Đo dòng điện và điện áp

-Phương pháp đo gián tiếp: có thể dùng vônmét đo điện áp rơi trên một điện trở mẫu mắc trong mạch có dòng điện cần đo chạy qua ; thông qua phương pháp tính toán ta sẽ được dòng điện cần

Chương 3

Đo dòng điện và điện áp

3.1 Những yếu tố cơ bản khi đo dòng và

áp 3.2 Đo dòng điện bằng các loại ammeter

3.3 Đo điện áp bằng các loại voltmeter

3.4 Voltmeter chỉ thị số

Các phương pháp đo dòng điện phổ biến gồm:

- Phương pháp đo trực tiếp: dùng các dụng cụ đo dòng điện như ampemét,mili ampemét, micrô ampemét để

đo dòng và trực tiếp đọc kết quả trên thang chia độ của dụng cụ đo.

-Phương pháp đo gián tiếp: có thể dùng vônmét đo điện

áp rơi trên một điện trở mẫu (mắc trong mạch có dòng điện cần đo chạy qua ); thông qua phương pháp tính

toán ta sẽ được dòng điện cần đo.

-Phương pháp so sánh: đo dòng điện bằng cách so sánh dòng điện cần đo với dòng điện mẫu, chính xác; ở trạng thái cân bằng của dòng cần đo và dòng mẫu sẽ đọc

được kết quả trên mẫu.

Có thể so sánh trực tiếp và so sánh gián tiếp

3.1.1 Các yêu cầu cơ bản

a)Công suất tiêu thụ:

Khi đo dòng điện ampemét được mắc nối tiếp với các mạchcần đo Như vậy ampemét sẽ tiêu thụ một phần năng lượngcủa mạch đo từ đó gây sai số phương pháp đo dòng Phầnnăng lượng này còn được gọi là công suất tiêu thụ củaampemét PA, nó được tính:

P A = I2

A R A

I A là dòng điện qua ampemét (có thể xem là dòng điện cầnđo)

R A là điện trở trong của ampemét

Trong phép đo dòng điện yêu cầu công suất tiêu thụ PA càngnhỏ càng tốt, tức là yêu cầu RA càng nhỏ càng tốt

số do tần số

A

3.1.2 Yờu cầu về điện trở khi đo điện bằng ampemet

Điện trở Ampemét sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo như sau:

Giả sử phụ tải có điện trở là Rt, trước khi mắc A vào mạch thì dòng

U I





Với IA là dòng điện chỉ bởi Ampemét, RA là điện trở của Ampemét,

Rt là điện trở tải Sai số phụ trong quá trình đo lường sẽ được tính:

Ta thấy sai số do A gây ra đối với mạch tải càng nhỏ nếu điện trởcủa Ampemét càng nhỏ so với điện trở tải Vì thế yêu cầu đối vớiAmpemét đo dòng điện là điện trở của Ampemét càng nhỏ càng tốt.Với một phụ tải có điện trở là Rt, cấp chính xác của Ampemét sửdụng là  (hoặc độ chính xác yêu cầu của mạch lấy tín hiệu dòng là

) thì điện trở của Ampemét phải đảm bảo điều kiện sao cho :

P  , hay ta có RA  Rt  (3-1)Nếu không đảm bảo điều kiện trên, sai số phụ gây ra sẽ lớn hơn sai

số yêu cầu, lúc đó ta phải sử dụng công thức hiệu chỉnh:

)(

IR

RI

Trong trường hợp điện trở trong của nguồn cung cấp đáng kể so với

điện trở tải, thì Rt được tính là điện trở tải cộng thêm với điện trởnguồn

3.2.1 Cỏc ampemột một chiều

a)Cỏc đặc tớnh cơ bản:

- cỏc ampemột một chiều được chế tạo chủ yếu dựa trờn cơ cấuchỉ thị từ điện với cỏc đặc tớnh cơ bản sau:

- Khung dây: quấn bằng dây đồng kích thước nhỏ (0,02  0,04 mm)

- Dòng điện chạy qua khung dây thông thường  20mA

-Cấp chớnh xỏc:1,5;1;0,5;0,2; cao nhất cú thể đạt tới cấp 0,05

- Điện trở cơ cấu: khoảng từ 20Ω ữ 2000Ω

Vỡ vậy muốn sử dụng cơ cấu này để chế tạo cỏc dụng cụ đo dũngđiện lớn hơn dũng qua cơ cấu chỉ thị, phải dựng thờm một điệntrở shunt (điện trở shunt được chế tạo bằng hợp kim của magan có độ ổn

