CHUONG 2 CÁC CƠ CẤU ĐO TRONG ĐO LƯỜNG ĐIỆN

Khái niệm chung : C H Ư Ơ N G 2 - Trong các dụng cụ đo tương tự người ta thường dùng các chỉ thị cơ điện, tín hiệu vào là dòng điện hoặc điện áp, còn tín hiệu ra là góc quay của phần độn

CÁC CƠ CẤU ĐO CHƯƠNG 2

- Dụng cụ đo tương tự (Analog) là loại dụng cụ đo mà số

chỉ của nó (là đại lượng tương tự) tỷ lệ với đại lượng đo

1 Khái niệm chung :

C H Ư Ơ N

G 2

- Trong các dụng cụ đo tương tự người ta thường dùng các

chỉ thị cơ điện, tín hiệu vào là dòng điện hoặc điện áp,

còn tín hiệu ra là góc quay của phần động (kim chỉ) hoặc

di chuyển của bút ghi trên giấy (dụng cụ tự ghi)

2 Nguyên lý làm việc của các chỉ thị cơ điện :

Khi cho dòng điện vào một cơ cấu chỉ thị cơ điện, do tác

động của từ trường lên phần động của cơ cấu đo sẽ tạo ra

một mômen quay Mq Độ lớn của mômen này tỷ lệ với độ

lớn với dòng điện đưa vào cơ cấu :

Trong đó : dWe : là năng lượng điện từ trường

 : góc quay phần động

C H Ư Ơ N

G 2



d dW

M q  e

Nếu đặt vào trục của phần động một lò xo cản : khi phần

động quay lò xo bị xoắn lại sinh ra mômen cản MC Mômen

này tỷ lệ thuận với góc lệch  và được biểu diễn dưới biểu

thức :

Trong đó : D : là mômen cản riêng phụ thuộc vào kích

thước và vật liệu chế tạo lò xo

 : góc quay phần động

C H Ư Ơ N

G 2



D

MC 

Khi mômen cản bằng mômen quay thì kim (phần động) của

cơ cấu sẽ dừng lại ở vị trí cân bằng :







dW D

D d

dW M

M q  C  e    e

C H Ư Ơ N

G 2

3 Những bộ phận chung của chỉ thị cơ điện :

a Trục và trụ : là bộ phận bảo đảm cho phần động (khung

dây, kim chỉ, lò xo cản) có thể quay được Trụ thường làm

bằng đá cứng và trục làm bằng thép tròn

Trục Trụ

Giữa trục và trụ có thể điều chỉnh lên xuống được sao

cho ma sát giữa chúng là nhỏ nhất

C H Ư Ơ N

G 2

b Lò xo phản kháng :

Để dẫn điện và tạo mômen cản tốt thì lò xo phải được chế

tạo bởi những vật liệu có độ dẫn điện tốt và độ đàn hồi tốt

VD : Cu-P; Cu-Zn,Cu-Bi(Berili)…

Dây treo Dây căng

Tạo mômen cản Dẫn điện vào khung dây

Khi cần giảm mômen cản để tăng độ nhạy của cơ cấu chỉ

thị, người ta thay lò xo bằng dây căng hoặc dây treo

C H Ư Ơ N

G 2

c Kim chỉ thị :

- Có nhiều hình dạng

- Thường được chế tạo bằng nhôm

hoặc hợp kim của nhôm

- Với dụng cụ đo có cấp chính xác

cao, kim được làm bằng thủy tinh

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

thay kim bằng chỉ thị quang học

d Thang đo :

- Là bộ phận để khắc độ

giá trị của đại lượng

- Được chế tạo từ nhôm lá, trên

mặt khắc vạch chia độ

- Để tránh sai số khi đọc, đôi

khi người ta đặt gương phản

chiếu phía dưới thang đo

C H Ư Ơ N

G 2

e Bộ phận cản dịu :

- Nhiệm vụ : làm giảm dao động của phần động và xác

định vị trí cân bằng nhanh chóng

- Có hai loại cản dịu : cản dịu điện từ và cản dịu khí động

Nam châm

Trục

Kim

chỉ thị

Đĩa nhôm

Cản dịu khí động

C H Ư Ơ N

G 2

1 Cấu tạo : gồm

phần tĩnh và phần

động

Phần tĩnh : gồm

có nam châm vĩnh

cửu, cực từ và lõi

sắt non

Phần động : gồm có khung dây nhôm trên đó có quấn các

dây đồng bọc cách điện Khung nhôm được gắn trên trục

và trục có mang kim chỉ thị Ngoài ra còn có hai lò xo

được gắn với trục ở hai đầu của khung dây

C H Ư Ơ N

G 2

Trong đó : B : độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu

S : tiết diện của khung dây

N : số vòng dây quấn của khung dây

 : góc lệch của kim khỏi vị trí ban đầu

Khi có dòng điện chạy trong

khung dây, dưới tác động của

từ trường nam châm vĩnh cửu,

khung dây lệch khỏi vị trí ban

đầu một góc  Mômen quay

được tính theo biểu thức :

2 Nguyên lý làm việc :

NBSI

Khi khung quay thì lò xo bị xoắn lại tạo ra mômen cản :



.

