tính như sau:
Với: , : là năng lượng và hằng số công tơ định mức. đ , đđ : là năng lượng và hằng số côngtơ đo được.
Cấp chính xác của công tơ thường là: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5.
Để đảm bảo công tơ hoạt động chính xác, trước khi sử dụng, cần thực hiện kiểm tra hiệu chỉnh và cặp chì Quá trình kiểm tra công tơ phải được thực hiện theo sơ đồ lắp đặt như hình 3.20 nhằm đảm bảo kết quả chính xác và đáng tin cậy.
Nguồn điện 3 pha qua bộ điều chỉnh pha giúp lấy ra điện áp một pha có thể lệch pha từ 0 đến 360 độ so với bất kỳ pha nào của nguồn Điện áp này sau đó được biến dòng (dưới dạng biến áp tự ngẫu) điều chỉnh, và dòng điện ra được mắc nối tiếp với phụ tải, ampe kế, cũng như các cuộn dòng của watmet và công tơ Điện áp đo được từ một pha bất kỳ (ví dụ pha BC) qua biến áp tự ngẫu và được đưa vào cuộn áp của watmet và công tơ, trong khi vônmét hiển thị điện áp tại đầu ra của biến áp tự ngẫu, đảm bảo đo lường chính xác và thuận tiện.
Hình 3.20: S ơ đồ ki ể m tra công t ơ
*Vi ệ c ki ể m tra công t ơ theo các b ướ c sau đ ây:
1 Điều chỉnh tự quay của công tơ: điều chỉnh , đặt điện áp vào cuộn áp của watmet và công tơ bằng điện áp định mức U = ; điều chỉnh sao cho dòng điện vào cuộn dòng của watmet và công tơ bằng không I = 0, lúc này watmet chỉ 0 và công tơ phải đứng yên Nếu côngtơ quay thì đó là hiện tượng tự quay của côngtơ.
Hiện tượng tự quay của công tơ xảy ra khi mômen bù ban đầu quá lớn hơn mômen ma sát giữa trục và trụ, gây mất ổn định trong quá trình hoạt động Để khắc phục tình trạng này, cần điều chỉnh vị trí của mấu từ trên trục công tơ nhằm tăng mômen hãm, qua đó giảm mômen bù cho đến khi công tơ đứng yên Việc này giúp loại trừ hiện tượng tự quay, đảm bảo công tơ hoạt động chính xác và ổn định hơn.
2 Điều chỉnh góc = − = 2 : cho điện áp bằng điện áp định mức
U = , dòng điện bằng dòng điện định mức I = Điều chỉnh góc lệch pha
Khi góc \(\theta\) bằng 90 độ, cos bắt đầu bằng 0, dẫn đến watmet chỉ bằng 0 và công tơ đứng yên Nếu công tơ quay, điều đó cho thấy \(\neq\) và công tơ không tỷ lệ với công suất Để điều chỉnh góc \(\theta\), ta cần điều chỉnh góc hoặc từ thông bằng cách điều chỉnh bộ phận phân nhánh từ của cuộn áp hoặc điều chỉnh vòng ngắn mạch của cuộn dòng Quá trình này được thực hiện liên tiếp cho đến khi công tơ đứng yên, lúc đó số chỉ của công tơ sẽ tỷ lệ với công suất và góc \(\theta\) sẽ bằng 0, đảm bảo đo lường chính xác.
3 Kiểm tra hằng số công tơ: để kiểm tra hằng số công tơ thì cần phải
39 điều chỉnh sao cho cos Φ = 1 (tức là Φ = 0), lúc này watmet chỉ P = U.I.
Cho I = , U = lúc đó P Đo thời gian quay của công tơ bằng đồng hồ bấm giây t Đếm số vòng N mà công tơ quay được trong khoảng thời gian t Từ đó ta tính được hằng số công tơ:
= Hằng số này thường không đổi đối với mỗi loại côngtơ và được ghi trên mặt côngtơ.
Ví dụ: trên công tơ có viết : “1kWh = 600vòng” Điều này có nghiã là C = 600 vòng /1kWh.
