KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG: CHƯƠNG 4: ĐO ĐIỆN TRỞ

Độ chính xác của ohm_kế : Vì mạch đo điện trở không tuyến tính theo thang đo, nên sai số tăng nhiều ở khoảng đo không tuyến tính... Nguyên lý: Để đo điện trở trong máy đo điện tử người t

4.4 Cầu đôi Kelvin

4.5 Đo R có trị số lớn

4.6 Đo điện trở đất

1 Vôn mét mắc sau và Ampe mét mắc trước (lối mắc rẽ ngắn).

- Giá trị đo bởi

Nếu R v >>R x thì sai số này nhỏ nên sơ đồ này dùng để đo điện trở nhỏ.

2.Vôn mét mắc trước và Ampe mét mắc sau (lối mắc rẽ dài).

4.2 Phương pháp đo so sánh :

So sánh cần đo với điện trở mẫu đãã biết:

4.3 Phương pháp đo trực tiếp :

1 Oâmmét nối tiếp :

a Sơ đồ mạch :

b Nguyên lý ;

- Dòng điện qua chỉ thị :

I m = E/(R x +R 1 +R m )

Khi R x = 0, I m = E/(R 1 +R m ) = I max

- Trong qúa trình đo E, R 1 , R m =

const

I m = f(R x )

Thang đo được khắc độ theo R x cần đo

.R 1 : Điện trở chuẩn giới hạn đo R m : Điện trở chỉ thị

.E ; nguồn sức điện động (pin)

Chú ý :

- Thang đo có độ chia nghịch và không đều.

- Kết qủa đo phụ thuộc vào nguồn cung cấp.

Khi R x = ∞ , I m = 0

R x

R 1

R m E

I m

0

Ω

c Mạch đo trong thực tế ( Máy đo VOM) :

R x

R 1

R m E

I m

R 2

Để kết quả đo không thay đổi

theo điện áp nguồn,người ta

mắc thêm một biến trở R 2 // với

chỉ thị để điều chỉnh “0Ω” khi

nguồn E thay đổi Như vậy trước

khi đo phải ngắn mạch hai đầu

máy đo và điều chỉnh R 2 để

Oâm kế chỉ “0” rồi mới tiến

hành phép đo.

d Độ chính xác của ohm_kế :

Vì mạch đo điện trở không tuyến tính theo thang đo, nên sai số tăng nhiều ở khoảng đo không tuyến tính.

Khi ohm-kế chỉ ½ thang đo, thì điện trở R x = nội trở của 0hm-kế Nếu ở ½ thang đo

dòng điện chỉ thị có sai số ± 1% của thang đo thì kết quả đo điện trở sẽ có sai

số là ± 2%

Ví dụ: Nếu dòng điện chỉ thị có sai số ± 1% thì sai số của dòng điện ở ½ thang đo

là ± 2%, kết quả đo điện trở sẽ có sai số là 2%.(R 1 +R x )

Ví dụ: _ Nếu sai số thang đo điện trở là 1%, R 1 có sai số ± 1,ở ½ thang sai số dòng

điện là 2% thì kết quả sai số phép đo điện trở là ∆ R X % = 2%x(R 1 +R x ) = 2%x2R 1 = 4%

_ Nếu sai số thang đo điện trở là 1%, R 1 có sai số ± 1%,ở 0,8 thang sai số dòng

điện là : 1%.1/0,8 = 1,25%, R 1 = 4.R x thì kết quả sai số phép đo điện trở là

∆R X % = 1,25%x(R 1 +R x ) = 1,25% x 5 = 6,25%

d Mạch đo Ω trong máy đo VOM :

2 Đo điện trở trong VOM điện tử :

1 Nguyên lý:

Để đo điện trở trong máy đo điện tử người ta

chuyển đại lượng điện trở sang đại lượng điện áp,

sau đó đưa vào mạch đo của vôn kế điện tử Mạch đo điện trở có hai dạng:

_ Dạng nối tiếp _ Dạng mắc rẽ

2 Dạng nối tiếp:

Mạch đo điện áp

DC 1,5V

X 100K

X 10K

X 100

- Mạch thay đổi giới hạn thang đo gồm các điện trở

chính xác cao,sai số < 1%

- Vì tổng trở vào của đo điện áp DC rất lớn nên điện

áp trên điện trở chuẩn không đáng kể.

