KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG: CHƯƠNG 2: CƠ CẤU ĐO

Nếu đặt vào trục phần động một lò so cản, khi phần động quay một góc α, lò so sinh ra một mô men cản • Khi cho năng lượng điện dòng điện hay điện áp vào các cơ cấu đo cơ điện, các cơ

Nếu đặt vào trục phần động một lò

so cản, khi phần động quay một góc α, lò so sinh ra một mô men cản

• Khi cho năng lượng điện (dòng điện

hay điện áp) vào các cơ cấu đo cơ điện, các cơ đo

cơ điện sẽ tích lũy năng lượng điện,từ trường

•Wđt = Wt + Wc + WM Trong đó : _ W t : Năng lượng từ trường

_ W c : Năng lượng điện trường

_ W M : Năng lượng hỗ cảm

Chỉ thị cơ điện là loại chỉ thị

mà kết quả phép đo là sư lệch

của một kim trên một thang chia

độ

Năng lượng này sinh ra một

mô men quay•Mq = dWđt / d = f(u,i) α

_ Mô men quay :

_ Mô men cản :

•Dưới tác động của mô men quay và mô men

cản,phần động cơ cấu đo sẽ dừng ở vị trí cân bằng khi : Mq = MC

•_ Phương trình đặc tính thang đo :

Lò so phản kháng

a Trục và

trụ :

* Trục :

Làm bằng thép tròn có d = (0.8 ÷ 1,5)

mm, chiều dài l = (1,5 ÷ 5) mm, đầu

trục có dạng hình nón có góc ở đỉnh

α = (45 ÷ 60)0 và đỉnh bán cầu có bán

kính r = (0,05 ÷ 0,3) mm Ứng suất

đầu trục ρ = 5.107 N/cm2

Giữa trục và trụ có thể điều chỉnh lên xuống

được, sao cho mô men ma sát giữa chúng là nhỏ

Làm bằng đá cứng, mặt trụ khoét

hình nón có góc ở đỉnh 800, ở đỉnh có

chỏm cầu có đường kính d

=( 0,15 ÷ 0,5) mm

b Lò so phản kháng :

Lò so phản kháng tạo ra mô men cản

và dẫn điện vào phần động :

* Để đảm bảo độ chính xác,mô

men cản riêng D phải ổn định và

không thay đổi theo nhiệt độ và thời

gian sử dụng vì vậy nó được chế tạo

các vật liệu có độ đàn hồi và dẫn

điện tốt như : Cu-Bi, Cu-Ph, Cu-Zn

* Để phạm vi hoạt động rộng, lò so

được chế tạo dạng xoắn ốc

Trong các chỉ thị có độ nhạy cao,

người ta thay trục, trụ, lò so phản

kháng bằng dây căng hoặc dây

treo

Lò so phản kháng

Dây treo Dây căng

c Kim và chỉ thị quang

học :

Kim được làm bằng nhôm hoặc

các hợp kim của nhôm hay bằng

thủy tinh

- Để đảm độ chính xác, kim phải

thẳng, nhỏ, nhẹ Để dễ quan sát,

kim được chế tạo với hình dạng

khác nhau

- Trong các chỉ thị có độ nhạy

cao, người thay kim bằng chỉ thị

quang học

1.Nguồn sáng 2.Thấu kính

3.Vật chuẩn 4.Gương

5.Thang đo 6.Gương phản xạ

Khi trục quay 1 góc α, gương cũng quay một góc α, nhưng tia phản chiếu sẽ quay một góc 2α

Một số dạng thang đo

Để tránh hiện tượng đọc sai,người ta đặt một

gương phản chiếu phía dưới thang đo Người ta chỉ đọc kết qủa khi kim và ảnh của nó trong gương trùng nhau

đ Bộ phận cản

dịu :

Trong qúa trình đo, phần động sẽ dao động Để rút ngắn quá trình dao động, giảm thời gian dao động,tăng tốc độ đo và cải thiện đặc tính động Trong các chỉ thị cơ điện thường có bộ phận cản dịu Các cản dịu thường dùng :

Bộ cản dịu này gồm một hộp kín,

trong đó có một cánh chuyển gắn liền

với trục quay Khi phần động của cơ cấu

chuyển động, cánh chuyển động duy

chuyển từ bên này sang bên kia tạo nên

một hiệu áp giữa hai mặt cánh động

làm cản trở sự duy chuyển của phần

Gồm một lá nhôm mỏng, lá nhôm có

hình quạt di chuyển trong khe hở của một

nam châm vĩnh cửu, tạo nên một dòng

điện cảm ứng trong lá nhôm Do sự tác

động tương hỗ giữa dòng điện và từ

trường của nam châm tạo ra lực chống

lại sự chuyển động của phần động.

