Kỹ thuật đo lường điện trở

Nguyên lý: Để đo điện trở trong máy đo điện tử người ta chuyển đại lượng điện trở sang đại lượng điện áp, sau đó đưa vào mạch đo của vôn kế điện tử Mạch đo điện trở có hai dạng: _ Dạng n

CHƯƠNG 4

4.1 Đo R bằng Volt kế và Ampe ke 4.2 Mạch đo R trong Ohm kế

4.3 Cầu Wheatstone

4.4 Cầu đôi Kelvin

4.5 Đo R có trị số lớn

4.6 Đo điện trở đất

4.1 Phương pháp đo gián tiếp (vônmét và ampemét) :

1 Vôn mét mắc sau và Ampe mét mắc trước (lối mắc rẽ ngắn).

- Giá trị đo bởi V,A : R x = U/I

- Giá trị thực : R* x = U/(I-I V )

- Sai số phép đo :

β = (R x -R* x )/ R* x = R x / (R x +R v ) Nếu R v >>R x thì sai số này nhỏ nên sơ đồ này dùng để đo điện trở nhỏ.

2.Vôn mét mắc trước và Ampe mét mắc sau (lối mắc rẽ dài).

4.2 Phương pháp đo so sánh :

4.3 Phương pháp đo trực tiếp :

1 Oâmmét nối tiếp :

a Sơ đồ mạch :

b Nguyên lý ;

- Dòng điện qua chỉ thị :

I m = E/(R x +R 1 +R m )

Khi R x = 0, I m = E/(R 1 +R m ) = I max

- Trong qúa trình đo E, R 1 , R m = const

I m = f(R x ) Thang đo được khắc độ theo R x cần đo

.R 1 : Điện trở chuẩn giới hạn đo R m : Điện trở chỉ thị

.E ; nguồn sức điện động (pin)

Chú ý :

- Thang đo có độ chia nghịch và không đều.

- Kết qủa đo phụ thuộc vào nguồn cung cấp.

c Mạch đo trong thực tế ( Máy đo VOM) :

R x

R 1

R m E

I m

R 2

Để kết quả đo không thay đổi theo điện áp

nguồn,người ta mắc thêm một biến trở R 2 // với

chỉ thị để điều chỉnh “0Ω” khi nguồn E thay đổi

Như vậy trước khi đo phải ngắn mạch hai đầu

máy đo và điều chỉnh R 2 để Oâm kế chỉ “0” rồi

mới tiến hành phép đo.

d Độ chính xác của ohm_kế :

Vì mạch đo điện trở không tuyến tính theo thang đo, nên sai số tăng nhiều ở khoảng đo không tuyến tính.

Khi ohm-kế chỉ ½ thang đo, thì điện trở R x = nội trở của 0hm-kế Nếu ở ½ thang đo

dòng điện chỉ thị có sai số ± 1% của thang đo thì kết quả đo điện trở sẽ có sai

số là ± 2%

Ví dụ: Nếu dòng điện chỉ thị có sai số ± 1% thì sai số của dòng điện ở ½ thang đo

là ± 2%, kết quả đo điện trở sẽ có sai số là 2%.(R 1 +R x )

Ví dụ: _ Nếu sai số thang đo điện trở là 1%, R 1 có sai số ± 1,ở ½ thang sai số dòng điện là 2% thì kết quả sai số phép đo điện trở là ∆R X % = 2%x(R 1 +R x ) = 2%x2R 1 = 4% _ Nếu sai số thang đo điện trở là 1%, R 1 có sai số ± 1%,ở 0,8 thang sai số dòng điện là : 1%.1/0,8 = 1,25%, R 1 = 4.R x thì kết quả sai số phép đo điện trở là

∆R X % = 1,25%x(R 1 +R x ) = 1,25% x 5 = 6,25%

d Mạch đo Ω trong máy đo VOM :

2 Đo điện trở trong VOM điện tử :

1 Nguyên lý:

Để đo điện trở trong máy đo điện tử người ta chuyển đại lượng điện trở sang đại lượng điện áp, sau đó đưa vào mạch đo của vôn kế điện tử

Mạch đo điện trở có hai dạng:

_ Dạng nối tiếp _ Dạng mắc rẽ

2 Dạng nối tiếp:

Mạch đo điện áp

- Mạch thay đổi giới hạn thang đo gồm các điện trở chuẩn nối tiếp với điện trở R X là các điện trở có cấp chính xác cao,sai số < 1%

- Vì tổng trở vào của đo điện áp DC rất lớn nên điện áp trên điện trở chuẩn không đáng kể.

V đo = E.R x / (R x + R 1 )

- Kết qủa đo R X = Trị số đọc x hệ số nhân của giới hạn đo

Ví dụ: Ở thang đo Rx100, trị số đọc trên chỉ thị là 36Ω thì kết quả R x = 3600Ω

a Sơ đồ:

b Nguyên lý:

3 Dạng mắc rẽ:

a Sơ đồ:

_ Khi điện trở R x = 0, thì V đo = 0

_ Khi điện trở R x = ∞ thì V đo = E.R 2 /(R 1 +R 2 )

_ Ở giá trị bất kỳ :

V đo = E.(R 2 //R x )/(R 1 +R 2 //R x )

= E.(R x .R 2 )/(R x .R 2 +R 1 .(R 2 +R x )

Khi R x = R 1 //R 2 = R 1 .R 2 /(R 1 +R 2 ) thì V đo = ½.E.R 2 / (R 1 +R 2 )

Kim chỉ ½ thang đo

Mạch đo điện áp

DC 1,5V

R X

E 1,5V

V đo

Mạch dùng nguồn dòng không đổi để điện áp V đo

trên điện trở tuyến tính với điện trở R x cần đo

V đo = I.R x

Nguồn dòng Không đều

Thay đổi dòng điện I để thay đổi giới hạn đo của ohm kế.

4.4 Phương pháp cầu đo :

1 Cầu đơn (cầu Wheatstone) :

a Sơ đồ :

- R 2 ,R 3 : Điện trở tạo tỉ số

- Chỉ thị : Điện kế từ điện

c Cầu hộp

_ Cân bằng cầu khi đo bằng cách chọn tỷ

số R 3 /R 2 giữ cố định tỷ số này.

_ Thay đổi R 1 cho đến khi cân bằng

d.Cầu biến trở

- Trong cầu biến trở, khi đo để cân bằng người ta giữ cố định điện trở R 1, điều chỉnh tỉ số R 3 /R 2 một cách đều đặn cho đến khi kim chỉ thị chỉ “0”â (cầu đã cân bằng)

- Muốn vậy hai nhánh cầu R 2 và R 3 được tạo bởi một biến trở có con trượt,

quấn trên ống thẳng hoặc ống tròn Dây điện trở thường bằng Manganin Tỉ số điện trở hai phấn dây quấn hai bên con trượt D bằng tỉ số chiều dài hai phấn ống này.

- Thang chia độ giá trị tỉ số hai điện trở được khắc song song với ống dây điện trở này từ 0 ÷ ∞.

- Điều chỉnh vị trí con trượt D trên biến trở để đạt

được điều kiện cân bằng cầu Giá trị điện trở cần

đo R x được xác định theo công thức.

- Mở rộng dải đo của cầu bằng cách chế tạo điện trở R 1 thành nhiều điện trở có giá trị khác nhau và thông qua chuyển mạch B để thay đổi giá trị này.

= R1

R2

Trong công nghiệp người ta thường sử dụng cầu Wheatestone không cân

Điện áp ngõ ra để hở của cầu

Tổng trở r ngõ ra

Điện áp ngõ ra khi điện kế được tháo ra khỏi cầu :

V x – V 4 = E.[(R x /(R x +R 1 ) – R 2 /(R 2 +R 4 )]

Tổng trở ngõ ra của cầu được xác định: r = (R 1 //R x ) + R 2 //R 4 )

Dòng điện qua điện kế khi cầu không cân bằng : I g = V x – V 4

r + r g Như vậy dòng điện qua điện kế sẽ phụ thuộc vào R X hay sự thay đổi ∆R X cần đo.

Phương pháp này không cần nguồn E ổn định.Độvnhạy của cầu phụ thuộc vào nguồn

E và điện trở R g Độ chính xác phụ thuộc vào các phần tử của cầu.

G

V x -V 4

Mạch Thevecnin khi tải

là điện kế

rg : Nội trở điện kế

I g

Ví dụ: Xác định sự thay đổi lớn nhất mà điện kế G có thể phát hiện được khi độ nhạy của

Điện kế G = 1µA/div (1 vạch chia trên thang đo) với P = 3,5kΩ, Q = 7kΩ, S = 4kΩ, nội

trở của điện kế G r g = 2,5kΩ, nguồn E b = 10V

P

R x

Q S

r

R

Q S

V x V 4

G

V x -V S

Mạch Thevecnin khi tải

là điện kế

rg : Nội trở điện kế

I g

Điện áp ngõ ra để hở của cầu

Tổng trở r ngõ ra

Theo biểu thức mạch tương đương thevecnin

V X – V S = I g x (r + r g )

Với: r = (P//Q) + (Q//S) = 3,5 x 7/(3,5+7) + 7 x 4/(7+4) = 3,82 kΩ

Khi Ig thay đổi 1mA thì sự thay đổi V X – V S là:

∆(V X -V S ) = ∆I g x (r + r g ) = 1µA x (3,82 + 2,5)kΩ = 6,32 mV Mà :

2 Cầu đôi (cầu Kelvin) :

a Sơ đồ :

- R 1, R 2 ,R 3 ,R 4 là các biến trở

- Chỉ thị : Điện kế từ điện

- R 0 : Điện trở mẫu

Điện trở nhỏ, để loại bỏ điện trở tiếp xúc về cấu

tạo được chế tạo dạng 4 đầu :

1 - 1 : đầu dòng điện

2 – 2 : đầu điện áp

2 2

Khi đo mắc mạch như hình vẽ Điều

Chỉnh R 1 ,R 2 ,R 3 ,R 4 , để cầu cân bằng.

Khi cầu cân bằng ( I g = 0 ) ta có:

Khi chế tạo phải đảm bảo sao cho

4.5 Đo điện trở có giá trị lớn :

1.Đo điện trở bằng Vônmét và Ampemét :

Có thể đo điện trở cỡ 10 5 ÷10 10 Ω như điện trở cách điện bằng PP Vôn ampe Nhưng chú ý loại trừ ảnh hưởng của dòng điện rò qua dây dẫn hoặc cách điện của máy Muốn loại trừ dòng điện rò cần phải dùng màng chắn

tĩnh điện hoặc dây có bọc kẽm

Để đo điện trở cách điện khối dùng điện kế

G để đo dòng xuyên qua khối cách điện;

còn dòng rò trên bề mặt của vật liệu qua

cực phụ xuống đất Điện trở cần đo được

xác định nhờ độ chỉ của Vônmét và điện kế.

Khi đo điện trở cách điện mặt thì dòng rò trên bề mặt của vật liệu được đo bằng điện kế, còn dòng xuyên qua khối vật liệu thì được nối qua cực chính xuống đất Kết quả được xác định nhờ độ chỉ của Vônmét và điện kế (G).

1.Hai cực đo 2.Tấm cách điện 3.Cực phụ

Rx = V

Ig

Đo điện trở cách điện khối Đo điện trở cách điện bề mặt

2 Đo điện trở bằng Megohm mét :

Mêgôm mét là dụng cụ dùng để đo điện trở cách điện của các thiết bị điện

a Cấu tạo :

b Nguyên lý :

Khi đo quay tay quay máy phát F đến tốc độ

n = 100 ÷ 120 vg/ph Dòng điện chạy trong các

F: Máy phát một chiều quay tay

U F = 500 ÷ 2000 V

R 1 ,R 2 : Điện trở mẫu

R X : Điện trở cấn đo

R hc : Điện trở hạn chế CT: Tỉ số kế từ điện

Chú ý : _ Khi đo tránh chạm vào các cực của MΩ mét

_ Chỉ đọc kết qủa sau khi đo khoảng 20 ÷ 30 s

_ Điện trở cách điện của các thiết bị điện khi sư dụng ở mạng điện hạ áp phải

R CĐ ≥ 0,5 MΩ

3 ỨNG DỤNG :

a, Đo điện trở cách điện dây lưới đện khi cắt nguồn :

Mạch đo được ngắt ra khỏi nguồn

dây mass (dây trung tính)

_ Điện trở đo được

R X = R A //(R AB +R B )

A B C

b, Đo điện trở đoạn dây bị chạm mass :

- Khi đo mắc mạch như hình vẽ

- Điều chỉnh R 2 và thay đổi R 1 để

cầu cân bằng

Một đoạn dây cáp 3pha có một dây bị

chạm mass được chôn dưới đất có chiều

dài 5000 m Dùng cầu Wheateon để xác

định và cầu cân bằng khi R 1 = 100Ω,

R 2 = 300Ω Cáp dẫn điện là dây đồng

đồng chất.

Xác định chỗ chạm mass

Khi cầu cân bằng ta có :

100+300

b, Đo điện trở đoạn dây bị chạm mass :

_ Khi khóa S ở vị trí a, điều chỉnh

R 3 để cầu cân bằng

Để phép đo đượïc chính xác hơn người ta

thường dùng sơ đồ

_ Khi khóa S ở vị trí b, điều chỉnh R /

3 để cầu cân bằng

Ví dụ: Nếu La = Lb = 10Km, điện trở riêng

của dây cáp ρ = 0,02Ω/km, R 1 =1kΩ, R 2 =2kΩ

4.6 Đo điện trở đất :

b.Cọc đo điện trở đất:

là thanh dẫn điện bằng kim loại (thường làm bằng đồng) hoặc nhiều thanh dẫn điện được đóng xuống đất, vùng đất cần đo điện trở,

1 Khái niệm chung.

là điện trở của vùng đất cần đo tiếp xúc với cọc đất sẽ được xác định

bởi điện áp rơi trên điện trở đất, khi có dòng điện chạy qua nó.

Trong thực tế điện trở đất phụ thuộc vào môi trường xung quanh (nhiệt

độ, độ ẩm),thành phần của đất.

Nguồn tín hiệu cung cấp cho mạch đo là nguồn tín hiệu xoay chiều

Dạng sin hoặc xung vuông Chúng ta tránh dùng nguồn DC do ảnh

hưởng của điện giải sẽ làm tăng sai số do điện thế điện cực Nếu

dùng điện lưới của điện lực thì phải dùng biến áp cách ly tránh ảnh

hưởng của dòng trung tính (nếu có điện thế mất đối xứng) và cọc đất

của dây trung tính.

c Nguồn điện áp cung cấp cho mạch đo:

a Điện trở đất:

Để đo điện trở đất khảo sát, các cọc đất không được ảnh hưởng với nhau (nghĩa là các điện trở cọc A là R A không bị ảnh hưởng bởi vùng đất cọc B có điện trở đất là R B ) Người ta khảo sát thực tế như hình dưới đây.

d Khoảng cách giữa các cọc đất:

Dòng điện I qua vùng đất giữa 2 cọc đất sẽ tạo ra

- điện áp: V AC = R A x I R A : điện trở đất của cọc A,

- điện áp: V AB = R B x I R B : điện trở đất của cọc B

- Khi cọc P được đóng giữa cọc A và cọc B ở bất kỳ vị trí nào, thì V AC giữa cọc

A,B có trị số thay đổi theo đường biểu diễn hình vẽ

- Như vậy ngoài phạm vi 10m, thì điện áp V AC không thay đổi (các điểm ngoài

10m đẳng thế)

- Vì thế 2 cọc đất càch nhau 20m sẽ có điện trở đất không ảnh hưởng lên nhau

(trong thực tế 2 cọc cách nhau (10 ÷ 20)m có thể xem như 2 cọc đất riêng biệt).

V AC

V BC

2 Mạch đo điện trở đất dùng V.mét và A.mét

Điện trở cho bởi vôn mét V:

V AP = I.(R x + R p ) Với I = I 1 + I v , cho bởi

Ampe kế Nếu: I v << I 1 thì I = I 1

và : R x ≈ V/I

Nếu chúng ta quan tâm đến sai số do V.mét và

điện trở cọc phụ thuộc điện áp thì R x có sai số

tương đối:

R p : điện trở đất của cọc phụ điện áp P;

R V : tổng trở vào của Vôn mét.

Như vậy để sai số càng nhỏ thì R p <<R V

Mạch tương đương

εR% = 100% Rp

RA+RV

Mạch đo được mắc như hình vẽ

Cọc A : cọc đo điện trở đất Rx

Cọc P : cọc phụ đo điện áp

Cọc C : cọc phụ đo dòng điện

* Phương pháp đo gián tiếp :

Sơ đồ

I v

3 Đo điện trở đất bằng cầu đo xoay chiều :

Đây là một dạng cầu Wheatstone để đo điện trở

của dung dịch có tính chất điện giải bằng hai

điện cực cũng được ứng dụng để đo điện trở đất

điện trở R A + R B được xác định khi cầu cân bằng

(giống như phương pháp gián tiếp dùng V.mét và

A.mét).

4 Đo điện trở đất bằng máy đo điện trở.

Dòng điện I 1 đi qua cuộn dây 1 của tỉ số kế

đi qua vùng đất cần đo điện trở Dòng điện

I 2 đi qua cuộn dây 2 đi qua cọc phụ.Tỉ số

I 1 /I 2 phụ thuộc vào điện áp rơi trên cọc đo

và cọc phụ Điều chỉnh biến trở R s , I 2 thay

sẽ xác định R x khi r 2 đã biết được.

do đó có bộ chuyển đổi I 1 (DC) sang i 1

một chiều bằng bộ chỉnh lưu Còn điện

Tỉ số dòng điện I 1 /I 2 được xác định :

Sơ đồ máy đo

Ví dụ :

Một đoạn dây cáp 3pha có một dây bịt

chạm mass được chôn dưới đất có chiều

dài 5000 m Dùng cầu Wheateon để xác

định và cầu cân bằng khi R 1 = 100Ω,

R 2 = 300Ω Cáp dẫn điện là dây đồng.

Xác định chỗ chạm mass

Vỏ bọc kim loại L X (R X )

L a (R a )

L b (R b ) E

Chỗ chạm mát

Khi cầu cân bằng ta có : L X = R 1 x 2L

Vỏ bọc kim loại

L X (R X )

L a (R a )

L b (R b ) E

G

R 2

R 1