Trong thực tế đôi khi người ta sử dụng một đại lượng nghịch đảo với hằng số C đó là hằng số k:
Để thuận tiện, trên hộp số người ta tính toán để cho k = 1kWh/1 số, giúp người dùng dễ dàng hơn trong việc theo dõi và quản lý năng lượng Nếu giá trị của k không bằng với giá trị định mức ghi trên mặt công tơ, ta cần điều chỉnh vị trí của nam châm vĩnh cửu để tăng hoặc giảm mômen cản, đảm bảo giá trị của k đạt đúng mức quy định Việc này giúp duy trì độ chính xác của công tơ điện và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống đo lường.
Sai số của công tơ được tính như sau :
Khi tính toán sai số, nếu sai số nhỏ hơn hoặc bằng mức độ chính xác được ghi trên công tơ, công tơ hoạt động hợp lệ Trong trường hợp sai số vượt quá giới hạn này, cần tiến hành sửa chữa và hiệu chỉnh công tơ rồi kiểm tra lại để đảm bảo độ chính xác Đối với công tơ điện tử, quá trình chế tạo bắt đầu bằng việc biến đổi dòng điện I thành điện áp U tỉ lệ phù hợp với dòng điện đó, nhằm đảm bảo đo lường chính xác và hiệu quả.
= I một điện áp khác tỉ lệ với điện áp đặt vào U:
= I qua bộ phận điện tử (nhân analog) sẽ nhận được điện áp U tỉ lệ với công suất P:
Điện áp sau đó sẽ đi qua các khâu chính như biến đổi điện áp-tần số hoặc bộ biến đổi A/D, rồi đến bộ đếm để xuất ra chỉ thị số Số chỉ hiển thị đáp ứng tỷ lệ với năng lượng đã đo được, được tính bằng công thức N = CW trong khoảng thời gian đo năng lượng Quá trình này giúp đo chính xác lượng năng lượng tiêu thụ hoặc sản xuất dựa trên sự biến đổi và xử lý tín hiệu điện áp.
Hình 3.21: S ơ đồ kh ố i nguyên lý c ủ a côngt ơ điệ n t ử
Tất cả các bộ biến đổi trên đây đều thực hiện bằng mạch điện tử.
Công tơ điện tử có thể đạt tới cấp chính xác 0,5.
Đo công suất và điện năng trong mạch cao áp
Đo công suất mạch 3 pha trong mạch cao áp người ta sử dụng thêm các biến dòng và biến áp đo lường
Kết quả đo được nhân với hệ số máy biến dòng, biến áp
Hình 3.22: Đ o công su ấ t 3 pha trong m ạ ch điệ n cao áp
SỬ DỤNG CÁC LOẠI MÁY ĐO THÔNG DỤNG
Sử dụng VOM, MΩ
1.1 S ử d ụ ng máy đ o v ạ n n ă ng VOM a) Công dụng
Máy đo VOM đo được các đại lượng:
- Điện áp xoay chiều, một chiều đến 1000 V.
- Dòng điện một chiều đến vài trăm mA. b) Kết cấu mặt ngoài
1 Núm xoay 5 Nút chỉnh 0Ω (Adj)
2 Các thang đo 6 Kim đo
3 Các vạch số (vạch đọc) 7 Lỗ cắm que đo
4 Vít chỉnh kim 8 Gương phản chiếu c) Cách sử dụng
Đo điện trở là phương pháp xác định giá trị của phần tử thụ động không mang năng lượng, do đó cần sử dụng nguồn pin như pin 3V hoặc 12V tùy theo thang đo phù hợp để đảm bảo độ chính xác của kết quả.
- Bước 1: Cắm que đo đúng vị trí: đỏ (+); đen (–).
- Bước 2: Chuyển núm xoay vể thang đo phù hợp (một trong các thang đo điện trởΩ).
- Bước 3: Chập 2 que đo và điều chỉnh núm (Adj) cho kim chỉ đúng số 0 trên vạch (Ω) Nếu chỉnh núm này mà không về “0” phải thay nguồn Pin
- Bước 4: Tiến hành đo: chấm 2 que đo vào 2 đầu điện trở cần đo.
