Giáo trình kỹ thuật đo lường

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG 4 1.1. Khái niệm chung về đo lường 4 1.1.1. Định nghĩa về đo lường, đo lường học và kỹ thuật đo lường 4 1.1.2. Phân loại cách thực hiện phép đo 4 1.2. Các đặc trưng của kỹ thuật đo lường 5 1.2.1. Đại lượng đo 5 1.2.2. Điều kiện đo 6 1.2.3. Đơn vị đo 6 1.2.4. Thiết bị đo và phương pháp đo 6 1.2.5. Người quan sát 7 1.2.6. Kết quả đo 7 1.3. Các phương pháp đo 7 1.3.1. Phương pháp đo kiểu biến đổi thẳng 7 1.3.2. Phương pháp đo kiểu so sánh 8 1.4. Phân loại thiết bị đo 9 1.4.1. Mẫu 9 1.4.2. Dụng cụ đo lường điện 9 1.4.3. Chuyển đổi đo lường 10 1.4.4. Hệ thống thông tin đo lường 10 1.5. Sai số của phép đo 10 1.5.1. Theo cách thể hiện bằng số 10 1.5.2. Theo nguồn gây ra sai số 11 1.5.3. Theo quy luật xuất hiện sai số 11 CHƯƠNG 2: CÁC PHẦN TỬ CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ ĐO 13 2.1. Cấu trúc cơ bản của thiết bị đo 13 2.1.1. Sơ đồ khối của thiết bị đo 13 2.1.2. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu biến đổi thẳng 13 2.1.3. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh 14 2.2. Các cơ cấu chỉ thị 14 2.2.1. Cơ cấu chỉ thị cơ điện 14 2.2.2. Cơ cấu chỉ thị tự ghi 22 2.2.3. Cơ cấu chỉ thị số 24 2.3. Mạch đo lường và gia công tín hiệu 28 2.3.1. Mạch tỷ lệ 28 2.3.2. Mạch khuếch đại đo lường 30 CHƯƠNG 3: ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 32 3.1. Đo dòng điện 32 3.1.1. Khái niệm chung 32 3.1.2. Ampemét một chiều 32 3.1.3. Ampemét xoay chiều 34 3.2. Đo điện áp 39 3.2.1. Khái niệm chung 39 3.2.2. Vônmét một chiều 40 3.2.3. Vônmét xoay chiều 40 3.2.4. Vônmét số 42 CHƯƠNG 4: ĐO CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỆN 46 4.1. Đo điện trở 46 4.1.1. Đo điện trở gián tiếp sử dụng Ampemét và Vônmét 46 4.1.2. Đo điện trở bằng Ômmét 46 4.1.3. Đo điện trở bằng Mêgômmét 48 4.1.4. Cầu đo điện trở 50 4.2. Đo điện dung 52 4.2.1. Cầu đo tụ điện tổn hao nhỏ 52 4.2.2. Cầu đo tụ điện tổn hao lớn 52 4.3. Đo điện cảm 53 4.3.1. Cầu xoay chiều dùng cuộn cảm mẫu 53 4.3.2. Cầu xoay chiều dùng tụ điện mẫu 54 4.3.3. Cầu hộp xoay chiều đo điện cảm 55 4.3.4. Cầu sáu nhánh 55 CHƯƠNG 5: ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG 58 5.1. Khái niệm chung 58 5.2. Đo công suất 59 5.2.1. Đo công suất mạch một chiều bằng phương pháp gián tiếp 59 5.2.2. Đo công suất mạch xoay chiều một pha 59 5.2.3. Đo công suất tác dụng trong mạch ba pha 62 5.2.4. Đo công suất phản kháng trong mạch ba pha 64 5.3. Đo điện năng 65 5.3.1. Đo điện năng trong mạch xoay chiều một pha 65 5.3.2. Đo điện năng trong mạch ba pha 68 5.3.3. Đo công suất, điện năng trong mạch cao áp 69 CHƯƠNG 6: ĐO TẦN SỐ VÀ GÓC PHA 71 6.1. Khái niệm chung 71 6.2. Đo tần số và pha bằng phương pháp biến đổi thẳng 71 6.2.1. Tần số kế cộng hưởng điện từ 71 6.2.2. Tần số kế và Fazo kế cơ điện 72 6.2.3. Tần số kế và Fazo kế điện tử 76 6.3. Đo tần số bằng phương pháp so sánh 78 6.3.1. Tần số kế trộn tần 78 6.3.2. Tần số kế cộng hưởng 79 CHƯƠNG 7: MÁY HIỆN SÓNG 80 7.1. Khái niệm chung 80 7.2. Sơ đồ khối của máy hiện sóng thông dụng 81 7.3. Cách sử dụng máy hiện sóng 82 7.3.1. Thiết lập chế độ hoạt động cho máy hiện sóng 82 7.3.2. Các phần điều khiển chính 84 7.3.3. Ứng dụng của máy hiện sóng 87 CHƯƠNG 8: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN 90 8.1. Khái niệm chung 90 8.2. Các loại cảm biến 90 8.2.1. Cảm biến kiểu biến trở 90 8.2.2. Cảm biến kiểu điện trở lực căng 92 8.2.3. Nhiệt điện trở 94 8.2.4. Cặp nhiệt điện 96 8.2.5. Cảm biến kiểu điện cảm 98 8.2.6. Cảm biến kiểu điện dung 102 8.2.7. Cảm biến kiểu áp điện 105

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG 4

1.1 Khái niệm chung về đo lường 4

1.1.1 Định nghĩa về đo lường, đo lường học và kỹ thuật đo lường 4

1.1.2 Phân loại cách thực hiện phép đo 4

1.2 Các đặc trưng của kỹ thuật đo lường 5

1.2.1 Đại lượng đo 5

1.2.2 Điều kiện đo 6

1.2.3 Đơn vị đo 6

1.2.4 Thiết bị đo và phương pháp đo 6

1.2.5 Người quan sát 7

1.2.6 Kết quả đo 7

1.3 Các phương pháp đo 7

1.3.1 Phương pháp đo kiểu biến đổi thẳng 7

1.3.2 Phương pháp đo kiểu so sánh 8

1.4 Phân loại thiết bị đo 9

1.4.1 Mẫu 9

1.4.2 Dụng cụ đo lường điện 9

1.4.3 Chuyển đổi đo lường 10

1.4.4 Hệ thống thông tin đo lường 10

1.5 Sai số của phép đo 10

1.5.1 Theo cách thể hiện bằng số 10

1.5.2 Theo nguồn gây ra sai số 11

1.5.3 Theo quy luật xuất hiện sai số 11

CHƯƠNG 2: CÁC PHẦN TỬ CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ ĐO 13

2.1 Cấu trúc cơ bản của thiết bị đo 13

2.1.1 Sơ đồ khối của thiết bị đo 13

2.1.2 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu biến đổi thẳng 13

2.1.3 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh 14

2.2 Các cơ cấu chỉ thị 14

2.2.1 Cơ cấu chỉ thị cơ điện 14

2.2.2 Cơ cấu chỉ thị tự ghi 22

2.2.3 Cơ cấu chỉ thị số 24

2.3 Mạch đo lường và gia công tín hiệu 28

2.3.1 Mạch tỷ lệ 28

2.3.2 Mạch khuếch đại đo lường 30

CHƯƠNG 3: ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 32

3.1 Đo dòng điện 32

3.1.1 Khái niệm chung 32

3.1.2 Ampemét một chiều 32

1

3.1.3 Ampemét xoay chiều 34

3.2 Đo điện áp 39

3.2.1 Khái niệm chung 39

3.2.2 Vônmét một chiều 40

3.2.3 Vônmét xoay chiều 40

3.2.4 Vônmét số 42

CHƯƠNG 4: ĐO CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỆN 46

4.1 Đo điện trở 46

4.1.1 Đo điện trở gián tiếp sử dụng Ampemét và Vônmét 46

4.1.2 Đo điện trở bằng Ômmét 46

4.1.3 Đo điện trở bằng Mêgômmét 48

4.1.4 Cầu đo điện trở 50

4.2 Đo điện dung 52

4.2.1 Cầu đo tụ điện tổn hao nhỏ 52

4.2.2 Cầu đo tụ điện tổn hao lớn 52

4.3 Đo điện cảm 53

4.3.1 Cầu xoay chiều dùng cuộn cảm mẫu 53

4.3.2 Cầu xoay chiều dùng tụ điện mẫu 54

4.3.3 Cầu hộp xoay chiều đo điện cảm 55

4.3.4 Cầu sáu nhánh 55

CHƯƠNG 5: ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG 58

5.1 Khái niệm chung 58

5.2 Đo công suất 59

5.2.1 Đo công suất mạch một chiều bằng phương pháp gián tiếp 59

5.2.2 Đo công suất mạch xoay chiều một pha 59

5.2.3 Đo công suất tác dụng trong mạch ba pha 62

5.2.4 Đo công suất phản kháng trong mạch ba pha 64

5.3 Đo điện năng 65

5.3.1 Đo điện năng trong mạch xoay chiều một pha 65

5.3.2 Đo điện năng trong mạch ba pha 68

5.3.3 Đo công suất, điện năng trong mạch cao áp 69

CHƯƠNG 6: ĐO TẦN SỐ VÀ GÓC PHA 71

6.1 Khái niệm chung 71

6.2 Đo tần số và pha bằng phương pháp biến đổi thẳng 71

6.2.1 Tần số kế cộng hưởng điện từ 71

6.2.2 Tần số kế và Fazo kế cơ điện 72

6.2.3 Tần số kế và Fazo kế điện tử 76

6.3 Đo tần số bằng phương pháp so sánh 78

6.3.1 Tần số kế trộn tần 78

6.3.2 Tần số kế cộng hưởng 79

2

CHƯƠNG 7: MÁY HIỆN SÓNG 80

7.1 Khái niệm chung 80

7.2 Sơ đồ khối của máy hiện sóng thông dụng 81

7.3 Cách sử dụng máy hiện sóng 82

7.3.1 Thiết lập chế độ hoạt động cho máy hiện sóng 82

7.3.2 Các phần điều khiển chính 84

7.3.3 Ứng dụng của máy hiện sóng 87

CHƯƠNG 8: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN 90

8.1 Khái niệm chung 90

8.2 Các loại cảm biến 90

8.2.1 Cảm biến kiểu biến trở 90

8.2.2 Cảm biến kiểu điện trở lực căng 92

8.2.3 Nhiệt điện trở 94

8.2.4 Cặp nhiệt điện 96

8.2.5 Cảm biến kiểu điện cảm 98

8.2.6 Cảm biến kiểu điện dung 102

8.2.7 Cảm biến kiểu áp điện 105

3

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG 1.1 Khái niệm chung về đo lường

