Tài liệu Chương trình đo điện_ Chương 2 pdf

Chương trình đo điện
Chương trình đo điện

Chương 1: Tổng quát về đo lường.

Chương 2: Đo dòng và áp.

Chương 3: Đo điện trở.

Chương 4: Đo L,C,M.

Chương 5: Đo công suất và điện năng.

Chương 6: Dao động kí.

Chương 7: Vôn kế số.

Chương 8: Các cảm biến dùng trong đo lường.

Ch.2: Đo dòng và áp
Ch.2: Đo dòng và áp
2.1. Cơ cấu chỉ thị kim.
2.2. Đo dòng điện AC và DC.
2.3. Đo điện áp AC và DC.
2.4. Đo điện áp DC bằng phương pháp biến trở.
2.5. Vôn kế điện tử đo điện áp DC.
2.6. Vôn kế điện tử đo điện áp AC.
2.7. Ampe-kế điện tử đo dòng AC và DC.

2.1. Cơ cấu chỉ thị kim

2.1. Cơ cấu chỉ thị kim
2.1.1.Cơ cấu từ điện:

Chỉ đo dòng DC.

Mq= NBSI = KqI;

Mc= Kcθ.

Độ nhạy dòng:
SI = dθ/dI = Kq/Kc= K.

Trên thực tế:SI = 1/Ifs

Thang đo tuyến tính.

Có độ chính xác cao.

Ifscở100μA;Rmcở1KΩ.
H.2.1.Cơ cấu từ điện

2.1.2.Cơ cấu điện từ
2.1.2.Cơ cấu điện từ

Hình 2.6. Loại hút Hình 2.7: Loại đẩy

Đặc điểm cơ cấu đo điện từ
Đặc điểm cơ cấu đo điện từ

Có 2 loại : Lực hút và lực đẩy.


Dùng với cả 2 dòng điện DC và AC.

Mq = KqI
2
; Mc = Kcθ.

Thang đo không tuyến tính.

Tiêu thụ năng lượng nhiều hơn cơ cấu từ điện.

Độ chính xác nhỏ hơn cơ cấu từ điện.

Từ trường tạo bởi cuộn dây có trị số nhỏ nên cần có màn bảo vệ từ để tránh ảnh
hưởng của từ trường nhiễu.

Chịu được sự quá tải cao.

Ifs cở mA; Rm cở vài Ω đến vài trăm Ω.

2.1.3.Cơ cấu điện động
2.1.3.Cơ cấu điện động

Dùng với cả 2 dòng điện DC và AC.

Là cơ cấu có sự phối hợp của cơ cấu từ
điện và điện từ.

Dùng làm bộ chỉ thị cho vôn kế,ampe kế,
watt kế.


Mq = KqI1I2 (DC).

)(.
1
0
21
ACdtii
T
KM
T
qq
∫
=

2.2. Đo dòng DC và AC
2.2. Đo dòng DC và AC

2.2.1.Nguyên lý: Cả 3 cơ cấu nói ở trên đều được dùng làm bộ chỉ thị ampe-kế. Riêng
cơ cấu từ điện khi đo dòng AC thì phải biến đổi AC ra DC. Điều kiện Iđo≤ Ifs hoặc cần
nới rộng tầm đo.

2.2.2.Nới rộng tầm đo ampe-kế
2.2.2.Nới rộng tầm đo ampe-kế

Dùng điện trở shunt: Rs=IfsRm/(Itđ-Ifs). Nới rộng nhiều tầm đo với điện trở shunt có cách mắc
thông thường và cách mắc Ayrton.

Thay đổi số vòng dây quấn cơ cấu đo (điện từ, điện động).


Dùng biến dòng (dùng cho ampe-kế AC). Ki = I1/I2≈ n2/n1. Không được để hở thứ cấp khi sơ
cấp có dòng
.
.

2.2.3.Đo dòng AC dùng cơ cấu đo
2.2.3.Đo dòng AC dùng cơ cấu đo
từ điện
từ điện
H.2.16.Chỉnh lưu bán kỳ H.2.17.Chỉnh lưu toàn kỳ.

Dùng diod chỉnh lưu: Chỉnh lưu bán kỳ và toàn kỳ.
Bán kỳ: Ihd=2.22Itb. Toàn kỳ: Ihd=1.11Itb.

Dùng cặp nhiệt điện: Cặp nhiệt điện được cung cấp nhiệt lượng do dòng điện này, tạo
nên điện áp DC cho cơ cấu từ điện (dùng với tín hiệu không sin).

2.2.4.Ampe-k kp
2.2.4.Ampe-k kp

L thit b o dũng in m khụng cn ngt mch nờn rt tin li (vớ d nh o dũng ng c
in).

Mch o dũng in s dng bin dũng vi c cu o t in v diod chnh lu cú phn m
rng tm o. Bin dũng khụng cú cun s, ly dõy dn dũng in lm s cp vi qui nh s
vũng s cp l 1.
Hỡnh 2.20: Keùp ủo doứng ủieọn.

2.2.5.Ảnh hưởng ampe-kế trên mạch đo
2.2.5.Ảnh hưởng ampe-kế trên mạch đo


Hình a: I = V/R.

Hình b: Ia = V/(R+Ra)

I ≈ Ia ↔ Ra « R.

Khi mắc ampe-kế vào mạch đo tương
đương với việc ta mắc nối tiếp vào mạch
đo 1 điện trở bằng nội trở ampe-kế.

Để ampe-kế chỉ kết quả chính xác ta cần
Ra « R (điện trở tải).