- Bước 5: Đọc trị số: trị số đo điện trở sẽ được đọc trên vạch (trên mặt số) theo biểu thức sau:
SỐ ĐO = SỐ ĐỌC X THANG ĐO
VD1: Núm xoay đặt ở thang x10; đọc được 26 thì giá trị điện trở đo được là: Số đo = 26 x10 = 260Ω.
VD2: Núm xoay đặt ở thang x10K; đọc được 100 thì giá trị điện trở đo được là:
-Mạch đo phải ở trạng thái không có điện.
-Điện trở cần đo phải được cắt ra khỏi mạch.
-Không được chạm tay vào que đo.
Khi đo điện trở, bạn không nên kết luận ngay rằng điện trở bị hỏng nếu kim đồng hồ không lên khi để ở thang đo nhỏ Thay vào đó, hãy chuyển sang thang đo lớn hơn để đảm bảo kết quả chính xác Tương tự, khi đặt ở thang đo lớn mà kim chỉ 0, bạn cần chuyển sang thang đo cao hơn để kiểm tra đúng mức điện trở Việc lựa chọn đúng thang đo phù hợp giúp tránh nhầm lẫn và đảm bảo độ chính xác trong quá trình kiểm tra điện trở.
- Đo kiểm tra ngắn mạch giữa 2 điểm, thì kết quả đo là 0Ω, còn đo hở mạch giữa 2 điểm, kết quả đo là ∞(Ω)
*Các chức năng khác của thang đo điện trở:
*Đo kiểm tra xác định cực tính D Để xác định cực tính của D ta sử dụng trực tiếp nguồn PIN của ĐHVN để phân cực.
- Chuyển về đoΩ, chọn thang x1, ta tiến hành đảo que đo 2 lần.
Nếu quan sát thấy một lần kim đồng hồ không lên =∞ (hết vạch ), và một lần chỉ thị khoảng vài chụcΩ(1015Ω), thì D còn tốt.
Khi đo đạc cực tính của LED, đầu nối với que đen là Anốt còn đầu nối với que đỏ là Catot Lưu ý quan trọng là khi kiểm tra, đo lường và xác định cực tính của LED, nên sử dụng thang đo x10 để tránh làm hỏng LED do dòng điện vượt quá khả năng chịu đựng, vì khả năng chịu đựng dòng của LED là dưới 10mA Khi thực hiện phép đo theo hướng phân cực thuận, việc chọn thang đo phù hợp giúp đảm bảo an toàn và độ chính xác cao hơn trong quá trình kiểm tra.
LED thì đèn sẽ sáng.
Hình 4.3: Ki ể m tra, xác đị nh c ự c tính diode
- Sau 2 lần đo (đảo đầu điôt thuận nghịch): 1 lần kim quay mạnh, 1 lần kim không quay là điôt còn tốt.
Khi kim quay mạnh, que thử màu đen kết nối với cực nào thì cực đó là Anode (cực dương của điốt) Điều này xảy ra vì điốt được phân cực thuận, trong đó que màu đen (-) nối với nguồn (+) của thiết bị đo, xác định rõ cực dương của điốt trong quá trình kiểm tra.
* Đo thông mạch, hở mạch
Hình 4.4: Ki ể m tra thông m ạ ch
Thỏa mãn đồng thời 3 điều kiện trên thì tụ điện còn tốt.
Hình 4.7: Xác đị nh c ự c tính transitor
- Trước hết, xác định cực B, dùngΩ_kế, vặn thang x1,
- Sau đó tiến thành lấy một que đo giữ cố định với 1 chân bất kỳ của que đo.
- Que còn lại lần lượt đưa vào đo 2 chân còn lại
- Tiếp tục đảo que đo, cho đến khi ta nhận được 2 giá trị điện trở R liên tiếp bằng nhau R=(10÷15)Ω, khi đó que nối với chân cố định là B:
+ Nếu que cố định(lần đo cuối trong loạt đo đầu tiên) là que đỏ, thì đây là Transistor loại NPN
+ Nếu que cố định(lần đo cuối trong loạt đo đầu tiên) là que đen, thì đây là Transistor loại PNP
Để xác định nốt 2 chân còn lại C và E, ta sử dụng Ω kế chọn thang đo X100 1K Đưa hai que đo vào hai chân còn lại và dùng ngón tay chạm nối cực B với từng chân, nếu kim đồng hồ không chỉ thị giá trị R khoảng từ 10K-100K thì đảo que đo và lặp lại các bước đo Khi đó, giá trị R nằm trong khoảng 10K-100K, và que chạm với cực B sẽ xác định chân C còn lại, chân E còn lại.
