Bài giang môn Đo Lường (chương 3)

đồng hồ vạn năng trong khi sử dụng để đo điện áp nếu mỗi lần cứ phảI tính toán rất là phiền toáI, cho nên thang khắc độ của đồng hồ vạn năng đều có các đ ờng khắc độ đ ợc tính toán sẵn

Vạn năng kế là 1 máy đo điện tử th ờng dùng nhất, đó là 1

công cụ th ờng dùng

Nó đ ợc gọi tên là vạn năng vì nó có thể đo đ ợc nh 1 vôn kế, ampe kế, ôm kế & nó có nhiều thang đo, khi sử dụng t ơng đối tiện lợi

Theo đà tiến bộ của kỹ thuật điện tử, vạn năng kế cho tới nay

đã hết sức phổ cập

Các vạn năng kế th ờng gặp có thể chia làm 2 loại lớn là loại

3.1 Đồng hồ vạn năng chỉ thị kim

1 Cấu tạo

các loại đồng hồ vạn năng chỉ bằng kim dùng các loại đồng hồ vạn năng kiểu cuộn dây động làm linh kiện chính, lắp vào các linh kiện điện trở, diode tạo thành.

Hiển thị của nó trực quan , nó có những u điểm

nh số đọc ổn định.

•Từ vạn năng kế đ a ra hai dây là con đ ờng đ a đầu vào

của các tín hiệu cần đo và đ ợc gọi là bút đồng hồ hay là que đo

•Căn cứ màu sắc khác nhau phân biệt gọi là que đo đỏ

và que đo đen

•Nói chung trong việc đo l ờng các tín hiệu một chiều,

que đỏ nói chung đ ợc nối cực tính với đầu d ơng, que

đen là đầu nối cực tính với đầu âm

•đồng hồ vạn năng có thể đo điện áp một chiều và xoay

chiều, điện áp, dòng điện và điện trở một chiều và xoay chiều, có thể do hệ số khuếch đại một chiều hFE của transistor kiểu song cực

•Thông qua các ph ơng pháp đơn giản còn có thể đo tụ

điện, trị số tụ điện, điện cảm

•Hầu hết các đồng hồ vạn năng đều có diode bảo vệ

đầu đo, có thể tránh việc thao tác không đúng gây ra h hỏng đầu do đồng hồ

2 Nguyên lý làm việc

2.1 Ph ơng pháp sử dụng & nguyên lý của thang điện áp

• Nguyên lý mạch điện của thang điện áp một chiều

của đồng hồ vạn năng xem ở hình 7-3, nó lợi dụng

định luật ohm để tiến hành

• Khi điện áp ở bên ngoài cần đo U đặt vào hai que đo

của đồng hồ vạn năng căn cứ định luật ôm dòng điện

đI qua đồng hồ

• I =U/(R+r)

• Trong đó có R là biểu thị điện trở của cuộn dây, r là

điện trở của thang đo đồng hồ vạn năng

• Nh vậy chúng ta có thể căn cứ vào trị số của dòng

điện lớp hay nhỏ là có thể tính ra trị số điện áp cần

đồng hồ vạn năng trong khi sử dụng để đo điện

áp nếu mỗi lần cứ phảI tính toán rất là phiền toáI, cho nên thang khắc độ của đồng hồ

vạn năng đều có các đ ờng khắc độ đ ợc tính toán sẵn trực tiếp hiển thị trị số điện áp.

Nh vậy các số đọc khi đo sẽ hết sức tiện lợi

Thông qua việc thay đổi trị số điện trở thang

đo R lớn hay nhỏ (thực hiện thông qua việc quay núm chuyển thang đo) là có thể đo trị

số điện áp khác nhau.

•Khi đo điện áp hai điểm ở mạch điện bằng đồng hồ vạn

năng cần phải nhớ rằng do có điện trở bên trong đồng

hồ vạn năng đ ợc nối song song và làm cho trị số điện

áp đo đ ợc không phải hoàn toàn giống nh điện áp đặt vào đồng hồ vạn năng

•Tuy nhiên nói chung điện trở trong của thang điện áp

đồng hồ vạn năng t ơng đối lớn, ảnh h ởng của nó tới

mạch điện cần đo t ơng đối nhỏ cho nên có thể đ ợc xem

là trị số điện áp đo đ ợc tr ớc và sau khi đặt đồng hồ vào cơ bản là nh nhau

•Nguyên lý đo thang điện áp xoay chiều của đồng hồ vạn

năng cũng giống nh thang điện áp một chiều chỉ khác do

đồng hồ chỉ có thể đo dòng điện một chiều

•Cho nên trong mạch điện của thang điện áp xoay chiều của

đồng hồ vạn năng còn phải lắp thêm một mạch điện chỉnh l

u đơn giản

•Tr ớc tiên điện xoay chiều cần đo sẽ đ ợc chuyển sang điện

một chiều, sau đó sẽ tiến hành đo một chiều đối với chúng.

