Giáo trình Đo lường điệnđiện tử (Nghề Công nghệ kỹ thuật ĐiệnĐiện tử CĐTC)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: ĐO LƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
NGÀNH, NGHỀ: CNKT ĐI N, ĐI N T
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP

(Ban hành kèm theo Quyết định Số: /QĐ-CĐNĐT ngày… tháng…năm 2018
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp)

Đồng Tháp, năm 2018


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham
khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.


LỜI GIỚI THIỆU
- Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học t p, giảng dạy nên giáo trình
đ được x y d ng ở m c độ đ n giản và d hiểu, trong m i bài học đều có thí dụ
và bài t p tư ng ng để áp dụng và làm sáng t ph n l thuyết.
Khi biên soạn, biên soạn đ d a trên kinh nghiệm th c tế giảng dạy, tham
khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình hiện có và c p nh t những kiến th c
mới có liên quan để phù hợp với nội dung chư ng trình đào tạo và phù hợp với
mục tiêu đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với nhu c u th c tế.
…............, ngày…..........tháng…........... năm……

Tham gia biên soạn
Th.S Nguy n Thanh Cường

1


MỤC LỤC

BÀI 1: ĐƠN VỊ KÍCH THƯỚC VÀ CÁC TIÊU CHUẨN

5

1. Giới thiệu
2. Nội dung :

2.1. Các đ n vị c hệ SI

2.1.2 Đ n vị l c
2.1.3 Đ n vị l c
2.1.4 Đ n vị công suất
2.2 Đ n vị điện hệ SI
BÀI 2: ĐO LƯỜNG VÀ SAI SỐ TRONG ĐO LƯỜNG
1. Giới thiệu
2. Nội dung bài
2.1. Đo lường
2. 2 Sai số trong đo lường
2.3 Bài t p ng dụng
BÀI 3: THIẾT BỊ CƠ ĐIỆN
1. Giới thiệu
2. Nội dung bài

2.1.Thiết bị đo kiểu nam ch m vĩnh cửu với cuộn d y quay
2.2. Ampe đo điện một chiều

7

10

11
14
16

19

2.3. Votl kế một chiều

27

2.4. VOM/DVOM vạn năng
2.5 Hướng dẫn sử dụng VOM/DVOM vạn năng
2.6 Th c hành

32
33
44

BÀI 4: ĐO ĐỘ TỰ CẢM VÀ ĐIỆN DUNG

51

1. Giới thiệu

2. Nội dung bài
2.1. L thuyết c u xoay chiều

51

2. 2 .C u điện dung
BÀI 5: ĐO LƯỜNG BẰNG MÁY HI N SỐNG
1. Giới thiệu
2. Nội dung bài
2.1. Đo điện áp xoay chiều ( AC )
2.2 Đo chu kỳ (T) và t n số (f) của tín hiệu
2.3 Th c hành sử dụng Oscilloscop

60

62
63
2


BÀI 1: ĐƠN VỊ KÍCH THƯỚC VÀ CÁC TIÊU CHUẨN
Mã mô đun:MH14 -01
2. Giới thiệu
Trong cuộc sống hường xuyên tiếp xúc với các đ n vị đo, tính tốn
cũng d a trên các đ n vị mà chúng ta không thể ước lượng nó.
Mục tiêu :
- Trình bày các đ n vị c bản của hệ thống c và hệ thống điện
thông dụng quốc tế (SI)
- Th c hiện chuyển đổi các đ n vị đo c bản trong hệ thống SI.
- Rèn luyện tính kỷ lu t, cẩn th n, tỉ mỉ của học viên.

2. Nội dung :

2.1 Các đ n vị c hệ SI
2.1.1 Các đ n vị đo lường c bản:
Tên

Mét

Ký
hiệu

m

Kilôgam kg

Đại
lượng

Định nghĩa

Chiều
dài

Đ n vị đo chiều dài tư ng đư ng với chiều
dài qu ng đường đi được của một tia sáng
trong chân không trong khoảng thời gian 1 /
299 792 458 giây (CGPM l n th 17 (1983)
Nghị quyết số 1, CR 97). Con số này là
chính xác và mét được định nghĩa theo cách
này.

Khối
lượng

Đ n vị đo khối lượng bằng khối lượng của
kilôgam tiêu chuẩn quốc tế (quả c n hình trụ
bằng hợp kim platin-iriđi) được giữ tại Viện
đo lường quốc tế (viết tắt tiếng Pháp:
BIPM), Sèvres, Pari (CGPM l n th 1
(1889), CR 34-38). Cũng lưu rằng kilôgam
là đ n vị đo c bản có tiền tố duy nhất; gam
được định nghĩa như là đ n vị suy ra, bằng 1
/ 1 000 của kilôgam; các tiền tố như mêga
được áp dụng đối với gam, khơng phải kg; ví
3


dụ Gg, khơng phải Mkg. Nó cũng là đ n vị
đo lường c bản duy nhất còn được định
nghĩa bằng nguyên mẫu v t cụ thể thay vì
được đo lường bằng các hiện tượng t nhiên
(Xem thêm bài về kilôgam để có các định
nghĩa khác).
Đ n vị đo thời gian bằng chính xác 9 192
631 770 chu kỳ của b c xạ ng với s
chuyển tiếp giữa hai m c trạng thái c bản
siêu tinh tế của nguyên tử xêzi-133 tại nhiệt
độ 0 K (CGPM l n th 13 (1967-1968) Nghị
quyết 1, CR 103).

s

Thời
gian

Kelvin

K

Đ n vị đo nhiệt độ nhiệt động học (hay nhiệt
Nhiệt độ độ tuyệt đối) là 1 / 273,16 (chính xác) của
nhiệt
nhiệt độ nhiệt động học tại điểm c n bằng ba
động học trạng thái của nước (CGPM l n th 13
(1967) Nghị quyết 4, CR 104).

Mol

Đ n vị đo lượng v t chất là lượng v t chất
ch a các th c thể c bản bằng với số nguyên
tử trong 0,012 kilôgam cacbon-12 nguyên
Lượng chất (CGPM l n th 14 (1971) Nghị quyết 3,
mol
v t chất CR 78). (Các th c thể c bản có thể là các
nguyên tử, ph n tử, ion, điện tử (êlectron)
hay hạt.) Nó xấp xỉ tư ng đư ng với 6,022
141 99 × 1023 đ n vị.

Giây

Candela cd

Đ n vị đo cường độ chiếu sáng là cường độ
chiếu sáng theo một hướng cho trước của
Cường một nguồn phát ra b c xạ đ n sắc với t n số
độ chiếu 540×1012 héc và cường độ b c xạ theo
sáng
hướng đó là 1/683 oát trên một sterađian
(CGPM l n th 16 (1979) Nghị quyết 3, CR
100).
4


2.1 2 Đ n vị lực
Niut n

N

L c

kg m s -2

J

Công

N m = kg m2 s-2

W

Công suất

J/s = kg m2 s-3

2.1 3 Đ n vị công
Jun
2.1 4 Đ n vị công su t
Oát

2.2 Các đ n vị điện hệ SI
Các đ n vị đo lường của SI được suy ra từ các đ n vị đo c bản.

Tên

Đại
Ký
lượng
hiệu
đo

Định nghĩa

Ampe

A

Đ n vị đo cường độ dòng điện là dòng điện
cố định, nếu nó chạy trong hai d y dẫn song
Cường song dài vơ hạn có tiết diện khơng đáng kể,
độ dịng đặt cách nhau 1 mét trong ch n khơng, thì

điện
sinh ra một l c giữa hai d y này bằng 2×10−7
niut n trên một mét chiều dài (CGPM l n
th 9 (1948), Nghị quyết 7, CR 70).

Vôn

V

Hiệu
J/C = kg m2 A-1 s-3
điện thế

5


Ohm

Ω

Điện trở V/A = kg m2 A-2 s-3

weber

Wb

Từ
thông

kg m2 s-2 A-1

Henry

H

Cường
độ t
cảm

Ω s = kg m2 A-2 s-2

Farad

F

Điện
dung

Ω-1 s = A2 s4 kg-1 m-2

Góc
khối

Đ n vị đo góc khối là góc khối trư ng tại
t m của một hình c u có bán kính r theo một
ph n trên bề mặt của hình c u có diện tích r².
Như v y ta có 4π sterađian trong hình c u.

sterađian sr

Các đ n vị đo c bản có thể ghép với nhau để suy ra những đ n vị đo
khác cho các đại lượng khác. Một số có tên theo bảng dưới đ y. Các
đ n vị dẫn xuất của SI với tên đặc biệt:
Tên

Ký
Đại lượng đo
hiệu

Chuyển sang đ n vị c bản

Héc

Hz

T n số

s-1

pascal

Pa

Áp suất

N/m2 = kg m-1 s-2

Lumen lm

Thông lượng

chiếu sáng
cd
(quang thông)

6


Độ rọi

cd m-2

Culông C

Tĩnh điện

As

Tesla

Cường độ cảm
Wb/m2 = kg s-2 A-1
ng từ

Lux

lx

T

Siemens S

Độ dẫn điện

Bec ren Bq

Cường độ
phóng xạ (phân -1
s
r trên đ n vị
thời gian)

Gray

Gy

Lượng hấp thụ
(của b c xạ ion J/kg = m2 s-2
hóa)

Sievert Sv

Lượng tư ng
đư ng (của
J/kg = m² s-2
b c xạ ion hóa)

Katal

kat

Độ hoạt hóa
xúc tác

mol/s = mol s-1

Độ C

°C

nhiệt độ

nhiệt độ nhiệt động học K - 273,15

Góc

Đ n vị đo góc là góc trư ng tại t m
của một hình trịn theo một cung có
chiều dài bằng chiều dài bán kính của
đường trịn. Như v y ta có 2π rađian
trong hình trịn.

Rađian rad

Ω-1 = kg-1 m-2 A² s³

7


BÀI 2: ĐO LƯỜNG VÀ SAI SỐ TRONG ĐO LƯỜNG
Mã mô đun:MH14 -02

1. Giới thiệu
Trong th c tế khi chúng ta th c hiện quá trình đo đạ sẽ xảy ra những l i
trong quá trình đo như: sai về cách đo, sử dụng dụng cụ đo, đọc sai
số…..như v y những ngun nh n đó do đ u thì trong bài sẽ cho ta hiểu rõ
h n.
Mục tiêu
- Trình bày các sai số trong kỹ thu t đo lường.
- Nh n biết sai số, ph n tích nguyên nh n và biện pháp phòng tránh giảm
sai số trong đo lường.
- Rèn luyện tính kỷ lu t, cẩn th n, tỉ mỉ của học viên.
2. Nội dung bài:
2.1. Đo lường
Trong th c tế cuộc sống quá trình c n đo đong đếm di n ra liên tục với
mọi đối tượng, việc c n đo đong đếm này vô cùng c n thiết và quan trọng. Với
một đối tượng cụ thể nào đó q trình này di n ra theo từng đặc trưng của chủng
loại đó, và với một đ n vị đ được định trước.
Trong lĩnh v c kỹ thu t đo lường không chỉ thông báo trị số của đại lượng
c n đo mà còn làm nhiệm vụ kiểm tra, điều khiển và xử l thông tin.
Đối với ngành điện việc đo lường các thông số của mạch điện là vơ cùng
quan trọng. Nó c n thiết cho q trình thiết kế lắp đặt, kiểm tra v n hành cũng
như dị tìm hư h ng trong mạch điện.
2.1 1 Độ chính xác và mức chính xác
Đo lường là quá trình so sánh đại lượng chưa biết (đại lượng đo) với đại
lượng đ biết cùng loại được chọn làm mẫu (mẫu này được gọi là đ n vị).
Như v y công việc đo lường là nối thiết bị đo vào hệ thống được khảo sát
và quan sát kết quả đo được các đại lượng c n thiết trên thiết bị đo hoặc dụng cụ
đo.
2.1 2 Các tiêu chuẩn đo:
+ Số đo: là kết quả của quá trình đo, kết quả này được thể hiện bằng một
con số cụ thể.

+ Dụng cụ đo và mẫu đo:
- Dụng cụ đo:

8


Các dụng cụ th c hiện việc đo được gọi là dụng cụ đo như: dụng cụ đo
dòng điện (Ampemét), dụng cụ đo điện áp (Vônmét) dụng cụ đo công suất
(Oátmét) v.v...
- Mẫu đo: là dụng cụ dùng để khôi phục một đại lượng v t l nhất định
có trị số cho trước, mẫu đo được chia làm 2 loại sau:
- Loại làm mẫu: dùng để kiểm tra các mẫu đo và dụng cụ đo khác, loại này
được chế tạo và sử dụng theo tiêu chuẩn kỹ thu t, đảm bảo làm việc chính xác
cao.
- Loại cơng tác: được sử dụng đo lường trong th c tế, loại này gồm 2
nhóm sau:
 Mẫu đo và dụng cụ đo thí nghiệm.
 Mẫu đo và dụng cụ đo dùng trong sản xuất.
2.1.3 K thuật đo
Trong đo lường chúng ta có hai phư ng pháp đo:
a. Phư ng pháp đo trực tiếp:
Là phư ng pháp đo mà đại lượng c n đo được so sánh tr c tiếp với mẫu đo.
Phư ng pháp này được chia thành 2 cách đo:
- Phư ng pháp đo đọc số thẳng.
- Phư ng pháp đo so sánh là phư ng pháp mà đại lượng c n đo được so
sánh với mẫu đo cùng loại đ biết trị số.
Ví dụ: Dùng c u đo điện để đo điện trở, dùng c u đo để đo điện dụng v.v...
b Phư ng pháp đo gián tiếp:
Là phư ng pháp đo trong đó đại lượng c n đo sẽ được tính ra từ kết quả
đo các đại lượng khác có liên quan.

Ví dụ: Muốn đo điện áp nhưng khơng có Vơnmét, ta đo điện áp bằng cách:
- Dùng ômmét đo điện trở của mạch.
- Dùng Ampemét đo dòng điện đi qua mạch.
Sau đó áp dụng các cơng th c hoặc các định lu t đ biết để tính ra trị số
điện áp c n đo.
2.2. Sai số
2.2 1 Khái niệm về sai số:
Khi đo, số chỉ của dụng cụ đo cũng như kết quả tính tốn ln có s sai
lệch với giá trị th c của đại lượng c n đo. Lượng sai lệch này gọi là sai số.
2.2.2 Sai số hệ thống :
9


Là sai số c bản mà giá trị của nó ln khơng đổi hoặc thay đổi có quy lu t.
Sai số này về nguyên tắc có thể loại trừ được.
Nguyên nhân:
Do quá trình chế tạo dụng cụ đo như ma sát, khắc vạch trên thang đo v.v...
Sai số do ảnh hưởng của điều kiện môi trường cụ thể như nhiệt độ môi
trường thay đổi, chịu ảnh hưởng của điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v.v..
2.2.3 Sai số cá nhân:
Là sai số do người sử dụng và một số ảnh hưởng khác g y nên.
Nguyên nhân:
- Do chủ quan trong cách th c đo, trong cách đọc trị số, do thao tác đo
không đúng dẫn đến giá trị của đại lượng c n đo thay đổi.
- Do người đo nhìn lệch, nhìn nghiêng, đọc sai v.v...
- Dùng cơng th c tính tốn khơng thích hợp, dùng cơng th c g n đúng
trong tính tốn.v.v...
2.2.4 Phư ng pháp tính sai số:
Gọi: A: kết quả đo được.
A1: giá trị th c của đại lượng c n đo.

a Tính sai số như sau:
- Sai số tuyệt đối:
A =A1 - A

(2.1)

A gọi là sai số tuyệt đối của phép đo
- Sai số tư ng đối:
A% 

A
.100
A

hoặc

A% 

A
*100
A1

(2.2)

Phép đo có A càng nh thì càng chính xác.
- Sai số qui đổi qđ
 qd % 

A A
A

.100  1
100
Adm
Adm

(2.3)

Ađm: giới hạn đo của dụng cụ đo (giá trị lớn nhất của thang đo)
Quan hệ giữa sai số tư ng đối và sai số qui đổi:
 qd % 
Kd 

A
A A
.100 
 AK d
Adm
A Adm

(2.4)

A là hệ số sử dụng thang đo (K  1)
d
Adm

10


Nếu Kd càng g n bằng 1 thì đại lượng đo g n bằng giới hạn đo, A càng bé
thì phép đo càng chính xác. Thơng thường phép đo càng chính xác khi Kd  1/2.

Ví dụ: Một dịng điện có giá trị th c là 5A. Dùng Ampemét có giới hạn đo
10A để đo dòng điện này. Kết quả đo được 4,95 A.
Tính sai số tuyệt đối, sai số tư ng đối, sai số qui đổi.
Giải:
+ Sai số tuyệt đối:
A =A1 - A= 5 - 4,95 = 0,05 A
+ Sai số tư ng đối:
A% 

A
.100
A

hoặc

A% 

A
0,05
.100  1
.100 
5
A1

+ Sai số qui đổi:
 qd % 

0,05
A
100  0,5

.100 
Adm
10

b Biểu diễn số đo:
Kết quả đo được biểu di n dưới dạng:
A

X
X0

và ta có

X = A.X0

(2.5)

Trong đó: X là đại lượng đo
X0 là đ n vị đo
A là con số kết quả đo.
Ví dụ: I = 5A thì: Đại lượng đo là: dòng điện (I)
Đ n vị đo là: Ampe (A)
Con số kết quả đo là: 5
c Hệ đ n vị đo:
+ Giới thiệu hệ SI (systerme Internatinal – Sl Unit): hệ thống đ n vị đo
lường quốc tế thông dụng nhất, hệ thống này qui định các đ n vị c bản cho các
đại lượng sau:
- Độ dài: tính bằng mét (m).
- Khối lượng: tính bằng kilơgam (kg).
- Thời gian: tính bằng gi y (s).

- Dịng điện: tính bằng Ampe (A).
+ Bội và ước số của đ n vị c bản:
Bội số:

ước số:
11


+ Tiga (T):

1012

+ Mili

(m):

10-3

+ Giga (G):

109

+ Micro ():

10-6

+ Mêga (M):
+ Kilô (K):

106

103

+ Nano (n):
10-9
+ Pico (p):

10-12

2.2.5 Sai số ngẫu nhiên
Tiến hành đo nhiều l n và lấy giá trị trung bình của chúng.
Ví dụ: Đo giá trị của một điện trở ta tiến hành 4 l n đo như sau:
- L n 1 ta đo được giá tri của điện trở là X1 = 50,1.
- L n 2 ta đo được giá tri của điện trở là X2 = 49,7.
- L n 3 ta đo được giá tri của điện trở là X3 = 49,6.
- L n 4 ta đo được giá tri của điện trở là X4 = 50,2.
Giá trị trung bình:
X

X 1  X 2  X 3  X 4 50,1  49,7  49,6  50,2

 49,9 .
4
4

Độ lệch của từng giá trị đo: gọi độ lệch là d.
d1 = 50,1 – 49,9 = 0,2.
d2 = 49,7 – 49,9 = - 0,2.
d3 = 49,6 – 49,9 = - 0,3.
d2 = 50,2 – 49,9 = 0,3.
Tổng đại số của các độ lệch:

dtổng= 0,2 - 0,2 - 0,3 + 0,3 = 0.
Như v y khi tổng đại số của các độ lệch của các l n đo so với trị trung
bình bằng „‟khơng‟‟ thì s ph n tán của các kết quả đo xung quanh giá trị trung
bình.
BÀI TẬP ỨNG DỤNG
1/ Bài t p 1: Một dòng điện có giá trị th c là 20A. Dùng Ampemét có giới
hạn đo 30A để đo dòng điện này. Kết quả đo được 9,95 A.
Tính sai số tuyệt đối, sai số tư ng đối, sai số qui đổi.
2/ Bài t p 2: : Một nguồn điện có giá trị điện áp th c là 220V. Dùng
Ampemét có giới hạn đo 300V để đo điện áp này. Kết quả đo được 230 V.
Tính sai số tuyệt đối, sai số tư ng đối, sai số qui đổi.
3/ Bài t p 3: Đo giá trị của một nguồn điện ta tiến hành 4 l n đo như sau:
12


- L n 1 ta đo được giá tri của điện áp là X1 = 222V.
- L n 2 ta đo được giá tri của điện áp là X2 = 218V.
- L n 3 ta đo được giá tri của điện áp là X3 = 217V.
- L n 4 ta đo được giá tri của điện áp là X4 = 223V.
Giá trị trung bình, độ lệch của từng giá trị đo.

13


BÀI 3 : THIẾT BỊ CƠ ĐIỆN
Mã mô đun:MH14 -03
1. Giới thiệu
- Trong việc kiểm tra các thông số vào, ra về các đại lư ng đo hay đ n vị
đo rất quan trọng trong các ngành kỹ thu t như c khí, điện, điện tử……như
v y chúng ta c n có những thiết bị đo cho đúng với yêu c u.

- Trình bày cấu tạo, nguyên l hoạt động các thiết bị đo lường dùng
kim và chỉ thị số thông dụng trong kỹ thu t điện, điện tử.
- Sử dụng VOM/DVOM đo đạt và ghi nh n đúng các thông số theo
yêu c u kỹ thu t
- Chấp hành đúng quy trình, quy định của xưởng,
- Rèn luyện tính kỷ lu t, cẩn th n, tỉ mỉ của học viên.
2. Nội dung bài:
2.1.Thiết bị đo kiểu nam châm vĩnh cửu với cuộn dây quay
2.1.1. C u tạo, ký hiệu nguyên lý làm việc:
a Ký hiệu:

Hình 3.1a: K hiệu c cấu từ
điện

Hình 3.1b: K hiệu c cấu từ
điện
có chỉnh lưu

14


b. S đồ c u tạo:

Kim chỉ thị
Khe hở c c từ
Nam châm

N

C c từ



S

Cuộn d y

L i sắt non
Lò xo

Đối trọng

Hình 3.2: S đồ c u tạo c c u đo kiểu từ điện

+ Khung quay: khung quay bằng nhơm hình chữ nh t, trên khung có quấn
d y đồng bọc vecni. Toàn bộ khối lượng khung quay phải càng nh càng tốt để
sao cho mơmen qn tính càng nh càng tốt. Toàn bộ khung quay được đặt trên
trục quay hoặc treo bởi d y treo.
+ Nam ch m vĩnh cửu: khung quay được đặt giữa hai c c từ N-S của nam
ch m vĩnh cửu.
+ Lõi sắt non hình trụ nằm trong khung quay tư ng đối đều.
+ Kim chỉ thị được gắn chặt trên trục quay hoặc d y treo. Phía sau kim chỉ
thị có mang đối trọng để sao cho trọng t m của kim chỉ thị nằm trên trục quay
hoặc d y treo.
+ Lò xo đối kháng (kiểm sốt) hoặc d y treo có nhiệm vụ kéo kim chỉ thị
về vị trí ban đ u điểm 0) và kiểm soát s quay của kim chỉ thị.

15

c. S đồ nguyên lý:

N
F

b
F‘

S

Hình 3.3: S đồ nguyên l
c cấu đo kiểu từ điện

d. Nguyên lý hoạt động:
- Khi có dịng điện c n đo I đi vào cuộn d y trên khung quay sẽ tác
dụng với từ trường ở khe hở tạo ra l c điện từ F:
F = N.B.l.L

(3.1)

Trong đó:
N: số vịng d y quấn của cuộn d y.
B: m t độ từ thông xuyên qua khung d y.
L: chiều dài của khung d y.
I: cường độ dòng điện.
L c điện từ này sẽ sinh ra một mơmen quay Mq:
M q  2F

b
 NBILb

2

(3.2)

Trong đó:
b là bề rộng của khung d y
L.b = S là diện tích của khung d y.
Nên: Mq = N.B.S.I

(3.3)

Mômen quay này làm ph n động mang kim đo quay đi một góc  nào đó
và lị xo đối kháng bị xoắn lại tạo ra mơmen đối kháng Mđk tỷ lệ với góc quay .
Mđk = K.

(K là độ c ng của lò xo)

Kim của c cấu sẽ đ ng lại khi hai mômen trên bằng nhau.
16


Mq = M đk 

N.B.S.I = K.

Đặt

  = C.I

(3.4)

(3.5)

C gọi là độ nhạy của c cấu đo từ điện (A/mm). Cho biết dòng điện c n
thiết chạy qua c cấu đo để kim đo lệch được 1mm hay 1 vạch.
Kết luận: qua biểu th c trên ta thấy rằng góc quay  của kim đo tỷ lệ với
dịng điện c n đo và độ nhạy của c cấu đo, dịng điện và độ nhạy càng lớn thì
góc quay càng lớn.
Từ góc  của kim ta suy ra giá trị của đại lượng c n đo.
e. Đặc điểm và ứng dụng:
+ Đặc điểm:
- Độ nhạy cao nên có thể đo được các dòng điện một chiều rất nh (từ
10-1210-14)
- Tiêu thụ năng lượng điện ít nên độ chính xác rất cao.
- Chỉ đo được dòng và áp một chiều.
- Khả năng quá tải kém vì khung d y quay nên chỉ quấn được d y cỡ
nh .
- Chế tạo khó khăn, giá thành đắt.
* Muốn đo được các đại lưọng xoay chiều phải qua cơ cấu nắn dòng.
+ Ứng dụng:
Được dùng để sản xuất các dụng cụ đo:
- Đo dòng điện: MiliAmpemét, Ampemét.
- Đo điện áp: MiliVônmét, Vônmét.
- Đo điện trở: ômmét.
2.2. Ampe đo điện một chiều
2.2.1 Nguyên lý c u tạo
Dụng cụ để đo dòng điện đọc thẳng người ta dùng Ampemét.
K hiệu:

A

- Phư ng pháp đo:
17


Khi đo Ampemét được mắc nối tiếp với phụ tảI (hình 3.1)
+

I

+

Rm
A

Rt

U

-

phụ tải



Hình 3.4: s đồ mắc Ampemét

Ta có:
Trong đó:

Rtđ = Rt + Rm

Rm là điện trở trong của Ampemét  g y sai số

Mặt khác, khi đo Ampemét tiêu thụ một lượng công suất:

PA  I 2 Rm .
Từ đó để phép đo được chính xác thì Rm phải rất nh .
2.2.2. Phư ng pháp mở rộng thang đo
Khi dòng điện c n đo vượt quá giới hạn đo của c cấu đo người ta mở
rộng thang đo bằng cách mắc những điện trở song song với c cấu đo gọi là
Shunt (đ y là phư ng pháp ph n mạch)
Ta có:

ISRS = IA Rm

hay

I S Rm

I A RS

(3.1)

Trong đó:
Rm: điện trở trong của c cấu đo
RS: điện trở của Shunt
Từ (3.1) ta suy ra:
I S  I A Rm  RS

IA
RS

Vì: I = IA + IS là dịng điện c n đo nên ta có:
R  RS
R
I
 m
 1 m
IA
RS
RS

Đặt

Ta suy ra

ni  1 

(3.2)

Rm
RS

I = n i IA

18


( ni  1 

là bội số của Shunt)  Cách tính điện trở

Rm
RS

Shunt
ni: cho biết khi có mắc Shunt thì thang đo của Ampemét được mở
rộng ni l n so với lúc chưa mắc Shunt.
Từ (3.1) ta thấy, nếu RS càng nh so với Rm thì thang đo được mở
rộng càng lớn.
* Điện trở shunt có thể tính theo cách sau:
I A. max Rm
I tai  I A. max

RS 

(3.3)

Trong đó:
Itải là dịng điện qua tải
IAmax là dịng điện lớn nhất của thang đo. Đ n vị là (A)
RS 

Rm
ni  1

(3.4)

* Ampemét được mắc nhiều điện trở Shunt khác nhau để có nhiều thang đo
khác nhau như hình vẽ (Hình 3.2).
Rm

IA

I

C

IS
RS

Shunt

R1
1

R2

2

R3

3

Hình 3.5: S đồ mắc điện trở Shunt
để mở rộng giới hạn đo

* Có thể dùng cách chuyển đổi thang đo theo kiểu Shunt Ayrton (Hình 3.3):
IA

Im

C

I

R1

R2

R3

I1
1

I2
I3

K
2
3

Hình 3.6: Mạch đo kiểu Shunt Ayrton

19


Mạch đo kiểu Shunt Ayrton có 3 thang đo 1, 2, 3:
 Khi khóa K ở vị trí 1: thang đo nh nhất.
+ Điện trở Shunt ở vị trí 1:
RS1 = R1 + R2 + R3

+ Nội trở của c cấu là Rm
 Khi khóa K ở vị trí 2:
+ Điện trở Shunt ở vị trí 2:
RS2 = R1 + R2
+ Nội trở của c cấu là Rm + R3
 Khi khóa K ở vị trí 3:
+ Điện trở Shunt ở vị trí 3:
RS2 = R1
+ Nội trở của c cấu là Rm + R3 + R2
Ví dụ: Cho c cấu đo có nội trở Rm = 1k .Dịng điện lớn nhất qua c cấu
là 50A. Tính các điện trở Shunt ở thang đo 1 (1mA), thang đo 2 (10mA), thang
đo 3 (100mA).
Giải:
 ở thang đo 1: (1mA):
áp dụng công th c: RS  I A. max Rm

I tai  I A. max

Ta có:

RS1  R1  R2  R3 

50  10 6  1
I A. max Rm
 52,6

I tai  I A. max
950  10 3

 ở thang đo 2: (10 mA):

áp dụng công th c: RS  I A. max Rm

I tai  I A. max

6
Ta có: RS 2  R1  R2  I A. max ( Rm  R3 )  50  10 (1.k3 R3 )  1.k  R3

I tai  I A. max

9950  10

199

 ở thang đo 3: (100 mA):
20


áp dụng công th c: RS  I A. max .Rm

I tai  I A. max

RS 3  R1 

Ta có:

6
I A. max ( Rm  R3  R2 ) 50  10 (1.k  R3  R2 ) 1.k  R3  R2


I tai  I A. max

1999
99950  10 6

Thay vào ta có:
R1  R2 

 R3 
R1 

1.k  R3
 52,6  R3
199

10467,4  1000
 47,337
200
1000  52,6  R1 1052,6

 0,526
1999
2000

R2 = 52,6 - (47,337 + 0,526) = 4,737
V y giá trị các điên trở Shunt ở các thang đo là:
RS1 = R1 + R2 + R3 = 0,526 + 4,737 + 47,337 = 52,6 
RS2 = R1 + R2 = 0,526 +4,737 = 5,263 
RS3 = R1 = 0,526 
Mở rộng thang đo cho c c u điện từ:



Thay đổi số vòng d y quấn cho cuộn d y cố định với l c điện từ F không
đổi:
F = n1.I1 = n2 I2 = n3 I3 =.....
Ví dụ:
F = 300 Ampe/ vịng cho 3 thang đo:
I1 = 1A; I2 = 5A; I3 = 10A.
Khi đó: n1 = 300 vòng cho thang đo 1A
n2 = 60 vòng cho thang đo 5A
n3 = 30 vòng cho thang đo 10A
2.2.3. Phư ng pháp mở rộng thang đo
Mắc song song các điện trở Shunt với cuộn d y di động. Cách tính điện trở
Shunt giống như với cách tính ở c cấu từ điện.
b Đo dòng điện xoay chiều (AC):


Nguyên lý đo:
21


C cấu điện từ và điện động đều hoạt động được với dịng điện xoay chiều,
do đó có thể dùng hai c cấu này tr c tiếp và mở rộng thang đo như Ampemét
đo dòng điện một chiều.
Riêng c cấu từ điện khi dùng phải biến đổi dòng điện xoay chiều thành
dịng điện một chiều. Ngồi ra do tính chính xác của c cấu từ điện nên c cấu
này rất thông dụng trong ph n lớn Ampemét (trong máy đo vạn năng: VOM)

-

Mở rộng thang đo:

Dùng điện trở Shunt và điơt cho c cấu từ điện: (Ampemét chỉnh lưu)
icltb

Rm

IAC

+

iS

C

-

VD
RS

Hình 3.7: Ampemét chỉnh lưu

Điôt mắc nối tiếp với c cấu, do đó dịng điện i cLtb qua c cấu, dịng cịn lại
qua điện trở Shunt.
Nói chung các Ampemét chỉnh lưu có độ chính xác khơng cao do hệ số
chỉnh lưu thay đổi theo nhiệt độ, thay đổi theo t n số. Vì v y c n phải bù nhiệt
độ và bù t n số. Dưới đ y là các s đò bù t n số của các Ampemét chỉnh lưu
bằng cuộn cảm và tụ điện C.

C

RCu

C

RCu
R Cu

RMN

L

a. Bù t n số của Ampemét chỉnh lưu bằng
cuộn cảm

C
RMN

b. Bù t n số của Ampemét chỉnh
lưu bằng tụ điện C cảm

Hình 3.8: Các phư ng pháp bù tần số của Ampemét chỉnh lưu

Mặt khác các Ampemét từ điện chỉnh lưu được tính tốn với dịng điện có
dạng hình sin, hệ số hình dáng Khd = 1,1
22




BSW
.I

Dkhd

(3.5)

Khi đo với các dịng điện khơng phải hình sin sẽ g y sai số.
ưu điểm của dụng cụ này là độ nhạy cao, tiêu thụ công suất nh , có thể
làm việc ở t n số 500 Hz  1kHz.
Nhược điểm: độ chính xác thấp.
- Ampemét điện từ là dụng cụ đo dòng điện d a trên c cấu chỉ thị điện từ.
M i c cấu điện từ được chế tạo với số Ampe và số vịng nhất định.
Ví dụ:
Cuộn d y trịn có IW = 200A vịng, cuộn dẹt có IW  100  150 A vịng do
đó khi mở rộng thang đo chỉ c n thay đổi sao cho IW là hằng số, bằng cách chia
đoạn d y thành nhiều đoạn bằng nhau và thay đổi cách nối ghép các đoạn đó
như hình 3.6a để đo dịng điện nh , hình 3.6b để đo dịng điện trung bình, hình
3.6c để đo dịng điện lớn

a. Đo dịng điện nh
I1
I

I

I

I

I2

c. Đo dịng điện lớn

b. Đo dịng điện trung bình

Hình 3 6: Mở rộng thang đo của Ampemét điện từ

- Ampemét điện động: thường sử dụng đo dòng điện ở t n số 50Hz hoặc
cao h n (400  2000) với độ chính xác cao (cấp 0,5  0,2).

A1

A2

B

A1

A2

L1

R1

B
L2

R2

b. A-mét

a. mA-mét

Hình 3.9: S đồ Ampemét điện động

23