D

Và kim sẽ dừng ở vị trí Mq = MC Khi đó ta có :

I D

NBS D

C H Ư Ơ N

G 2

3 Đặc điểm và ứng dụng :

+ Ưu điểm :

-Thang đo chia đều

- Độ nhạy cao

- Độ chính xác cao

- Công suất tiêu thụ nhỏ

- Ít bị ảnh hưởng bởi từ trường

ngoài

- Độ cản dịu tốt

+ Nhược điểm :

- Chỉ đo DC

- Cấu tạo phức tạp

- Khả năng chịu quá tải kém

- Nhiệt độ có ảnh hưởng đến độ chính xác

- Khung quay dễ hư hỏng khi vận chuyển hoặc va chạm mạnh hoạc do rung lắc trong quá trình sử dụng

+ Ứng dụng :

- Dùng làm cơ cấu chỉ thị của Ampe kế DC, Vôn kế DC, Oâm

kế

- Dùng làm cơ cấu chỉ thị của các mạch đo các đại lượng không

điện

- Chế tạo các loại điện kế có độ nhạy cao

- Chế tạo các đầu rung

C H Ư Ơ N

G 2

1 Cấu tạo : có 2 loại : loại lực hút (cuộn dây dẹt) và loại lực

đẩy (cuộn dây tròn)

1.Cuộn dây dẹt

2.Miếng sắt di động

3.Lò xo phản kháng

4.Trục

5.Kim chỉ thị

6.Thang đo

7.Đối trọng

1.Cuộn dây tròn 2.Miếng sắt cố định 3.Miếng sắt di động 4.Trục

5.Kim chỉ thị 6.Thang đo 7.Đối trọng

C H Ư Ơ N

G 2

- Loại lực đẩy : khi có dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ

xuất hiện từ trường từ hóa các tấm kim loại tĩnh và động để

tạo thành nam châm Giữa các tấm kim loại hình thành lực

đẩy lẫn nhau và xuất hiện mômen quay

- Loại lực hút : khi có dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ tạo

thành một nam châm điện hút miếng sắt di động 2 vào khe

hở không khí tạo thành mômen quay

2 Nguyên lý làm việc :



d

dW

Mq  e

Trong đó : L : là điện cảm của cuộn dây

I : là dòng điện chạy trong cuộn dây

Do đó :



dL I

d

LI d

2

2

1 2

















Khi trục quay thì lò xo bị xoắn tạo ra mômen cản



.

D

Và kim sẽ dừng ở vị trí Mq = MC Khi đó ta có :







dL I

D

D d

dL

2

1 2

3 Đặc điểm và ứng dụng :

C H Ư Ơ N

G 2

C H Ư Ơ N

G 2

+ Ưu điểm :

- Đo cả AC và DC

- Khả năng chịu quá tải lớn

- Cấu tạo đơn giản

- Độ tin cậy cao

+ Nhược điểm :

- Thang đo chia không đều

- Công suất tiêu thụ lớn

- Độ chính xác thấp

- Độ nhạy thấp

- Dễ bị ảnh hưởng bởi từ trường ngoài

- Có sai số do hiện tượng từ

dư, từ trễ

+ Ứng dụng :

Chế tạo Ampe kế và Vôn kế xoay chiều có tần số công

nghiệp

1 Cấu tạo : C

H Ư Ơ N

G 2

Cơ cấu chỉ thị điện động gồm có :

- Cuộn dây tĩnh : được chia

thành hai phần nối tiếp nhau

để tạo ra từ trường đều khi có

dòng điện chạy qua

- Phần động : là khung dây đặt trong cuộn dây tĩnh và gắn

trên trục quay Hình dáng 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 chỉ thị

2 Nguyên lý làm việc :

2

1I kI

Mq 

Trong đó : với M12 : là hỗ cảm giữa 2 cuộn dây

I1, I2 : là dòng điện chạy trong cuộn dây tĩnh và cuộn dây động

Nếu dòng chạy trong hai cuộn dây tĩnh và động là xoay

chiều thì :



d

dM

k  12



cos

2

1I kI

M q 

Trong đó :  : là góc lệch giữa I1 và I2

C H Ư Ơ N

G 2

Khi cho dòng điện I1 chạy qua cuộn dây tĩnh, trong cuộn

dây xuất hiện từ trường Từ trường tác động lên dòng điện I2

chạy trong khung dây và tạo nên mômen quay làm quay

phần động một góc 

Khi khung quay thì lò xo bị xoắn tạo ra mômen cản



.

D

Và kim sẽ dừng ở vị trí Mq = MC Khi đó ta có :

2 1 2

D

k D

I

3 Đặc điểm và ứng dụng :

C H Ư Ơ N

G 2

C H Ư Ơ N

G 2

+ Ưu điểm :

- Đo cả AC và DC

- Đo AC có độ chính xác cao

+ Nhược điểm :

- Thang đo chia không đều

- Công suất tiêu thụ lớn

- Khả năng chịu quá tải kém

- Dễ bị ảnh hưởng bởi từ trường ngoài

+ Ứng dụng :

Chế tạo Ampe kế và Vôn kế một chiều và xoay chiều có

tần số công nghiệp hoặc dùng để chế tạo Oát kế và cos kế

(hoặc  kế)