Nam châm

Trục

Kim chỉ thị

Đĩa nhôm

+ Cản dịu kiểu cảm ứng:

2 Chỉ thị từ điện.

* Phần tĩnh:

•Gồm nam châm vĩnh cửu,

cực từ, lõi sắt non, hình thành

dây đồng có d = 0,03 ÷

0,2mm.Trên trục mang kim chỉ thị lò so phản kháng, thang đo

a,Cấu tạo:

_ Khi có dòng điện một chiều

đi vào cuộn dây

Mq = B.S.W.I

Dưới tác dụng của mô men quay, phần động sẽ quay Khi quay xoắn hai lò so phản kháng tạo ra mô men cản:

Mc = D. α

Tại vị trí cân bằng lúc M q = M c ta có :

B.S.W.I = D.α

α = SI.I Trong đó : S I = B.S.W/D độ nhạy

•*B : cường độ từ trường nam châm

vĩnh cửu.

•* S: tiết diện khung dây.

•*W: số vòng dây.

•* I: cường độ dòng điện chạy vào

một cuộn dây.

_ Từ trường này sẽ tác dụng với

từ trường nam châm vĩnh cữu, tạo

ra một lực điện từ và sinh ra một

mô men quay tác động lên phần

động:

cuộn dây sẽ sinh ra một từ trường B M C

_ Khi cho dòng điện xoay chiều đi vào cuộn dây.

i = Imax sinω.t

Mqt = B.S.W.i = B.S.W.Imax.sinω.t

c Đặt điểm và phạm vi ứng dụng của chỉ thị :

* Đặc điểm:

_ Ưu điểm:

+ Độ nhạy và độ chính xác cao, có thể đạt cấp chính xác 0,5%

+ Vì góc quay tuyến tính theo dòng điện cho nên

thang có khoảng chia đều

+ Kết quả đo ít chịu ảnh hưởng từ trường ngoài,

vì từ trường cơ cấu do nam châm vĩnh cửu tạo ra

tương đối lớn.

+ Công suất tiêu thụ nhỏ từ 25µW ÷ 200µW, nên ảnh hưởng không đáng kể đến chế độ mạch đo.

+ Độ cản dịu tốt.

+ Độ nhạy S I không đổi trong suốt thang đo.

_Nhược điểm:

• + Khả năng chịu quá tải kém nên thường dễ bị hư

hỏng nếu dòng điện quá mức đi qua.

• + Không đo được dòng xoay chiều.

• + Đối với khung quay có dây xoắn dễ bị hư hỏng khi

bị chấn động mạnh hoặc di chuyển quá mức giới hạn

Do đó cần đệm quá mức khi cho cơ cấu hoạt động.

• + Kết qủa đo chịu ảnh hưởng của nhiệt độ.

• + Cấu tạo phức tạp, gía thành cao.

• Lôgômét từ điện có cấu tạo

giống chỉ thị từ điện nhưng phần

động có hai cuộn dây, lõi sắt

hình trụ bị khoét đi một rãnh và

không có lò so phản kháng.

Khi dòng điện I1,I2 đi vào các cuộn dây W1,W2 Từ

trường của các cuộn này sẽ tác dụng từ trường

của NCVC sẽ sinh ra momen quay Mq1, Mq2 có tác

dụng ngược nhau

3.Cơ cấu đo

điện từ : a.Cấu tạo:

* Phần tĩnh : Là một cuộn dây phẳng Bên trong có

khe hở không khí là khe hở làm việc.

* Phần động : là một lõi thép được gắn trên trục

quay, trên trục mang kim chỉ thị, lò so phản kháng

1.Cuộn dây dẹt 2.Miếng sắt di động

3.Lò so phản kháng

4.Trục 5.Kim chỉ thị 6.Thang đo 7.Đối trọng

1.Cuộn dây tròn

2.Miếng sắt cố

Loại hút

Bộ phận cản dịu

Trong đó : dL/dα = a là hằng số

Dưới tác dụng của mô men quay, phần động sẽ

quay Khi quay

xoắn hai lò so phản kháng tạo ra mômen cản

• M c = D.α

Tại vị trí cân bằng lúc M q = m c ta có :

½.a.I 2 = D α

α = s i I 2 Trong đó S I = a/2.D độ nhạy

* Khi cho dòng điện xoay chiều đi vào cuộn dây

phương trình đặc

tính thang đo tương tự như một chiều.

