Tài liệu Đo các thông số mạch điện ppt

Các ph ng pháp đo đi n tr.

CH NG 13.

Các thông s c b n c a m ch đi n g m: đi n tr R, đi n dung (C) và dung kháng ZC, đi n c m (L) và c m kháng ZL, góc t n hao (tgδ) và h s ph m ch t

c a cu n dây (Q)… Các thông s này có th đ c đo b ng nhi u ph ng pháp và thi t b đo khác nhau: đo b ng ph ng pháp gián ti p (dùng vônmét đo đi n áp

U, ampemét đo dòng đi n I qua đi n tr , dùng đ nh lu t Ôm R=U/I tính đ c

k t qu đi n tr R); ho c dùng ph ng pháp tr c ti p đo R b ng các ômmét, farađômét, henrimét…; đo t ng tr Z và các thành ph n c a nó b ng các c u xoay chi u

Tùy thu c vào yêu c u và đi u ki n c th c a bài toán đo l ng mà ta ch n

ph ng pháp và thi t b đo cho phù h p

13.1 Các ph ng pháp đo đi n tr

13.1.1 Các ph ng pháp gián ti p:

- o đi n tr b ng vônmét và ampemét (H.13.1a,b):

Hình 13.1 o đi n tr b ng vônmét và ampemét

D a vào s ch c a ampemét và vônmét xác đ nh đ c giá tr đi n tr R'x:

I

U

R x' =

Giá tr th c Rx c a đi n tr c n đo đ c xác đ nh theo cách m c ampemét và vônmét trong m ch nh sau:

Hình 13.1a:

v

v x

x

R

U I

U I

I

U I

U R

−

=

−

=

=

Hình 13.1b:

I

I U I

U U R

x

A x

A

R

−

=

−

=

Nh v y giá tr R'x tính theo đ ch c a ampemét và vônmét s có sai s

Sai s trong s đ hình a) do đ ch c a ampemét là t ng dòng qua vônmét và dòng qua Rx t c là sai s ph thu c đi n tr trong c a vônmét (Rv):

(%) 100 (%)

100 (%)

100

%

'

v x v

x x x

x x a

R

R R

R

R R

R R

−

≈ +

−

=

−

=

β

Sai s trong s đ hình b) do đ ch c a vônmét là t ng đi n áp r i trên ampemét

và đi n tr r i trên Rx, t c là sai s ph thu c đi n tr trong c a ampemét (RA):

(%) 100 (%)

100

%

'

x A x

x x b

R

R R

R R

≈

−

=

β

Nh v y đ b o đ m sai s nh nh t thì đ đo đi n tr Rx t ng đ i nh nên dùng s đ hình a), còn đo đi n tr Rx t ng đ i l n thì dùng s đ hình b)

- o đi n tr b ng vônmét và đi n tr m u R 0 (H.13.2):

Hình 13.2 o đi n tr b ng vônmét và đi n tr m u

i n tr Rx c n đo m c n i ti p v i đi n tr m u R0 (có đ chính xác cao) và

n i vào ngu n U Dùng vônmét đo đi n áp r i trên Rx là Ux và đi n áp r i trên

đi n tr m u là U0

D a trên giá tr các đi n áp đo đ c tính ra giá tr đi n tr c n đo Rx:

0 0 0

0

U

U R R

U R

U I

x x

x

=

Sai s c a phép đo đi n tr này b ng t ng sai s c a đi n tr m u R0 và sai s

c a vônmét (ho c d ng c đo đi n áp)

- o đi n tr R x b ng m t ampemét và đi n tr m u (R 0 ) (H.13.3):

Hình 13.3 o đi n tr b ng m t ampemét và đi n tr m u

i n tr Rx c n đo n i song song v i đi n tr m u R0 và m c vào ngu n cung

c p U Dùng ampemét l n l t đo dòng đi n qua Rx là Ix và dòng qua R0 là I0

D a trên giá tr các dòng đi n đo đ c tính ra giá tr đi n tr c n đo Rx:

0 0 0

0

I

I R R

I R I U U

x x x

x

=

Sai s c a phép đo này b ng t ng sai s c a đi n tr m u R0 và sai s c a ampemét (ho c d ng c đo dòng đi n)

13.1.2 Các ph ng pháp tr c ti p:

đo tr c ti p đi n tr th ng s d ng Ôm k (Ohmmeter)

Nguyên lý c a ôm k : xu t phát t đ nh lu t Ôm (Ohm’s Law):

I

U

R=

N u gi cho đi n áp U không thay đ i thì d a vào s thay đ i dòng đi n qua

m ch khi đi n tr thay đ i có th suy ra giá tr đi n tr c n đo C th n u dùng

m ch đo dòng đi n đ c kh c đ theo đi n tr R thì có th tr c ti p đo đi n tr

R Trên c s đó ng i ta ch t o các ôm k đo đi n tr

Phân lo i ôm k : ph thu c vào cách s p x p s đ m ch đo c a ôm k có

th chia ôm k thành hai lo i:

̇ Ôm k n i ti p

̇ Ôm k song song

13.2 Ohm k (Ohmmeter)

13.2.1 Ôm k n i ti p:

Là ôm k có đi n tr c n đo Rx đ c n i ti p v i c c u ch th t đi n (H.13.4a):

Hình 13.4 Ôm k n i ti p:

a) S đ m ch đo ; b) c tính thang chia đ

Các ôm k s đ n i ti p th ng dùng đ đo các đi n tr có giá tr tr lên

Trong s đ c u t o có Rp dùng đ b o đ m sao cho khi Rx = 0 thì dòng qua

c c u ch th là l n nh t (l ch h t thang chia đ ), tác d ng là đ b o v c c u

ch th kh i dòng quá l n Giá tr đi n tr b o v quá dòng RPđ c tính:

ct ct

P ct

ct

I

U R

I

U r

max 0

max 0

v i m t c c u nh t đ nh s có Ictmax = Ictđm nh t đ nh và rct = rctđm nh t đ nh

i n tr trong c a ôm k : m i ôm k c ng có đi n tr trong nh t đ nh, đ c tính nh sau:

max 0

ct P ct

I

U R

r

nh v y: khi Rx = 0:

P ct ct

R r

U R

U I

+

=

=

Ω

0 0

max

khi Rx ≠ 0:

x P ct ct

R R r

U I

+ +

= 0 → 0 khi Rx → ∞

T nh n xét trên ta có th v đ c tính thang chia đ ôm k n i ti p nh hình 13.4b Ta nh n th y r ng thang chia đ c a ôm k ng c v i thang chia đ c a vônmét (khi cùng s d ng m t c c u ch th : ví d nh trong đ ng h v n n ng

ch th kim)

Sai s c a ôm k do ngu n cung c p: t bi u th c tính Ict th y r ng đ ch

c a ôm k r t ph thu c ngu n cung c p U0 th ng b ng pin ho c cquy, n u ngu n thay đ i giá tr s gây sai s r t l n

Ví d : N u R x = 0 (ch p hai đ u que đo) vì U 0T <U 0 chu n ban đ u thì kim

ôm k không ch zêro (chú ý là kim ch zêro khi dòng I ct l n nh t)

kh c ph c đi u này ng i ta có th thay đ i t c m B trong nam châm v nh

c u (d ng sun t ) sao cho B.U = const Tuy nhiên trong các d ng c v n n ng không th dùng bi n pháp này đ c mà th ng h n ch sai s do ngu n b ng cách đ a vào s đ c u trúc c a đ ng h đo m t chi t áp ho c bi n tr RM đ

ch nh zêrô khi Rx= 0 (chi t áp RM trên hình 13.5)

Ôm k n i ti p h n ch sai s do ngu n b ng bi n tr R M m c n i ti p v i

c c u ch th : hình 13.5a là s đ ôm k n i ti p có bi n tr RM m c n i ti p v i

c c u ch th :

Hình 13.5 Ôm k n i ti p h n ch sai s do ngu n:

a) bi n tr R M m c n i ti p v i c c u ch th b) bi n tr R M m c song song v i c c u ch th