Lưu ý: với tất cả các ĐHVN:
+ Que đen bao giờ cũng nối với (+) nguồn
+ Que đỏ bao giờ cũng nối với () nguồn
Chỉ trừ các loại Vônkế điện tử thì:
+ Que đen nối với (-) nguồn
+ Que đỏ nối với (+) nguồn
* Đo điện áp xoay chiều:
Bước 1: Chuyển núm xoay vể thang đo phù hợp (một trong các thang ở khu vực ACV; màu đỏ).
Bước 2: Tiến hành đo: Chấm 2 que đo vào 2 điểm cần đo
Bước 3: Đọc trị số: Số đo sẽ được đọc ở các vạch còn lại trên mặt số (trừ vạchΩ) theo biểu thức như sau:
SỐ ĐO = SỐ ĐỌC * (THANG ĐO / VẠCH ĐỌC)
Ví dụ: Đặt ở thang 50V – AC; đọc trên vạch 10 thấy kim đồng hồ chỉ 8 V thì số đo là:
- Thang đo phải lớn hơn giá trị cần đo Tốt nhất là giá trị cần đo khoảng 70% giá trị thang đo.
- Phải cẩn thận tránh va quẹt que đo gây ngắn mạch và bị điện giật
* Đo điện áp một chiều:
Tiến hành tương tự như phần b, nhưng núm xoay phải đặt ở khu vực DCV và chấm que đo phải đúng cực tính như hình
Đo dòng điện một chiều là quá trình xác định lượng dòng điện chạy qua một điểm trong mạch điện, đảm bảo đo đúng lưu lượng dòng điện ổn định Khi đo dòng điện, ĐHVN được mắc nối tiếp với điện trở tải nhằm đảm bảo chính xác và an toàn trong quá trình đo lường Việc đo dòng điện giúp kiểm tra hoạt động của mạch và đảm bảo các thông số kỹ thuật được duy trì đúng theo yêu cầu.
Bước 1: Chuyển núm xoay về khu vực DC mA.
Bước 2: Tiến hành đo: Cắt mạch, nối tiếp que đo vào 2 điểm cần đo.
Bước 3: Đọc trị số, tương tự như phần b, đơn vị tớnh là mA hoặcàA nếu để ở thang 50 àA.
* Khi đo điện áp và dòng điện DC cần chú ý tới cực tính của nguồn điện:
+ Que đỏ, đặt ở điểm có điện thế huặc dòng điện cao hơn
+ Que đen, đặt ở điểm có điện thế huặc dòng điện thấp hơn.
Khi không khẳng định được điểm có thế thấp, điểm có thế cao thì tiến hành đo nhanh, nếu thấy kim quay ngược thì đảo đầu que đo.
1.2 S ử D ụ ng máy đ o điệ n tr ở cách điệ n - Mêgômet:
Mêgômet là loại máy đo dùng đo điện trở lớn hàng MΩ, thường dùng để kiểm tra điện trở cách điện của thiết bị.
Để sử dụng, bạn cần kẹp một que vào phần dẫn điện và que còn lại vào phần vỏ cách điện của máy Quay nhanh và đều tay đồng hồ vạn năng đến khi kim ổn định không còn dao động, lúc đó mới đọc giá trị điện áp hoặc điện trở cần thiết.
1 Cọc kết nối que đo 2 Kim đo
3 Vạch số 4 Tay quay manhêtô
Phải quay manhêtô thật đều tay.
Khi chưa sử dụng kim của megometter nằm ở vị trí bất kỳ trên mằt số.
3.2 Sử dụng máy đo điện trở tiếp đất - Terômét: a Công dụng:
Terômet là dụng cụ chuyên dùng để đo điện trở nối đất. b Cách sử dụng:
Nối cực X với cọc cần đo Rtđ.
Nối cực áp U với cọc phụ, cách cọc cần đo Rtđ một khoảng 20m
Nối cực dòng I với cọc phụ cách cọc U một khoảng 20m.
Quay máy phát đều tay. Đọc kết quả đo.
Ampe kìm, OSC(oscilloscope: dao động ký)
Ampe kìm là thiết bị đo dòng điện có lõi sắt, hình dạng giống như chiếc kìm, giúp đo cường độ dòng điện một cách chính xác và tiện lợi Khi kẹp ampe kìm vào dây dẫn điện, dây dẫn hoạt động như cuộn sơ cấp của bộ biến dòng, giúp thiết bị hoạt động hiệu quả Đặc biệt, ampe kìm cho phép người dùng đo dòng điện mà không cần ngắt kết nối hay cắt đứt dây dẫn, tiết kiệm thời gian và đảm bảo an toàn.
Ampe kìm chủ yếu được sử dụng để đo dòng điện xoay chiều với công suất đến vài trăm ampe Thiết bị này thường được áp dụng để kiểm tra dòng điện trên đường dây và dòng điện chạy qua các máy móc đang hoạt động trong hệ thống điện Nhờ khả năng đo chính xác và tiện lợi, ampe kìm trở thành công cụ không thể thiếu trong kiểm tra, bảo trì và sửa chữa các thiết bị điện công nghiệp.
Ngoài ra trên Ampe kìm còn có các thang đo ACV, DCV và thang đo điện trở.
1 Gọng kìm; 2 Chốt mở gọng kìm;
3 Núm xoay; 4 Nút khóa kim;
5 Nút điều chỉnh 0; 6 Kim chỉ thị ; b Cách sử dụng:
* Đo dòng điện xoay chiều:
Bước 1: Chuyển núm xoay sang khu vực ACA.
Bước 2: Ấn mở gọng kìm, kẹp đường dây cần đo vào giữa (chỉ cần kẹp một dây pha hoặc dây trung tính).
Bước 3: Đọc trị số: tương tự máy đo VOM.
* Đo các đại lượng còn lại:
Hoàn toàn giống như máy đo VOM.
Khi đo chỉ cần kẹp một dây.
Không sử dụng que đo để đo ACA.
Phải cẩn thận tránh nhầm lẫn các thang đo khác với thang đo ACA.
Máy hiện sóng điện tử, còn gọi là dao động ký điện tử, là dụng cụ hiển thị dạng sóng phổ biến trong lĩnh vực điện tử Thiết bị này chủ yếu dùng để đo và vẽ dạng của các tín hiệu điện thay đổi theo thời gian Nhờ vào máy hiện sóng, người dùng có thể phân tích chính xác các đặc điểm của tín hiệu điện, từ đó đưa ra các đánh giá phù hợp về hệ thống điện tử đang vận hành Máy hiện sóng còn hỗ trợ trong việc chẩn đoán các lỗi kỹ thuật và thiết kế mạch điện tử hiệu quả hơn.
+ Giá trị điện áp và thời gian tương ứng của tín hiệu
+ Tần số dao động của tín hiệu
+ Góc lệch pha giữa hai tín hiệu
+ Dạng sóng tại mỗi điểm khác nhau trên mạch điện tử
+ Thành phần của tín hiệu gồm thành phần một chiều và xoay chiều như thế nào
+ Trong tín hiệu có bao nhiêu thành phần nhiễu và nhiễu đó có thay đổi theo thời gian hay không
Máy hiện sóng là thiết bị giống như một chiếc truyền hình cỡ nhỏ với màn hình được chia ô rõ ràng và nhiều phần điều khiển hơn so với TV thông thường Thiết bị này có phần hiển thị sóng rõ nét, giúp người dùng phân tích các tín hiệu điện tử chính xác hơn Bảng điều khiển của máy hiện sóng thường gồm các chức năng điều chỉnh theo các trục X và Y, giúp giảm thiểu sai số và tối ưu hóa quá trình đo đạc Đây là thiết bị quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử, phục vụ việc kiểm tra, phân tích tín hiệu một cách hiệu quả.
Y, đồng bộ và chế độ màn hình; phần kết nối đầu đo ….
