Tìm hiểu dụng cụ đo lường điện tử

DỤNG CỤ ĐO

Volmet đi n t , t đi n, đi n đ ngệ ừ ừ ệ ệ ộ

Ph ng pháp m r ng thang đo ươ ở ộ

Volmet ch th s tích phân 2 nh pỉ ị ố ị

Volmet ch th s chuy n đ i tr c ti pỉ ị ố ể ổ ự ế

B bi n đ i ADộ ế ổ
Nội dung tìm hiểu:
1. volmet từ điện

Voltmeter từ điện được cấu tạo từ cơ cấu đo từ điện bằng cách
mắc nối tiếp một điện trở lớn cộng với điện trở của cơ cấu đo.

Giá trị của điện trở nối tiếp có giá trị lớn để đảm bảo chỉ
mức dòng chấp nhận được chảy qua cơ cấu đo.
cấu tạo

Phần tĩnh: gồm 1 nam châm vĩnh
cửu (1), hai má cực từ (2), 1 lõi sắt
từ (3). Giữa (2) và (3) tạo thành 1
khe hẹp hình vành khuyên cho
phép 1 khung dây quay xung
quanh và có từ trường đều hướng
tâm (B).

Phần động: - Gồm 1 khung dây
nhẹ (4) có thể quay xung quay trục

của 1 lõi sắt từ, 1 kim chỉ thị (5)
được gắn vào trục của khung dây, 1
lò xo phản kháng (6) với 1 đầu
được gắn vào trục của khung dây,
đầu còn lại được gắn vào vỏ máy.

 Để định vị kim đúng điểm ‘0’ khi chưa đo thì một đầu của lò
xo phản kháng ở trước được liên hệ với 1 vít chỉnh ‘0’ ở chính
giữa mặt trước của cơ cấu đo.
Hoạt động:
- Dòng điện trong cuộn dây của cơ cấu từ điện nam châm vĩnh
cửu(TĐNCVC) phải chạy theo một chiều nhất định để cho kim
dịch chuyển (theo chiều dương) từ vị trí `0` qua suốt thang đo.
- Đảo chiều dòng điện =>cuộn dây quay theo chiều ngược lại
và kim bị lệch về phía trái điểm `0`. Do đó các đầu nối của
dụng cụ TĐNCVC được đánh dấu `+` và `-` để cho biết chính
xác cực cần nối. Cơ cấu TĐNCVC được coi là có phân cực.
Ưu ,nhược điểm và ứng dụng

Ưu điểm
-Thang đo tuyến tính => có thể khắc độ thang đo của dòng điện I theo góc quay của
kim chỉ thị .
- Độ nhạy cơ cấu đo lớn. Dòng toàn thang (Itt) rất nhỏ (cỡ µA).
- Độ chính xác cao, có thể tạo ra các thang đo có cấp chính xác tới 0,5%. Ít chịu ảnh
hưởng của điện từ trường bên ngoài.

Nhược điểm
- Cấu tạo phức tạp, dễ bị hư hỏng khi có va đập mạnh.
- Chịu quá tải kém do dây quấn khung có đường kính nhỏ.
- Chỉ làm việc với dòng 1 chiều, muốn làm việc với dòng

xoay chiều phải có thêm điốt chỉnh lưu.

Ứng Dụng:
- Đo điện áp một chiều: có độ nhạy cao, cho phép dòng nhỏ đi qua.
- Đo điện áp xoay chiều: trong mạch xoay chiều khi sử dụng kèm với bộ chỉnh lưu, chú
ý đến hình dáng tín hiệu.
1.Volmet Điện Từ

Voltmeter điện từ ứng dụng cơ cấu chỉ thị điện từ để đo điện
áp.

Vì yêu cầu điện trở trong của voltmet lớn nên dòng điện chạy
trong cuộn dây nhỏ, số lượng vòng dây quấn trên cuộn tĩnh
rất lớn, cỡ 1000 đến 6000 vòng.

Được dùng để đo điện áp xoay chiều ở tần số công nghiệp.

Để mở rộng và tạo ra voltmet nhiều thang đo người ta
thường mắc nối tiếp với cuộn dây các điện trở phụ giống như
trong voltmet từ điện.
Khi đo ở mạch xoay chiều sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng sinh
ra bởi tần số dòng điện,ảnh hưởng tới chỉ số thang đo. Để khắc
phục sai số tần số khi đo người ta mắc các tụ điện song song với
các điện trở phụ.
Ưu nhược điểm và ứng dụng

Ưu điểm

Có thể làm việc ngay với dòng điện xoay chiều mà không cần mạch
chỉnh lưu


Cấu tạo vững chắc khả năng chịu tải tốt

Nhược điểm

Độ nhạy kém do từ trường phần tĩnh yếu.

thang đo phi tuyến

Độ chính xác thấp.,dễ ảnh hưởng của từ trường bên ngoài do tổn hao sắt
từ lớn

Tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với dùng volmet sử dụng cơ cấu đo từ
điện

Ứng dụng

Được dùng để đo điện áp xoay chiều ở tần số công
nghiệp, trong các đồng hồ đo điện áp lớn.
3. Volmet điện động

Cấu tạo:
- Voltmeter điện động cấu tạo gồm:
+ Phần tĩnh là cuộn dây có tiết diện lớn,ít vòng dây và thường
chia làm hai phân đoạn.
+ Phần động là một cuộn dây có nhiều vòng dây và tiết diện
nhỏ vì vonmet yêu cầu điện trở trong lớn.Ngoài ra còn có
kim chỉ thị,bộ phận cản dịu, lò xo phản kháng.
- Trong vônmét điện động, cuộn dây động và cuộn dây tĩnh luôn
mắc nối tiếp nhau, tức là:

Zv: Tổng trở toàn mạch của Voltmeter
Khi đo điện áp có tần số quá cao, có sai số phụ do
tần số, nên phải bố trí thêm tụ bù cho cuộn dây tĩnh
và động
Ứng Dụng:
- khi đo điện áp ở tần số cao hơn tần số công
nghiệp hoặc khi cần nâng cao độ chính xác ta dùng
voltmeter điện động.
4. Bộ biến đổi AD

trong tất cả hệ thống đo lường có 2 loại tín hiệu cần xử lý :
tín hiệu tương tự và tín hiệu số

Tín hiệu tương tự là tín hiệu có 1 số vô hạn các giá trị không
gián đoạn

Tín hiệu số bao gồm hữu hạn các giá trị

Trong kỹ thuật điện tử số, thường phải biến đổi tín hiệu tương
tự thành tín hiệu số và ngược lại

Thiết bị thực thi nhiệm vụ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín
hiệu số là mạch chuyển đổi tương tự số A/D (analog – digital
convertor)
a. Khái niệm và phân loại

Bộ biến đổi A/D là tất cả mọi thao tác để biến đổi 1 tín hiệu
biến đổi liên tục theo thời gian thành 1 số hữu hạn trong hệ
thống đã cho.


Thường là khâu nối giữa bộ phận nguồn tin và xử lý tin trong
đo lường số.

Phân loại :

theo đại lượng tương tự : thời gian – số, điện áp – số

Theo thuật toán biến đổi : đếm nối tiếp, đếm song song, mã
theo từng bit
* Phương pháp số ( phương pháp đếm nối tiếp)
Là phương pháp đơn giản nhất, thường sử dụng trong các thiết
bị đo lường số. Ở đây, số lượng tổng số các điện áp chuẩn của
các bit trẻ dùng để diễn đạt điện áp vào. Nếu số lượng cực đại
dùng để mô tả là n thì cũng cần tối đa n bước để nhận kết
quả.VD : bộ biến đổi tích phân 1 sườn dốc, 2 sườn dốc để biến
đổi điện áp- thời gian- xung.
* phương pháp song song( so sánh trực tiếp)
điện áp vào được so sánh đồng thời với n điện áp chuẩn và được
xác định xem đang nằm giữa 2 mức nào. Loại này cần nhiều bộ
sai số, mỗi mức cân 1 bộ sai số. kết quả ta có 1 bậc của tín hiệu
xấp xỉ. Phương pháp có giá thành cao. Tốc độ nhanh.
* phương pháp trọng số (mã theo từng bit)
là phương pháp so sánh gần đúng liên tiếp. Có bao nhiêu bit
trong 1 từ mã nhị phân thì có bấy nhiêu bước so sánh và bấy
nhiêu điện áp chuẩn. VD : bộ biến đổi theo mã nhân 2 liên tiếp,
bộ biến đổi theo phương pháp cân
Vônmét chỉ thị số tích phân 2 nhịp

Vônmét chỉ thị số tích phân 2 nhịp có thể khắc phục sai số
của vônmét số 1 nhịp do hệ số chuyển đổi áp thành khoảng

thời gian không ổn định.

Sơ đồ khối và biểu đồ thời gian
Nguyên lý làm việc của vônmét
Khi mở máy xung điều khiển khởi động bộ đếm (reset bộ đếm),
đầu nối S1 đóng và S2 mở, điện áp cần đo được đưa vào bộ tích
phân và tụ C bắt đầu nạp.
Khi đó tín hiệu ra của mạch tích phân tăng dần, điện áp ra của bộ
so sánh thay đổi trạng thái của cổng G để các xung chuẩn từ máy
phát xung cung cấp cho bộ đếm. Bộ đếm tăng đến số lớn nhất
(trong khoảng thời gian ).

Hết thời gian mở và đóng, khi đó điện áp - được nối với bộ
tích phân, do đó - ngược chiều với nên tụ C phóng. Tín hiệu
ra giảm tuyến tính đến 0V, bộ so sánh chuyển trạng thái và
cổng G khóa.
Thời gian tụ C phóng tỷ lệ với điện áp vào – .
Trong khoảng thời gian điện áp tích phân được tính :
Điện áp hạ trên tụ sau thời gian :

Hết thời gian khoá đóng ,khoá được mở ra đồng thời các xung
từ bộ phát xung qua khoá thông đưa đến bộ đếm (đếm thuận).
Khi thông điện áp nạp cho tụ C theo chiều ngược lại : = -
Sau khoảng thời gian
Sau khoảng thời gian thì = , . Khi đó thiết bị so sánh phát xung
khoá và kết thúc quá trình đo.
Ta có
Gọi T là chu kỳ của các xung chuẩn số xung đưa đến mạch đếm
trong khoảng thời gian là :
Trong đó :tần số xung nhịp

Do vậy ta có xung nhịp đếm được nhờ mạch đếm trong khoảng
thời gian là :

Sau thời gian mạch đếm đầu ra bị ngắt vì và mạch logic đóng
cổng mạch “ AND” quá trình được lặp lại trong các chu kỳ tiếp
theo.
Số xung đếm được ở đầu ra tỷ lệ với điện áp tương tự cần
chuyển đổi .
Kết quả đếm không phụ thuộc vào các thông số R, C của mạch
và không phụ thuộc vào tần số nhịp do vậy kết qủa khá chính
xác.


Ưu điểm của Vôn mét chỉ thị số 2 nhịp:
Tần số của máy xung phát chuẩn không ảnh hưởng đến độ
chỉ của phép đo.
Giá trị tụ C không tồn tại trong biểu thức cuối cùng , điện
trở thông của khoá và nhỏ hơn nhiều giá trị điện trở ,vì vậy
ít ảnh hưởng đến sai số chung.
Nguồn sai số chủ yếu: sự không ổn định của ; áp dư của ;
khuếch đại thuật toán và sự không ổn định của thiết bị so
sánh.

Volmet chỉ thị số chỉ đổi trực tiếp

Ta so sánh điện áp cần đo Ux với điện áp chuẩn Uk phụ
thuộc vào việc gia công đại lượng bù Uk và quy trình so sánh
với Uk và quy trình so sánh với Ux mà người ta phân ra
thành volmet số chỉ đổi trực tiếp kiểu bù quét và volmet số
chỉ đổi trực tiếp kiểu tùy động.

a. Volmet số chỉ đổi trực tiếp kiểu bù quét

Điện áp bù Uk thay đổi lặp lại theo chu kỳ, trong mỗi
chu kỳ biến thiên của Uk ta lấy số đo một lần tức là tại
thời điểm Ux, Uk ta đọc kết quả của phép đo. Điện áp
bù Uk có thể thay đổi tuyến tính hoặc thay đổi theo bậc
thang không bằng nhau.

Sơ đồ cấu trúc gồm 2 phần: phần chuyển đổi điện áp
Ux thành khoảng thời gian Tx và phần đo khoảng thời
gian. Thực chất gồm hai phần là phần đổi điện áp cần đo
thành số lượng xung N1 thành mã thập phân N10 để
điều khiển các phần tử hiện số.
hình 1 .Cấu trúc của volmet số chỉ đổi trực tiếp
. Dạng điện áp của volmet số chỉ đổi trực tiếp kiểu
bù quét