V i s đ này ng i ta tính các ph n t c a m ch nh sau:

Xác đ nh đi n tr ph Rp sao cho khi Rx = 0 v i U0 = U0min thì kim ch th

l ch toàn thang đo, lúc đó R = 0 (t c là không c n chi t áp)

ct ct

I

U

max

min 0

Khi làm vi c có th U0 > U0min, dòng Ictmax có th t ng n u gi nguyên giá tr các thông s c a m ch nh đã tính toán trên Mu n cho Ictmax không thay đ i thì ph i đi u ch nh RM sao cho R có giá tr phù h p v i thông s đã tính V y đ

th a mãn yêu c u thang đo c a ôm k thì đi n tr toàn ph n c a bi n tr RM đ c

tính:

max

min 0 max 0

ct M

U

U U

≥

t c là ph i đ m b o đi u ki n ch nh zêrô khi U0 = U0max

i n tr vào c a ôm k s là:

RΩ = RP + R + rct =

max ct

0

I U

Nh v y đi n tr vào c a ôm k thay đ i theo s thay đ i c a áp ngu n cung

c p M i thang đo c a ôm k phù h p v i m t tr vào nh t đ nh Do đó khi đi n

áp thay đ i s gây sai s ph cho phép đo Sai s này đ c xác đ nh b i s thay

đ i t ng đ i c a đi n áp ngu n

Ôm k n i ti p h n ch sai s do ngu n b ng bi n tr R M m c song song

v i c c u ch th : hình 13.5b là s đ ôm k n i ti p có bi n tr n i song song

v i c c u ch th

Tính toán các ph n t c a m ch sao cho khi Rx = 0, U0 = U0min mu n dòng qua ch th l ch h t thang đo (Ictmax) thì ph i đi u ch nh bi n tr sao cho nó có giá

tr l n nh t (R = RM)

N u U0 > U0min v i đi u ki n nh trên thì Ictmax s t ng (quá thang đo), khi đó

ph i ch nh bi n tr sao cho Ictmax không thay đ i t c là ôm k ch zêrô

i n tr vào c a ôm k theo s đ này là:

ct

ct P

r R

r R R R

+ +

=

Ω

T bi u th c này th y r ng trong quá trình đi u ch nh zêrô b ng bi n tr RM thì

đi n tr vào c a ôm k c ng thay đ i theo Tuy nhiên s thay đ i này không th

v t quá giá tr rct và do Rp << rct nên đi n tr vào c a ôm k lo i này ít ph thu c đi n áp cung c p và khi áp cung c p thay đ i c 20÷30% thì sai s ph ch vài %

Ôm k s đ n i ti p nhi u thang đo (H.13.6a,b): ôm k nhi u thang đo

đ c ch t o theo nguyên t c: chuy n t gi i h n đo này sang gi i h n đo khác

b ng cách thay đ i đi n tr vào c a ôm k m t s l n xác đ nh sao cho khi Rx = 0 kim ch th v n b o đ m l ch h t thang đo (ngh a là dòng qua c c u ch th b ng giá tr đ nh m c c a c c u t đi n đã ch n)

Th ng m r ng gi i h n đo c a ôm k b ng cách dùng nhi u ngu n cung c p

và các đi n tr phân nhánh dòng (đi n tr sun) cho các thang đo khác nhau

Ôm k nhi u thang đo dùng nhi u ngu n cung c p: có s đ nguyên lý nh

hình 13.6a (ví d đây có hai thang đo ng v i giá tr 1 và 2)

V i gi i h n đo 1: khoá chuy n m ch B đ t v trí 1: khi đó

Rp1 = RΩ1 - Rab

và ngu n cung c p c a thang đo này là U1

i n tr Rab là đi n tr t ng đ ng c a rct m c song song v i R (m t ph n t

c a RM) Th ng ch n R ≈ 0,75 RM

Khi chuy n t gi i h n đo 1 sang gi i h n đo 2 (đo Rx l n h n gi i h n đo 1): đ t B v trí 2 Lúc này RΩ2 = 10RΩ1 T đó đi n tr ph c a m ch c ng thay

đ i:

ab

V i giá tr các thông s nh trên, đ đ m b o kim ch th l ch h t thang đo, yêu

c u ngu n cung c p U2 c ng ph i t ng t ng ng, t c là: U2 = 10U1

Hình 13.6a Ôm k s đ n i ti p nhi u thang đo dùng nhi u ngu n cung c p

Khi s d ng ngu n đi n áp cao và ch th đ nh y thì R có th đ t hàng ch c

M ho c l n h n Có th dùng s đ này đ m r ng gi i h n thang đo v phía

đi n tr nh v i đi u ki n có th gi m ngu n cung c p xu ng N l n

Ôm k nhi u thang đo ch dùng m t ngu n cung c p và đi n tr phân nhánh dòng: khi đi n tr vào c a ôm k R không l n l m (c k ho c nh h n) thì có

th t o ôm k nhi u thang đo ch dùng m t ngu n cung c p và đi n tr phân nhánh dòng có s đ nh hình 13.6b:

Hình 13.6b Ôm k nhi u thang đo ch dùng m t ngu n cung c p

và đi n tr phân nhánh dòng

s đ này v trí 1 dùng đ đo đi n tr l n và v trí 2 dùng đo đi n tr nh h n Khi chuy n t v trí 1 sang v trí 2 thì đi n tr vào c a ôm k R ph i nh đi

N l n (ví N = 10), t c là R 2 = 0,1.R 1, lúc đó n u Rx = 0 thì dòng trong m ch s

t ng lên 10 l n: I2 = 10.I1

đ m b o dòng qua ch th không đ i thì ph i m c thêm các đi n tr phân nhánh dòng (R1, R2) song song v i c c u ch th

13.2.2 Ôm k s đ song song:

C u t o: theo s đ nguyên lý nh hình 13.7 B ph n ch th c a ôm k n i

song song v i đi n tr c n đo (H.13.7a) Ôm k lo i này dùng đ đo đi n tr

t ng đ i nh (Rx< k )

u đi m c b n: là đ t đ c đi n tr vào c a ôm k (RΩ) nh khi dòng t ngu n cung c p không l n l m

Hình 13.7 Ôm k s đ song song a) S đ nguyên lý ; b) c tính thang chia đ

Vì đi n tr c n đo Rx m c song song v i c c u ch th nên khi Rx = ∞ (ch a

m c Rx vào m ch đo) thì dòng qua ch th s l n nh t (Ict = Ictmax = Ictđ.m)

N u Rx ≈ 0 thì h u nh không có dòng qua c c u ch th : Ict ≈ 0 Nh v y thang

đo c a ôm k lo i này chung chi u v i thang đo c a vônmét (H.13.7b)

i u ch nh thang đo c a ôm k khi ngu n cung c p thay đ i (th ng đi u

ch nh ng v i Rx = ∞ t c là h m ch đo) b ng cách dùng chi t áp RM Xác đ nh

Rp và RM c a ôm k gi ng nh tr ng h p ôm k s đ n i ti p

i n tr vào c a ôm k song song đ c xác đ nh nh sau:

R R r

r r

R R

r R R R

p ct ct ct

p

ct p

+ +

= + +

+

=

Ω

1

)

(

Nh n bi t t ng quan gi a đi n tr c n đo Rx và đi n tr vào c a ôm k R qua v trí kim ch trên thang đo: đ c tính kh c đ c a ôm k song song đ c xác

đ nh b i t s :

Ω

Ω

Ω+ = +

=

R R

R R R

R

R I

I

x x x

x ct

x

/ 1 /

nh v y:

̇ Khi Rx < RΩ thì các giá tr s ch y v phía trái thang đo đ n giá tr “0” (ng c v i ôm k n i ti p)

̇ Khi Rx = RΩ thì I x/I ct =1/2: t c là đi m gi a c a thang chia đ t ng

ng v i giá tr đi n tr c n đo b ng đi n tr vào c a ôm k (gi ng ôm k

n i ti p)

̇ Khi Rx > RΩ thì các giá tr s ch y v phía ph i thang đo đ n “∞”

13.2.3 Ôm k ki u lôgômét:

C u t o: có s đ nguyên lý nh hình 13.8 C c u đo ki u lôgômét là c c u

có hai khung dây M t khung dây t o mômen quay và m t khung dây t o mômen

ph n kháng Góc quay α c a c c u đo t l v i t s hai dòng đi n ch y trong hai khung dây Trên c s này ng i ta dùng ch th ki u lôgômét cho ôm k nên g i

là ôm k ki u lôgômét Ta có:

1 1

0 1

r R

U I

+

= ;

x R r R R

U I

+ + +

=

2 3 2

0 2

v i: I1 : dòng ch y qua khung dây 1 ; I2 : dòng ch y qua khung dây 2

Hình 13.8 S đ nguyên lý ôm k ki u lôgômét

T c m B c a nam châm v nh c u tác d ng v i dòng I1 t o ra mômen quay

M1; t c m B c a nam châm v nh c u tác d ng v i dòng I2 t o ra mômen quay

M2 th i đi m cân b ng M1 = M2 t đó có:













+

+ + +

=













=

1 1

2 3 2

2

1

r R

R r R R F I

I

α

v i r1, r2 là đi n tr c a các cu n dây c a lôgômét

V i m t c c u nh t đ nh thì các giá tr R1, R2, R3; r1, r2 là h ng s nên góc α không ph thu c đi n áp cung c p U0

Gi i h n đo c a ôm k đ c xác đ nh b i giá tr các đi n tr R1, R2 và R3

N u đo đi n tr R x t ng đ i l n: dùng s đ m c n i ti p (n i Rx vào hai

đ u 1 và 2), đ c k t qu trên thang đo 1

N u đo đi n tr R x nh : dùng s đ song song (n i Rx vào hai đ u 2 và 3),

ng n m ch 1 và 2 đ c k t qu trên thang đo 2

13.3 o đi n tr l n

13.3.1 o đi n tr l n b ng ph ng pháp gián ti p:

Có th đo đi n tr l n c 105 ÷1010Ω (ví d : đi n tr cách đi n) b ng ph ng pháp vôn-ampe nh ng ph i chú ý lo i tr nh h ng c a dòng đi n rò qua dây

d n ho c cách đi n c a máy Mu n lo i tr đi n rò c n ph i dùng màn hình ch n

t nh đi n ho c dây có b c kim

Sau đây xét ví d v m ch đo đi n tr cách đi n m t và cách đi n kh i (H.13.9)

o đi n tr cách đi n kh i: b trí m ch đo nh hình 13.9a: dùng đi n k G

đ đo dòng xuyên qua kh i cách đi n; còn dòng rò trên b m t c a v t li u s qua

c c ph xu ng đ t i n tr c n đo đ c xác đ nh nh đ ch c a vônmét và đi n

k (G):

I

U

R x =

Các đi n tr R trong s đ dùng đ b o v m ch đo, th ng ch n kho ng 1MΩ

o đi n tr cách đi n m t: b trí s đ m ch đo hình nh hình 13.9b: đây

dòng rò trên b m t c a v t li u đ c đo b ng đi n k , còn dòng xuyên qua kh i

v t li u thì đ c n i qua c c chính xu ng đ t K t qu đ c xác đ nh nh đ ch

c a vônmét và đi n k (G)

Hình 13.9 M ch đo đi n tr l n b ng ph ng pháp gián ti p:

a) o đi n tr cách đi n kh i ; b) o đi n tr cách đi n m t

1 Hai c c chính: đ t sát v t li u c n đo

2 C c ph

3 V t li u c n đo đi n tr

13.3.2 Các ômmét đi n t và mêgômét đi n t :

Có th dùng vônmét đi n t m t chi u b t kì đ đo đi n tr c trung bình và

đi n tr l n v i đi u ki n ph i thêm m t s đ đo đ u vào c a vônmét này S

đ đo g m ngu n cung c p và đi n tr n n R0 M c đi n áp ngu n cung c p U0

ph thu c vào t ng quan gi a đi n tr c n đo Rx và đi n tr n n R0 ó là c u

t o c a các ômmét đi n t (H.13.10):