1.1.1 Định nghĩa về đo lường, đo lường học và kỹ thuật đo lường

a Đo lường

Đo lường là quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết quả bằng

số so với đơn vị đo

Kết quả đo được biểu diễn dưới dạng:

0

x

X A X

c Kỹ thuật đo lường

Kỹ thuật đo lường là ngành kỹ thuật chuyên nghiên cứu, áp dụng các thành quảcủa đo lường học vào thực tế sản xuất và đời sống

1.1.2 Phân loại cách thực hiện phép đo

a Đo trực tiếp

Là cách đo mà kết quả nhận được từ một phép đo duy nhất Kết qủa đo đượcchính là trị số của đại lượng cần đo mà không phải tính toán qua bất kỳ một biểu thứcnào Cách đo trực tiếp có ưu điểm là đơn giản, nhanh chóng và loại bỏ được sai số dotính toán

Ví dụ: Sử dụng Vônmét đo điện áp, Ampemét đo dòng điện

b Đo gián tiếp

Là cách đo mà kết quả đo suy ra từ sự phối hợp kết quả của nhiều phép đo trựctiếp Cách đo gián tiếp mắc phải nhiều sai số do sai số của các phép đo trực tiếp tíchlũy lại

Ví dụ: Từ biểu thức định luật ôm ta có:

Là cách đo gần giống đo gián tiếp nhưng số lượng phép đo theo cách trực tiếpnhiều hơn và kết quả nhận được thường phải thông qua giải một phương trình (hay hệphương trình) mà các thông số đã biết chính là số liệu đo được.

Ví dụ: Điện trở của dây dẫn có thể tính bằng phương trình sau:

1.2 Các đặc trưng của kỹ thuật đo lường

1.2.1 Đại lượng đo

Định nghĩa: Là thông số đặc trưng cho đại lượng vật lý cần đo

* Theo tính chất thay đổi của đại lượng đo có thể chia chúng thành hai loại đó

là đại lượng đo tiền định và đại lượng đo ngẫu nhiên

Đại lượng đo tiền định: Là đại lượng đo đã biết trước quy luật thay đổi theo thờigian của chúng, nhưng một hoặc nhiều thông số của chúng chưa biết cần phải đo

Đại lượng đo ngẫu nhiên: Là đại lượng đo mà sự thay đổi theo thời gian khôngtheo một quy luật nào Nếu ta lấy bất kỳ giá trị nào của tín hiệu ta đều nhận được đạilượng ngẫu nhiên

Trong thực tế đa số các tín hiệu đều là ngẫu nhiên Tuy nhiên ở một chừng mựcnào đó ta có thể giả thiết trong suốt thời gian tiến hành một phép đo đại lượng đokhông đổi hoặc thay đổi theo quy luật đã biết, hoặc tín hiệu phải thay đổi chậm Nếuđại lượng đo ngẫu nhiên có tần số thay đổi nhanh sẽ không thể đo được bằng các phép

đo thông thường Trong trường hợp này ta phải sử dụng phương pháp đo đặc biệt, đó

là đo lường thống kê

* Theo cách biến đổi đại lượng đo có thể chia thành đại lượng đo liên tục hayđại lượng đo tương tự (analog) và đại lượng đo rời rạc hay đại lượng đo số (digital)

* Theo bản chất của đại lượng đo ta có thể chia thành:

- Đại lượng đo năng lượng: ví dụ: sức điện động, điện áp, dòng điện, công suất

và năng lượng…

5

- Đại lượng đo thông số: đó là các thông số của mạch điện như: điện trở, điệncảm, điện dung…

- Đại lượng đo phụ thuộc thời gian như: chu kỳ, tần số, góc pha…

- Các đại lượng đo không điện: để đo được bằng phương pháp điện nhất thiếtphải biến đổi chúng thành điện nhờ các bộ chuyển đổi đo lường sơ cấp

1.2.2 Điều kiện đo

Các thông tin đo lường bao giờ cũng gắn chặt với môi trường sinh ra đại lượng

đo Khi tiến hành phép đo phải tính tới ảnh hưởng của môi trường tới kết quả đo vàngược lại khi dùng dụng cụ đo không được để dụng cụ đo ảnh hưởng đến đối tượngđo

Trong thực tế ta thường phải tiến hành đo nhiều đại lượng cùng một lúc rồitruyền tín hiệu đo đi xa, tự động ghi lại và gia công thông tin đo Cho nên, cần phảitính đến các điều kiện đo khác nhau để chọn thiết bị đo và tổ chức các phép đo cho tốtnhất

1.2.3 Đơn vị đo

Để cho nhiều nước có thể sử dụng một hệ thống đơn vị đo duy nhất người ta đãthành lập hệ thống đơn vị quốc tế (SI) Trong hệ thống đo các đơn vị được xác địnhnhư sau:

- Đơn vị đo chiều dài là mét (m)

- Đơn vị khối lượng là kilôgam (kg)

- Đơn vị thời gian là giây (s)

- Đơn vị cường độ dòng điện là ampe (A)

- Đơn vị nhiệt độ là Kelvin (K)

- Đơn vị cường độ sáng là candela (Cd)

- Đơn vị số lượng vật chất là mol (mol)

1.2.4 Thiết bị đo và phương pháp đo

* Thiết bị đo là thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin đothành dạng tiện lợi cho người quan sát

Thiết bị đo lường gồm nhiều loại đó là: thiết bị mẫu, các chuyển đổi đo lường,các dụng cụ đo lường, các tổ hợp thiết bị đo lường và các hệ thống thông tin đo lường

* Các phép đo được thực hiện bằng các phương pháp đo khác nhau phụ thuộcvào các phương pháp nhận thông tin đo và nhiều yếu tố như đại lượng đo lớn hay nhỏ,điều kiện đo, sai số, yêu cầu…Phương pháp đo có thể có nhiều nhưng người ta đãphân loại thành hai loại đó là phương pháp đo biến đổi thẳng và phương pháp đo kiểu

so sánh

6

1.2.5 Người quan sát

Đó là người đo và gia công kết quả đo Nhiệm vụ của người quan sát khi đo làphải nắm được phương pháp đo, am hiểu về thiết bị đo, kiểm tra về điều kiện đo, phánđoán về khoảng đo để chọn thiết bị cho phù hợp, chọn dụng cụ đo phù hợp với sai sốyêu cầu và phù hợp với điều kiện môi trường xung quanh Biết điều khiển quá trình đo

để có kết quả mong muốn, nắm được các phương pháp gia công kết quả đo số liệu saukhi đo Biết xét đoán kết quả đo xem đã đạt yêu cầu hay chưa, có cần thiết phải đo lạihay không, hoặc phải đo nhiều lần theo phương pháp đo lường thống kê

1.2.6 Kết quả đo

Kết quả đo ở một mức độ nào đó có thể coi là chính xác Một giá trị như vậyđược gọi là giá trị ước lượng của đại lượng đo Nghĩa là giá trị được xác định bởi thựcnghiệm nhờ các thiết bị đo

Để đánh giá sai lệch giữa giá trị ước lượng và giá trị thực người ta sử dụng kháiniệm sai số của phép đo Sai số của phép đo có một vai trò rất quan trọng trong kỹthuật đo lường Nó cho phép đánh giá phép đo có đạt yêu cầu hay không

Kết quả đo là những con số kèm theo đơn vị đo hay những đường cong tự ghi,ghi lại quá trình thay đổi của đại lượng đo theo thời gian

Việc gia công kết quả đo theo một thuật toán (angôrit) nhất định bằng máy tínhhay bằng tay để đạt được kết quả mong muốn

1.3 Các phương pháp đo

1.3.1 Phương pháp đo kiểu biến đổi thẳng

Là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa là không

có khâu phản hồi (hình 1.1)

Đại lượng đo X được đưa qua một hoặc nhiều khâu biến đổi, biến đổi thành số

NX Đơn vị của đại lượng đo X0 cũng được biến đổi thành số N0 Sau đó diễn ra quátrình so sánh giữa đại lượng cần đo với đơn vị của chúng Quá trình này được thựchiện bằng một phép chia NX/N0 Kết quả được biểu diễn dưới dạng sau:

0 0

X N

Trong thiết bị này tín hiệu đo X và X0 sau khi qua khâu biến đổi(BĐ) (có thể làmột hay nhiều khâu ghép nối tiếp) đưa đến bộ biến đổi tương tự số A/D (analog digitalconvertor) ta có NX và N0 Sau khi nhân với đơn vị đo X0 ta nhận được kết qua đo nhưbiểu thức (1.2).

Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn vì tín hiệu qua cáckhâu biến đổi sẽ có sai số bằng tổng các sai số các khâu Vì thế thường sử dụng dụng

cụ đo kiểu này ở các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp để đo và kiểm tra các quá trìnhsản xuất với độ chính xác yêu cầu không cao

1.3.2 Phương pháp đo kiểu so sánh

Là phương pháp đo có cấu trúc đo kiểu mạch vòng nghĩa là có khâu phản hồi.(hình 1.3)

Đại lượng đo X và đại lượng mẫu

X0 được biến đổi thành đại lượng vật lý

nào đó thuận tiện cho việc so sánh Quá

trình so sánh được diễn ra trong suốt

quá trình đo Khi hai đại lượng bằng

nhau đọc kết quả ở mẫu suy ra giá trị

N

1 2 3 4 5 6 7Tập các con số

Hình 1.2 Quá trình đo biến đổi thẳng

của đại lượng cần đo Quá trình đo như vậy được gọi là quá trình đo kiểu so sánh.Thiết bị đo thực hiện quá trình này gọi là thiết bị đo kiểu so sánh (hay thiết bị bù).

Tín hiệu đo X được so sánh với tín hiệu XK tỷ lệ với đại lượng mẫu X0 Qua bộbiến đổi số – tương tự D/A tạo ra tín hiệu XK, qua bộ so sánh ta có:

X – XK = X (1.3)Tuỳ thuộc vào cách so sánh mà ta có các phương pháp sau đây:

So sánh cân bằng: Là phép so sánh mà đại lượng cần đo X và đại lượng mẫu X0

sau khi biến đổi thành XK được so sánh với nhau sao cho luôn có X = 0 Trongtrường hợp này độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào độ chính xác của XK và độnhậy của thiết bị chỉ thị cân bằng

So sánh không cân bằng: Kết quả của phép đo được đánh giá theo X Biết XK,

đo X suy ra X = X+XK Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào phép đo X, giátrị của X càng nhỏ (so với X) thì độ chính xác của phép đo càng cao

Phương pháp này thường được sử dụng để đo các đại lượng không điện như: đoứng suất (dùng mạch cầu không cân bằng), đo nhiệt độ

So sánh không đồng thời: Quá trình so sánh được thực hiện theo cách sau: đầu

tiên dưới tác động của đại lượng đo X gây ra một trạng thái nào đó trong thiết bị đo.Sau đó thay X bằng đại lượng mẫu XK sao cho trong thiết bị đo cũng gây ra đúng trạngthái như khi X tác động, trong điều kiện đó X = XK Độ chính xác của X phụ thuộc vào

độ chính xác của XK Phương pháp này chính xác vì khi thay XK bằng X ta vẫn giữnguyên mọi trạng thái của thiết bị đo và loại được mọi ảnh hưởng của điều kiện bênngoài đến kết quả đo

So sánh đồng thời: Là phép so sánh cùng lúc nhiều điểm của đại lượng đo X và

của mẫu XK Căn cứ vào các điểm trùng nhau mà tìm ra đại lượng cần đo

Sử dụng phương pháp này thực tế để thử nghiệm các đặc tính của các cảm biếnhay của thiết bị đo để đánh giá sai số của chúng

1.4 Phân loại thiết bị đo

Thiết bị đo thực hiện quá trình đo bằng phương tiện kỹ thuật Thiết bị đo là sự thểhiện phương pháp đo bằng các khâu chức năng cụ thể Với sự phát triển của kỹ thuật điện

tử và công nghệ vi điện tử, ngày nay các khâu chức năng của thiết bị đo được chế tạohàng loạt Thiết bị đo gồm các loại sau:

1.4.1 Mẫu

Là thiết bị để khôi phục một đại lượng vật lý nhất định Mẫu phải đạt độ chínhxác rất cao từ 0,001% đến 0,1% tùy theo từng loại Mẫu dùng để chuẩn hóa lại cácdụng cụ đo lường

9

1.4.2 Dụng cụ đo lường điện

Là thiết bị đo lường bằng điện để gia công các thông tin đo lường, tức là tínhiệu điện có quan hệ hàm với đại lượng vật lý cần đo Dựa vào cách biến đổi tín hiệu

và chỉ thị người ta phân dụng cụ đo điện thành hai loại là:

* Dụng cụ đo tương tự: Là dụng cụ đo mà giá trị kết quả thu được là một hàmliên tục của quá trình thay đổi đại lượng đo Dụng cụ đo kiểu chỉ thị kim và dụng cụ đokiểu tự ghi là hai loại dụng cụ đo tương tự

* Dụng cụ đo số: Là dụng cụ đo mà kết quả đo được thể hiện bằng con số

1.4.3 Chuyển đổi đo lường

Chuyển đổi đo lường là khâu chức năng biến đổi các đại lượng cần đo Chuyểnđổi đo lường gồm hai loại là chuyển đổi sơ cấp và chuyển đổi chuẩn hoá Chuyển đổi

sơ cấp là chuyển đổi các các đại lượng không điện thành các đại lượng điện, chuyểnđổi chuẩn hoá là chuyển đổi từ đại lượng điện thành đại lượng điện

1.4.4 Hệ thống thông tin đo lường

Hệ thống thông tin đo lường: Là tổ hợp của các thiết bị đo và những thiết bị phụtrợ để tự động thu thập số liệu từ nhiều nguồn khác nhau, truyền thông tin đo lườngqua khoảng cách theo kênh liên lạc và chuyển nó về một dạng để tiện việc đo và điềukhiển Có thể phân thành nhiều nhóm khác nhau:

* Hệ thống đo lường: Đo và ghi lại kết quả đo

* Hệ thống kiểm tra tự động: Kiểm tra đại lượng đo

* Hệ thống chẩn đoán kỹ thuật

* Hệ thống nhận dạng: Kết hợp giữa việc đo và kiểm tra để phân loại

* Tổ hợp đo lường tính toán

1.5 Sai số của phép đo

Kết quả đo được bằng thực nghiệm nhờ các thiết bị đo và trị số thực của đạilượng đo bao giờ cũng có sự sai khác nhất định Ở một chừng mực nào đó có thể coigiá trị đo được là kết quả đúng của đại lượng đo; có nghĩa là kết quả đo được bằngthực nghiệm chỉ là con số ước lượng Phép đo nào cũng có sai số Sai số của phép đo

có một vai trò quan trọng trong kỹ thuật đo lường Nó cho phép đánh giá phép đo đó

có đạt hay không

Sai số là sai lệch giữa giá trị đo được và giá trị thực của đại lượng cần đo

Ta có thể phân biệt các loại sai số như sau:

1.5.2 Theo nguồn gây ra sai số

a Sai số phương pháp: Là sai số sinh ra do sự không hoàn thiện của phương

pháp đo và sự không chính xác biểu thức lý thuyết cho ta kết quả của đại lượng đo

Sai số phương pháp bao gồm sai số do sự tác động của dụng cụ đo lên đốitượng đo, sai số liên quan đến sự không chính xác của các thông số của các đối tượng

đo v.v

b Sai số của thiết bị:Là sai số của thiết bị đo sử dụng trong phép đo, nó liên

quan đến cấu trúc và mạch đo của dụng cụ không được hoàn chỉnh, tình trạng củadụng cụ đo

c Sai số chủ quan: là sai số gây ra do người sử dụng Khi sử dụng dụng cụ đo

chỉ thị số, sai số này hầu như không mắc phải

d Sai số bên ngoài: là sai số gây ra do ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài lên

đối tượng đo cũng như dụng cụ đo

1.5.3 Theo quy luật xuất hiện sai số

a Sai số hệ thống: là sai số của phép đo luôn không đổi hay là thay đổi có quy

luật khi đo nhiều lần một đại lượng đo Quy luật thay đổi có thể là một phía (dươnghay âm), có chu kỳ hay theo một quy luật xuất hiện nào đó

Sai số hệ thống không đổi bao gồm sai số do khắc độ thang đo, sai số do hiệuchỉnh dụng cụ đo không chính xác, sai số nhiệt độ tại thời điểm đo

Sai số hệ thống thay đổi có thể là sai số do sự biến động của nguồn cung cấp,

do ảnh hưởng của các trường điện từ hay những yếu tố khác

b Sai số ngẫu nhiên: là thành phần sai số của phép đo thay đổi ngẫu nhiên khi

lặp lại phép đo nhiều lần một đại lượng đo duy nhất Giá trị và dấu của sai số ngẫunhiên không thể xác định được

Câu hỏi và bài tập ôn tập chương 1

1 Trình bày các khái niệm về đo lường, đo lường học, kỹ

thuật đo lường, thiết bị đo phương pháp đo, sai số và các

yếu tố ảnh hưởng đến sai số? Biện pháp khắc phục sai số?

