BẢN 1 GIÁO TRÌNH đo LƯỜNG điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP THANH HOÁ

Giáo trình này biên soạn ngắn gọn dễ hiểu bỖ xung, cập nhật những liến thức mới, chủ tr ong những nội dung cơ bản, những kỹ năng cốt yếu theo tính chất của ngành nghề đào tạo cho phù hợp

ĐO LƯỜNG ĐIỆN

(Dùng cho hệ Cao đẳng va Trung cap nghé)

Lời nói đầu

Việc tổ chức biên soạn giáo trình phục vụ cho việc đào tao nghệ Điện

công nghiệp, thuộc ba cấp trình độ: (Sơ cấp, Trung cấp và Cao đẳng nghờ, là một nhiệm vụ rất quan trọng và cấp thiết hiện nay của Trường Cao đẳng nghề

Công nghiệp Thanh Hoá Chính vì lẽ đó, Khoa Điện đã có nhiều cố gang dé

biên soạn giáo trình các môn hoc/modul nghề phục vụ cho việc đào tạo nghề, mham dap ứng được yêu cầu về day của giáo viên và học của Học sinh - Sinh viên trong trường Sau thời gian Hỗ lực hễt mình của tap thé giảng viên của khoa đã biên soạn và chỉnh sửa giáo trình của MODULE “ĐO LƯỜNG

ĐIỆN”

Môi dung của modul đã biên soạn, xây dựng trên cơ sở kế thừa những

nội dung được giảng day ở trường, kết hợp với những kiến thức, công nghé mới,

nhằm đáp ứng yêu edu nâng cao chất lượng đào tạo, tương xứng với cấp trình

độ và gắn với nhu cầu của người học Giáo trình này biên soạn ngắn gọn dễ hiểu bỖ xung, cập nhật những liến thức mới, chủ tr ong những nội dung cơ bản, những kỹ năng cốt yếu theo tính chất của ngành nghề đào tạo cho phù hợp và

theo chương trình khung đào tạo nghề của Tổng cục dạy nghề qiụ) định,

Nội dụng của giáo trình được biên soạn với thời lượng 20 tiết lũ thuyết

và 35 tiết thực hành, gồm:

Bài 1: Đại cương về đo tường điện

Bài 2: Một số cơ cấu ấo chỉ thị kim

Bài 3: Đo các đại lương điện cơ bản

Bai 4 Do cde thông số của mạch điện

Bai 5: Sit dung cdc loat ï máy đo thông dụng

Mặc dù đã có nhiều cổ gang, xong chắc chắn không thể trảnh khỏi hết

khiêm khuyết Rất mong nhận được sự đóng gúp ý kiến của đẳng nghiệp trong

trường cũng như thông tin phản hồi từ học sinh, sinh viên và bạn đọc, để lần tái bản sau được hoàn thiện hơn Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm tác giả

Lê Bá Kiện

Lương Xuân Hòa

Modul Do tiréng điện

eerste rer eeereetneesnercnnereenanisenmnn veneers ae SE

BALI:

ĐẠI CƯƠNG VẺ ĐO LƯỜNG ĐIỆN

1.MỤC TIỂU CŨA BÀI

- Giải thích các khái niệm về đo lường, đo lường điện

- Tinh toán được sai số của phép đo, vận dụng phù hợp các phương phán hạn

chế sai số

~ Đo các đại lượng điện bằng phương pháp đo trực tiếp hoặc gián tiếp

Il NOI DUNG CUA BAL

1 Khái niệm về đo lường điện

Trong thực tế cuộc sống quá trình cân, đo, đong, đếm diễn ra liên tục với mọi đối tượng, việc cân, đo, đong, đếm này vô cùng cần thiết và quan trọng Với

một đôi tượng cụ thể nào đó quá trình này diễn ra theo từng đặc trưng của chủng

loại đó, và với một đơn vị đã được định trước

Trong lĩnh vực kỹ thuật đo lường không chỉ thông báo trị số của đại lượng

cần do mã còn làm nhiệm vụ kiểm tra, điều khiển va xử lý thông tín

Đối với ngành điện việc do lường các thông số của mạch điện là vô cùng quan trọng Nó cần thiết cho quá trình thiết kế lắp đặt, kiểm tra vận hành cũng như dò tìm hư hỏng trong mạch điện

Đo lường là quá trình so sánh đại lượng chưa biết với đại lượng đã biết

cùng loại được chọn làm mẫu (mẫu này được gọi là đơn vị)

Số đo là kết quả của quá trình đo, kết quả này được thể hiện bằng một con

Trưởng CDNCN Thanh Hóa Khoa Diéa

1.1.2 Mẫu đo: Là dụng cụ dùng để khôi phục một đại lượng vật lý nhất định có

trị số cho trước, mẫu đo được chia làm 2 loại sau:

~ Loại làm mẫu: Dùng để kiểm tra các mẫu đo và dụng cụ đo khác, loại nảy được chế tạo và sử dụng theo tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo làm việc chính

xúc cao

~ Loại công tác: Được sử dụng đo lường trong thực tế, loại này gồm 2 nhóm sau:

e Mẫu đo và dụng cụ đo thí nghiệm

© Mẫu đo và dụng cụ đo dùng trong sản xuất

1.2 Các phương pháp áo

1.3.1 Phương pháp do trực tiép: Là phương pháp do ma đại lượng cần đo được

so sánh trực tiếp với mẫu đo

Phương pháp này được chia thành 2 cách đo:

~ Phương pháp đo đọc số thẳng

- Phương pháp do so sánh là phương pháp mà đại lượng cần đo được so sánh với mẫu đo cùng loại đã biết trị số

Ví dụ: Dùng cầu đo điện để đo điện tra, dùng cầu đo đê đo điện dung v.v

1.2.2 Pluơng pháp đo giản riếp: Là phương pháp đo trong đó đại lượng cần đo

sẽ được tính ra từ kết quả đo các đại lượng khác có liên quan

Vĩ dụ: Muốỗn đo điện áp nhưng ta không có Vônmét, ta đo điện áp bằng cách:

- Dùng ômmét đo điện trở của mạch

- Dũng Ampemét do dong điện đi qua mạch

Sau đó áp dụng các công thức hoặc các định luật đã biết để tính ra trị số điện áp cần đo

Modul Bo hrong điện

+ Sai sé hệ thông: Là sai số cơ bản mà giá trị của nó luôn không đổi hoặc thay đổi có quy luật Sai số này về nguyên tắc có thể loại trừ được

Nguyên nhân: Do quá trình chế tạo dụng cụ đo như ma sát, khắc vạch trên thang do vv

+ Sai sé ngdu nhién: La sai s6 mà giá trị của nó thay đổi rất ngẫu nhiên do

sự thay đổi của môi trường bên ngoài (người sử đụng, nhiệt độ môi trường thay

đỗi, chịu ảnh hưởng của điện trường, từ trường, độ Ấm, áp suất .)

Nguyên nhân:

~_ Đo người đo nhìn lệch, nhìn nghiêng, đọc sai

- Dũng công thức tính toán không thích hợp, dùng công thức gần đúng trong tính toán Nhiệt độ môi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng của điện trường,

từ trường, độ Ẩm, áp suất v.v )

2.2 Phương pháp bạn chế sai số

Để hạn chế sai số trong từng trường hợp, có các phương pháp sau:

+ Đối với sai số hệ thống: tiễn hành đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình

của chủng

+ Đối với sai số ngẫu nhiên: người sử dụng dụng cụ đo phải cần thận, vị trí

đặt mắt phải vuông góc với mặt độ số của dụng cụ, tính toán phải chính xác, sử

dụng công thức phải thích hợp, điều kiện sử đụng phải phù hợp với điều kiện

tiêu chuẩn

2.3 Cách tính sai số

Gọi: - A: kết quả đo được

Ai: giá trị thực của đại lượng cần đo

Tinh sai sé nine sau:

+ Sai số tuyệt đối:

AA=|A,-Al (1)

AA gọi là sai số tuyệt đối của phép đo

Từ đỏ, giá trị thực của lượng đo sẽ nằm trong phạm vì:

A-AASA)< A+AA

we

Trung CDNCN Thanh Hóa thoa Điện

'Thực tế, AA rất khó xác định được chính xác, vì giá trị A¡ nói chung, cũng chỉ xác định qua các dụng cụ đo Vì thế, người ta chỉ xác định được giá trị giới han cia AA, gọi là sai số tuyệt đối lớn nhất AAmx -

+ Sai số tương đối:

Người ta dùng đại lượng: Bằng tì số giữa sai số tuyệt đối và kết quả Ão, gọi

là sai số tương đối của pháp đa, ký hiệu ya thường tính ra phần trăm

Ta = T^-100% „ êu ~ ^Í tạps 2)

'

Phép đo có ya câng nhỏ thì càng chính xác

+ Sai số qui đổi Yaa

Sai số quy déi a 4 số giữa sai SỐ tuyệt đối và giới han do cia dung cu do,

ký hiệu yaa thường tính theo phần trăm

Yea 44 ax, “A, ^À ippg¿= lÊt Al -100% | in (1.3)

Aam: giới hạn do của dụng cụ đo (giá trị lớn nhất của thang đo)

Quan hệ giữa sai số tương đối và sai số qui đổi:

Y qdmax An A Ay

Ở đây K, = là hệ số sử dụng thang do (Ky <1)

dit

Nếu Kạ càng gần bằng 1 thì đại lượng đo càng gần bằng giới han do, AA

cảng bé thì phép đo càng chính xác Thông thường phép do càng chính xác khi

Ka> 2

Ví dụ: Một dòng điện có giá trị thực là 5A Dũng Ampemét có giới hạn đo

10A để đo dòng điện này Kết quả đo được 4,95 A

Tính sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số qui đối

Chính sai số nảy đặc trưng cho độ chính xác của dụng cụ đo, nên được gọi

là cấp chính xác của dung cu đo, ký hiệu là y

bản của dụng cụ đo) ung cụ đo), Ÿ, =— 2 100% = Ta TA TK a BH, Yo me a

Từ đó ta thấy nếu hệ số sử dụng thang đo càng bé thì sai số cảng lớn, tức

phép đo càng kém chính xác, Chính vì thể mà người ta quy định là nên chọn cỡ

đo sao cho số đo phải trên nửa giá trị của giới hạn đo

2.4, Điện trỡ và tiêu thự công suất của dụng cụ đo

Dụng cụ đo phải thu nang lượng từ đối tượng đo dưới những, hình thức khác

nhau dé biến thành đại lượng dầu ra của thiết bị Tiêu thụ năng lượng thể hiện ở phản tác dụng của thiết bị đo lên đối tượng và gây nên những sai số mà ta biết

được nguyên nhân gọi là sai số phụ về phương pháp Sai số này có thể loại trừ bằng những biện pháp nội suy hay công thức hiệu chỉnh

Trong phép do người ta có gắng phần đấu sao cho sai số này không vượt

quá sai số của dụng cụ

Trong các dung cy do dong va ap sai số này thể biện ở điện trở vào của

dụng cụ, trong trường hợp thiết bị đo cơ hợc thì sai số này thể hiện ở phản tác

dụng của dụng cụ

Các dụng cụ đo dòng và áp, công suất tiêu hao bởi thiết bị đo khi đo dòng

được tính là: ÁP = RẠŸ (1.5)

Khi đo áp được tính là: AP = R (1.6)

Với Rạ, R¿ là điện trở của Amét (điện trở cuộn dòng) và Vôn mét (điện trở của cuộn áp)

Sai số phụ do ảnh hướng của tổn hao được tính

Với: R, là điện trở tải

Các tiêu chuẩn khác được xét riêng rễ đổi với từng thiết bị khi cần thiết

Các đặc tính trên liên quan chat chẽ với nhau và ta có nhiều biện pháp để nâng

cao một đặc tính nào đó của thiết bị đo bằng cách sử dụng sự dư thừa của các đặc tính khác

3, Bidu diễn số đo

Kết quả đo được biểu diễn dưới dạng:

A là con số kết quả đo

Ví dụ: I= 5A thì: Đại lượng đo là: dong điện Œ)

Don vi do Ja: Ampe (A) Con số kết quả đo là: 5

4 Hệ đơn vị đo

4.1 Giới thiệu hệ Sĩ: Hệ thông đơn vị đo lường thông đụng nhất, hệ thông này

qui định các đơn vị cơ bản cho các đại lượng sau:

~ Độ đài: tính bằng mét (m)

- Khối lượng: tính bằng kilôgam (kg),

- Thời gian: tính bằng giây (s)

~ Dòng điện: tính bằng Ampe (A)

4.2 Bội và ước số của đơn vị cơ bản

+ Tiga (T)ỳ: 10? + Mi (mỳ 102

+ Giga (G): 10° + Micro (w): 105 + Mêga (M): 10° + Nano (n): 10°

+ Kilé (K: 10 + Pico (p: - 10?

HH CÂU HỘI VÀ BÀI TẬP

A Câu hỗi trắc nghiệm Đạc kỹ các câu hỏi chọn và tô đen ý trả lời đúng nhất vào các ô ở các cột tương ứng

Trường CĐNCN Thanh Hĩa Khoa Dién _—

c Sai số tuyệt đối;

d Sai số tương đối

1⁄2.| Tỳ lệ giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực cin do (tinh|o |o |o jo

theo %) được gọi là:

a Sai số tương đối;

b Sai số phụ;

e Sai số cơ bản;

d Tỷ lệ phần trăm của sai số tuyệt đỗi

1.3 | Khi do điện áp xoay chiều 220V với dụng cụ đo cĩ sai |o |ò |o |9

số tương đối 1,5% thì sai số tuyệt đối lớn nhất cĩ thể cĩ

1.4 Nêu các định nghĩa về đo lường

1.5 Phương pháp đo là gì? Cĩ mấy phương pháp đo?

1.6 Đơn vị đo là gì? Thế nào gọi là đơn vị tiêu chuẩn?

Trường CDNCN Thanh Hóa Khoa Dién

BAL2:

CÁC LOẠI CƠ CÁU ĐO THONG DỤNG

I MỤC TIỂU CỦA BÀI

ø Phân tích được cầu tạo, nguyên lý của các loại cơ cấu đo thông dụng như:

từ điện, điện từ, điện động

ø Lựa chọn phù hợp các loại cơ cau đo trong từng trường hợp sứ dụng cụ

thé

2 Sử dụng và bảo quản các loại cơ cấu đo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật

IL NOL DUNG CUA BAI

1 Nguyên tắc chung của các loại cơ cấu đo chỉ thị kim

Hiện nay ta chỉ học các cơ cấu chỉ thị kết quả đo bằng kim, còn các cơ cầu

chỉ thị kết quả đo bằng số được đề cập trong phần thiết bị đo lường chỉ thị số,

Đối với các cơ cấu chỉ thị kim khi thực hiện một phép đo luôn tuân theo trình tự sau:

Tín hiệu của đại lượng cần đo được đưa vào mạch đo và được biến đổi thành đại lượng điện, đại lượng điện này được đưa vào Cơ cấu do và kết quả đo được dựa ra khối chủ thị sơ đồ được hình thành

1.1 Sơ đồ khốt

Chuyên đồi sơ củp |——> Mach do | Cao chu chi thi

Hình 2.1 Sơ đồ khối của cơ cấu đo

«Chuyển đối sơ cấp làm nhiệm vụ biến đổi các đại lượng đo thành tín hiệu điện Đó là khâu quan trọng nhất của thiết bị đo

aMạch đo là khâu gia công thông tin đo sau chuyển đổi sơ cấp, làm nhiệm

vụ tính toán và thực hiện trên sơ đồ mạch Mạch đo thường là mạch điện tử vi

xử lý để nâng cao đặc tính của dụng cụ đo

eCơ cấu chỉ thị đo là khâu cuối cùng của dụng cụ thể hiện kết quả đo dưới dang con số với don vị

Có 3 cách thể hiện kết quả đo:

Modul Do lường điện

Như vậy cơ cầu đo bao gồm có phần tĩnh và phần động:

" Phần tĩnh: Có nhiệm vụ biến đổi điện năng dưa vào thành cơ năng tác dụng lên phần động

" Phần động: Gắn liền với kim, góc quay của kim xác định trị số của đại lượng được đưa vào cơ cấu do

“ Khối chỉ thị

1.2 Nguyên lý Với các loại máy đo chỉ thị kim nêu trên tuy về cấu trúc có khác nhau nhưng chủng có chung một nguyên tắc sau:

Khi dòng điện chạy trong từ trường sẽ sinh ra một lực điện từ, lực này sẽ sinh ra một mômen quay làm quay kim chỉ thị một góc œ, góc quay œ của kim luôn tỷ lệ với đại lượng cần đo ban đầu nên người ta sẽ đo góc lệch này để biết giá trị của đại lượng cần đo

2 Cơ cầu từ điện 2.1 Ñý hiệu m mm

Hình 2.3: Sơ đồ cầu tạo cơ cấu đo kiểu từ điện

+ Khung quay: Khung quay bằng nhôm hình chữ nhật, trên khung có quấn đây đồng bọc Emay Toàn bộ khối lượng khung quay phải cảng nhỏ cảng tốt để

Trường CĐNCN Thanh Hóa Khoa Điện

+ Lõi sắt non hình trụ nằm trong khung quay tương đối đều

+ Kim chỉ thị được gắn chặt trên trục quay hoặc day treo Phía sau kim chỉ

thị có mang đối trọng để sao cho trọng tâm của kim chỉ thị năm trên trục quay

hoặc dây treo

+ Lò xo đối kháng (kiểm soát) hoặc đây treo có nhiệm vụ kéo kim chỉ thị

về vị trí ban đầu điểm 0) và kiểm soát sự quay của kim chỉ thị

Trong dé W: sé vòng đây quấn của cuộn đây

B: mật độ từ thông xuyên qua khung dây

L: chiều đài của khung dây

1: cường độ dòng điện

Lực điện tử này sẽ sinh ra một mômen quay Mạ:

Trong đó: b là bề rộng của khung dây

và S$ = Lb là điện tích của khung dây

Modul Do tưởng điện

Nên: Mụạ=W.BSI coi BWS = ki= hằng số thì:

Mémen quay nay lam phan động mang kim đo quay đi một góc œ nào đó

và lò xo đôi kháng bị xoắn lại tạo ra mômen đối kháng Mẹ tỷ lệ với góc quay a

Mœ~=D.œ (K là độ cứng của lò xo) Kim của cơ cấu sẽ đứng lại khi hai mômen trên bằng nhau: M = Mẹ

đồng điện cần đo và độ nhạy của cơ cấu đo, dòng điện và độ nhạy càng lớn thì

góc quay càng lớn „

Tử góc œ của kim ta suy ra giá trị của đại lượng cần do

2.4 Đặc điễm và ting dung 2.4.1 Đặc điểm

v Độ nhạy cao nên có thể đo được các đồng điện một chiều rất nhỏ (từ 103210 8A),

v⁄ Tiêu thụ năng lượng điện ít nên độ chính xác rẤt cao

v Chỉ đo được đòng và áp một chiều

v Khả năng quá tải kém vì khung dây quay nên chỉ quấn được đây cỡ nhỏ

v Chế tạo khỏ khăn, giá thành đất

Tưu ý: Muốn đo được các đại lượng xoay chiều phải qua cơ cầu néin đồng

2.4.2, Ung dung

Sản xuất các đụng cụ đo:

- Do dong dién: miliAmpemét, Ampemét

~ Do dién áp: miliVônmét, Vônmét,

- Do dién trở: ômmét,

Phần tĩnh: Gồm cuộn day phần tĩnh (tròn hoặc phẳng), không có lõi thép

Phan dong: Gồm lá thép non hình bán nguyệt gin lệch tâm trên trục Trên trục côn có lò xo đối kháng, kim và bộ phận cản dịu kiểu không khí

3.3 Nguyên lý hoạt động

Khi có dòng điện cần đo I đi vào cuộn đây phần tĩnh thì nó sẽ trở thành một nam châm điện và phiến thép (3) sẽ bị hút vào rãnh (2) Lực hút này tạo ra một mômen quay trục M,= KP

Hình 2.6: Cơ cấu đo điện từ

1 Cuộn dây phân tĩnh 4, True quay

2 Ranh hep 3, Bộ cản dịu kiểu không khí

3 Phiển thép 6 Lò xo đối kháng

Dưới tác dụng của Mạ kim sẽ quay một góc œ Lò xo so (6) sẽ bị xoắn đo

đó sinh ra mômen đổi kháng tỷ lệ với góc quay a

Ma =K¿.œ

Kim sẽ ngừng quay khi 2 mômen trên cân bằng, nghĩa là:

I

Trên

ido

Modul Bo fining điện

Thực ra ở vị trí cân bằng kim chưa đừng lại ngay mà dao động qua lại xung quanh vị trí đó nhưng nhờ cô bộ cân dịu bằng không khí sẽ đập tất quá trình đao động này

3.4, Đặc điễm và ứng dụng

3.4.1 Đặc điễm

- Cấu tạo đơn giản, đễ chế tạo, giá thành rẻ,

~ Đo được điện một chiều và xoay chiều

~ Khả năng quá tai tốt vì có thể chế tạo cuộn dây phần tĩnh với tiết điện dây

lớn

Do cuộn đây có lõi là không khí nên từ trường yếu, vì vậy độ nhạy kém

và chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài

- Cấp chính xác thấp

- Thang chia không đều

3.4.2 Ung dung

~ Chế tạo các dụng cụ đo thông dụng Vônmét, Ampemét đo AC

- Dùng trong sản xuất và phòng thí nghiệm

4 Cơ cầu đo điện động

Cơ cầu đo điện động (Hình 2.8) gồm có cuộn đây phần tĩnh 1, được chia

thành 2 phần nối tiếp nhau để tạo ra từ trường đều khi có đòng điện chạy qua Phần động là khung đây 2 đặt trong cuộn đây tĩnh và gắn trên trục quay Hình

đáng cuộn dây có thể tròn hoặc vuông, Cả phần động và phần tĩnh được bọc kín

bằng màn chắn từ để tránh ảnh hưởng của từ trường ngoài đến sự làm việc của

cơ cấu đo

17

Trưởng CĐNCN Thanh Hóa Khoa Diện

Hình 2.8: Cấu tạo cơ cấu đo điện động

1- Cuẩn đây tĩnh 3- Cuộn đây động

1ạ- Dòng điện chạy trong cuộn đây 1

1;- Dòng điện chạy trong cuộn dây 2

4.3 Nguyên lý hoại động

Khi có dòng điện I¡, l; (DC hoặc AC) đi vào cuộn đây di động và cố định

st tao ra mémen quay: Mạ= klik (dong dién DC)

Hoặc M, =k, G {igdy ong dign AC) Dưới tác dụng của Mẹ kim sẽ quay di 1 géc a, 16 xo xoắn sinh ra mômen đối kháng Mue= Kc œ (K, 14 bing số xoắn của lò xo) kim ngừng quay khi My cân bằng Mạc

k

Vậy góc quay: a= ph 22

°

hoặc a a= (— fil k, ky ẻ ‘i i,dt) Tổ 12

Nếu a =const thi thang do tuyén tinh theo lh, b

©

4.4 Đặc điễm và ứng dụng

Cơ cấu do điện động có thể dùng trong mạch một chiều và xoay chiều,

thang do không đều, có thể dùng để chế tạo Vônmót, Ampemét và Oátmét có độ chính xác cao, với cấp chính xác 0,1 + 0,2 Nhược điểm là tiêu thụ công suất

lớn

Cơ cấu sắt điện động gồm khung dây tĩnh (1), mach tir (2) nhằm tạo ra từ

trường trong khe hở không khí, Khung dây động (3) được gắn với trục quay cùng kim chỉ thị, lò xo phân kháng và bộ phận cần dịu hình 2.9

Góc quay: œ = K.II;cos(i,l;) (2.8) 5.2, Logémet sit dién dong

Logémet sit dién động cấu tạo tương tự như cơ cấu sắt điện động, nhưng phần động gồm hai khung đây đặt chéo nhau 60° và gắn trên trục quay cùng với kim chỉ thị

la cos(,I„) 1¡ cosQ,I) e2 Góc quay: a =

5.3 Dic diém ting dung

- Cơ câu sắt điện động và lôgômét sắt điện động có thể đo dòng một chiều

hoặc xoay chiều Từ trường qua khung đây lớn nên ít chịu ảnh hưởng của từ

trường ngoài

- Tôn hao sắt từ lớn, độ chính xác không cao

- Thường đủng chế tao các dụng cụ đo dòng, áp, công suất và góc lệch pha

6 Cơ cầu đo chỉ thị số

Trường CBNCN Thanh Hóa Khoa Điện

Từ những năm ở thập kỹ 80 đến nay đã xuất hiện và sử dụng rộng rãi cơ

cầu do chỉ thị số Ưu điểm của chỉ thị số là thuận lợi cho việc đọc ra kết quả,

phủ hợp và thuận lợi cho những đổi thoại giữa máy và người Sơ dé khối của cơ

cầu đo hiện số ở hình (2-10)

6.1 Nguyên lý của chỉ thị số

Hình 2-10 là sơ đồ khối của bộ chỉ thị số trong đó đại lượng đo x() qua bộ

biến đổi thành xung (BPX), số xung N tỷ lệ với độ lớn x(Ð) được đưa vào bộ mã

hoá (MH), bộ giải mã (GM) và đến hiện sé

Các khâu mã hoá, giải mã và đèn hiện số tạo thành bộ chỉ thị số Bộ chỉ thị số

Là thiết bị dùng để biến đổi từ mũ cơ số 2 hoặc mã 2-10 thành mã cơ số 10,

nghĩa là thể hiện ra đưới dang số thập phân Ngây nay các bộ giải mã được chế

tạo dưới dạng vi mạch (hình 2-1 1)

Vi mạch SN 74247 có các đầu ra hở cực góp dùng điều khiển LED có {

chung Anôt +5V Các điện tre R, , Ry dé han ché dong Andt (5 ~ 20 mA)

20

Mod! Đo lường điện

TEnn0nAHE-SEELEOnstcECEECrrcttrrtrerrntretsÐ.tE-C.CrtetiTrTrretoetrtrrsterrtrtrrrttrerrsrtremmrrerciCree cu CƠ HÔI

enero

cet

Bang 2-1: Nguyên lý làm việc của bộ gidi mai bảy thanh

Chit sé | Dau vio mã nhị phân Dau ra LED bay thanh

6.3 Bộ hiện số (chỉ thị số) 6.3.1 Hiện số bằng điôt phát quang

"Khi có sự tải hợp các phần từ mang điện xuất hiện tại lớp tiếp xúc p-n định

thiên thuận (như các điện tử từ n sang tái hợp với lỗ trỗng ở p) chúng sẽ phat ra

năng lượng dưới đạng nhiệt và ánh sáng Nếu vật liệu bán dẫn trong suốt thì áng ang được phát ra và lớp tiếp xúc là nguồn sáng (gọi là điệt phat quang, LED)

Hình 2-12a là mặt cất của LED thông thường và hình 2-12b là cách bề trí

bộ hiện số LED 7 thanh Các đèn LED này có Anôt chung (hình 2-12c) hoặc tất

cả các catôt chung Độ sụt áp trên LED định thiên thuận là 1,2V và đồng điện

thuận khoảng 20mA

21

Trường CBNCN Thanh Hòa thoa Điện

Mang kim loại nỗi catét

Tải hop cdc tos -

phan tr 1g Khuéch tan logi p

mang điện Loui n épitaxt

Mang vang nỗi catối

Hình 2-13 là cấu tạo của đèn biện số tỉnh thể lỏng, Tỉnh thể lông là một

trong các hợp chất hữu cơ có tính chất quang học, chúng được đặt thành lớp

giữa các tắm kính với các điện cực trong suốt kết tuả ở mặt trong Dòng toàn

phần ding dé kích hoạt tỉnh thể Tông khoảng 300HA, nguồn cung cấp là nguồn

xoay chiều (hình sin hoặc vuông)

Thuỷ Tình thể Mặt gương trong Các điện cực trong

Ñiodul Do lường điện

7 Cơ cầu đo cầm ứng 7.1, Câu tạo

Cơ cấu cảm ứng có nguyên lý

cầu tạo như hình 2.14, trong đó phần

tĩnh có hai khung đây 1 và 2, cơ cầu cản địu 3, phần động là đĩa nhôm 4 gắn trên trục qiiay, ngoài ra còn gỗi

Do có sự tương hỗ giữa từ thông 6), dy voi cdc đồng điện la và lạ mã sinh

ra các lực F) và Tạ và các mô men tương ứng lâm quay đĩa nhôm

Ta xét các mômen thành phần như sau:

bộ Us

Trường CĐNCN Thanh Hòa Khoa Điện

MỊ, là mômen sinh ra do ú¡ tác dong len ig

Mù; là mômen sinh ra đo ộ¡ tác động lên xa

Mz, la mémen sinh ra đo È¿ tác động 1én is

Mạ; là mômen sinh ra do ý; tác động lên lụa

Giá trị tức thời của mômen quay M¡(0 do sự tác động tương hỗ giữa ủị và dong tue thoi i, là:

Mặi = Cu cos (bị lạ) = Cuẳiba cos G2) = Ô

Mr = Crile eos (ôi, ba) = Ciộila2 cos (n2 +ø) = -Cirpila sing

Mai = Cardalys cos (dz La) = Caibla cos (2-0) = Caibzlsine

Maa = CạaaÈ2ba cos (02, La) = Castalia cos G2) = Ô

Mémen quay sé Ja tong hợp các mômen thành phn My, Miz, Mat, Maa

Mj) va Mo, c6 déu nguge nhau đo vậy mômen tông sẽ kéo đĩa nhôm về một

phía duy nhất:

Mạ=-Mụ + Ma = Crbile sing + Cadlasing (2.11)

Nếu dòng điện tạo ra }) va dy là hình sin và đĩa nhôm là đồng nhất (chỉ có diện trở thuần) thì các đòng điện xoáy lụ và La sẽ tỷ lệ với tần số và từ thông

sinh ra nó

Do vay

My = Cirbs Caf de sing + Corde C;fÐt sinp

It (Cy2Cq + CaiC3) fib sing

24

+ Có cầu cảm ứng dùng để chế tạo các dụng cụ đo công suất và các đồng

hỗ đo đếm điện năng

+ Cơ cấu phụ fhuộc tần số, độ chính xác thấp vì khi làm việc dòng điện xoáy trong đĩa nhôm gây tôn hao công suất

CÂU HỖI VÀ BÀI TẬP:

1, Nêu nguyên lý làm việc của máy do chi thị kim và các chỉ tiết chung của máy đo chỉ thị kim?

2 Nêu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc điểm, ứng dụng của các chỉ các cơ cầu đo từ điện, điện từ, điện động?

25

Trường CĐNCN Thanh Hóa Khoa Điện

BÀI 3:

ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN

1.MỤC TIÊU CỦA BÀI

~ Đo, đọc chính xác trị số các đại lượng điện U, 1, R, L, C, tin sé, công suất và

điện năng

~ Lựa chọn phù hợp phương pháp đo cho từng đại lượng cụ thé,

- Sử dụng và bảo quản các loại thiết bị đo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật

I NOI DUNG

1 Do ding điện

LJ Do dong điện một chiéu (DC)

1.1.1 Dụng cụ đo: Dụng cụ để đo đồng điện đọc thắng người ta dùng Ampemét,

Tir dé dé phép đo được chính xác thì Rạ phải rất nhỏ

1.2 Mở rộng giới han do cho Ampemeét t

1.2.1 Ampemet từ điện Ì

ig

26 }

pemét, Ta có: IsRs =lc RA bay ck

Ra, điện trở trong của cơ cầu đo Rs: dién trở của Shunt

le R,=_Ra (3.3)

nz cho biết khi có mắc Shunt thì thang đo của Ampemét được mở rong on;

lần so với lúc chưa mac Shunt

Trường CDNCN Thanh Hóa Khoa Dién

Trong đó: 1,14 dong dién qua tai

* Có thể dùng cách chuyển đổi thang đo theo kiéu Shunt Ayrton (Hinh 3.4):

Hinh 3.4: Mach do kiéu Shunt Ayrton

Mach do kiéu Shunt Ayrton cé 3 thang do 1, 2, 3: Ị

" Khi khóa K ở vị trí 1: cỡ đo nhỏ nhất | + Điện trở Shunt ở vị tri 1

28

Modut 0o huỗng didn

nụ _ R;+R;+TR, 84

* Khi khóa K ở vị trí 2:

+ Điện trở Shunt ở vị trí 2 Rgo = Ry + Ro

+ Nội trở của cơ cấu là: Ry + Ry

): ị Wf dụ: Cho cơ cấu đo có nội trở Rụ = 1kO Dòng điện lớn nhất qua cơ cấu là

20A Tính các điện trở Shunt ở thang đo 1 (1mA), thang đo 2 (10mA), thang

Trường CONCN Thanh Hỏa hoa Điện

Rg3 = Ry = 0,526 Q 1.2.2 Ampemet điện từ

Thay déi số vòng dây quấn cho cuộn dây cố định với lực điện từ F không,

dỗi: E =nilh=nylạ= nl= @.7)

Vị đụ: E = 300 Ampe/ vòng cho 3 thang do:

y= 1A; b=5A; y= LÓA,

Khi đó: nị= 300 vòng cho thang đo 1Á

ny= 60 vong cho thang do 5A

ny= 30 vòng cho thang đo 10A

1.2.3 Ampemet điện động

Mắc song song các điện trở Shunt với cuộn dây di động Cách tỉnh điện trở

Shunt giống như với cách tính ở cơ cấu từ điện

1.3 Đo dòng điện xoay chiều (AC)

Cơ cấu điện từ và điện động đều hoạt động được với đồng điện xoay chiều,

do đó có thể dùng hai cơ cấu này trực tiếp và mở rộng thang đo như Ampemét

đo đồng điện một chiều,

Riêng cơ cấu từ điện khi dùng phải biến đổi dòng điện xoay chiều (hành

đồng điện một chiều Ngoài ra do tính chính xác của cơ cấu từ điện nên cơ cấu này rất thông dụng trong phần lớn Ampemét (rong máy đo vạn năng: VOM) 1.3.2 Mở rộng thang đo

~ Dùng điện tré Shunt va đit cho cơ cầu từ điện: (Ampemét chính lưu)

Hình 3.5: Ampemét chỉnh lưu

Điôt mắc nối tiếp với cơ cấu, đo đó dòng điện i„„ qua cơ cấu, đồng còn lại

qua dién tré Shunt

Hình 3.6: Các phương pháp bù tần số của Ampemét chỉnh lưu p 6 Pp

Nói chung các Ampemét chỉnh lưu có độ chính xác không cao do hệ số

chỉnh lưu thay đổi heo nhiệt độ, thay đối theo tần số Vì vậy cần phải bù nhiệt

độ và bù tần số Dưới dây là các sơ đò bù tần số của các Ampemét chỉnh lưu

bằng cuộn cảm và tụ điện C

31

Trường CĐNCN Thanh Hóa Khoa Bién

Mặt khác các Ampemét từ điện chỉnh lưu được tính toán với dòng điện có

Khi do với các dòng điện không phải hình sin sẽ gây sai số,

Ưu điểm của dụng cụ này là độ nhạy cao, tiêu thụ công suất nhỏ, có thé

Cuộn day tròn có FW = 200A vòng, cuộn det c6 1W =100 +150A vòng do

đó khi mở rộng thang đo chỉ cần thay đổi sao cho IW là hằng số, bảng cách chia đoạn dây thành nhiều đoạn bằng nhau và thay đổi cách nỗi ghép các đoạn đó như hình 3.7a để đo đông điện nhỏ, bình 3.7b để đo dòng điện trung bình, và

hình 3.7c để đo dòng điện lớn

ông điện nhỏ b Đo dòng điện trung bình

q Đo dòng điện nhỏ o 1g aren Ig © Đo đồng điện lớn

Hình 3.7: Mỡ rộng thang đo của Ampemét điện từ

-_ Ampemét điện động: Thường sử dụng đo dòng điện ở tần số 50Hz hoặc cao hơn (400 + 2000) với độ chính xác cao (cấp 0,5 + 0,2)

fgets 32

- Khi đòng điện cần đo nhỏ hơn 0,5A người ta mắc nối tiếp cuộn dây tinh

(Ai Az) va eudn dây động (hình 3.8a),

~ Khi dòng điện cần đo lớn hơn 0,5A cuộn đây tĩnh và cuộn đây động được ghép song song (hình 3.8b)

ÁAmpemét điện động có độ chính xác cao nên được sử dụng lâm dụng cụ mẫu, Các phần tử R, L trong so dé dùng để bù sai số tần số và tạo cho đồng điện

ở 2 cuộn dây trùng pha nhau,

* Khi cần đo các đòng điện lớn, để mở rộng thang đo người fa còn đùng

máy biến đòng điện (BI) như hình 3.8

* Cầu tạo của biến dòng gồm có 2 cuộn dây:

~ Cuộn sơ cấp W\ được mắc nối tiếp với mạch điện có dòng J; cin do

~ Cuộn thử cấp W¿ mắc nối tiếp với Amipemét có đồng điện Ï; chạy qua

33

Trưởng CBNCN Thanh Hóa Khoa Điện

* Để đâm bảo an toàn cuộn thứ cấp luôn luôn được nối đất

Cuộn thứ cấp được chế tạo với dòng điện định mức là 5A Chẳng hạn, ta

thường gặp máy biến đồng có dòng điện định mức là: 15/5A; 50/5A; 70/5A;

100/5A (Trừ những trường hợp diic biét)

Ta có tỷ số biến đồng K, =2 L W, (3.9)

Tỷ số K; bao giờ cũng được tính sẵn khi thiết kế BI nên khi trên ampemét

có số do Ly ta dé đảng tính ngay được I,

L=Kih (3.10)

Ví dụ: Biến dòng điện có đông điện định mức là 600/5A; W¡ = 1 vòng

Xác định số vòng của cuộn thứ cấp và tìm xem khi ampemét thứ cấp chỉ la

=2,85A thì dòng điện cuộn Sơ cấp là bao nhiêu

Ampe kim là một máy biển dòng có lắp sẵn một ampemét vào cuộn thir

cấp Đường dây có đòng điện cần đo đóng vai trò cuộn sơ cấp Mạch từ của

Ampe kìm có thể mở ra như một chiếc kim Khi cần đo dòng điện của một

đường đây nào đó chỉ việc mở mạch tử ra và cho đường đây đó vào giữa kìm rồi i déng mach tir lai Ampe mét gắn trên kim sẽ chỉ cho biết giá trị dòng điện cần ị

do

Chức năng chính của Ampe kim là do dòng điện xoay chiều (đến vai trim

ampe) ma khéng cần phải cất mạch điện, thường dùng để đo dòng điện trên

đường đây, dòng điện qua các máy móc đang làm việc

34

Hình 3.10: Kết cấu ngoài của Ampe kìm

1 Gọng lâm, 2 Chốt mở gong kim;

3 Niim xoay; 4 Nút kháa kim:

2 Nút điều chính 0; 6 Kim đo;

7 Các vạch đọc, 8 rổ cẩm que đo

+ Ưu điểm: Gon nhe, sử đụng thuận tiện, an toàn, Thường dùng để do dong điện trên đường dây, dong điện chạy qua các máy móc đang vận hành mà

không cần cắt mạch, + Nhược điểm: Chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài

Trường CĐNCN Thanh Hóa Khoa Bién

pe nee or omen rmrereree —

ky

ry = Hang sé, biét ly suy ra dién 4p U

Déng qua co cfu Iy lam quay kim một góc tỷ lệ với dòng điện ly cũng chính tỷ lệ với điện áp cần đo U Trên thang đo ta ghí thẳng trị số điện áp ;

Từ (1) suy ra Ïy gây sai số, muốn giảm sai số thì phải tăng điện trở Tự ị

Hình 3.12a: Dùng điện trã phy (Rp) đề

mở rộng giới bạn đo cho Vônmét

Nếu R, rất lớn so với ty thi thang đo cảng được mở rộng

Rp cảng lớn so với rụ thì cỡ đo cảng được mở rộng

Muốn có nhiều thang đo khác nhau ta đùng mạch đo như sau:

Trưởng CĐNCN Thanh Hóa _ Khoa Điện

Đây cũng là mạch đo điện áp DC thường ding trong do van nang

Tổng trở vào của Vônmét thay đổi theo thang đo nghĩa là tổng trở vào cảng lớn thì thang đo điện áp càng lớn Cho nên người ta ding trị số độ nhạy / VDC của Vônmét để xác định tổng trở vào cho mỗi thang đo,

Vĩ dụ: Vônmét có độ nhạy 20kO / VDC

+ Ở thang đo 2,5V tông trở vào là:

38

i Ỹ

i TT RC TTT