V đo = E.R x / (R x + R 1 )

đo Ví dụ: Ở thang đo Rx100, trị số đọc trên chỉ thị là 36Ω thì kết quả R x = 3600Ω

a Sơ đồ:

b Nguyên lý:

3 Dạng mắc rẽ:

a Sơ đồ:

_ Khi điện trở R x = 0, thì V đo = 0

_ Khi điện trở R x = ∞ thì V đo = E.R 2 /(R 1 +R 2 )

_ Ở giá trị bất kỳ :

V đo = E.(R 2 //R x )/(R 1 +R 2 //R x )

= E.(R x .R 2 )/(R x .R 2 +R 1 .(R 2 +R x )

Khi R x = R 1 //R 2 = R 1 .R 2 /(R 1 +R 2 ) thì V đo = ½.E.R 2 / (R 1 +R 2 )

Kim chỉ ½ thang đo

Mạch đo điện áp

DC 1,5V

R X

E 1,5V

R 1

R 2 V

đ o

V đo

V đo = I.R x

Nguồn dòng Không đều

Thay đổi dòng điện I để thay đổi giới hạn đo của ohm kế.

4.4 Phương pháp cầu đo :

1 Cầu đơn (cầu Wheatstone) :

a Sơ đồ :

- R 1 : Hộp điện trở mẫu (0,1÷10 6Ω)

- R 2 ,R 3 : Điện trở tạo tỉ số

- Chỉ thị : Điện kế từ điện

c Cầu hộp

_ Cân bằng cầu khi đo

bằng cách chọn tỷ số

R 3 /R 2 giữ cố định tỷ số

_ Có thể mở rộng giới hạn đo của cầu hộp bằng cách tạo ra R 3 có nhiều giá trị lớn nhỏ hơn nhau 10 lần dùng chuyển mạch B thay đổi tỉ số

Sai số của phép đo điện trở bằng cầu hộp phụ thuộc vào độ ổn định, độ chính xác của mạch điện trở nhánh cầu; phụ thuộc vào độ trể biến thiên (R1); độ chính xác và độ nhạy của chỉ thị cân bằng.

d.Cầu biến trở - Trong cầu biến trở,

khi đo để cân bằng người ta giữ cố định điện trở R 1, điều chỉnh

tỉ số R 3 /R 2 một cách đều đặn cho đến khi kim chỉ thị chỉ “0”â (cầu đã cân bằng)

- Muốn vậy hai nhánh cầu R 2 và R 3 được tạo bởi

một biến trở có con trượt, quấn trên ống thẳng hoặc ống tròn Dây điện trở thường bằng

Manganin Tỉ số điện trở hai phấn dây quấn hai

bên con trượt D bằng tỉ số chiều dài hai phấn ống này.

- Thang chia độ giá trị tỉ số hai điện trở được khắc song song với ống dây điện trở này từ 0 ÷

∞- Điều chỉnh vị trí con trượt D trên biến trở để đạt được điều kiện

cân bằng cầu Giá trị điện trở

cần đo R x được xác định theo công

thức.

- Mở rộng dải đo của cầu bằng cách chế tạo điện trở R 1 thành nhiều điện trở có giá trị khác nhau và thông qua chuyển mạch B để thay đổi giá trị này.

= R1

R2

Rx R3

Trong công nghiệp người ta thường sử dụng cầu

Wheatestone không cân bằng.

Điện áp ngõ ra để hở của cầu

Tổng trở r ngõ ra

Điện áp ngõ ra khi điện kế được tháo ra khỏi cầu :

V x – V 4 = E.[(R x /(R x +R 1 ) – R 2 /(R 2 +R 4 )]

Tổng trở ngõ ra của cầu được xác định: r = (R 1 //R x ) + R 2 //R 4 ) Dòng điện qua điện kế khi cầu không cân bằng : I g = V x – V 4

r + r g Như vậy dòng điện qua điện kế sẽ phụ thuộc vào R X hay sự thay đổi Phương pháp này không cần nguồn E ổn định.Độvnhạy ∆R X cần đo của cầu phụ thuộc vào nguồn E và điện trở R g Độ

chính xác phụ thuộc vào các phần tử của cầu.

G

V x -V 4

Mạch Thevecnin khi tải

là điện kế

rg : Nội trở điện kế

I g

Ví dụ: Xác định sự thay đổi lớn nhất mà điện kế G có thể

phát hiện được khi độ nhạy của

Điện kế G = 1µA/div (1 vạch chia trên thang đo) với P = 3,5kΩ, Q

= 7kΩ, S = 4kΩ, nội

trở của điện kế G r g = 2,5k PΩ, nguồn E b = 10V

R x

Q S

r E

P R

Mạch Thevecnin khi tải

là điện kế

rg : Nội trở điện kế

I g

Điện áp ngõ ra để hở của cầu

Tổng trở r ngõ ra

Theo biểu thức mạch tương đương thevecnin

V X – V S = I g x (r + r g )

Với: r = (P//Q) + (Q//S) = 3,5 x 7/(3,5+7) + 7 x 4/(7+4) = 3,82 kΩ

Khi Ig thay đổi 1mA thì sự thay đổi V X – V S là:

∆(V X -V S ) = ∆I g x (r + r g = 1 ) µA x (3,82 + 2,5)kΩ= 6,32 mV Mà :

∆(V X -V S ) = E b x {(∆R+R)/(R+∆R+P) – S/(P+S)}

Như vậy ∆R min có được khi ∆(V X -V S ) = 6,32mV, ∆R min ≤ (2+3,5)KΩ

6,32mV = 10V x {(∆R min +2kΩ)/(2kΩ+∆R min +3,5kΩ) – 4kΩ/(7kΩ+4kΩ)} {(∆R min +2kΩ)/(2kΩ+∆R min +3,5kΩ) – 4kΩ/(7k = 6,32mV/10 = 0,632mVΩ+4kΩ)}

( ∆R min +2kΩ)/(2kΩ+∆R min +3,5kΩ) = 0,632mV+4kΩ/(7kΩ+4kΩ)

2 Cầu đôi (cầu Kelvin) :

a Sơ đồ :

- R 1, R 2 ,R 3 ,R 4 là các biến trở

- Chỉ thị : Điện kế từ điện

- R 0 : Điện trở mẫu

Điện trở nhỏ, để loại bỏ điện

trở tiếp xúc về cấu tạo được

chế tạo dạng 4 đầu :

1 - 1 : đầu dòng điện

2 – 2 : đầu điện áp

2 2

Khi đo mắc mạch như hình vẽ Điều

Chỉnh R 1 ,R 2 ,R 3 ,R 4 , để cầu cân bằng.

Khi cầu cân bằng ( I g = 0 ) ta có:

Khi chế tạo phải đảm bảo sao cho

4.5 Đo điện trở có giá trị lớn :1.Đo điện trở bằng Vônmét và Ampemét :

Có thể đo điện trở cỡ 10 5 ÷ 10 10 Ω như điện trở

cách điện bằng PP Vôn ampe Nhưng chú ý loại trừ

ảnh hưởng của dòng điện rò qua dây dẫn hoặc

cách điện của máy Muốn loại trừ dòng điện rò

cần phải dùng màng chắn tĩnh điện hoặc dây có

bọc kẽm

Để đo điện trở cách điện

khối dùng điện kế G để đo

dòng xuyên qua khối cách

điện; còn dòng rò trên bề

mặt của vật liệu qua cực

phụ xuống đất Điện trở

cần đo được xác định nhờ

độ chỉ của Vônmét và

điện kế.

Khi đo điện trở cách điện mặt thì dòng rò trên bề mặt của vật liệu được đo bằng điện kế, còn dòng xuyên qua khối vật liệu thì được nối qua cực chính

xuống đất Kết quả được xác định nhờ độ chỉ của Vônmét và điện kế (G).

1.Hai cực đo 2.Tấm cách điện 3.Cực phụ

Rx = V

Ig

Đo điện trở cách điện khối Đo điện trở cách điện bề mặt

2 Đo điện trở bằng Megohm mét :

Mêgôm mét là dụng cụ dùng để đo điện trở cách điện của các thiết bị điện

a Cấu tạo :

b Nguyên lý :

Khi đo quay tay quay máy phát F

đến tốc độ

F: Máy phát một chiều quay tay

U F = 500 ÷ 2000 V

R 1 ,R 2 : Điện trở mẫu

R X : Điện trở cấn đo

R hc : Điện trở hạn chế CT: Tỉ số kế từ điện

_ Chỉ đọc kết qủa sau khi đo khoảng 20 ÷ 30 s

_ Điện trở cách điện của các thiết bị điện khi sư

3 ỨNG DỤNG :

a, Đo điện trở cách điện dây lưới đện khi cắt nguồn :

Mạch đo được ngắt ra khỏi nguồn

dây mass (dây trung tính)

_ Điện trở đo được

R X = R A //(R AB +R B )

A B C

b, Đo điện trở đoạn dây bị chạm mass :

- Khi đo mắc mạch như

hình vẽ

- Điều chỉnh R 2 và thay

đổi R 1 để cầu cân

L a (R a )

L b (R b ) E

Một đoạn dây cáp 3pha

có một dây bị chạm mass

được chôn dưới đất có

chiều dài 5000 m Dùng

cầu Wheateon để xác định

và cầu cân bằng khi R 1 =

100Ω,

R 2 = 300Ω Cáp dẫn điện

là dây đồng đồng chất.

Xác định chỗ chạm mass

Khi cầu cân bằng ta có :

100+300

b, Đo điện trở đoạn dây bị chạm mass :

_ Khi khóa S ở vị trí a,

Để phép đo đượïc chính

xác hơn người ta thường

dùng sơ đồ

_ Khi khóa S ở vị trí b, điều chỉnh R /

3 để cầu cân bằng R 2

R a +(R b - R x )

R x +R /

3

Ví dụ: Nếu La = Lb = 10Km, điện trở riêng

của dây cáp ρ = 0,02Ω/km, R 1 =1kΩ, R 2 =2kΩ

4.6 Đo điện trở đất :

b.Cọc đo điện trở đất:

là thanh dẫn điện bằng kim loại (thường làm

bằng đồng) hoặc nhiều thanh dẫn điện được

đóng xuống đất, vùng đất cần đo điện trở,

1 Khái niệm chung.

là điện trở của vùng đất cần đo tiếp xúc với cọc đất sẽ được xác định

bởi điện áp rơi trên điện trở đất, khi có dòng điện chạy qua nó.

Trong thực tế điện trở đất phụ thuộc vào môi trường xung quanh (nhiệt độ, độ ẩm),thành phần của đất.

Nguồn tín hiệu cung cấp cho mạch đo là nguồn tín hiệu xoay chiều

Dạng sin hoặc xung vuông Chúng ta tránh dùng nguồn DC do ảnh

hưởng của điện giải sẽ làm tăng sai số do điện thế điện cực Nếu dùng điện lưới của điện lực thì phải dùng biến áp cách ly tránh ảnh

hưởng của dòng trung tính (nếu có điện thế mất đối xứng) và cọc đất

của dây trung tính.

c Nguồn điện áp cung cấp cho mạch đo:

a Điện trở đất:

Để đo điện trở đất khảo sát, các cọc đất không

được ảnh hưởng với nhau (nghĩa là các điện trở cọc

A là R A không bị ảnh hưởng bởi vùng đất cọc B có

điện trở đất là R B ) Người ta khảo sát thực tế như

hình dưới đây.

d Khoảng cách giữa các cọc đất:

Dòng điện I qua vùng đất giữa 2 cọc đất sẽ tạo ra

- điện áp: V AC = R A x I R A : điện trở đất của cọc A,

- điện áp: V AB = R B x I R B : điện trở đất của cọc B

- Khi cọc P được đóng giữa cọc A và cọc B ở bất kỳ vị trí nào, thì V AC giữa cọc

A,B có trị số thay đổi theo đường biểu diễn hình vẽ

- Như vậy ngoài phạm vi 10m, thì điện áp V AC không thay đổi (các điểm ngoài 10m đẳng thế)

- Vì thế 2 cọc đất càch nhau 20m sẽ có điện trở đất không ảnh hưởng lên nhau

(trong thực tế 2 cọc cách nhau (10 ÷ 20)m có thể xem như 2 cọc đất riêng

biệt).

V AC

V BC

2 Mạch đo điện trở đất dùng V.mét và A.mét

Điện trở cho bởi vôn mét

Nếu chúng ta quan tâm đến sai

số do V.mét và điện trở cọc

phụ thuộc điện áp thì R x có sai

số tương đối: R p : điện trở đất của cọc phụ

Mạch đo được mắc như hình vẽ

Cọc A : cọc đo điện trở đất

R x

Cọc P : cọc phụ đo điện áp

Cọc C : cọc phụ đo dòng

điện

* Phương pháp đo gián tiếp :

Sơ đồ

I v

3 Đo điện trở đất bằng cầu đo xoay chiều :Đây là một dạng cầu

Wheatstone để đo điện trở của dung dịch có tính chất điện giải bằng hai điện cực cũng được ứng dụng để đo điện trở đất điện trở R A + R B được xác định khi cầu cân bằng (giống như phương pháp gián tiếp dùng V.mét và A.mét).

4 Đo điện trở đất bằng máy

đo điện trở.

Dòng điện I 1 đi qua cuộn dây

1 của tỉ số kế đi qua vùng đất cần đo điện trở Dòng điện I 2 đi qua cuộn dây 2 đi qua cọc phụ.Tỉ số I 1 /I 2 phụ thuộc vào điện áp rơi trên cọc đo và cọc phụ Điều chỉnh biến trở R s , I 2 thay đổi.

Vì :

VAP = (Rs +r2) = Rx.I1

RA+RB = R3

R1

Sơ đồ

sẽ xác định R x khi r 2 đã biết

được.

số kế là DC, còn dòng i 1

chạy qua vùng đất đo là

AC, do đó có bộ chuyển

đổi I 1 (DC) sang i 1 (AC) đưa

vào cọc đo Sau đó dòng

i 1 (AC) chuyển sang I 1 (DC) trở

về máy phát G một chiều

bằng bộ chỉnh lưu Còn

điện áp V AP (AC) được chỉnh

=

Như vậy trong các máy đo cổ điển, dùng máy

phát (quay tay) thường có trục quay gắn liền với bộ chuyển đổi DC sang AC, hoặc chỉnh lưu từ AC về DC dùng hiện tượng cơ điện.

Tỉ số dòng điện I 1 /I 2 được xác định :

Sơ đồ máy đo

Ví dụ :

Một đoạn dây cáp 3pha

có một dây bịt chạm mass

được chôn dưới đất có

chiều dài 5000 m Dùng

cầu Wheateon để xác định

và cầu cân bằng khi R 1 =

100Ω,

R 2 = 300Ω Cáp dẫn điện

là dây đồng Xác định chỗ chạm mass

Vỏ bọc kim loại L X (R X )

L a (R a )

L b (R b ) E

G

R 2

R 1

Dây chạm mát

Dây tốt

Chỗ chạm mát

Khi cầu cân bằng ta có : L X = R 1 x 2L

Vỏ bọc kim loại

L X (R X )

L a (R a )

L b (R b ) E

G

R 2

R 1