* Ưu điểm:

+ Đo được dòng điện xoay

chiều và một chiều.

+ Khả năng chịu quá tải

thang đo.

∀ + Kết quả đo chịu ảnh hưởng từ trường ngoài.

• + Công suất tiêu thụ

tương đối lớn.

c Đặc điểm và phạm vi

4 Cơ cấu đo

điện động:

Gồm cuộn dây 1 (được chia làm hai phấn

nối tiếp với nhau), để tạo ra từ trường

khi

có dòng điện chạy qua Trục quay chui qua

2.Cuộn di động 3.Lò so phản kháng

Gồm có một cuộn dây 2 đặt

trong lòng cuộn dây tĩnh Cuộn

dây được gắn với trục quay, trên

trục còn có lò xo cản, bộ phận

cản dịu và kim chỉ thị.Hình dạng

cuộn dây động và tĩnh có thể

tròn hoặc vuông

a Cấu tạo:

* Phần tĩnh:

* Phần động:

b.Nguyên lý làm

• trong đó : dM 12 /dα = a hằng số

Dưới tác dụng của mô men quay, phần động sẽ quay Khi quay xoắn hai

lò so phản kháng tạo ra mômen cản:

_ Khi cho các dòng điện xoay chiều đi vào các cuộn dây

- I 1 ,I 2 : Tri hiệu dụng

- ϕ: Góc lệch pha giữa I 1 ,I 2

1 T

+ Cấu tạo tương đối phức tạp.

+ Độ nhạy thấp và tiêu thụ công suất tương đối lớn.

c Đặc điểm và phạm vi ứng

dụng:

5 Cơ cấu chỉ thị sắt

điện động:

a.Cấu tạo:

Giống của chỉ thị điện động, nhưng

cuộn dây phần tĩnh được quấn

xác kém hơn

+ Kết quả đo ít chịu ảnh hưởng của từ trường

6 Cơ cấu đo

5.Trụ

a.Cấu tạo:

_ Khi có dòng điện xoay

chiều I 1 ,I 2 đi vào cuộn dây

1,2 các dòng điện này sinh

ra từ thông Φ1 ,Φ2, các từ

thông này đi qua đĩa nhôm,

_ Các từ thông Φ1 ,Φ2, đi qua đĩa nhôm sẽ cảm ứng trong đĩa nhôm các sức điện động e 1 ,e 2 .

_ Vì đĩa nhôm là một mạch điện kín nên có các dòng điện cảm ứng i cư1 ,i cư2 chạy trong đĩa nhôm

Dựa trên sự tác dụng tương hổ giữa từ trường Φ1 do i 1 tạo ra lên dòng điện i 2 và ngược lại.

b.Nguyên lý:

Mô men quay tác dụng lên đĩa nhôm:

0

1 T

- Độ nhạy và độ chính xác thấp.

- Mô men quay phụ thuộc vào tần số

- cấu tạo phức tạp

* Phạm vi ứng dụng: Dùng để chế tạo

công tơ đo điện năng

_ Dòng điện i cư1 đi qua vùng có từ thông Φ2 sẽ tác dụng với từ thông này tạo ra M q1 = k 1 .i cư1 .Φ2

_ Dòng điện i cư2 đi qua vùng có từ thông Φ1 sẽ tác dụng với từ thông này tạo ra M q2 = k 2 .i cư2 .Φ1

= C.f.k 1 I 1 k 2 I .2 sinϕ

= S I I 1 I .2 sinϕ

CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG GẶP TRÊN CÁC MÁY ĐO CƠ ĐIỆN

Từ điệnĐiện từ Điện động Sắt điện động Cảm ứng Tĩnh điện

1 Ký hiệu đại lượng đo :

2 Ký hiệu chỉ thị sử dụng :

A Dòng điện

V Điện áp

W

Công suất tác dụng

Hz Tần số

3 Ký hiệu thiết bị có trong máy :

Có điot Có bản rung Có màn

chắn từ

Có màn chắn tĩnh điện

Có biến dòng điện

BU

Có biến điện áp

5 Ký hiệu điện áp đã thử cách điện :

2

2 KV

TEST 2 KV

0

0 KV

TEST 0 KV

Đã thử cách điện

ở điện áp 2 KV

Chưa thử cách điện

4 Ký hiệu cách đặt máy :

30 0

Đặt nằm ngang Đặt thẳng đứng Đặt nghiêng một góc

6 Ký hiệu cấp chính xác :

Là các con số : 0,1, 0,5, 1, 1,5

CLOSS : 0,1, 0,5, 1, 1,5 Câu hỏi

500 V

TEST 500

V Đã thử cách điện

ở điện áp 500V

1 Chỉ thị số cơ khí:

Gồm có các bánh răng được ghép lại, từ hàng

đơn vị đến hàng chục, trên có các con từ 0→9 Các bánh răng này khi chuyển động sẽ thể hiện các con số và được nối với một bộ nhông, và khi một bánh răng quay hết một vòng thì sẽ kéo theo bánh