2.3.Đo điện áp AC và DC
2.3.Đo điện áp AC và DC

2.3.1Nguyên lý:

Điện áp đo được chuyển thành dòng
điện đo đi qua cơ cấu chỉ thị với điều
kiện:
Iđo = Vđo/(Rs+Rm) ≤Ifs.
Rs: Điện trở tầm đo.
Rs+Rm: Nội trở vôn kế.
Sv= Nội trở vôn kế/Vtđo: Độ nhạy của
vôn kế, đơn vị: KΩ/vôn.

2.3.2.Nới rộng tầm đo vôn kế
2.3.2.Nới rộng tầm đo vôn kế


Thay đổi điện trở tầm đo (áp dụng trong máy đo VOM). Có 2 cách thực hiện như
hình trên. Nội trở vôn kế càng lớn khi Vtđo càng lớn.

Dùng biến áp ( dùng với vôn kế AC). Sơ cấp nối với điện áp đo, thứ cấp nối với vôn
kế.

Tỉ số biến áp Kv = V1/V2 ≈ n1/n2

2.3.3.Đo áp AC dùng cơ cấu đo từ điện
2.3.3.Đo áp AC dùng cơ cấu đo từ điện

Ta phải dùng cặp nhiệt điện (tín hiệu không
sin) hay diod chỉnh lưu để biến đổi tín hiệu
AC ra DC đưa vào cơ cấu đo.

Dùng diod chỉnh lưu có thể sử dụng chỉnh
lưu bán kỳ như hình bên hoặc chỉnh lưu
toàn kỳ.

Chỉnh lưu bán kỳ:
Vtđo = 2.22Ifs(R1+Rm)+Vd


Chỉnh lưu toàn kỳ: Có thể dùng cầu 4 diod hoặc 2 diod và 2 điện trở như hình trên.

Khuyết điểm của vôn kế AC dùng diod chỉnh lưu là phụ thuộc vào dạng tín hiệu và tần số cao
có ảnh hưởng đến tổng trở và điện dung ký sinh của diod.

Trường hợp 4 diod: Vtđ = 1.11Ifs(R+Rm) + 2Vd.

2.3.4.Ảnh hưởng vôn kế trên mạch đo
2.3.4.Ảnh hưởng vôn kế trên mạch đo
H.2.27: H.2.28:
Mạch tương đương khi mắc vôn kế. Mạch đo nguồn áp

Khi mắc vôn kế vào mạch đo thì có thể xem như tổng trở vào vôn kế mắc song song với phần
tử đo.

Để vôn kế chỉ kết quả chính xác ta cần có nội trở vôn kế rất lớn so với điện trở tải hoặc nội trở
của nguồn.

2.4.Đo điện áp DC bằng ph.ph. biến trở
2.4.Đo điện áp DC bằng ph.ph. biến trở
Hình 2.29: Mạch đo điện áp DC bằng biến trở.

Khi đo S ở vị trí 1, chỉnh con chạy để điện kế chỉ 0.

Ta xác định được điện áp cần đo Vx = R
’
BCI = V
’
BC với I = B1/(K1R1+RAB); 0 ≤ K1 ≤1.

Kết quả đo không phụ thuộc vào nội trở của nguồn điện áp cần đo.

2.5.Vôn kế điện tử DC
2.5.Vôn kế điện tử DC
2.5.1.Vôn kế điện tử DC dùng transistor.
1.Mạch đo dùng transistor có cách mắc kiểu điện áp hay gọi là cách mắc không khuếch

đại như hình trên.

Dùng để thiết kế tầm đo đủ lớn.


2.Mạch khuếch đại hồi tiếp âm : Như hình trên.

Cho ta độ lợi ổn định Av lớn hơn 1.

Dùng thiết kế mạch đo điện áp có trị số nhỏ.

3.Mạch đo áp DC dùng transistor trường(JFET)

Mạch đo có ngõ vào dùng JFET để có tổng trở vào lớn.

Kết hợp mạch phân tầm đo ở ngõ vào.

2.5.2.Vôn kế điện tử DC dùng OP-AMP
2.5.2.Vôn kế điện tử DC dùng OP-AMP
1.Mạch đo không có khuếch đại điện áp: Như hình trên.

Tổng trở vào của vôn kế là tổng trở vào của mạch phân tầm đo: Zi = R1 + R2 + R3 + R4 = h.s. (1)

Điện áp ngõ ra mạch phân tầm là không đổi khi điện áp ngõ vào bằng điện áp tầm đo:
V1 = V2(R2+R3+R4)/Zi = V3(R3+R4)/Zi = V4R4/Zi. (2)

Vin+≈ Vin- = Vo = Im(Rs + Rm) . Tính V1?


2.Mạch khuếch đại không đảo pha: Dùng cho tầm đo bé.


Điện áp ngõ ra: Vo = AvVi; Độ lợi Av = 1+(R1/R2) .

Tính điện áp tầm đo:Vtđo=Vo/ Av;Với Vo= Imax(Rs+Rmax)

3.Mạch chuyển đổi điện áp ra dòng điện: Như hình trên.

Ta có : Vi+ ≈ Vi- = VR1 = Im R1

Tính điện áp tầm đo: Vtđ = VR1 = Imax R1.
Hình 2.43: Mạch đo chuyển đổi điện áp sang dòng điện

4. Mạch khuếch đại vi sai: Như hình trên.

Điện áp ra V = V02 – V01 = (1+2R2/R1)(E2 – E1)

2.5.3.Đo điện áp DC nhỏ dùng
2.5.3.Đo điện áp DC nhỏ dùng
phương pháp “chopper”
phương pháp “chopper”


Khuếch đại AC
Mạch giải
điều chế
V
i
DE
MOD.
-V

+V
+V
+V
-V
0V
Dao
động
-V
0V
+
+
–
–
DC DC
Mạch
chopper
Mạch điều hợp
tổng trở