Cơ cấu đo lường điện

Các chi tiết cơ khí chung của các cơ cấu đo cơ điện : Chỉ thị cơ điện về cấu tạo phần tĩnh rất khác nhau, nhưng phần động thường giống nhau Lò so phản kháng... Lò so phản kháng :Lò so p

Nếu đặt vào trục phần động một lò so cản, khi phần động quay một góc lò so sinh ra một mô men cản

2.1 Chỉ thị cơ điện

1 Khái niệm chung :

•a, Định nghĩa :

• Khi cho năng lượng điện (dòng điện hay điện áp) vào các

cơ cấu đo cơ điện, các cơ đo cơ điện sẽ tích lũy năng lượng điện,từ trường

30

M q

M C

b, Phương trình đặc tính thang đo :

•Wđt = Wt + Wc + WM Trong đó : _ W t : Năng lượng từ trường

_ W c : Năng lượng điện trường _ W M : Năng lượng hỗ cảm

Chỉ thị cơ điện là loại chỉ thị mà kết quả phép đo

là sư lệch của một kim trên một thang chia độ

Năng lượng này sinh ra một mô men quay

•Mq = dWđt / d = f(u,i)

_ Mô men quay :

_ Mô men cản :

•Dưới tác động của mô men quay và mô men cản,phần động cơ cấu đo sẽ

dừng ở vị trí cân bằng khi :

= f(u,i)

2 Các chi tiết cơ khí chung của các cơ cấu đo cơ điện :

Chỉ thị cơ điện về cấu tạo phần tĩnh rất khác

nhau, nhưng phần động thường giống nhau

Lò so phản kháng

a Trục và trụ :

* Trục :

Làm bằng thép tròn có d = (0.8 ÷ 1,5) mm, chiều dài

l = (1,5 ÷ 5) mm, đầu trục có dạng hình nón có góc ở

đỉnh  = (45 ÷ 60)0 và đỉnh bán cầu có bán kính

Giữa trục và trụ có thể điều chỉnh lên xuống được, sao cho mô men ma sát giữa chúng là nhỏ nhấât

Trụ

d

l Trục

- Trụ :

Làm bằng đá cứng, mặt trụ khoét hình nón có góc ở

đỉnh 800, ở đỉnh có chỏm cầu có đường kính

d =( 0,15 ÷ 0,5) mm

b Lò so phản kháng :

Lò so phản kháng tạo ra mô men cản và dẫn điện

vào phần động :

* Để đảm bảo độ chính xác,mô men cản riêng D

phải ổn định và không thay đổi theo nhiệt độ và thời

gian sử dụng vì vậy nó được chế tạo các vật liệu có

độ đàn hồi và dẫn điện tốt như : Cu-Bi, Cu-Ph, Cu-Zn

* Để phạm vi hoạt động rộng, lò so được chế tạo

dạng xoắn ốc

Trong các chỉ thị có độ nhạy cao, người ta thay

trục, trụ, lò so phản kháng bằng dây căng hoặc dây

treo

Lò so phản kháng

Dây treo Dây căng

c Kim và chỉ thị quang học :

Kim được làm bằng nhôm hoặc các hợp kim của

nhôm hay bằng thủy tinh

- Để đảm độ chính xác, kim phải thẳng, nhỏ,

nhẹ Để dễ quan sát, kim được chế tạo với hình

dạng khác nhau

- Trong các chỉ thị có độ nhạy cao, người thay

kim bằng chỉ thị quang học

1.Nguồn sáng 2.Thấu kính 3.Vật chuẩn 4.Gương 5.Thang đo 6.Gương phản xạ

Khi trục quay 1 góc , gương cũng quay một góc , nhưng tia phản chiếu sẽ quay một góc 2

d Thang đo :

Thang đo là bộ phận để khắc độ gía trị của đại lượng đo.Nó được làm bằng nhôm hoặc các hợp kim của nhôm,trên đó khắc các vạchchia độ Có nhiều loại thang đo kác nhau tùy thuộc vào cấp chính

xác và bản chất của chỉ thị

Gương

Một số dạng thang đo

Để tránh hiện tượng đọc sai,người ta đặt một gương phản chiếu phía dưới thang đo Người ta chỉ đọc kết qủa khi kim và ảnh của nó trong gương trùng nhau

đ Bộ phận cản dịu :

Trong qúa trình đo, phần động sẽ dao động Để rút ngắn quá trình dao động,

giảm thời gian dao động,tăng tốc độ đo và cải thiện đặc tính động Trong các chỉ thị cơ điện thường có bộ phận cản dịu Các cản dịu thường dùng :