•Do sự tồn tại của điện áp dẫn thông 0.7V của diot chỉnh l u,

làm cho trị số đo bộ phận ban đầu của thang điện áp xoay chiều là phi tuyến tính

•Trong tr ờng hợp điện áp xoay chiều đo t ơng đối lớn thì

0.7V rất nhỏ có thể loại trừ, sai số không đáng kể

•Nh ng khi đo điện áp xoay chiều t ơng đối nhỏ thì cần

phảI tính tới ảnh h ởng này

•Cho nên giống nh đồng hồ vạn năng kiểu MF50 thang

nhỏ nhất của điện áp xoay chiều đo 10V thì đ ợc vẽ

riêng một đ ờng chia độ, trong đó còn các thang đo

khác thì có thể dùng chung một đ ờng chia độ giống nh với điện áp một chiều

•Thang đo điện áp của đồng hồ vạn năng có rất nhiều, trị số của

các thang đo biểu thị là trị số mà đồng hồ vạn năng có thể đo

điện áp lớn nhất khi núm chuyển đặt ở một thang nào đó

•Khi đo điện áp bằng đồng hồ vạn năng , tr ớc tiên cần phảI tính

xem trị số điện áp cần đo lớn đến mức độ nào, để xác định và chọn thang nào cho phù hợp, nếu ch a có cách tính nên chọn thang lớn nhất tiến hành đo để tránh h hỏng đồng hồ vạn năng.

•Sau khi chọn các thang đo thì đầu que đỏ và đầu que đen của

đồng hồ vạn năng sẽ nối vào hai đầu điện áp cần đo ở trong

mạch điện

•Chú ý đầu que đỏ cần nối với đầu điện thế cao, đầu que

đen nối đầu điện thế thấp

•Nếu phát hiện kim đồng hồ chuyển động theo chiều ng

ợc, ta biết cực tính của hai que đo đã nối ng ợc, nên

chuyển đầu que đo lại để đo

•Nếu phát hiện kim đồng hồ đã lấn đầy thang đo ta thấy

việc chọn thang chúng ta quá nhỏ nên lập tức nhấc que

đo ra, chuyển sang thang lớn hơn hãy đo tiếp

•Nếu phát hiện kim chỉ lệch rất nhỏ khó mà đọc số nh

vậy sai số khi đọc sẽ rất lớn cho thấy rằng l ợc trình đo

đã chọn quá lớn

•Lúc đó nên bỏ hai que đo ra khỏi điểm cần đo, thay đổi

thang đo của đồng hồ vạn năng , sau đó đo lại cho tới khi điều chỉnh đến thang đo thích hợp , kim chỉ của

đồng hồ vạn năng sẽ chỉ thị rõ ràng chính xác số dễ

đọc là đ ợc

•Khi tiến hành đo cùng đồng hồ vạn năng làm thế nào để

đọc số chỉ thị ở trên đồng hồ?

•Tr ớc tiến chúng ta cần tìm tới đ ờng khắc độ điện áp trên

mặt đồng hồ sau đó quan sát xem núm thang đo nằm ở

thang nào của đồng hồ vạn năng

•Khi kim chỉ lệch đi, trị số điện áp cần đo là trị số điện áp

trên thang đo đó

•Căn cứ vào điểm này có thể đọc ra theo số đọc của th ớc đo

trên bảng khắc độ ở trên đ ờng khắc độ về điện áp và theo tỉ

lệ để có thể tính ra trị số điện áp đã đo đ ợc.

•Dùng đồng hồ vạn năng tiến hành đo điện áp chú ý hai

điểm:

•Cẩn thận không nên xem sai đ ờng khắc độ.

•Khi đổi thang đo tr ớc tiên cần gỡ que đo ra khỏi mạch

điện, đừng bao giờ khi thay đổi thang đo vẫn giữ

nguyên que đo ở những điểm cần đo

•Ví dụ khi đo một điện áp, kim chỉ của mặt đồng hồ và đ

ờng khắc độ điện áp giống nh trên hình 7-4

•Trị số khắc độ đầy hết trị số của đ ờng khắc độ điện áp

•Nếu là thang điện áp xoay chiều, ph ơng pháp đọc cũng

nh vậy

•Chỉ khác cần chú ý thang 10V là một đ ờng khắc độ

riêng biệt

•Khi nắm vững và quen thuộc đồng hồ vạn năng là có

thể đo điện áp cần thiết rất nhanh căn cứ vào thang đo

và kim chỉ trên bảng khắc độ

2.2 Nguyên lý và ph ơng pháp sử dụng của thang dòng

điện.

• Mặc dù đồng hồ vạn năng đo điện áp là sử dụng điện trở

R + R thích hợp để điện áp cần đo chuyển đổi thành dòng

điện và hiển thị.

• Nh ng chúng ta cũng có thể coi dùng điện trở R sẽ để tiến

hành đo phân áp với điện trở cuộn dây R.

• Nếu chúng ta giải tích nh vậy thang dòng điện của đồng

hồ vạn năng cũng có nguyên lý đo giống nh thang điện

áp

• Thang đo dòng điện của đồng hồ vạn năng là lợi dụng

điện trở của cuộn dây ở đồng hồ đo R thích hợp tiến hành phân dòng để đo các dòng điện có trị số khác nhau.

•Hình 7-5 là sơ đồ nguyên lý mạch điện của thang đo

dòng điện đồng hồ vạn năng thông th ờng

•Nó lợi dụng định luật phân dòng để làm việc.

• Khi dòng điện i bên ngoài chạy qua hai đầu que đo

của đồng hồ vạn năng , căn cứ định luật phân dòng,

dòng điện đi qua đồng hồ IR và dòng điện qua điện trở phân dòng R là do trị số điện trở R và R quyết định

•Căn cứ vào điện qua đồng hồ IR lớn hay nhỏ sẽ có thể

tính ra trị số của dòng điện cần đo

•Giống nh thang đo điện áp, mặt khắc độ của đồng hồ

vạn năng có đ ờng khắc độ dòng điện để tiện đọc ra các

số đo tránh phải tính

•Thông qua việc thay đổi trị số điện trở phân dòng R

trong đồng hồ vạn năng có thể đo dòng điện có trị số

khác nhau

•Dùng thang dòng điện trong đồng hồ vạn năng để đo

dòng điện trong mạch điện sẽ có thể gây ra một ảnh h ởng nhất định đối với mạch điện đo

•Việc đo so với việc đo trên thang điện áp của đồng hồ

vạn năng cần phải thấy điểm khác biệt là: do điện trở trong của thang đo dòng điện của đồng hồ vạn năng

không quá nhỏ cho nên khi đo dòng điện ở mạch điện

có điện trở bản thân gần t ơng đối nhỏ, điện trở trong

giữa hai que của đồng hồ vạn năng có ảnh h ởng đến mạch cần đo và không thể loại trừ, trị số dòng điện đọc

ra chỉ có thể dùng để tham khảo không phải trị số dòng

điện thực tế

•Hầu hết các đồng hồ vạn năng không thiết kế thang

dòng điện xoay chiều chỉ có thang dòng điện một

chiều

•đ ờng khắc độ của thang điện áp một chiều và đ ờng

khắc độ của thang dòng điện là dùng chung

•Giống nh với thang đo điện áp, thang đo dòng điện

của đồng hồ vạn năng có các trị số thang đo khác nhau biểu thị khi nút chuyền thang đo ở một thang nào đó là dòng điện lớn nhất mà có thể đo của đồng hồ vạn năng

•Ph ơng pháp đo cơ bản giống nh đo điện áp , cũng có

nghĩa là tr ớc tiên cần phải tính toán xem trị số dòng

điện cần đo, trong tr ờng hợp không tính đựơc dòng điện cần đo thì bắt đầu thử đo ở thang đo lớn nhất

•Cũng cần chú ý giống nh khi đo thang điện áp đ ờng

khắc độ của thang dòng điện và của điện áp một chiều

là dùng chung, ph ơng pháp đọc số cũng t ơng tự

•Lấy ví dụ nh trên hình 7-4.

•Nếu nh thang đặt ở vị trí 250mA của đồng hồ vạn năng,

nh vậy trị số dòng điện đ ợc đo sẽ là:

164 x (250mA 250) =164 mA

•Nếu thang của đồng hồ vạn năng đặt ở thang 100mA,

nh vậy trị số dòng điện đo đ ợc sẽ là:

164 x (100mA 250) = 65.6mA

•Có một số đồng hồ vạn năng để đo dòng điện lớn và

dòng điện nhỏ đã thiết kế một thang dòng điện lớn và thang dòng điện nhỏ riêng biệt

•Việc chuyền đổi giữa hai loại thang này không phải

thông qua việc bật các núm thang để thực hiện mà

dùng cách chọn lựa chọn bằng cách cắm các lỗ riêng biệt ở trên nút đỏ, que đo đỏ của đồng hồ

•Lúc đó h ớng triển khai có thể đặt ở thang điện trở và

bất cứ một thang nào đo hFE giống nh khi đo thang

điện áp

•Đ ờng khắc độ của thang dòng điện và của điện áp một

chiều là dùng chung, ph ơng pháp đọc số cũng t ơng tự

• Nếu nh thang đặt ở vị trí 250mA của đồng hồ vạn năng , nh vậy trị số dòng điện đ ợc đo là:

164 x (250mA 250) = 164 mA

• Nếu thang của đồng hồ vạn năng đặt ở thang 100mA, nh vậy trị số dòng điện đo đ ợc sẽ là:

164 x (100mA 250) = 65.6mA

• Có một số đồng hồ vạn năng để đo dòng điện lớn và dòng

điện nhỏ đã thiết kế một thang dòng điện lớn và thang dòng

điện nhỏ riêng biệt

• Việc chuyển đổi giữa hai loại thang này không phải thông

qua việc bật các núm thang để thực hiện mà dùng cách chọn lựa bằng cách cắm các lỗ riêng biệt ở trên nút đỏ, que đỏ của

đồng hồ

• Lúc đo h ớng triển khai có thể đặt ở thang điện trở và bất cứ một thang nào đo hFE

2.3 Nguyên lý và ph ơng pháp sử dụng của thang đo điện trở

• Thang đo điện trở cũng là một thành phần quan trọng trong

đồng hồ vạn năng

• Nó dùng để đo trị số các loại điện trở , cho nên còn đ ợc gọi là thang Ohm

• Nó cũng dùng định luật Ohm để làm việc

• Hình 7-6 là sơ đồ nguyên lý làm việc của nó

• Trong hình Rx là điện trở cần đo

• R là tổng của các yếu tố và điện trở t ơng đ ơng trong nội bộ

• Từ đó có thể tính ra trị số của điện trở cần đo

• Cho nên chỉ cần vẽ đ ờng khắc độ của thang điện trở là có thể dùng mạch điện để đo điện trở

• Mạch điện thực tế của thang đo điện trở trong đồng hồ vạn

năng đ ợc trình bày ở hình 7-7

• R là các điện trở của thang t ơng ứng

• Rv là điện trở điều chỉnh 0

• Căn cứ những điều đã giới thiệu ở trên I t ơng đ ơng nh một

nguồn điện áp lý t ởng và một điện trở nối nối tiếp (điện trở trong của điện trở) linh kiện đó nối nối tiếp với đồng hồ đo

điện, đo dòng điện và tạo thành một mạch điện đo thực tế của thang đo điện trở

• Khi các thang điện trở , que đo đen là cực tính d ơng, que đo

đỏ sẽ là cực tính âm

• Điều này chủ yếu là đo đặc điểm kết cẩu của đồng hồ vạn năng mà quyết định

• đồng hồ vạn năng khi sử dụng làm đồng hồ đo điện áp hay đo dòng điện, bút que đen đ ợc nối với cực âm cuộn dây động

của đồng hồ đo bên trong, bút que đỏ đ ợc nối với cực d ơng của cuộn dây bên trong đồng hồ

• Để đơn giản hoá việc thiết kế, khi đồng hồ vạn năng chuyển

đổi tới thang đo điện trở chỉ cần thay đổi việc nối tiếp đầu

cực d ơng của đồng hồ

• Cho nên que đo đen vẫn tiếp nối vào cực âm của đồng hồ đo, pin, que đo đ ợc nối tiếp với nhau nh vậy sẽ tạo thành đầu que

đen là d ơng, và đầu que đỏ là âm

• Khi sử dụng thang điện trở cần chú ý điểm này

• Khi sử dụng đồng hồ vạn năng để đo điện trở sẽ khác với việc

sử dụng nó vào việc đo điện áp của dòng điện

• Tr ớc khi đo điện trở ở mỗi một thang đều phảI tiến hành việc

điều chỉnh 0

• Đ ợc gọi là điều chỉnh 0 là bằng cách nối ngắn mạch giữa đầu que đo đỏ và đầu que đo đen, tức là để cho điện trở đo Rx =

0

• Sau đó mới điều chỉnh điện trở điều chỉnh 0 Rg làm cho kim

đồng hồ ở vị trí 0Ω , cũng có nghĩa là kim ở vị trí hết thang

đo

• Nh vậy sau khi điều chỉnh về 0, số liệu đ ợc đo mới có ý

nghĩa

• Đo điện trở cần phảI điều chỉnh 0, bởi vì trong đồng hồ vạn năng, pin sử dụng sau một thời gian có sự di chuyển điện thế

và không ổn định, điện áp một chiều cung cấp cho nó cũng

có sự phát sinh biến đổi, sự biến đổi của điện áp cung cấp của pin trên thực tế là sự biến đổi của điện trở trong của nó, nh ng

điện áp của nó thực tế là không đổi N

• Nh trên hình 7-7 trình bày, chúng ta sẽ đặt điện trở điều chỉnh

0, Rv và có thể điều chỉnh Rv làm cho Rv + r + R giống với

Rv + r + R khi sản xuất đồng hồ vạn năng

• Nh ng nếu đã biết Rv + r + R đã điều chỉnh tới trị số thích

hợp

• Chúng ta có thể dùng đồng hồ vạn năng để đo điện trở của

các trị số điện trở đã biết, điều chỉnh Rv làm cho đồng hồ vạn năng hiển thị trị số điện trở đó, nh vậy cho thấy Rv đã đ ợc

điều chỉnh tốt

• đồng hồ vạn năng nếu chuẩn bị một điện trở tiêu chuẩn nh

vậy quá phức tạp và cũng không cần thiết cho nên chúng ta chỉ cần ngắn mạch đầu dây que đỏ và đen tức là trị số điện

• Một điều cần chú ý khác là mỗi lần sử dụng thang đo điện trở

ở đồng hồ vạn năng, điều cần thiết tr ớc tiên là tiến hành điều chỉnh 0

• đồng thời mỗi lần từ một thang điện trở này chuyển đổi sang một thang điện trở khác, cũng cần phảI điều chỉnh 0!

• Bởi vì khi điều chỉnh chuyển thang đo điện trở, R sẽ có sự

thay đổi, để cho thang chia độ hữu hiệu cần phảI điều chỉnh

Rv làm cho Rv + r + R giống nh khi đo

• Khắc độ của thang điện trở đồng hồ vạn năng sẽ ng ợc với

thang điện áp và dòng điện

• Đầu bên tráI là vô cùng lớn, đầu bên phảI là khắc độ 0

• Điều đó vì dòng điện chạy qua ở đồng hồ lúc đo Ohm là 0

thì dòng điện lớn nhất, còn khi điện trở vô cùng lớn thì dòng

điện không có trong mạch điện

• Vì thế thang điện trở khác với thang dòng điện và điện áp ,

nó không bao giờ v ợt quá l ợng trình đo, cũng có nghĩa là dù

đo điện trở lớn đến mấy, trên lý thuyết đều có thể chỉ dùng

một thang để thực hiện

• Chúng ta chia độ từ 0 đến vô cùng lớn là có thể đọc đ ợc

• Nh vậy tại sao còn phảI làm nhiều thang điện trở?

• đó chính vì đ ờng khắc độ của thang điện trở là phi tuyến tính

• cũng có nghĩa là khắc độ sẽ không đều nhau, phần gần ở giữa

có độ chính xác t ơng đối cao ở phần hai đầu số đọc sai số rất lớn, nhất là các số liệu ở phía đầu bên trái

• Cho nên khi đọc số tốt nhất làm sao để kim gần vị trí trung tâm

• Để làm đ ợc việc này cần phảI xác lập vài thang đo điện trở , thông qua việc chuyển đổi các thang thích hợp để điều chỉnh