2 Cấp chính xác của dụng cụ đo là gì? Phân biệt sai số

của dụng cụ đo và cấp chính xác của dụng cụ đo?

11

+

-RA

I

RA

Hình 1.5

3.Tính sai số tương đối của phép đo dòng điện bằng ampemét có điện trở trong

RA=0,5() được mắc nối tiếp vào mạch có nguồn sức điện động E=24(V) và điện trởR=100() (hình 1.5)

4 Xác định cấp chính xác của mili ampemét điện từ có giá trị cực đại của thang đo

Iđm=5(mA) để đo dòng điện I=0,1÷5 mA sao cho sai số tương đối của phép đo dòngđiện không vượt quá 1%

5 Tính sai số tương đối của phép đo dòng điện I=10 mA trong trường hợp sử dụng haidụng cụ đo tương ứng có thang đo 15 mA (mức chính xác của dụng cụ đo là 0,5) và

12

CHƯƠNG 2: CÁC PHẦN TỬ CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ ĐO 2.1 Cấu trúc cơ bản của thiết bị đo

2.1.1 Sơ đồ khối của thiết bị đo

Thiết bị đo cơ bản có ba bộ phận chính là: Chuyển đổi sơ cấp, mạch đo và cơcấu chỉ thị như hình 2.1

a Chuyển đổi sơ cấp: Làm nhiệm vụ biến đổi các đại lượng đo thành tín hiệu

điện Đây là khâu quan trọng nhất của một thiết bị đo Độ chính xác cũng như độ nhạycủa dụng cụ đo đều quyết định bởi khâu này

b Mạch đo: Là khâu thu thập, gia công thông tin đo sau các chuyển đổi sơ cấp.

Mạch đo là khâu tính toán, thực hiện các phép tính trên sơ đồ mạch Các đặc tính củamạch đo như độ chính xác, độ nhạy, đặc tính động, công suất tiêu thụ và phạm vi làmviệc phải được xét cụ thể cho mỗi loại mạch đo khi thiết kế chúng

c Cơ cấu chỉ thị: Cơ cấu chỉ thị là khâu cuối cùng của dụng cụ đo, làm nhiệm

vụ thể hiện kết quả đo lường dưới dạng con số so với đơn vị sau khi qua mạch đo

Có thể phân biệt ba cách chỉ thị kết quả đo:

- Chỉ thị bằng kim chỉ trên bảng đã khắc độ sẵn, việc so sánh do con người thựchiện

- Chỉ thị bằng dụng cụ tự ghi, để ghi lại các tín hiệu thay đổi theo thời gian

- Chỉ thị số có kết quả đo dưới dạng con số đọc trực tiếp hoặc tự động ghi lại,việc so sánh có thể tiến hành tự động

2.1.2 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu biến đổi thẳng

Đại lượng cần đo X qua nhiều khâu biến đổi trung gian biến đổi thành đạilượng ra Y hình 2.2

Quan hệ giữa đại lượng vào và đại lượng ra của một khâu có thể viết là:

i i i

Y K X .

Trong đó Yi đóng vai trò là Xi+1 của khâu tiếp theo, Yi là đại lượng trung gian,

Ki là độ nhạy của khâu thứ i

Vậy quan hệ giữa lượng ra và lượng vào là:Y (K K1 2 K X n) S X

Chuyển đổi sơ cấp

Mạch

Hình 2.1 Sơ đồ khối của thiết bị đo

Sự biến thiên độ nhạy là: 1 2

2.1.3 Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh

Dụng cụ đo kiểu so sánh có sơ đồ như hình 2.3

Ta thấy, so với dụng cụ đo biến đổi thẳng thì ta thấy sai số nhỏ hơn rất nhiều, vì

độ chính xác của dụng cụ đo kiểu so sánh chỉ phụ thuộc vào độ chính xác của mạchphản hồi

2.2 Các cơ cấu chỉ thị

2.2.1 Cơ cấu chỉ thị cơ điện

a Cơ cấu chỉ thị từ điện

Cấu tạo: Cấo tạo của chỉ thị từ điện

Lò xo phản vừa làm nhiệm vụ tạo mô

men phản còn có nhiệm vụ đưa dòng điện ra và vào khung dây

14

KSS



X

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo kiểu so sánh

Hình 2.4 Cơ cấu chỉ thị từ điện

12

3456

Nam châm vĩnh cửu được cấu tạo bằng những loại thép đặc biệt như hợp kimvonfram, hợp kim crôm, alnico v.v Trị số từ cảm B được tạo bởi các loại nam châmtrên có thể từ 0,1  0,2 T và 0,2  0,3 T.

Ngoài cơ cấu chỉ thị từ điện có khung quay còn có loại cơ cấu chỉ thị từ điện cóphần tĩnh là cuộn dây, phần động là nam châm quay, tuy nhiên loại này trong thực tế ítdùng vì cấu tạo phức tạp và độ nhậy thấp

Nguyên lí làm việc: Khi có dòng điện chạy qua, khung dây quay dưới tác động

của từ trường của nam châm vĩnh cửu, khung quay lệch khỏi vị trí ban đầu một góc dnào đấy Moomen quay



d

B: Độ từ cảm của nam câm vĩnh cửus: Diện tích khung dây

w: Số vòng dây của khung dây

: Góc lệch của khung dây so với vị trí ban đầuCác giá trị B, s, w là những hằng số (không đổi khi khung dây quay)

    BswI.

d

IBswdd

Id

Đặc tính của cơ cấu từ điện

- Góc lệch  tỉ lệ thuận với dòng điện I nên cơ cấu chỉ thị từ điện chỉ sử dụngtrong mạch một chiều

- Đặc tính của thang đo đều

- Dùng chế tạo các loại ampemét, vônmét, ômmét nhiều thang đo, dải đo rộng.

- Dùng chế tạo các loại điện kế có độ nhạy cao, có thể đo được dòng đến 10-12

A, điện áp đến 10-4V, điện lượng Điện kế còn được dùng để phát hiện sự lệch điểmkhông trong mạch cần đo hay trong điện thế kế

- Trong các loại dao động ký ánh sáng để quan sát và ghi lại những giá trị tứcthời của dòng áp, công suất tần số có thể đến 15kHz cơ cấu chỉ thị từ điện được sửdụng để chế tạo các đầu rung

- Dùng cơ cấu chỉ thị từ điện để làm chỉ thị trong các mạch đo các đại lượngkhông điện khác nhau

- Dùng để chế tạo các dụng cụ đo điện tử tương tự như: vônmét điện tử, tần số

kế điện tử, pha kế điện tử v.v Dùng các bộ biến đổi khác như chỉnh lưu, cảm biến cặpnhiệt để có thể đo được dòng (hay áp) xoay chiều

b Cơ cấu chỉ thị điện từ

Cấu tạo

Cơ cấu gồm hai loại chính, kiểu khung dây dẹt (cơ cấu chỉ thị điện từ loại hút)

và kiểu khung dây tròn (cơ cấu chỉ thị điện từ loại đẩy) Cơ cấu khung dây dẹt có phầntĩnh là khung dây dẹt (1) cho dòng điện cần đo đi qua, còn phần động là một lá thépđặt lệch tâm (2) có thể quay trong khe hở khung dây cuốn phần tĩnh

Kiểu khung dây tròn có phần tĩnh là khung dây tròn (4) bên trong gắn một láthép tính (5) Phần động cũng là một lá thép động (6) gắn trên trục Ngoài ra còn có bộphận cản dịu (3), trục (8) lò xo phản, kim chỉ thị (7)

2

e  ; L: Điện cảm của cuộn dây (2.9)

Cơ cấu điện từ loại hút Cơ cấu điện từ loại đẩy

Hình 2.5 Cơ cấu chỉ thị điện từ

123

4563

77

16

LI d

2Id

dLD2

1





Đặc tính của cơ cấu chỉ thị điện từ

- Góc quay  tỉ lệ với bình phương của dòng điện, do vậy mà cơ cấu chỉ thịđiện từ có thể sử dụng để đo trong mạch một chiều và trong mạch xoay chiều (đối vớimạch xoay chiều là giá trị hiệu dụng tần số đến 10000 Hz)

- Thang đo không đều Trong thực tế để đặc tính thang đo đều người ta phải tínhtoán sao cho khi góc lệch  thay đổi thì tỉ số dL/d thay đổi theo quy luật ngược vớibình phương dòng điện Để đạt được điều này cần phải tính toán mạch từ, kích thước,hình dáng lõi động, vị trí đặt của cuộn dây cho phù hợp

- Cản dịu thường bằng không khí hoặc cảm ứng

- Cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu được quả tải lớn; độ chính xác không cao, nhất

là khi đo ở trong mạch một chiều sẽ bị sai số do hiện tượng từ trễ, từ dư; độ nhạy thấp;

bị ảnh hưởng của từ trường ngoài

Ứng dụng: Sử dụng để chế tạo các loại ampemét, vônmét trong mạch xoay

chiều tần số công nghiệp, dụng cụ để bảng cấp chính xác 1,0 và 1,5 và các dụng cụnhiều thang đo ở phòng thí nghiệm cấp chính xác 0,5 và 1,0

c Cơ cấu chỉ thị điện động

Cấu tạo: Cơ cấu gồm hai khung dây như hình 2.7 Khung dây phần tĩnh (2) có

tiết diện lớn, ít vòng dây và thường chia làm hai phân đoạn Khung dây phần động cónhiều vòng dây và tiết diện nhỏ (1) Ngoài ra

còn có kim chỉ thị (4), bộ phận cản dịu (3),

lò so phản (5)

Hình dạng của cuộn dây tĩnh và khung

dây động có thể tròn hoặc vuông Cản dịu

trong cơ cấu chỉ thị điện động thường dùng

loại cảm ứng khi có màn chắn từ và dùng kiểu

không khí khi không có màn chắn từ bảo vệ

Nguyên lí làm việc

Khi cho dòng điện chạy vào cuộn tĩnh,

trong lòng cuộn dây xuất hiện từ trường Từ trường này tác động lên dòng điện chạytrong khung dây và tạo ra mômen quay làm phần động quay đi một góc  Mômen

17

Hình 2.6 Cơ cấu chỉ thị điện động

1

234

5

quay được xác định từ biểu thức sau:



d

dW

q ; Trong đó We: năng lượng điện

từ tích luỹ trong các cuộn dây

Ta phân biệt hai trường hợp:

* Khi cho dòng một chiều I 1 vào cuộn dây 1, I 2 vào cuộn dây 2.

Lúc này năng lượng điện từ có dạng

2 1 12

2 2 2

2 1 1

2

1IL2

1

Trong đó:

L1, L2: Điện cảm của các cuộn dây tĩnh và động

M12 : Hỗ cảm giữa các cuộn dây tĩnh và động

I1, I2: Dòng điện một chiều chạy trong các cuộn dây tĩnh và động

Các giá trị điện cảm L1, L2 không đổi khi khung dây quay trong cuộn tĩnh nên ta

có mômen quay như sau:

2 1 12 e

d

dMd

dWM

Suy ra: 12 I1I2

d

dMD

1





*Khi cho dòng xoay chiều vào các cuộn dây ta có:

Mômen quay tức thời:

2 1

12

d

dMm



Phần động vì có quán tính mà không kịp thay đổi theo giá trị tức thời nên thực

tế lấy theo trị số trung bình trong một chu kì:

dtmT

1M

T 0 qt

sin.tsinIIT

1

T 0 m 2 m 1 q

2 1

12 (2.18)

Đặc tính của cơ cấu chỉ thị điện động:

- Dùng trong mạch một chiều và xoay chiều

- Góc lệch  phụ thuộc tích I1 I2 nên thang đo không đều

- Độ chính xác cao khi đo trong mạch xoay chiều

- Công suất tiêu thụ của cơ cấu chỉ thị điện động lớn nên dùng trong mạch điệncông suất nhỏ không thích hợp

- Chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài Để đảm bảo cho cơ cấu đo làm việc tốtcần phải có màn chắn từ

- Độ nhạy thấp

Ứng dụng: Cơ cấu chỉ thị điện động sử dụng để chế tạo các ampemét, vônmét,

oátmét một chiều và xoay chiều tần số công nghiệp; các pha kế để đo góc lệch pha hay

hệ số công suất cos Khi sử dụng trong mạch xoay chiều tần số cao, phải có mạch bùtần số có thể đo được với dải tần đến 20 Hz

d Cơ cấu chỉ thị cảm ứng

Cấu tạo

Cơ cấu chỉ thị cảm ứng gồm hai phần: phần tĩnh và phần động (hình 2.7)

Phần tĩnh là các cuộn dây 2, 3, cấu tạo của chúng làm sao để khi có dòng điệnchạy trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường móc vòng qua mạch từ và qua phần động Sốlượng nam châm điện ít nhất là hai

Phần động là một đĩa kim loại 1 (thường cấu tạo bằng nhôm) gắn vào trục 4quay trên trụ 5 Về nguyên tắc cơ cấu này dựa trên sự tác động tương hỗ giữa từ

1

19

trường xoay chiều và dòng điện xoáy tạo ra trong đĩa của phần động, do đó cơ cấu nàychỉ làm việc ở mạch xoay chiều Để chỉ thị số vòng quay của đĩa người ta gắn vào trục

cơ cấu chỉ thị số cơ khí

Nguyên lí làm việc: Khi có các dòng điện I1, I2 vào các cuộn dây phần tĩnh sẽsinh ra các từ thông 1, 2, các từ thông này cũng như dòng điện lệch nhau một góc (hình 2.8)

Các từ thông 1, 2 cắt đĩa nhôm các

sức điện động tương ứng E1, E2 lệch pha với

góc từ thông một góc là

2



.Các dòng điện xoáy Ix1, Ix2 được sinh

ra trong đĩa nhôm lệch pha với E1, E2 bởi các

góc 1, 2 vì ngoài điện trở thuần còn có

thành phần cảm ứng

Do sự tác động tương hỗ giữa từ

thông 1, 2 và các dòng điện xoáy Ix1, Ix2 mà

sinh ra các lực F1, F2 và các mômen quay

tương ứng làm quay đĩa nhôm

Giá trị tức thời của mômen quay Mt

do sự tác động tương hỗ giữa 1t và dòng tức thời ix1 là:

1

T 0 m 1 m 1 T

1và dòng Ix1 sẽ bằng không

Bây giờ ta hãy xét các mômen thành phần như sau:

M11 – mômen sinh ra do 1 tác động lên Ix1

M12 – mômen sinh ra do 1 tác động lên Ix2

M21 – mômen sinh ra do 2 tác động lên Ix1.

M22 – mômen sinh ra do 2 tác động lên Ix2

02cosIC

2 1 12

02cosIC

Như vậy mômen quay sẽ là tổng của các mômen thành phần tức là tổng của M12

và M21 có dấu ngược nhau Cũng chính nhờ sự ngược dấu nhau này mà mômen tổng sẽkéo đĩa quay về một phía duy nhất Nghĩa là mômen quay sẽ là :

Mq C121I 2sin C212I 1sin (2.22)Nếu dòng điện tạo ra 1,2 là hình sin và đĩa đồng nhất (chỉ có điện trở thuần)thì các dòng xoáy sinh ra sẽ tỉ lệ với tần số f và từ thông sinh ra nó

Tức là : I 1 C3f1và I 2 C4f2

sin2

1



Cf

M q (2.23)Trong đó:CC12C4 C21C3 - là hằng số của cơ cấu chỉ thị cảm ứng

Đặc điểm:

- Điều kiện để có mômen quay là ít nhất phải có hai từ trường

- Mômen quay đạt được giá trị cực đại nếu như góc lệch pha giữa hai từ trường

- Mômen quay phụ thuộc tần số dòng điện tạo ra hai từ trường

- Cơ cấu chỉ thị cảm ứng chỉ làm việc trong mạch xoay chiều

Ứng dụng: Cơ cấu chỉ thị cảm ứng chủ yếu sử dụng để chế tạo công tơ đo năng

lượng Đôi khi người ta còn sử dụng để đo tần số

Bảng tổng kết một số cơ cấu chỉ thị cơ điện

,W,cos 

21

2.2.2 Cơ cấu chỉ thị tự ghi

Chỉ thị tự ghi chủ yếu là máy hiện sóng với phần chỉ thị là ống phóng tia điện tử(CRT) Hình 2.9 là cấu tạo cơ bản của một CRT

CRT là một ống chân không với các hệ thống điện cực và màn huỳnh quang.Chùm electron do catốt phát ra sẽ được hướng tới màn hình theo sự điều khiển bênngoài và làm phát sáng lớp phốt pho tại điểm chúng đập vào

a Cấu tạo:

- Phần cực triốt gồm catốt, lưới và anốt

* Catốt làm bằng niken hình trụ đáy phẳng phủ ôxít để phát hiện ra điện tử Mộtsợi đốt nằm bên trong catốt có nhiệm vụ nung nóng catốt để tăng cường số điện tửphát xạ Sợi đốt có điện thế khoảng 6,3V nhưng catốt có điện thế xẫp xỉ -2KV

* Lưới là một cốc Niken có lỗ ở đáy bao phủ lấy catốt Thế của lưới xẫp xỉ từ-2KV đến -2,05KV để điều khiển dòng electron từ catốt hướng tới màn hình Khi thayđổi thế của lưới sẽ điều chỉnh lượng electron bắn ra khỏi catốt, tức là làm cho điểmsáng trên màn hình có độ chói khác nhau Vì vậy thành phần điều khiển thế của lướicòn gọi là thành phần điều khiển độ chói

* Anốt có dạng hình trụ, một đầu hở và một đầu kín có lỗ ở giữa cho electron điqua A1 tiếp đất có thế dương hơn catốt electron được gia tốc từ catốt qua lưới và anốt

để tới màn hình Các anốt này gọi là các điện cực điều tiêu hay thấu kính điện tử Vìcác electron mang điện tích âm nên chúng có xu hướng đẩy nhau, nghĩa là chùm tiađiện tử sẽ loe rộng ra và khi đập vào màn huỳnh quang sẽ tạo ra một vùng sáng do đóhình ảnh hiển thị sẽ bị nhoè Nhờ có các điện cực điều tiêu chùm electron sẽ hội tụ lạilàm cho các electron hướng tới 1 điểm nhỏ trên màn hình, tức là hình ảnh hiển thịđược rõ nét A2 có thế -2KV để tạo ra các đường đẳng thế làm cho electron chuyểnđộng qua anốt có tốc độ ổn định

Hình 2.9 Cấu tạo của CRT

Anốt

A1A2

A3Sợi đốt

Catốt

Cặp làm lệch XCặp làm lệch Y

Tia điện tử Màn hình

Điểm sáng trên màn hình

22

- Hệ thống làm lệch hay còn gọi là hệ thống lái tia.