răng hàng chục lệânh một đơn vị

2 Chỉ thị số ghép:

Các con số từ 0→9 được tạo thành bởi nhiều đèn ghép lại theo nhiều cách khách nhau Như vậy mỗi đèn chỉ tượng trưng cho một phần của các con số trên nền màn chỉ thị Để thể hiện các con số này phải sử dụng một mạch điện tử được thiết kế bởi các phép logic điều khiển cho các đèn sáng lên một cách hợp lý.Các loại đèn thường dùng để ghép thành các

con số là :

- Đèn huỳnh quang,

- Đèn diode phát quang

(LED), đèn tinh thể lỏng

(LCD) 7 đoạn

2.2 CHỈ THỊ SỐ

Đèn 7 đoạn Đèn hùynh quang

* Đèn huỳnh quang :

Có cấu tạo các con số (o ÷ 9) được

ghép bởi 7 đèn.

Khi điện áp đặt giữa lớp 2 và lớp 4

đủ lớn thì chất huỳnh quang phát sáng

Thực tế nếu tầng số điện áp từ 0,5

đến 1Hz thì chỉ thị bắt đầu sáng ở

điện áp 70V, còn ở tần số thấp hơn

(50Hz) thì điện áp phải ≥ 220V Độ chói

sáng phụ thuộc vào điện áp xoay

chiều, nhưng không thể thấp hơn 70V,

gây bất tiện cho thế hệ máy đo dùng

linh kiện bán dẫn Người ta chế tạo loại

đèn huỳnh quang điện áp ( sử dụng

chất bán dẫn Cacbide Silicium) Loại này

chỉ cần nguồn cung cấp từ 3V đến 4V

(xoay chiều hoặc một chiều) Các chử

số (0 ÷ 9) các chữ số được hình thành

từ 20 chấm sáng mỗi chấm là một

đèn

* Đèn diode phát quang bảy đoạn (LED 7 đoạn):

Các diode phát quang được chế tạo từ chất bán dẫn Gallium Phosphide hoặc Gallium Arsenide phosphide Đây là các loại bán dẫn có khả năng phát sáng khi mối nối p-n được phân cực thuận Vì các hạt tải mang điện tích dương và âm khi vượt qua mối nối p-n để tái hợp sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng quang năng Sự phát sạ ánh sáng có thể ở vùng ánh sáng nhìn thấy được hoặc không Độ phát sáng phụ thuộc vào dòng phân cực thuận, vào khoảng vài mA

Cũng là loại chỉ thị số

ghép có đặc tính tiêu thụ

công suất nhỏ hơn (vài µw ) và

tốc độ đáp ứng chậm hơn so

với LED

Có hai loại vật liệu tinh thể

lỏng được dùng là Neurmatic

và Cholesteric Nermatic được

dùng nhiều Đây là loại chất

lỏng trong suốt

* Đèn tinh thể lỏng(LCD):

Nếu áp vào nó một điện trường lớn thì làm xuất hiện các ion di chuyển, phá vỡ cấu trúc tinh thể thông thường, làm cho các chất lỏng này bị phân cực và trở nên chắn ánh sáng Khi điện trường bị ngắt đi thì chất lỏng trở về dạng tinh thể cũ và

trong suốt trở lại

2.Bản cực động

3.Trục 4.Kim chỉ thị 5.Thang đo

c.Đặc điểm và phạm vi ứng dụng : * Đặc điểm:

_ Ưu điểm:

+ Đo điện áp DC và AC trong dãy

tầng rất rộng vì điện dung giữa các

bảng cực rất nhỏ.

+ Chỉ thị có độ chính xác tương đối

cao.

+ Điện trở đầu vào rất lớn, đo

công suất nhỏ.

+ Đo điện áp cao ( trên KV )

_ Khuyết điểm:

+ Thang đo không đều.

+ Kết quả đo phụ thuộc vào từ

trường ngoài.

+ Vì độ nhạy không cao, để an toàn

và tăng độ nhạy chỉ thị người ta

dùng hệ thống quang và gương quay

trong các vôn mét tĩnh điện.

b Nguyên lý: