các cơ cấu chỉ thị trong đo lường điện

CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ
  ộ ể

Cơ cấu chỉ thị cơ điện

Cơ cấu chỉ thị từ điện

Cơ cấu chỉ thị điện từ

Cơ cấu chỉ thị điện động

Cơ cấu chỉ thị logomet
Ι: cơ cấu chỉ thị cơ điện

          ỉ ị ơ ệ ệ ụ ế ổ ượ ệ
       ừ ượ ơ ọ ị ể ầ

Cơ cấu gồm có :

  ầ ĩ

 ầ

  ạ ượ

    ạ ượ ườ ệ

   !ươ ả α"#$%&'%  ạ ượ
dòng điên I góc quay α
CC CT Cơ Điện


Những bộ phận và chi tiết chung của cơ
cấu chỉ thị cơ điện
1. Trục và trụ
- Là các bộ phận quan trọng trong cơ cấu chỉ thị cơ điện. Đảm bảo
cho phần động quay trên một trục cố định.
2. Lò xo phản kháng
- là bộ phận để tạo ra mômen cản. Trong một cơ cấu chỉ thị thường
có hai lò xo phản kháng đặt ở trên và dưới khung quay có chiều xoắn
ngược nhau. Các lò xo này có tác dụng dẫn dòng điện vào ra khung
dây và cuộn dây động.
3. Dây căng và dây treo
- dây căng và dây treo dùng để định vị phần động để nó quay theo
một trục hình học nào đó.
- chúng có tác dụng sinh ra mômen cản và dẫn điện vào phần động.
4. kim và chỉ thị ánh sáng
- kim chỉ thị góc quay α được gắn với trục quay.Độ di chuyển
của kim trên thang chia độ tỷ lệ với góc quay α
- Ngoài ra có thể chỉ thị góc quay bằng ánh sáng, thường dùng
trong một số dụng cụ đo có độ chính xác và độ nhạy cao.
Lò xo phản kháng
Dây căng
Dây treo
Hình 1 : lò xo phản kháng, dây căng, dây treo

Thang chia độ là mặt khắc độ
thang đo, để xác định giá trị đo
6. bộ phận cản dịu

Làm nhiệm vụ giập tắt dao
động của phần động. Giúp nhah

chóng xác lập vị trí góc quay.

Thường sử dụng 2 loại:
•
cản dịu không khí
•
cản dịu cảm ứng
5. Thang chia độ

Nguyên lý của CCCTCĐ
1. Mômen quay

Khi cho dòng điện vào một cơ cấu chỉ thị cơ điện, trong sẽ
tích lũy một năng lượng điện từ: dWe

Do tác động của từ trường lên phần động của cơ cấu đo sẽ
sinh ra mômen quay Mq tỷ lệ với độ lớn của dòng điện I
đưa vào cơ cấu, thực hiện một công cơ học:

dA = Mqd
α
dA: lượng vi phân của công cơ học
Mq: mô men quay
d
α
: lượng vi phân của góc quay
Theo định luật bảo toàn năng lượng :
()"*
Mq =
2. Mômen phản

Được tạo ra bởi các bộ phận phản kháng. Mômen này tỷ
lệ với góc quay α : +",α
D là hệ số phụ thuộc vào kích thước, vật liệu chế tạo
bộ phận phản kháng
3. Mô men ổn định
là mô men sinh ra do lực quán tính của phần động. Là
hiệu giữa mô men quay và mô men cản, có chiều của mô
men có trị số nhỏ hơn.

-
4. Mô men ma sát
Với các dụng cụ dùng trục quay ta xét đến mô men ma
sát: Mms = K. Gn
K: hệ số tỷ lệ
G: trọng lượng phần động
n = (1.3 ÷ 1.5)
5. mô men cản dịu
do phần động có quán tính ,nó không dừng lại mà dao
động quanh vị trí cân bằng nên để rút ngắn thời gian
dao động thì trong cơ cấu chỉ thị có thêm bộ phận cản
dịu tạo ra mô men cản dịu :

Mcd = p.
-
II: cơ cấu chỉ thị từ điện
1: cấu tạo

Phần tĩnh

Phần động

Kim ch thỉ ị
Cực từ
Lõi sắt non
Khung dây
Lò xo phản kháng
Nam châm vĩnh cửu
2. Nguyên lý làm việc

- Khi cho dòng điện 1 chiều I chạy vào khung dây,
dưới tác dụng của từ trường nam châm vĩnh cửu sinh
ra năng lượng từ trường làm quay phần động. Từ
thông Φ đi qua khung dây:

Φ = BSWα

B: Trị số cảm ứng từ trong khe hở không khí;

S: diện tích tác dụng của khung dây;

W: là số vòng dây;

α : góc lệch của khung dây so với vị trí ban đầu
Năng lượng điện từ :We = Φ. I = BSWIα
mô men quay được tạo ra : Mq = BSWI
khi cân bằng: Mq = Mc hay BSWI = Dα
nên ta có :
α =
SI: độ nhạy của cơ cấu theo dòng điện thì α = SI.I
-
3. đặc tính và ứng dụng của cơ cấu từ điện


Đặc tính

Góc lệch α tỷ lệ thuận với dòng điện I nên cơ cấu chỉ sử dụng trong
mạch một chiều.

vì α tỷ lệ bậc nhất với I nên thang chia độ của cơ cấu đều

Độ nhạy cao và không đổi trong suốt thang đo

Độ chính xác cao,ảnh hưởng của từ trường ngoài không đáng kể, công
suất tiêu thụ nhỏ,độ cản dịu tốt.

Nhược điểm của cơ cấu từ điện là chế tạo phức tạp,giá thành đắt, chịu
quá tải kém, chịu ảnh hưởng của nhiệt độ.

Ứng dụng
chế tạo các ampemet,vonmet,ommet nhiều thang đo,dải đo rộng, chế tạo
các loại điện kế có độ nhạy cao,chế tạo các đầu rung, làm chỉ thị trong
các mạch đo đại lượng không điện khác nhau, chế tạo các dụng cụ đo
điện tử tương tự, dùng trong bộ chỉnh lưu ,cảm biến cặp nhiệt…

một số hình ảnh về ứng dụng của cơ cấu từ điện
III: cơ cấu chỉ thị điện từ

1. Cấu tạo!
có 2 loại
-Loại cuộn dây hình tròn.
-Loạicuộn dây hình dẹt


Loại cuộn dây hình tròn:
-Phần tĩnh: là một cuộn dây
hình trụ tròn,phía trong thành
ống có gắn lá sắt từ mềm uốn
quanh
-Phần động: gồm một lá sắt
từ cũng được uốn cong và
gắn vào trục quay nằm đối
diện.Trên trục quay gắn kim
chỉ thị và lò xo phản kháng
Cấu tạo cơ cấu điện từ

Loại cuộn dây hình dẹt.

Phần tĩnh:gồm 1 cuộn dây
dẹt,ở giữa có 1 khe hẹp.

Phần động:gồm 1 đĩa sắt từ
được gắn lệch tâm, chỉ một
phần nằm trong khe hẹp và có
thể quay quanh trục.Trên trục
của đĩa sắt từ có gắn kim chỉ
thị và lò xo phản kháng.
2. Nguyên lý làm việc
Khi có dòng điện chạy vào khung dây, trong lòng cuộn dây
sinh ra một từ trường.
- Cuộn dây dẹt: từ trường này hút lá thép vào trong lòng cuộn
dây tĩnh
-
Cuộn dây tròn: từ trường sẽ từ hoá hai lá thép khi đó hai lá

thép có cùng cực tính nên đẩy nhau. Cả 2 trường hợp trên
sẽ làm cho phần động quay đi một góc α
Mq =
với Năng lượng điện từ trường tích luỹ ở cuộn dây
-
2
1
2
e
W LI
=
Khi mô men quay bằng mo men cản tại vị trí cân bằng:

2 = Dα hay α =2
Vậy cơ cấu chỉ thị điện từ có thể đo được cả dòng một chiều và
dòng xoay chiều.
-
2
2
e
q
dW
d LI
M
d d
α α
 
= =
 ÷
 

2
1
2
q
dL
M I
d
α
=
3. đặc tính và ứng dụng của cơ cấu
- Ưu điểm:
+ Có cuộn dây ở phần tĩnh nên có thể quấn bằng dây kích thước
lớn nên khă năng quá tải tốt.
+ Dễ chế tạo, giá thành hạ.
+ Có thể đo được cả đại lượng 1 chiều và xoay chiều
- Nhược điểm:
+ Góc quay tỷ lệ với bình phương của dòng điện và thang đo
chia không đều(hình dáng lá thép được chế tạo sao cho dL/dα
giảm theo góc quay α để thang chia độ có thể tương đối đều)
+ Độ chính xác thấp do có tổn hao trong lõi thép
+ Tiêu thụ năng lượng nhiều hơn cơ cấu đo từ
điện.
-ứng dụng:
+chế tạo ampe mét, vôn mét trong mạch xoay chiều
+ dùng nhiều trong các đồng hồ đo điện áp lớn
IV: cơ cấu chỉ thị điện động
1.Cấu tạo

phần tĩnh là cuộn dây 1
để tạo ra từ trường khi

có dòng điện chạy
qua.trục quay chui qua
khe hở giữa 2 phần cuộn
dây tĩnh.

Phần động gồm 1 khung
dây 2 đặt trong lòng
cuộn dây tĩnh

Ngoài ra còn có lò xo
cản, bộ phận cản dịu,
kim chỉ thị.
2. Nguyên lý làm việc
Khi cho dòng điện chạy vào cuộn dây tĩnh, trong lòng cuộn dây
xuất hiện từ trường tác động lên dòng điện chạy trong khung
dây tạo nên momen quay làm phần động quay đi 1 góc α.
Mq = : We – năng lượng điện từ tích lũy trong
các cuộn dây

TH1: khi cho dòng điện 1 chiều I1,I2 vào lần lượt các cuộn
dây 1,2
We = L1I12 + L2I22 + M12I1I2
 điện cảm của các cuộn dây, không phụ thuộc vào
 hỗ cảm của hai cuộn dây, thay đổi khi phần động quay.

Momen quay:


-
*TH2 Khi đưa vào các cuộn dây các dòng điện xoay chiều:

và
: góc lệch pha giữa hai dòng điện.
: các giá trị hiệu dụng của dòng điện lần lượt chạy trong
cuộn tĩnh và động
Do phần động có quán tính mà không kịp thay đổi theo giá trị
tức thời nên thực tế lấy theo giá trị trung bình trong một chu
kỳ:
-
Khi suy ra :




-
3. đặc điểm và ứng dụng

Ưu điểm:

Độ chính xác cao vì không tổn hao trong lõi thép

Có thể đo được cả đại lượng một chiều và xoay chiều.

Nhược điểm:

Dễ ảnh hưởng của từ trường ngoài. cấu tạo phức tạp,giá thành cao

Khả năng quá tải kém vì khung dây phần động kích thước nhỏ.


Thang chia độ không đều (trừ khi chế tạo wattmet).
.Cơ cấu đo kiểu điện động được sử dụng để chế tạo các ampe kế , volt
kế , watt kế một chiều và xoay chiều với tần số công nghiệp.Đồng hồ đo
hệ số công suất cosϕ hay góc lệch giữa các phaKhi sử dụng trong mạch
xoay chiều tần số cao , ta phải lắp thêm mạch bù tần số và cơ cấu đo này
có thể đo được ở dải tần lên đến 20KHz

V: cơ cấu chỉ thị logomet
1.Logomet từ điện
  ấ ạ

là loại cơ cấu chỉ thị để đo tỉ số hai dòng điện, chỉ khác là
không có lò xo cản mà thay bằng một khung dây thứ hai tạo
ra mômen có hướng chống lại mômen quay của khung dây
thứ nhất.
Logo met t iêǹư đ ̣
/02
I1
I2
Khu
01