Bộ cản dịu này gồm một hộp kín, trong đó có một cánh

chuyển gắn liền với trục quay Khi phần động của cơ cấu

chuyển động, cánh chuyển động duy chuyển từ bên này

sang bên kia tạo nên một hiệu áp giữa hai mặt cánh động

làm cản trở sự duy chuyển của phần động

+ Cản dịu kiểu không khí:

Hộp kín

Cánh Chuyển động

Gồm một lá nhôm mỏng, lá nhôm có hình quạt di chuyển

trong khe hở của một nam châm vĩnh cửu, tạo nên một

dòng điện cảm ứng trong lá nhôm Do sự tác động tương

hỗ giữa dòng điện và từ trường của nam châm tạo ra lực

chống lại sự chuyển động của phần động. Nam châm

Trục

Kim chỉ thị

Đĩa nhôm

+ Cản dịu kiểu cảm ứng:

2 Chỉ thị từ điện.

* Phần tĩnh:

•Gồm nam châm vĩnh cửu, cực từ, lõi sắt

non, hình thành mạch từ kín

•* Phần động:



Gồm khung quay gắn liền với trục, đó là một

cuộn dây được quấn trên mộtù lõi nhôm nhẹ bằng dây đồng có d = 0,03 ÷ 0,2mm.Trên trục mang kim chỉ thị lò so phản kháng, thang đo

a,Cấu tạo:

_ Khi có dòng điện một chiều đi vào cuộn dây

•*B : cường độ từ trường nam châm vĩnh cửu.

•* S: tiết diện khung dây.

•*W: số vòng dây.

•* I: cường độ dòng điện chạy vào một cuộn dây.

_ Từ trường này sẽ tác dụng với từ trường nam châm

vĩnh cữu, tạo ra một lực điện từ và sinh ra một mô

men quay tác động lên phần động:

_ Khi cho dòng điện xoay chiều đi vào cuộn dây.

i = Imax sin.t

Mqt = B.S.W.i = B.S.W.Imax.sin.t

c Đặt điểm và phạm vi ứng dụng của chỉ thị :

* Đặc điểm:

_ Ưu điểm:

+ Độ nhạy và độ chính xác cao, có thể đạt cấp chính xác 0,5%

+ Vì góc quay tuyến tính theo dòng điện cho nên thang có khoảng chia đều + Kết quả đo ít chịu ảnh hưởng từ trường ngoài, vì từ trường cơ cấu do nam châm vĩnh cửu tạo ra tương đối lớn.

+ Công suất tiêu thụ nhỏ từ 25W ÷ 200W, nên ảnh hưởng không đáng kể đến chế độ mạch đo.

+ Độ cản dịu tốt.

+ Độ nhạy S I không đổi trong suốt thang đo.

_Nhược điểm:

• + Khả năng chịu quá tải kém nên thường dễ bị hư hỏng nếu dòng điện quá mức đi qua.

• + Không đo được dòng xoay chiều.

• + Đối với khung quay có dây xoắn dễ bị hư hỏng khi bị chấn động mạnh hoặc di chuyển quá mức giới hạn Do đó cần đệm quá mức khi cho cơ cấu hoạt động.

• + Kết qủa đo chịu ảnh hưởng của nhiệt độ.

• + Cấu tạo phức tạp, gía thành cao.

• Lôgômét từ điện có cấu tạo giống chỉ thị từ

điện nhưng phần động có hai cuộn dây, lõi sắt

hình trụ bị khoét đi một rãnh và không có lò

so phản kháng

Khi dòng điện I1,I2 đi vào các cuộn dây W1,W2 Từ trường của các cuộn này sẽ tác dụng từ trường của NCVC sẽ sinh ra momen quay Mq1, Mq2 có tác dụng ngược nhau

3.Cơ cấu đo điện từ :

5.Kim chỉ thị 6.Thang đo 7.Đối trọng

1.Cuộn dây tròn

2.Miếng sắt cố định

3.Miếng sắt di động

Loại hút

Bộ phận cản dịu

b.Nguyên lý :

* Khi cho dòng điện một chiều đi vào cuộn dây,năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây là :

Năng lượng này sinh ra một mô men quay:

Mq = dWt/d = ½.I2.dWl/d = ½.a.I2

Trong đó : dL/d = a là hằng số

Dưới tác dụng của mô men quay, phần động sẽ quay Khi quay

xoắn hai lò so phản kháng tạo ra mômen cản

Tại vị trí cân bằng lúc Mq = mc ta có :

½.a.I2 = D.