Khi các tấm làm lệch ngang và đứng được tiếp đất hoặc không nối đất thì chùmelectron có thể đi qua chúng và đập vào tâm màn hình Khi đặt điện áp lên các tấm làmlệch thì các electron sẽ bị hút vào tấm có thế dương và bị đẩy ra xa khỏi tấm có thế

âm Để tác dụng của các điện áp làm lệch gây ra khoảng lệch như nhau thì thế +E/2được đưa và một tấm và thế -E/2 được đặt vào tấm còn lại Điện áp cần thiết để tạo ramột vạch chia độ trên màn hình gọi là hệ số làm lệch đứng của ống đơn vị là V/cm Độlẹch do 1V tạo ra trên màn hình gọi là độ nhạy lái tia đơn vị là cm/V Ngoài ra để tránhảnh hưởng của điện trường giữa các cặp lái tia đôi khi người ta sử dụng một màn chắncách điện giữa cặp lái tia ngang và cặp lái tia đứng

- Màn hình của CRT được mạ một lớp phốtpho ở mặt trong của ống, khi chùmelectron đập vào màn hình thì các electron bên trong lớp mạ sẽ chuyển lên mức nănglượng cao và khi trở về trạng thái bình thường sẽ phát ra ánh sáng Sự lưu sáng củaphốtpho khá dài từ vài ms đến vài s nên mắt người mới nhìn thấy hình dạng sóng hiện.Lớp than chì có tác dụng thu hồi các electron thứ cấp vì nếu không thu hồi lại thì sựtích tụ của các electron có thể tạo ra một thế âm trên màn hình và thế âm này sẽ chốnglại sự di chuyển của dòng electron tiến đến màn hình Ngoài ra có thể sử dụng thêmmàng nhôm để thu góp electron xuống đất Màng nhôm này có tác dụng tăng cường độchói của lớp sáng do phản xạ ánh sáng về phía màn thuỷ tinh và tản nhiệt cho mànhình

Đường xoắn ốc làm bằng chất có điện trở cao kết tủa trong ống thủy tinh từ chỗtấm lái tia đến màn hình có tác dụng gia tốc cho electron sau khi làm lệch để có được

độ chói cần thiết (Nếu gia tốc trước khi làm lệch sẽ làm giảm khả năng điều chỉnhdòng electron của các tấm làm lệch)

Đối với các máy hiện sóng nhiều kênh có thể thực hiện theo hai cách sau:

+ Sử dụng cho mỗi kênh một súng điện tử và cặp làm lệch đứng riêng nhưngcùng chung cặp làm lệch ngang

+ Sử dụng một súng điện tử tách chùm tia điện tử thành nhiều phần trước khicho qua các cặp làm lệch đứng và tất cả cùng cho qua cặp làm lệch ngang

b Nguyên tắc hiện hình của CRT

Catốt phát ra electron và được các hệ thống điện cực điều khiển để có số lượnghạt, vận tốc và độ hội tụ cần thiết Hệ thống làm lệch sẽ làm cho chùm tia điện tử dichuyển trên màn hình theo phương ngang và phương đứng để hiện dạng của tín hiệu

23

Ở chế độ hiển thị dạng sáng thông thường tín hiệu cần hiển thị được đưa vàocặp làm lệch đứng còn một tín hiệu dạng răng cưa được đưa vào cặp làm lệch ngang(hình 2.10) Khi đó với tần số răng cưa (còn gọi là tần số quét) phù hợp trên màn hình

Đại lượng đo x(t) sau khi qua bộ biến đổi thành xung Số xung N tỉ lệ với độlớn của x(t) Số xung N được đưa vào bộ mã hoá (MH) cơ số 2–10 (mã BCD) Sau đóđến bộ giải mã (GM) và đưa ra bộ hiện số Tất cả ba khâu mã hoá - giải mã - hiện sốcấu thành bộ chỉ thị số.

c Thiết bị kĩ thuật để thể hiện mã số

Thiết bị kỹ thuật để thực hiện mã số sử dụng các Flip Plop là mạch có hai trạngthái ổn định ở đầu ra với hai mức logic cao H và thấp L Khi không có tín hiệu điềukhiển ở đầu vào, đầu ra vẫn duy trì trạng thái đã có Flip Flop chính là phần tử nhớ mộtbit Hình 2.12 thể hiện Flip Flop JK

Q

Q

Hình 2.12 Flipflop JK

Giản đồ thời gian được thể hiện trên hình 2.13

Để thể hiện mã 2-10, sử dụng bốn Trigơ (Flip Flop) (hình 2.14)

Giản đồ thời gian (hình 2.15)

Q B

QB

J K

Hình 2.15 Giản đồ thời gian của mã 2-10

Hình 2.16 Dùng giải mã 7 thanh điều khiển đèn led

E

Rabcdefg

Giải

mã 7

Sử dụng giải mã bẩy thanh là mạch logic tổ hợp có cửa vào là bốn bit, cửa ra làbẩy đầu (a,b, c, d, e, f, g) để điều khiển sự thắp sáng của đèn Led (hình 2.16) Ứng vớimỗi tổ hợp bốn bit đầu vào sẽ có một số đầu ra thay đổi trạng thái để điều khiển hiểnthị chữ số tương ứng

VD: IC 7446 (hình 2.17)

- LT dùng để thử đèn T 0 tất cả

các Led sáng độc lập với bốn bit đầu vào

-BIRBO0cả bẩy thanh tắt độc lập với

- Led 7 thanh: Led 7 thanh thực chất là

điốt phát quang Khi phân cực thuận dòng điện

tử và lỗ trống qua miền tiếp giáp phần ngoài sẽ

gây nên hiện tượng tác hợp giữa chúng Sự tác

hợp này làm phát ra năng lượng dưới dạng ánh

sáng và nhiệt năng Nếu chất bán dẫn là trong

suốt thấy ánh sáng phát ra từ miền tiếp giáp

Điện áp thuận rơi trên Led khoảng 1,2 V; dòng

qua Led khoảng 20mA Dòng qua Led lớn chính là nhược điểm của Led bẩy thanh

- Điốt tinh thể lỏng:

27

Hình 2.18 Led 7 thanh

a b c pt d

e f g

a b

c d e

f g

BI/RBODBILT

Hình 2.17 IC 7446

Điốt tinh thể lỏng thực chất là hợp chất hữu cơ có tính chất quang học được đặtthành lớp giữa các tấm kính và điện cực Khi chưa bị kích hoạt tinh thể lỏng cho ánhsáng truyền qua thanh Điốt được lẫn vào mặt phông Khi bị kích hoạt bởi điện ápnghiên cứu hình sin hoặc xung vuông tần số f = 50÷60HZ tinh thể lỏng phản xạ ánhsáng nổi lên trên mặt phông Ưu điểm bẩy thanh tiêu thụ dòng cỡ 80(A).

2.3 Mạch đo lường và gia công tín hiệu

Mạch đo lường và gia công tín hiệu làm nhiệm vụ biến đổi, gia công tính toán, phối hợp các tin tức với nhau trong một hệ vật lý thống nhất

2.3.1 Mạch tỷ lệ

a Mạch tỷ lệ về dòng

Để biến đổi dòng trong mạch một chiều người ta

mắc các điện trở sun còn trong mạch xoay chiều sử

dụng máy biến dòng

Điện trở sun: Điện trở sun có cấu trúc như hình

2.21 gồm 4 đầu Hai đầu dòng dùng để đưa dòng điện

vào, hai đầu áp sẽ lấy áp ra mắc với cơ cấu chỉ thị

Điện trở sun được chế tạo với dòng từ mA đến 10000A

và điện áp cỡ 60, 75, 100, 150, 300mV Để sử dụng

điện trở sun với nhiều hệ số nhân khác nhau mắc các

điện trở sun như hình 2.22

;1

;1

Hình 2.19 Cấu tạo của Điốt tinh thể lỏng

Máy biến dòng (hình 2.23): Biến dòng là một biến áp mà thứ cấp được ngắn

mạch, sơ cấp nối tiếp với mạch có dòng điện chạy qua Nếu biến dòng lý tưởng và

không có tổn hao thì tỷ số máy biến dòng là 2 1

WW

I

I K I

  Trong đó I1, I2 là dòng điện

qua cuộn sơ cấp và thứ cấp W1 và W2 là số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp Biếndòng được sử dụng để lấy dòng điện nhỏ bên thứ cấp nên số vòng dây cuộn thứ cấplớn hơn rất nhiều số vòng dây cuộn sơ cấp Biến dòng được chế tạo với điện áp từ0,5V đến 35kV; dòng sơ cấp định mức từ 0,1 đến 25000 A; dòng thứ cấp định mức là1A hoặc 5A Cuộn thứ cấp của máy biến dòng được nối đất để tránh trường hợp cuộnthứ cấp hở gây ra điện áp cực lớn (hàng chục V tới hàng kV)

- Mạch biến áp đo lường

Đầu vào / ra có thể liên hệ với nhau bằng điện và từ (trong trường hợp biến áp

tự ngẫu) hoặc chỉ bằng từ và cách điện với nhau

Hệ số phân áp là: 1 1

WW

U m U

  Mạch biến áp này dùng để đo điện áp xoay

chiều có điện áp rất cao ở cuộn sơ cấp bằng một vônmét có khả năng đo điện áp nhỏ

hơn rất nhiều mắc ở cuộn thứ cấp Vôn mét phải có điện trở rất lớn, ngoài ra để đềphòng dòng lớn xuất hiện khi hai đầu cuộn thứ cấp bị chập người ta mắc một đầuxuống đất.

2.3.2 Mạch khuếch đại đo lường

a Mạch khuếch đại dòng

Mạch này có nhiệm vụ khuếch đại dòng lên giá trị lớn hơn còn điện áp có lặplại như đầu vào hoặc suy giảm chút ít (hình 2.26)

b Mạch khuếch đại công suất

Đây là mạch kết hợp cả khuếch đại dòng và khuếch đại áp để có công suất lớn

Ví dụ hình 2.27 là sơ đồ khuếch đại công suất dùng Transistor mắc kiểu Emitor chung

Hình 2.25 Máy biến điện áp

Uv

R

E

+-

Câu hỏi ôn tập chương 2

1 Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc, ký hiệu trên mặt thiết bị đo, đặc điểm và ứngdụng của các cơ cấu đo từ điện, điện từ, điện động, cảm ứng?

2 Vẽ hình, trình bày cấu tạo của ống tia điện tử (CRT) và nguyên tắc hiện hình củaCRT?

3 Vẽ hình, trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc của LED 7 thanh? Nêu cách điềukhiển Led 7 thanh loại Anốt chung hiển thị số 3

4 Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách mắc máy biến dòng, máy biến điệnáp?

5 Trình bày cách tạo mã 2-10 bằng Trigơ?

31

CHƯƠNG 3: ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 3.1 Đo dòng điện

3.1.1 Khái niệm chung

Khi đo dòng điện ta mắc nối tiếp Ampemét với mạch điện cần đo, Ampemétnày lấy một phần năng lượng của mạch đo, gây sai số cho phép đo dòng Phần nănglượng này còn gọi là công suất tiêu thụ của Ampemét, được tính:

3.1.2 Ampemét một chiều

Ampemét một chiều được chế tạo chủ yếu dựa trên cơ cấu chỉ thị từ điện Dòngcho phép qua cơ cấu này thường là 10-1 đến 10-2 A với cấp chính xác 1,5; 1; 0,5; 0,2.Cao nhất có thể đạt tới cấp 0,05 Điện trở cơ cấu khoảng từ 20 đến 2000 Vì vậy để

sử dụng cơ cấu này, chế tạo các dụng cụ đo

dòng điện lớn hơn dòng qua cơ cấu chỉ thị,

người ta phải dùng thêm một điện trở Sun phân

nhánh nối song song với cơ cấu chỉ thị từ điện

(hình 3.1)

Dựa trên các thông số của cơ cấu chỉ thị

từ điện và dòng điện cần đo, người ta có thể tính

giá trị điện trở Sun phù hợp cho từng dòng điện cần đo là:

mà cơ cấu chỉ thị chịu được

Đối với các Ampemét đo dòng

điện nhỏ hơn 30A thì Sun đặt trong vỏ

của Ampemét Còn các Ampemét dùng

đo dòng điện lớn hơn hoặc bằng 30A thì sun đặt ngoài vỏ (coi như một phụ kiện kèmtheo Ampemét).

Trên cơ sở mắc sun song song với cơ cấu chỉ thị người ta chế tạo Ampemét từđiện có nhiều thang đo Hình 3.2 là sơ đồ Ampemét từ điện 3 thang đo ( I1, I2, I3) Cácđiện trở R1, R2, R3 mắc nối tiếp với nhau rồi nối song song với Rct Tính các điện trởSun ứng với các dòng điện cần đo

Để giữ cho cấp chính xác của Ampemét từ điện không thay đổi ở các giới hạn

đo khác nhau, phải chế tạo Sun với độ chính xác cao hơn độ chính xác của cơ cấu từđiện ít nhất là một cấp Ví dụ cơ cấu chỉ thị có độ chính xác 0,5 thì sun phải có độchính xác 0,2 Vì vậy thường chế tạo Sun bằng Mangannin và chỉnh định rất chínhxác Do đó điện trở Sun không thay đổi theo nhiệt độ Trong khi đo điện trở khungquay của cơ cấu chỉ thị làm bằng đồng thay đổi theo nhiệt độ

Trong đó:

Rct: điện trở của cơ cấu ở nhiệt độ t0C

Rct0: điện trở của cơ cấu ở 00C

: hệ số nhiệt độ của dây quấn (đối với đồng =0,4%/độ )

Từ đây ta có thể tính sai số do nhiệt độ của Ampemét từ điện:

Ict = Ict0 - Ict

s ct

s s

ct

s ct

At ct

A

R R

R I R R

R I R

R I R

R I

Thay Rct=Rct0(1+t) ta sẽ có:

s ct

s

t R R

R

R I I

.)

)(1RR)(1R

.)

(100

%

0

ct0 s ct0

0

t R

t

R I

t R R

R

IR I

I

ct ct

s

ct s

ct

s ct

ct t

I: dòng điện chạy qua Ampemét

RA: điện trở của Ampemét ở nhiệt độ 00C

RAt: điện trở của Ampemét ở t0C

Rs: điện trở Sun của Ampemét tương ứng với dòng điện I

33

Ở những dụng cụ đo có độ chính xác

thấp sai số do nhiệt độ t thường nhỏ hơn sai

số của cơ cấu Ở những dụng cụ đo cấp chính

xác cao, t thường lớn hơn sai số cơ cấu Để

khắc phục nhược điểm này người ta phải loại

trừ hoặc giảm sai số do nhiệt độ Biện pháp

đơn giản nhất là nối tiếp vào mạch có cơ cấu chỉ thị một nhiệt điện trở Rt (hình 3.3)

Theo sơ đồ này, sai số nhiệt độ được tính:

T ct

T ct

t

R R

t R t R

Trong sơ đồ này: Rs; R2;

R3 bằng Mangannin Còn Rct và

R1 bằng đồng Các điện trở này

phối hợp với nhau sao cho khi

dòng I không đổi; nhiệt độ thay

đổi vẫn giữ dòng qua cơ cấu

1000 (Avòng) Như vậy để mở rộng thang đo của Ampemét điện từ chỉ cần thay đổithế nào để đảm bảo IW = const.

Ampemét điện từ nhiều thang đo được chế tạo bằng cách chia cuộn dây tĩnhthành nhiều phân đoạn bằng nhau, thay đổi cách nối ghép các phân đoạn này (songsong hoặc nối tiếp) để tạo các thang đo khác nhau

Ví dụ: Ampemét điện từ có hai thang đo: ta chia cuộn dây tĩnh thành hai phầnbằng nhau Nếu nối tiếp hai phân đoạn với nhau ta sẽ đo được dòng điện là I Và nốisong song hai phân đoạn với nhau ta sẽ đo được dòng điện là 2I (hình 3.5)

Phương pháp phân đoạn cuộn dây tĩnh của cơ cấu điện từ cũng chỉ áp dụng đểchế tạo Ampemét điện từ có nhiều nhất là ba thang đo, vì tăng số lượng thang đo, bốtrí mạch chuyển thang đo phức tạp không thể thực hiện được Người ta dùng biến dòngkết hợp với Ampemét điện từ để mở rộng giới hạn đo dòng xoay chiều

b Ampemét điện động

Dùng để đo dòng điện ở miền tần số cao hơn tần số công nghiệp (cỡ 400 

2000 Hz) Đồng thời như ta đã biết cơ cấu điện động là cơ cấu chính xác cao đối vớitín hiệu xoay chiều vì vậy Ampemét điện động cũng có chính xác cao ( 0,2  0,5) nên

sử dụng làm dụng cụ mẫu Có hai loại sơ đồ mạch của Ampemét điện động: Khi dòngđiện cần nhỏ hơn hoặc bằng 0,5A thì trong mạch của Ampemét cuộn dây động và cuộndây tĩnh ghép nối tiếp nhau (hình 3.6a) Khi dòng điện cần đo lớn hơn 0,5 A thì trong

sơ đồ mạch của Ampemét cuộn dây động và cuộn dây tĩnh ghép song song với nhau

Hình 3.5 Mở rộng thang đo của Ampemét điện từ

a) Đo được dòng điện I b) Đo được dòng điện 2I

Các phần tử R và L trong sơ đồ Ampemét điện động đo dòng lớn hơn 0,5Adùng để tạo mạch bù sai số do tần số và làm cho dòng trong cuộn dây động và cuộndây tĩnh cùng pha nhau.