Màn hình của máy hiện sóng được chia ô, 10 ô theo chiều ngang và
Trong chế độ hiển thị thông thường, máy hiện sóng thể hiện dạng sóng biến đổi theo thời gian, với trục đứng Y đại diện cho điện áp và trục ngang X biểu thị thời gian Độ chói hoặc độ sáng của màn hình là một yếu tố quan trọng, giúp người dùng dễ dàng quan sát và phân tích các dạng sóng Máy hiện sóng có 8 ô theo chiều đứng, cung cấp khả năng hiển thị rõ ràng các tín hiệu điện trong các thử nghiệm và đo lường.
Máy hiện sóng không chỉ dùng trong lĩnh vực điện tử mà còn ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Nhờ vào các bộ chuyển đổi phù hợp, thiết bị có thể đo được các thông số của hầu hết các hiện tượng vật lý như âm thanh, ánh sáng, độ căng, độ rung, áp suất hay nhiệt độ Bộ chuyển đổi có vai trò quan trọng trong việc tạo ra tín hiệu điện tương ứng với đại lượng cần đo, giúp quá trình phân tích và kiểm tra chính xác hơn.
Các thiết bị điện tử thường được chia thành 2 nhóm cơ bản là thiết bị tương tự và thiết bị số, máy hiện sóng cũng vậy:
Máy hiện sóng tương tự chuyển trực tiếp tín hiệu điện cần đo thành dòng electron bắn lên màn hình, tạo ra dạng sóng tương ứng nhờ điện áp làm lệch chùm electron tỉ lệ với tín hiệu đo được Trong khi đó, máy hiện sóng số lấy mẫu dạng sóng qua bộ chuyển đổi tương tự/ số (ADC), sau đó dùng dữ liệu số để tái tạo hình dạng sóng trên màn hình, giúp phân tích chính xác và linh hoạt hơn.
Chọn loại máy hiện sóng phù hợp phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể Máy hiện sóng tương tự thường được sử dụng để hiển thị dạng tín hiệu theo thời gian thực khi các tín hiệu xảy ra Trong khi đó, máy hiện sóng số thích hợp khi cần lưu trữ dữ liệu, hình ảnh để xử lý sau hoặc in ra dạng sóng, nhờ khả năng kết nối với máy tính và các bộ vi xử lý.
Phần tiếp theo chúng ta sẽ nói tới máy hiện sóng tương tự, loại dùng phổ biến trong kỹ thuật đo lường điện tử
2.2.2 S ơ đồ kh ố i c ủ a m ộ t máy hi ệ n sóng thông d ụ ng
Tín hiệu vào được đưa qua bộ chuyển mạch AC/DC, giúp xác định thành phần DC hoặc chỉ quan tâm đến thành phần AC của tín hiệu Tín hiệu này sau đó đi qua bộ phân áp điều chỉnh bởi chuyển mạch VOLTS/DIV, cho phép thay đổi tỷ lệ của sóng theo chiều đứng để dễ dàng quan sát và phân tích Chuyển mạch YPOS giúp điều chỉnh vị trí theo chiều dọc của sóng, cho phép di chuyển sóng lên hoặc xuống trên màn hình Sau khi qua phân áp, tín hiệu vào được khuếch đại bằng bộ khuếch đại Y để tạo lệch phù hợp với điều khiển cặp làm lệch đứng, đồng thời tín hiệu này còn được gửi tới khối đồng bộ (trigo) để kích thích mạch tạo sóng răng cưa và điều khiển cặp làm lệch ngang nhằm tăng hiệu quả đo đạc Trong chế độ đồng bộ ngoài, mạch có thể được kích hoạt bằng tín hiệu ngoài thay vì tín hiệu từ khối đồng bộ Y Khi vào khối tạo sóng răng cưa, hai tín hiệu điều khiển từ núm TIME/DIV và XPOS được sử dụng để điều chỉnh tốc độ quét theo chiều ngang và vị trí của sóng, giúp quan sát dễ dàng hơn Núm TIME/DIV (hoặc SEC/DIV) điều chỉnh tốc độ quét, trong khi núm XPOS cho phép di chuyển sóng theo chiều ngang để thuận tiện trong phân tích dạng sóng trên màn hình CRT.
Sau đây ta sẽ xem xét phần điều khiển, vận hành và các ứng dụng thông dụng nhất của một máy hiện sóng.
2.2.3 Thi ế t l ậ p ch ế độ ho ạ t độ ng và Cách điề u khi ể n m ộ t máy hi ệ n sóng a Thiết lập chế độ hoạt động cho máy hiện sóng
Sau khi nối đất cho máy hiện sóng ta sẽ điều chỉnh các núm vặn hay công tắc để thiết lập chế độ hoạt động cho máy.
Panel trước của máy hiện sóng gồm 3 phần chính là VERTICAL (phần điều khiển đứng),
HORIZONTAL (phần điều khiển ngang) và TRIGGE
R (phần điều khiểnđồng bộ) Một số phần còn lại
(FOCUS độ nét, INTENSITY độ sáng…) có thể khác nhau tuỳ thuộc vào hãng sản xuất, loại máy, và model.
Kết nối các đầu đo vào đúng vị trí trên thiết bị, thường được ký hiệu là CH1, CH2, với kiểu đấu nối BNC (xem hình bên) Các máy hiện sóng thông thường đi kèm với hai que đo tương ứng với hai kênh, và màn hình sẽ hiển thị dạng sóng tương ứng với từng kênh để người dùng dễ dàng phân tích tín hiệu.
Một số máy hiện sóng được trang bị chế độ AUTOSET hoặc PRESET giúp tự động thiết lập lại toàn bộ phần điều khiển, tiết kiệm thời gian và đảm bảo độ chính xác trong quá trình vận hành Nếu máy không có các chế độ này, người dùng sẽ phải thực hiện việc điều chỉnh bằng tay trước khi sử dụng để đảm bảo hiệu suất làm việc tối ưu Việc hiểu rõ các chế độ tự động và thủ công của máy hiện sóng giúp nâng cao hiệu quả sử dụng và đảm bảo kết quả đo chính xác trong các ứng dụng kỹ thuật.
Các bước chuẩn hoá như sau:
+ Đưa tất cả các nút bấm về vị trí OUT
+ Đưa tất cả các thanh trượt về vị trí UP
+ Đưa tất cả các núm xoay về vị trí
+ Đưa nút giữa của VOLTS/DIV, TIME/DIV,
HOLD OFF về vị trí CAL (cân chỉnh)
2 Vặn VOLTS/DIV và TIME/DIV về vị trí 1V/DIV và 2s/DIV
4 Xoay YPOS để điều chỉnh điểm sáng theo chiều đứng (điểm sáng sẽchạy ngang qua màn hình với tốc độ chậm) Nếu vặn
Khi thời gian hoặc độ phân giải thay đổi theo chiều ngược kim đồng hồ (theo chiều giảm), điểm sáng trên màn hình sẽ di chuyển nhanh hơn, tạo cảm giác điểm sáng đó chuyển động với tốc độ cao hơn Khi ở vị trí gần trung tâm màn hình, điểm sáng sẽ xuất hiện như một vạch sáng thay vì điểm sáng đơn lẻ, giúp người dùng dễ nhận biết và quan sát chuyển động của điểm sáng rõ nét hơn.
5 Điều chỉnh INTENS để thay đổi độ chói và
FOCUS để thay đổi độ nét của vạch sáng trên màn hình.
6 Đưa tín hiệu chuẩn để kiểm tra độ chính xác của máy Đưa đầu đo tới vị trí lấy chuẩn (hoặc là từ máy phát chuẩn hoặc ngay trên máy hiện sóng ở vị trí CAL 1Vpp, 1kHz) Với giá trị chuẩn như trên nếu VOLTS/DIV ở vị trí 1V/DIV và TIME/DIV ở vị trí 1ms/DIV thì trên màn hình sẽ xuất hiện một sóng vuông có biên độ đỉnh đỉnh 1 ô trên màn hình và độ rộng xung cũng là 1ô trên màn hình (xoay YPOS và XPOS để đếm ô một cách chính xác).