 = s i I 2 Trong đó S I = a/2.D độ nhạy

* Khi cho dòng điện xoay chiều đi vào cuộn dây phương trình đặc

tính thang đo tương tự như một chiều

* Ưu điểm:

 Đo được dòng điện xoay chiều

và một chiều

 Khả năng chịu quá tải tốt

 Cấu tạo đơn giản,giá thành rẻ

  Kết quả đo chịu ảnh hưởng từ trường ngoài

• + Công suất tiêu thụ tương đối lớn

c Đặc điểm và phạm vi ứng dụng :

*Phạm vi ứng dụng :

Dùng làm các dụng cụ đo Volt, Ampe, có độ chính xác không cao hoặc

Các dụng đo lắp bảng

4 Cơ cấu đo điện động:

Gồm cuộn dây 1 (được chia làm hai phấn

nối tiếp với nhau), để tạo ra từ trường khi

có dòng điện chạy qua Trục quay chui qua

3.Lò so phản kháng 4.Kim chỉ thị

Gồm có một cuộn dây 2 đặt trong lòng cuộn

dây tĩnh Cuộn dây được gắn với trục quay, trên

trục còn có lò xo cản, bộ phận cản dịu và kim

chỉ thị.Hình dạng cuộn dây động và tĩnh có thể

tròn hoặc vuông

a Cấu tạo:

* Phần tĩnh:

* Phần động:

b.Nguyên lý làm việc:

Khi cho các dòng điện một chiều đi vào cuộn dây thì năng lượng hỗ cảmtrong cuộn dây :

WM = I1.I2.M12

Trong đó : M12 là hệ số hỗ cảm giữa hai cuộn dâyNăng lượng này sinh ra một mô men quay :

• trong đó : dM12/d = a hằng số

Dưới tác dụng của mô men quay, phần động sẽ quay Khi quay xoắn hailò so phản kháng tạo ra mômen cản:

_ Khi cho các dòng điện xoay chiều đi vào các cuộn dây

- I 1 ,I 2 : Tri hiệu dụng

- : Góc lệch pha giữa I 1 ,I 2

1 T

M q = T i 1 .i 2 .dM 12 /dt

* Ưu điểm:

+ Đo được dòng điện AC và DC

+ Độ chính xác tương đối cao.

* Khuyết điểm:

+ Thang đo của chỉ thị không tuyến tính + Kết quả đo chịu ảnh hưởng của từ

trường ngoài.

+ Cấu tạo tương đối phức tạp.

+ Độ nhạy thấp và tiêu thụ công suất tương đối lớn.

c Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:

5 Cơ cấu chỉ thị sắt điện động:

a.Cấu tạo:

Giống của chỉ thị điện động, nhưng

cuộn dây phần tĩnh được quấn trên

mạch từ

c.Đặc điểm:

 Độ nhạy cao hơn do có lõi sắt nên mômen lớn

 Do tổn hao trong lõi sắt từ nên có độ chính xác kém hơn

 Kết quả đo ít chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài

 Kích thước nhỏ hơn so với chỉ thị điện động có cùng độ nhạy  Không sử dụng được ở mạch điện một chiều vì có sai số lớn  Thường dùng làm W_mét và dụng cụ tự ghi cho dòng AC

b.Nguyên lý:

Giống như nguyên lý của chỉ thị

điện động

6 Cơ cấu đo cảm ứng :

5.Trụ a.Cấu tạo:

_ Khi có dòng điện xoay chiều I 1 ,I 2 đi vào

cuộn dây 1,2 các dòng điện này sinh ra

từ thông  1 , 2, các từ thông này đi qua

Dựa trên sự tác dụng tương hổ giữa từ

trường  1 do i 1 tạo ra lên dòng điện i 2 và

ngược lại.

b.Nguyên lý:

Mô men quay tác dụng lên đĩa nhôm:

0

1 T

- Chỉ sử dụng được ở mạch điện xoay chiều

- Độ nhạy và độ chính xác thấp.

- Mô men quay phụ thuộc vào tần số

- cấu tạo phức tạp

* Phạm vi ứng dụng: Dùng để chế tạo công tơ đo điện năng

CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG GẶP TRÊN CÁC MÁY ĐO CƠ ĐIỆN