Cách mở rộng thang đo và chế tạo Ampemét điện động nhiều thang đo giốngnhư Ampemét điện từ.Sai số do tần số của Ampemét điện từ và điện động ở tần số vàikHz đến vài chục kHz khá lớn Vì vậy để đo dòng điện âm tần người ta dùng cácAmpemét từ điện chỉnh lưu

c Ampemét chỉnh lưu

Là Ampemét kết hợp cơ cấu chỉ thị từ điện và mạch chỉnh lưu bằng điốt hoặcchỉnh lưu bằng cặp nhiệt ngẫu (gọi là Ampemét nhiệt điện) Các mạch chỉnh lưuthường gặp trong các Ampemét chỉnh lưu Sơ đồ hình 3.7a chỉnh lưu nửa chu kỳ Sơ

đồ hình 3.7b,c,d chỉnh lưu hai nửa chu kỳ Trong các mạch chỉnh lưu dùng điốt dòngnhỏ ( Si hoặc Ge) Các điốt có hệ số chỉnh lưu: kcl=Rng/Rth = 105  106

Ở hình 3.7b dòng điện được chỉnh lưu hoàn toàn và qua cơ cấu chỉ thị Vì vậy

hệ số chỉnh lưu cao Ở hình 3.7c một phần dòng điện được chỉnh lưu qua cơ cấu chỉthị, phần còn lại qua điện trở R Vì vậy ở hai sơ đồ này hệ số chỉnh lưu của mạchkhông cao

Nói chung các Ampemét chỉnh lưu, chính xác không cao vì hệ số chỉnh lưu thayđổi theo nhiệt độ, trong đó khi nhiệt độ thay đổi, điện trở thuận và ngược của điốt thayđổi khác nhau cụ thể khi nhiệt độ tăng, điện trở ngược của điốt giảm nhiều hơn so vớiđiện trở thuận, dẫn đến hệ số chỉnh lưu giảm

36

D1

Ua)

Khi tần số tín hiệu đo tăng thì hệ số chỉnh lưu cũng giảm vì bị ảnh hưởng củađiện dung giữa các mặt tiếp giáp của điốt Do đó trong các Ampemét từ điện chỉnh lưu

có cấp chính xác cao ( cấp 1 trở lên) cần phải có mạch bù nhiệt độ và bù tần số

Với cách bố trí sơ đồ chỉnh lưu, các Ampemét chỉnh lưu sẽ có giá trị trung bìnhcủa dòng xoay chiều, nhưng thông thường các dụng cụ điện từ, điện động do dòngxoay chiều, được khắc trị hiệu dụng vì vậy để thống nhất về khắc độ các dụng cụ đodòng xoay chiều, các Ampemét chỉnh lưu cũng phải khắc độ theo trị hiệu dụng

Cách biến đổi để khắc độ Ampemét chỉnh lưu theo trị số hiệu dụng như sau:

Mô men quay tức thời được biểu diễn: Mt= B S.W.i; i = Imsin t

Tính mô men trung bình trong một chu kỳ:

tr.b T

MT

1

I

I I D

BSW I

D

W S B

b tr b

I W S B



Nếu dòng điện dạng sin thì kd=1,11

Một số sơ đồ Ampemét từ điện chỉnh lưu (hình 3.8)

Nếu đo dòng nhỏ (bằng hoặc nhỏ hơn cơ cấu chỉ thị một ít) thì mắc mạch chỉnhlưu nối tiếp với cơ cấu chỉ thị và mắc trực tiếp vào mạch đo, không cần Sun Trườnghợp cần đo dòng lớn hơn dòng qua cơ cấu chỉ thị thì mắc cơ cấu song song với Sunnhư hình 3.8 Ở đây Sun làm nhiệm vụ mở rộng thang đo dòng, đồng thời vừa để bùsai số do nhiệt độ và tần số

Trong sơ đồ hình 3.8a, RCu để bù nhiệt độ, còn L để bù tần số

Trong hình 3.8b người ta dùng C để bù sai số do tần số

a) Bù bằng cuộn cảm Ampemét chỉnh lưu đo dòng nhỏ

b) Bù bằng điện dung Ampemét chỉnh lưu đo dòng lớn

37

Ngày nay người ta thường chế tạo các dụng cụ chỉnh lưu tổng hợp: vừa đo dòngmột chiều, vừa đo dòng xoay chiều và điện trở nhờ bộ đổi nối Các dụng cụ này cónhiều thang đo dòng, áp, điện trở vì đã sử dụng các Sun; điện trở phụ nhiều giá trịkhác nhau Ví dụ thang đo về dòng điện từ 3mA đến 6A; về điện áp từ 75mV đến600V (thang đo 75mV chỉ đo áp một chiều); về điện trở từ 500  5M v.v

Thang đo của dụng cụ chỉnh lưu với điện xoay chiều và điện một chiều khácnhau Do đặc tính V.A của điốt ở dòng điện xoay chiều nhỏ là phi tuyến nên phần đầuthang đo ( 10  15%) không đều

Ưu điểm cơ bản của dụng cụ chỉnh lưu bằng điốt là độ nhạy cao, tiêu thụ côngsuất nhỏ, có thể làm việc ở tần số cao (không có mạch bù tần số có thể dùng ở tần số

500  2000Hz ); có mạch bù tần số có thể dùng đến 50kHz vẫn đảm bảo độ chính xác.Nhược điểm là độ chính xác không cao (khoảng 1,5  2,5) các Ampemét chỉnhlưu thường khắc độ theo tín hiệu hình sin thì sẽ xuất hiện sai số hình dáng

Ampemét nhiệt điện cũng là Ampemét chỉnh lưu vì nhờ cặp nhiệt ngẫu đã biếndòng điện xoay chiều thành dòng một chiều cấu tạo như hình 3.9

Nguyên lý làm việc của Ampemét nhiệt điện như sau:

Khi cho dòng xoay chiều Ix chạy qua sợi dây dẫn, dây này bị đốt nóng Nhiệt độcủa dây 0=k0Ix2(k0là hằng số, phụ thuộc nhiệt dung dây dẫn) Nhiệt độ này làm nóngđầu công tác của cặp nhiệt ngẫu, ở đầu tự do của nó sẽ xuất hiện sức điện động nhiệt:

Et=kt 0= ktk0Ix2= k2Ix2 (kt cũng là hằng số phụ thuộc vật liệu và một số tính năng củaloại cặp nhiệt ngẫu)

Hai đầu tự do của cặp nhiệt ngẫu được nối với nhau thông qua cơ cấu chỉ thị từđiện Trong cơ cấu này có dòng chảy và kim chỉ thị sẽ lệch một góc 

n ct

t

R r

E D

W S B I D

W S B





I0: dòng điện qua cơ cấu chỉ thị

Rn: điện trở cặp nhiệt ngẫu

Rct: điện trở của cơ cấu chỉ thị

Từ đó ta có quan hệ giữa góc quay  và dòng điện cần đo:

38

Hình 3.9 Ampemét nhiệt điện

3

21

Ix

1.Sợi dây được đốt nóng

2 Cặp nhiệt ngẫu

3 Chỉ thị từ điện

2

x n

ct

x K I R

r

I k D

W S B

Ampemét nhiệt điện có sai số lớn, khả năng quá tải kém, công suất tổn hao lớn

Ưu điểm của loại Ampemét này là cho phép đo dòng điện ở tần số cao Tần số làmviệc rộng (từ một chiều đến hàng trăm MHz)

3.2 Đo điện áp

3.2.1 Khái niệm chung

Khi đo điện áp, Vônmét được nối song song với tải trong mạch đo (hình 3.10).Vônmét đã lấy một phần năng lượng của đối tượng đo nên gây sai số như sau:

Khi chưa mắc Vônmét vào mạch, điện áp rơi trên tải:

t ng t

R R

E



Lúc mắc Vônmét vào mạch, Vônmét sẽ

đo áp rơi trên:

ng t

ng t e v v e

t v

R R

R R R R R R

U U

e t

v t

R

R R R

R U

U U

Trong thực tế, người ta có thể dùng nhiều phương pháp và thiết bị đo điện ápkhác nhau

3.2.2 Vônmét một chiều

Cơ cấu từ điện chế tạo sẵn, có điện áp

định mức khoảng 50  75mV Muốn tạo ra

các Vônmét đo điện áp lớn hơn phạm vi này,

phải mắc nối tiếp với cơ cấu từ điện những

điện trở phụ bằng manganin (hình 3.11)

Tính giá trị điện trở phụ phù hợp với

điện áp Ux cần đo:

)1(

x cc

cc cc

U

U R R R R

U R

U

m U

U

cc

x  gọi là hệ số mở rộng thang đo về áp

Bằng phương pháp này mắc nối tiếp vào cơ cấu từ điện các điện trở phụ khácnhau tạo ra các Vônmét từ điện nhiều thang đo Ví dụ sơ đồ Vônmét từ điện có 3 thang

đo (hình 3.12)

Các Vônmét từ điện đo trực tiếp tín hiệu một chiều có sai số do nhiệt độ khôngđáng kể vì hệ số nhiệt độ của mạch Vônmét được xác định không chỉ hệ số nhiệt độdây đồng của cơ cấu từ điện mà cả hệ số nhiệt độ của điện trở phụ Điện trở phụ đượcchế tạo bằng Manganin là vật liệu ít thay đổi theo nhiệt độ

3.2.3 Vônmét xoay chiều

a Vônmét điện từ

Vônmét điện từ thường được sử dụng để đo điện áp xoay chiều ở tần số côngnghiệp Vì yêu cầu điện trở trong của Vônmét lớn nên dòng điện chạy trong cuộn dâynhỏ, số lượng vòng dây quấn trên cuộn tĩnh rất lớn cỡ 1000 đến 6000 vòng Để mởrộng và tạo ra Vônmét nhiều thang đo người ta mắc nối tiếp với cuộn dây điện trở phụ(giống như trong Vônmét từ điện)

Khi đo điện áp xoay chiều ở miền tần số cao hơn tần số công nghiệp sẽ xuất hiệnsai số do tần số Để khắc phục sai số này người ta mắc các tụ điện song song với cácđiện trở phụ (hình 3.13)