Hình 13.10 C u t o c a các ômmét đi n t :

Ômmét đi n t s đ hình 13.10a: đi n áp Ux đ a vào vônmét đi n t đ c

l y t đi n t R0đ c tính nh sau :

0

0 0

0 0

1

R R

U R

R R

U U

x x

x

+

= +

=

Nh v y n u gi cho U0 ≈ const và R0 ≈ const thì Ux s ph thu c Rx

Khi R x = 0: (t c là ch p hai đ u que đo c a ômmét) thì Ux = U0 t c là đi n áp

Ux s l n nh t và dòng qua ch th s l n nh t và kim ch th l ch h t thang đo

( ng v i gi i h n đo đang đ t c a vônmét đi n t Un)

Ng c l i khi R x = ∞: thì Ux = 0 t c là không có dòng qua c c u ch th c a vônmét đi n t và kim ch th t n cùng c a bên trái thang chia đ

Khi R x = R 0 : thì U x =U0 /2, t c là kim ch th gi a thang chia đ

Nh v y đ c tính thang chia đ c a ômmét lo i này gi ng đ c tính thang chia

đ c a ômmét s đ n i ti p

Ômmét đi n t s đ hình 13.10b: đi n áp Ux đ c đ a vào vônmét đi n t

l y t đi n tr Rx, đ c xác đ nh nh sau:

x

x x

x

R R

U R

R R

U U

0 0

0 0

1

+

= +

=

Nh v y:

Khi R x = 0: thì Ux = 0 t c là không có dòng ch y qua c c u ch th c a vônmét đi n t (kim v trí t n cùng bên trái thang đo)

Khi R x = ∞: thì Ux = U0 = Un , t c là dòng qua c c u ch th l n nh t ( ng

v i gi i h n đo c a vônmét đi n t đang ch n), kim ch th v trí t n cùng v bên ph i thang chia đ

Khi R x = R 0 : thì U x =U0/2, kim gi a thang chia đ

Nh v y đ c tính thang đo c a ômmét la i này gi ng đ c tính thang đo c a ômmét s đ song song

Qua hai s đ trên đây ta th y r ng đi n tr n n R0 quy t đ nh gi i h n đo c a ômmét đi n t Vì v y đ ch t o ômmét đi n t nhi u gi i h n đo ng i ta t o

đi n tr n n R0 có nhi u giá tr khác nhau M i giá tr c a R0 ng v i m t gi i

h n đo nh t đ nh c a ômmét đi n t Th ng ch n các đi n tr thành ph n c a

R0 l n nh h n nhau 10 l n

Gi i h n d i c a ômmét đi n t b h n ch b i R0 nh vì c n t ng dòng trong m ch cung c p khi R0 nh và s nh h ng c a đi n tr tr ng c a ngu n cung c p

Gi i h n trên c a ômmét đi n t gi i h n b i tr vào c a vônmét đi n t Thông th ng tr vào c a vônmét đi n t l n h n đi n tr n n R0 kho ng 30 đ n

100 l n Nh ng vônmét m t chi u b ng bán d n tr ng cho phép t o nên nh ng ômmét đi n t đo đi n tr r t l n có th đo đ c đi n tr c 109

, 1010 Ω Trong

nh ng ômmét (mêgômmét) nh v y giá tr R0 c ng ph i l n (th ng R0 = 100MΩ), nh ng R0 l n thì đ chính xác và n đ nh s kém Trong các teraômmmét đi n t , ng i ta dùng nh ng ph ng pháp đ c bi t đ đo đi n tr

l n c 1011Ω

Ch n đi n áp ngu n U0 ph i d a vào gi i h n đo c a vônmét đi n t Th ng

ch n U0 kho ng 1,5V; 3V cho vi c đo đi n tr Rx c trung bình N u Rx r t l n

nh đi n tr cách đi n thì ph i ch n U0 l n Th ng U0đ c t o ra b ng các b

ch nh l u n áp và chuy n đ i m t chi u

Trên c s các ômmét đi n t , ng i ta ch t o các d ng c đo đi n n ng (ph i h p đo U và R)