Sau khi đã lấy lại các giá trị chuẩn, tùy thuộc vào chế độ làm việc, bạn có thể sử dụng các nút điều khiển phù hợp để thao tác chính xác Việc này giúp đảm bảo hiệu quả vận hành của thiết bị, đồng thời dễ dàng thực hiện các thao tác điều chỉnh theo từng chế độ làm việc khác nhau Chọn nút điều khiển đúng sẽ tối ưu hóa quá trình vận hành, nâng cao hiệu quả công việc và đảm bảo an toàn cho người dùng.
2.2.4 Các ph ầ n điề u khi ể n chính a Điều khiển màn hình
Điều chỉnh độ sáng INTENSITY của dạng sóng là cần thiết để nâng cao khả năng quan sát, đặc biệt khi tăng tần số quét Thường thì khi tăng tần số quét, chúng ta cần tăng thêm độ sáng để hình ảnh rõ nét hơn Thực chất, việc điều chỉnh này liên quan đến việc điều chỉnh điện áp lưới, giúp duy trì độ sáng phù hợp và đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị.
+ Điều chỉnh độ nét – FOCUS của dạng sóng Thực chất là điều chỉnh điện áp các anot A1, A2 và A3
Sử dụng máy biến áp đo lường
(BU hay TU: Tranformer U hay Poten tial Transformer: PT)
Hình 4.12: Hình d ạ ng bên ngoài c ủ a máy bi ế n áp
Hình 4.13: S ơ đồ m ắ c Máy bi ế n áp
Máy biến điện áp có chức năng chính là biến đổi điện áp từ trị số cao xuống trị số thấp, giúp phục vụ cho công tác đo lường, bảo vệ rơ le và tự động hóa hệ thống điện Đo điện áp phía thứ cấp của máy biến điện áp thường khoảng 100V, bất kể điện áp định mức ở phía sơ cấp là bao nhiêu Việc giảm điện áp này đảm bảo an toàn, chính xác trong các ứng dụng điện lực và tự động hoá.
Máy biến điện áp hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như máy biến áp điện lực, sử dụng cảm biến để đo điện áp và truyền tín hiệu Tuy nhiên, công suất của máy biến điện áp nhỏ hơn nhiều, dao động từ 5VA đến 300VA, phù hợp với các ứng dụng đo lường và điều khiển Việc này giúp đảm bảo độ chính xác cao trong các hệ thống điện tử và hệ thống đo lường.
Trong hệ thống điện, tổng trở mạch ngoài của thứ cấp máy biến điện áp (TU) rất nhỏ, do đó, TU có thể được xem như một máy biến điện áp hoạt động không tải liên tục Điều này giúp đảm bảo khả năng đo lường chính xác và ổn định trong các ứng dụng đo lường điện áp Chính vì vậy, việc thiết kế và lựa chọn TU phù hợp là yếu tố quan trọng để duy trì hiệu suất và độ chính xác của hệ thống truyền tải điện.
Máy biến điện áp thường được chế tạo thành loại một pha, ba pha hay ba pha 5 trụ theo các cấp điện áp như 6,10,15,24,36KV
(BI or TI: Transformer I or Current Transformer: CT)
Hình 4.14: S ơ đồ m ắ c máy bi ế n dòng
Máy biến dòng (TI) hay (BI) có nhiệm vụ biến đổi một dòng điện có trị số
Dòng điện thứ cấp của thiết bị đo lường thường là 1A hoặc 5A, giúp cung cấp trị số nhỏ phù hợp cho các dụng cụ đo lường, bảo vệ rơ le và hệ thống tự động hóa Công suất định mức của thiết bị này dao động từ khoảng 5VA đến 120VA, đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp và tự động hóa.
Máy biến dòng (TI) có cấu tạo tương tự như máy biến áp điện lực, với cuộn sơ cấp mắc nối tiếp vào dây dẫn điện áp cao, cung cấp dòng điện cho tải Cuộn sơ cấp có số vòng rất nhỏ, thường chỉ một vòng dây khi dòng điện không vượt quá 600A, trong khi phụ tải thứ cấp rất nhỏ và thường hoạt động trong trạng thái ngắn mạch Để đảm bảo an toàn, cuộn thứ cấp của máy biến dòng phải được nối đất, và thiết bị này có nhiều loại phù hợp với các vị trí khác nhau, phân loại dựa trên số vòng dây của cuộn sơ cấp thành loại một vòng và loại nhiều vòng.