định cao so với nhiệt độ) phõn nhỏnh nối song song với cơ cấu chỉ thị

từ điện

Ta gäi I lµ dßng ®iÖn cÇn ®o,

I0 lµ dßng ®iÖn ch¹y qua c¬ cÊu

Is lµ dßng ch¹y qua ®iÖn trë shun Rs

Rm ®iÖn trë cña c¬ cÊu ®o

Rm

Im

IsI

Rm

Im

IsI

Có thể tính như sau:

m m m m S

+ Một Ampemét 1 chiều có thể có nhiều giới hạn đo, thay đổi giới hạn

đo bằng cách thay đổi giá trị Rs

Cần chú ý rằng trên Shunt có cấp chính xác, có ghi giá trị dòng địnhmức, giá trị điện trở và thường phân thành các cực dòng và cực áp riêngnhư hình

Cực áp

Cực dòng

Đối với ampe-kế có nhiều tầm đo thì dùng nhiều điện trở shunt, mỗitầm đo có một điện trở shunt, khi chuyển tầm đo là chuyển điện trở

shunt

Mạch đo dòng có nhiều tầm đo

Mạch đo kiểu shunt Ayrton có 3 tầm đo B, C, D Khi khóa A ở vị trí B(tầm đo nhỏ nhất).

Điện trở shunt: R SB = R1+ R2+ R3

Ở vị trí C: R SC =R1+ R2

Còn R3 nối tiếp với cơ cấu chỉ thị

Ở vị trí D: R SD = R1

Còn R2+ R3 nối tiếp với cơ cấu chỉ thị

Mạch shunt Ayrton

Ví dụ: R m =1kΩ; Imax của cơ cấu

SV thay số tự tính

Để giữ cho cấp chính xác của ampemét từ điện không thay đổi ở các giới hạn đo khác nhau, phải chế tạo shunt với độ chính xác cao hơn độ chính xác của cơ cấu từ điện ít nhất là một cấp.

Ví dụ cơ cấu từ điện có cấp chính xác 0,5 thì sun phải có cấp chính xác 0,2.

Đáp án:

R1 =RD =0.0526Ω; R2 = 0.5237Ω; R3 = 4.7368Ω; R4 = 47.3684Ω

Mở rộng tầm đo cho cơ cấu điện từ: thay đổi số vòng dây quấn cho

cuộn dây cố định với lực từ động F không đổi:

F=n1I1=n2I2=n3I3=

Ví dụ: F = 300 Ampe vòng cho ba tầm đo; I1 = 1A; I2 = 5A; I3 = 10A Khi đó n1 = 300 vòng cho tầm đo I1 = 1A

n2 = 60 vòng cho tầm đo I2 = 5A

n3 = 30 vòng cho tầm đo I3 = 10A.

Mở rộng tầm đo cho cơ cấu điện động: Trong trường hợp ampe-kế

dùng cơ cấu chỉ thị điện động (sắt điện động) được mắc như hình2.15 thì sự mở rộng tầm đo bằng cách mắc điện trở shunt song songvới cuộn dây di động (như cơ cấu từ điện) trong khi cuộn cố định đượcmắc nối tiếp với cuộn dây di động Cách tính toán điện trở shuntcũng giống như ampe-kế cơ cấu từ điện

Hình 2.7 Cơ cấu chỉ thị điện động

cuộn dây tĩnh

cuộn dây động

3.2.2 Các ampemet đo dòng điện xoay chiều

a Ampemet chỉnh lưu

Các mạch chỉnh lưu thường gặp trong các ampemét chỉnh lưu:

cltb

T cl

+ Ampemet chỉnh lưu hai nửa chu kỳ:

b Ampemet điện động

Thường được sử dụng để đo dòng điện ở tần số 50Hz và cao hơn (400 – 3000Hz) với độ chính xác khá cao (cấp 0,5 – 0,2)

d Ampemet nhiệt điện

Là dụng cụ kết hợp giữa chỉ thị từ điện và cặp nhiệt điện.

Như vậy kết quả hiển thị trên milivon kế tỉ

lệ với dòng cần đo

Ampemet nhiệt điện có sai lớn do tiêu hao công suất, khả năng chịu quá tải kém nhưng có thể đo ở dải tần rất rộng từ một chiều tới hàng MHz.

e Mở rộng thang đo

- Phương pháp chia nhỏ cuộn dây:

- Phương pháp dùng biến dòng điện:

I1W1  I2W2 Hay I1/I2 = W2/W1 = KI

KI :hệ số máy biến dòng VD: Máy biến dòng : 100/5;200/5;300/ 5

- Phương pháp dùng điện trở Shunt:

Diode mắc nối tiếp với cơ cấu đo từ điện, do đó dòng điện chỉnh lưu qua cơ cấu đo, dòng điện qua Rs là dòng AC.

Bài tập:

Kẹp đo dòng điện

(clamp ammeter)

3.3 Đo điện áp bằng các loại voltmeter

3.3 Đo điện áp bằng các loại voltmeter

Dụng cụ dùng để đo điện áp gọi là Vôn kế hay Vôn mét





t v v

Điện trở của voltmeter phải đảm bảo điều kiện:

0 ;

v

R R

Nếu không đảm điều kiện trên, sai số

phụ do volmet gây ra lớn hơn sai số

của bản thân cơ cấu chỉ thị và ta phải

dùng công thức hiệu chỉnh.

3.3.1 Voltmeter từ điện

Voltmeter từ điện được cấu tạo từ cơ cấu đo từ điện bằng cách mắc nối tiếp một điện trở lớn cộng với điện trở của cơ cấu đo Giá trị của điện trở nối tiếp có giá trị lớn để đảm bảo chỉ mức dòng chấp nhận được chảy qua cơ cấu đo, được dùng:

-Đo điện áp một chiều : có độ nhạy cao, cho phép dòng nhỏ đi qua.

-Đo điện áp xoay chiều: trong mạch xoay chiều khi sử dụng kèm với bộ chỉnh lưu, chú ý đến hình dáng tín hiệu

3.3.2 Voltmeter điện từ

- Voltmeter điện từ ứng dụng cơ cấu chỉ thị điện từ để đo điện

áp Được dùng để đo điện áp xoay chiều ở tần số công

nghiệp.

-Vì yêu cầu điện trở trong của Voltmeter lớn nên dòng điện chạy trong cuộn dây nhỏ, số lượng vòng dây quấn trên cuộn tĩnh rất lớn, cỡ 1000 đến 6000 vòng.

-Khi đo ở mạch xoay

chiều sẽ xuất hiện

3.3.3 Voltmeter điện động

Vônmét điện động có cấu tạo phần động giống như trong

ampemét điện động,còn số lượng vòng dây ở phần tĩnh nhiều hơn so với phần tĩnh của ampemét và tiết diện dây phần tĩnh nhỏ vì vônmét yêu cầu điện trở trong lớn.

Trong vônmét điện động, cuộn dây động và cuộn dây tĩnh

luôn mắc nối tiếp nhau, tức là:

Khi đo điện áp có tần số quá cao, có sai số phụ do tần số,

nên phải bố trí thêm tụ bù cho các cuộn dây tĩnh và động.

3.3.4 Mở rộng giới hạn đo

a Phương pháp dùng điện trở phụ

Cách mở rộng thang đo

Có thể chế tạo vônmét điện động nhiều thang đo bằng cách thay đổi cách mắc song song hoặc nối tiếp hai đoạn cuộn dây tĩnh và nối tiếp các điện trở phụ Ví dụ sơ đồ vônmét điện động có hai thang đo như sau:

trong đó: A1, A2 là hai phần của cuộn dây tĩnh B cuộn dây động.

Trong vônmét này cuộn dây tĩnh và động luôn luôn nối tiếp với

nhau và nối tiếp với các điện trở phụ RP.

Bộ đổi nối K làm nhiệm vụ thay đổi giới hạn đo:

b Phương pháp dùng biến điện áp

3.4 Voltmeter chỉ thị số

3.4.2 Voltmeter số chuyển đổi tần số

Voltmeter số chuyển đổi trực tiếp kiểu tùy động

3.5 Đo dòng điện và điện áp

bằng phương pháp so sánh

Sinh viên tự học

* Đồng hồ đo đa năng

Sử dụng đồng hồ đo đa năng để dò tìm hư hỏng