Từ điện Điện từ Điện động Sắt điện động Cảm ứng Tĩnh điện

1 Ký hiệu đại lượng đo :

2 Ký hiệu chỉ thị sử dụng :

Hz

Tần số

3 Ký hiệu thiết bị có trong máy :

Có điot Có bản rung Có màn

chắn từ chắn tĩnh điện Có màn

Có biến dòng điện

BU

Có biến điện áp

5 Ký hiệu điện áp đã thử cách điện :

4 Ký hiệu cách đặt máy :

30 0

6 Ký hiệu cấp chính xác :

Là các con số : 0,1, 0,5, 1, 1,5

500V

TEST 500 V Đã thử cách điện

ở điện áp 500V

1 Chỉ thị số cơ khí:

Gồm có các bánh răng được ghép lại, từ hàng đơn vị đến hàng

chục, trên có các con từ 09 Các bánh răng này khi chuyển động sẽ thể hiện các con số và được nối với một bộ nhông, và khi một bánh răng

quay hết một vòng thì sẽ kéo theo bánh răng hàng chục lệânh một đơn vị

2 Chỉ thị số ghép:

Các con số từ 09 được tạo thành bởi nhiều đèn ghép lại theo nhiều cách khách nhau Như vậy mỗi đèn chỉ tượng trưng cho một phần của các con số trên nền màn chỉ thị Để thể hiện các con số này phải sử dụng một mạch điện tử được thiết kế bởi các phép logic điều khiển cho các đèn sáng lên một cách hợp lý

Các loại đèn thường dùng để ghép

thành các con số là :

- Đèn huỳnh quang,

- Đèn diode phát quang (LED), đèn

tinh thể lỏng (LCD) 7 đoạn

2.2 CHỈ THỊ SỐ

Đèn 7 đoạn Đèn hùynh quang

* Đèn huỳnh quang :

Có cấu tạo các con số (o  9) được ghép bởi 7 đèn.) được ghép bởi 7 đèn.

Khi điện áp đặt giữa lớp 2 và lớp 4 đủ lớn thì chất huỳnh

quang phát sáng Thực tế nếu tầng số điện áp từ 0,5 đến

1Hz thì chỉ thị bắt đầu sáng ở điện áp 70V, còn ở tần số

thấp hơn (50Hz) thì điện áp phải  220V Độ chói sáng phụ

thuộc vào điện áp xoay chiều, nhưng không thể thấp hơn

70V, gây bất tiện cho thế hệ máy đo dùng linh kiện bán dẫn

Người ta chế tạo loại đèn huỳnh quang điện áp ( sử dụng

chất bán dẫn Cacbide Silicium) Loại này chỉ cần nguồn cung

cấp từ 3V đến 4V (xoay chiều hoặc một chiều) Các chử số

(0  9) được ghép bởi 7 đèn.) các chữ số được hình thành từ 20 chấm sáng mỗi

chấm là một đèn

* Đèn diode phát quang bảy đoạn (LED 7 đoạn):

Các diode phát quang được chế tạo từ chất bán dẫn Gallium Phosphide hoặc Gallium Arsenide phosphide Đây là các loại bán dẫn có khả năng phát sáng khi mối nối p-n được phân cực thuận Vì các hạt tải mang điện tích dương và âm khi vượt qua mối nối p-n để tái hợp sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng quang năng Sự phát sạ ánh sáng có thể ở vùng ánh sáng nhìn thấy được hoặc không Độ phát sáng phụ thuộc vào dòng phân cực thuận, vào khoảng vài mA

Cũng là loại chỉ thị số ghép có đặc tính

tiêu thụ công suất nhỏ hơn (vài w ) và tốc

độ đáp ứng chậm hơn so với LED

Có hai loại vật liệu tinh thể lỏng được

dùng là Neurmatic và Cholesteric Nermatic

được dùng nhiều Đây là loại chất lỏng trong

suốt

* Đèn tinh thể lỏng(LCD):

Nếu áp vào nó một điện trường lớn thì làm xuất hiện các ion di chuyển,

phá vỡ cấu trúc tinh thể thông thường, làm cho các chất lỏng này bị phân cực và trở nên chắn ánh sáng Khi điện trường bị ngắt đi thì chất lỏng trở về dạng tinh thể cũ và trong suốt trở lại

7 Chỉ thị tĩnh điện:

• a Cấu tạo:

• Gồm các bản cực tính và bản cực động

1.Bản cực tĩnh 2.Bản cực động 3.Trục

4.Kim chỉ thị 5.Thang đo

c.Đặc điểm và phạm vi ứng dụng :

* Đặc điểm:

_ Ưu điểm:

 Đo điện áp DC và AC trong dãy tầng rất rộng vì điện

dung giữa các bảng cực rất nhỏ.

 Chỉ thị có độ chính xác tương đối cao.

 Điện trở đầu vào rất lớn, đo công suất nhỏ.

 Đo điện áp cao ( trên KV )

_ Khuyết điểm:

 Thang đo không đều.

 Kết quả đo phụ thuộc vào từ trường ngoài.

 Vì độ nhạy không cao, để an toàn và tăng độ nhạy chỉ

thị người ta dùng hệ thống quang và gương quay trong

các vôn mét tĩnh điện.

b Nguyên lý: