Bài giảng Kỹ thuật đo lường (Trương Thị Bích Thanh) - Chương 8 Đo điện áp

Đo điện áp bằng phương pháp so sánh... Đo điện áp bằng phương pháp so sánh.

Trang 1

Chương 8 : Đo điện áp

Trang 2

 Khái niệm chung

 Các dụng cụ đo điện áp

 Vôn mét tương tự

 Vôn mét số

Nội dung

Trang 3

 Đo điện áp là phép đo phổ biến trong các ngành

 Khoảng giá trị điện áp đo rộng (vài μV đến vài trăm kV), trong dải V đến vài trăm kV), trong dải tần số rộng (vài Hz đến vài nghìn MHz), và dưới nhiều dạng tín hiệu điện áp khác nhau

 Thiết bị đo điện áp phải có điện trở vào lớn.

 Các trị số điện áp cần đo

 Điện áp đỉnh Um

 Điện áp hiệu dụng Uhd , U

 Điện áp trung bình Utb , U0

 : hệ số biên độ của tín hiệu điện áp

 : hệ số dạng của tín hiệu điện áp



Khái niệm chung

Trang 4

 Dụng cụ đo điện áp là vôn mét

Ut  E khi rn << Rt

Khi có thêm điện trở vôn mét Rv

Ut  E khi rn << Rt và rn << Rv

Như vậy khi mắc vôn mét vào tải

sẽ gây sụt áp trên tải

Khái niệm chung

t

t n

n t

R r

E r

R

ER r

r R

E E

Ir E

U

/ 1

n v

t v t

n

t

R

r R

r

E R

R R R

r

E U

//

Trang 5

 Vôn mét một chiều (vôn mét từ điện)

 Đo điện áp có trị số nhỏ 50 ÷ 70 mV

 Mở rộng thang đo: mắc thêm điện trở phụ vào cơ cấu đo

Các dụng cụ đo điện áp

ct p

U

U n

R n

R





Trang 6

 Vôn mét từ điện

 Mở rộng nhiều thang đo: mắc nối tiếp các điện trở phụ khác nhau vào

cơ cấu đo

Ví dụ: Tính điện trở cho 3 tầm đo V1=5V , V2=10V, V3=50V Cho

vôn kế dùng cơ cấu từ điện Imax = 0.1mA , Rm=0.5kΩ, sử dụng sơ đồ mắc nối tiếp các điện trở phụ

Trang 7

 Vôn mét xoay chiều

 Là sự kết hợp cơ cấu từ điện và mạch chỉnh lưu để đo điện áp xoay chiều

Trang 8

 Vôn mét điện từ

 Đo điện áp xoay chiều tần số công nghiệp

 Số vòng trên cuộn dây tĩnh lớn, cỡ 1000 – 6000 vòng

 Mở rộng nhiều thang đo: mắc nối tiếp các điện trở phụ với cuộn dây

Các dụng cụ đo

Tụ điện C: dùng để bù sai số do tần số đo lớn hơn tần số công nghiệp

Trang 9

 Vôn mét điện động

 Cấu tạo phần động giống ampe mét điện động

 Phần tĩnh có số vòng dây nhiều hơn, vì vôn mét yêu cầu điện trở trong lớn

 Mở rộng thang đo: thay đổi cách mắc song song hoặc nối tiếp các phân đoạn cuộn tĩnh và nối tiếp với điện trở phụ

Các dụng cụ đo

Trang 10

 Dùng để mở rộng thang đo cho các điện áp cỡ kV trở lên

 Cuộn sơ cấp có nhiều vòng dây, nối với điện áp cần đo

 Cuộn thứ cấp có số vòng ít hơn, được nối với vôn mét

 Hệ số biến áp

 Thường chọn điện áp phía thứ cấp của biến điện áp 100V Phía sơ cấp được chế tạo tương ứng với cấp của điện áp lưới

 Khắc độ vôn mét theo điện áp sơ cấp

Biến điện áp xoay chiều

U

Trang 11

 Nguyên lý đo

 U k = R k I : điện áp mẫu, chính xác cao

 CT là thiết bị tự động phát hiện chênh lệch điện áp ∆U = U x – U k , gọi là cơ quan chỉ không

 Nếu ∆U ≠ 0 thì điều chỉnh con trượt D của điện trở mẫu R k sao cho U x =

U k , tức ∆U = 0

 Kết quả sẽ đọc trên điện trở mẫu đã được khắc độ theo thứ nguyên điện áp.

Đo điện áp bằng phương pháp so sánh

Trang 12

 Điện thế kế một chiều điện trở lớn

 Giữ dòng điện ổn định Ip

 Thay đổi Rk để thay đổi Uk bù với điện áp Ux cần đo

 Điều chỉnh con trượt đến khi điện kế chỉ 0

 Điện áp cần đo Ux = Rk Ip

Trang 13

 Điện thế kế một chiều điện trở nhỏ

 Giữ nguyên điện trở mẫu Rk

 Điều chỉnh khóa K thay đổi các

dòng công tác sao cho điện kế chỉ

0

Ux = Uk = Rk Ira

gi : điện dẫn các điện trở mắc song song

ở đầu vào bộ KĐTT

n

i

i g

I

1 1

Trang 14

 Điện thế kế một chiều tự động

cân bằng

 Việc cân bằng giữa điện áp cần

đo và điện áp mẫu được thực hiện

tự động

 Sử dụng rộng rãi để đo các đại

lượng không điện, thường gặp

nhất là đo nhiệt độ thông qua cặp

nhiệt ngẫu

Trang 15

 Điện thế kế xoay chiều

 So sánh điện áp cần đo với điện áp rơi trên điện trở mẫu khi có dòng công tác chạy qua

 Ux và Uk cân bằng, phải điều chỉnh cân bằng cả về modun và pha

 2 loại điện thế kế xoay chiều

 Tọa độ cực

 Tọa độ decac

 Tọa độ cực:

 điện áp cần đo Ux được cân bằng với điện áp

rơi trên điện trở R

 Dòng công tác Ip được xác định nhờ ampe mét

chính xác cao và điện trở điều chỉnh Rđ/c

 Cần có bộ điều chỉnh pha cung cấp nguồn cho

mạch

Trang 16

 Điện thế kế xoay chiều

 Tọa độ decac

 dùng 2 cuộn dây đặt gần nhau, hỗ cảm của chúng phân Uk thành 2 thành phần lệch nhau góc 90 o , và Ux sẽ cân bằng với tổng 2 vecto thành phần này

Trang 17

 Vôn mét điện tử xoay chiều

 Vôn mét điện tử loại khuếch đại – tách sóng

 Vôn mét điện tử loại tách sóng – khuếch đại

 Vôn mét xoay chiều loại khuếch đại – tách sóng

 Đo điện áp nhỏ hơn điện áp vôn mét chỉnh lưu (0,1V)

 Khối phân áp: tăng điện trở vào chung cho cả vôn mét ở các thang đo khác nhau, bù tần số cho vôn mét ở các dải tần khác nhau

 Tách sóng: biến điện áp xoay chiều thành dòng điện, hay điện áp DC

Vôn mét điện tử tương tự

Phân áp

vào

Bộ lặp lại

Phân áp

cơ bản

Khuếch đại dải rộng

Sơ đồ chỉnh lưu

Trang 18

 Vôn mét điện tử xoay chiều loại tách sóng – khuếch đại

 Đo điện áp trung bình

 Bộ tách sóng: biến điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều

 Thang đo khắc độ theo biên độ hoặc trị hiệu dụng của điện áp vào

 Chỉ thị là vôn mét điện tử một chiều nhiều thang đo có điện trở vào khá lớn

 Độ nhạy cao, dải đo rộng, khả năng chịu quá tải cao

 Cần có nguồn ổn định, chỉnh 0 trước khi đo

Vôn mét điện tử tương tự

Trang 19

 Đươc sử dụng rộng rãi vì khả năng chính xác cao, gọn nhẹ, thuận tiện cho người sử dụng

 3 loại:

 Vôn mét số chuyển đổi thời gian

 Vôn mét số chuyển đổi tần số

 Vôn mét số chuyển đổi trực tiếp

Vôn mét số

Trang 20

 Nguyên lý:

 Biến đổi điện áp cần đo (Ux) thành khoảng thời gian (t), sau đó lấp đầy khoảng thời gian bằng các xung mang tần số chuẩn (f0), dùng bộ đếm để đếm số lượng xung (N) tỉ lệ với Ux để suy ra Ux

Vôn mét số chuyển đổi thời gian

Trang 21

 Làm việc:

 Thời gian từ t1 đến t2 tương ứng với tx, từ đó ta có mối quan hệ

Vôn mét số chuyển đổi thời gian

tctr và trc = const

Ux tỉ lệ với số lượng xung đến

bộ đếm trong thời gian tx sẽ là:

Số lượng xung n được khắc độ

theo giá trị điện áp

rcmac

x ctr

max



x rc

ctr x

U

t t

f T

t

max

0 0



Trang 23

 Nguyên lý:

 So sánh điện áp cần đo Ux với điện áp chuẩn Uk

 Tùy thuộc vào việc gia công tín hiệu Uk và quy trình so sánh với Ux mà có 2 loại chuyển đổi trực tiếp kiểu bù quét và chuyển đổi trực tiếp kiểu tùy động

 Kiểu bù quét

Vôn mét số chuyển đổi trực tiếp

Trang 24

 Kiểu tùy động

 Điện áp U x được so sánh với điện áp bù U k

Bắt đầu từ t 1 U k tăng dần đến thời điểm t 2 khi

U x ≈ U k , xuất hiện bất pt

U x – U k < ΔUU k kết thúc quá trình đo, cho ra kết

quả ở chỉ thị số.

Vôn mét số chuyển đổi trực tiếp

Ux - Uk = ∆U > 0, tín hiệu ∆U qua khuếch đại có lệch đến thông khoá K và điều khiển bộ đếm làm việc ở chế độ cộng

Ux - Uk = ∆U < 0 thì khuếch đại có lệch tạo xung thông khoá K, điều khiển bộ đếm làm việc ở chế độ trừ

Ux ≈ Uk khóa K đóng,

kết thúc quá trình đo

Trang 25

 Bài tập 1:

 Một vôn kế có tầm đo 5V, được mắc vào mạch, đo điện áp 2 đầu điện trở R2 như hình vẽ

 Tính điện áp VR2 khii chưa mắc vôn kế

 Tính điện áp VR2 khi vôn kế có độ nhạy 20kΩ/V

 Tính điện áp VR2 khi vôn kế có độ nhạy 200kΩ/V

 Tính sai số gây ra khi mắc vôn kế vào mạch đo

Bài tập

Trang 26

 Bài tập 2:

 Ta đo điện áp ở 2 đầu điện trở 6kΩ bằng cách mắc vôn kế trong mạch như hình vẽ Vôn kế có độ nhạy 10kΩ/V Giả sử vôn kế có các tầm đo 1V, 5V, 10V, 100V

 Hãy cho biết tầm đo nhạy nhất có thể sử dụng mà sai số gây ra do tải của vôn kế nhỏ hơn 3%

Bài tập

Trang 27

 Bài tập 3:

 Một cơ cấu từ điện có Ifs = 0.1mA và điện trở cơ cấu Rm=1k Ω được sử dụng làm vôn kế AC có tầm đo 100V (rms) Mạch chỉnh lưu có dạng cầu sử dụng diode silicon như hình vẽ, diode có VF(đỉnh) = 0.7V

 Tính điện trở nối tiếp RS

 Tính độ lệch vôn kế khi điện áp đưa vào vôn kế là 75V và 50V

 Tính độ nhạy của vôn kế Tín hiệu đo là tín hiệu xoay chiều dạng sin

Bài tập

Trang 28

 Bài tập 4:

 Một cơ cấu từ điện có Ifs = 0.05mA và điện trở cơ cấu Rm=1.7k Ω được sử dụng làm vôn kế AC có tầm đo 100V (rms) Mạch chỉnh lưu bán kì có giá trị dòng điện thuận IF(đỉnh) tối thiểu là 0.1mA

 Khi đo điện áp bằng 20% Vtầm đo , diode có VF = 0.7V Vôn kế có tầm

đo 50V

 Tính RS và RSH

 Tính độ nhạy của vôn kế trong 2 trường hợp: có D2 và không có D2

Bài tập

Tiêu đề	Đo điện áp
Trường học	Trường Đại Học Kỹ Thuật
Chuyên ngành	Kỹ thuật đo lường
Thể loại	bài giảng
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	0,95 MB