Tìm hiểu phương pháp đo điện áp trong kỹ thuật đo lường điện tử

ĐO ĐIỆN ÁP
1. ĐẶC ĐIỂM & YÊU CẦU:

Phép đo dễ tiến hành, thực hiện nhanh
chóng, độ chính xác cao.

Khoảng giá trị điện áp cần đo rộng (vài µV –
vài trăm kV), trong dải tần số rộng (vài Hz –
hàng nghìn MHz) và dưới nhiều dạng tín hiệu
điện áp khác nhau.

Thiết bị đo phải có Z
vào
lớn.
*CÁC TRỊ SỐ ĐIỆN ÁP CẦN ĐO:

Trị số đỉnh (Um), trị số hiệu dụng (Uhd, U), trị số trung bình (Utb, U0)
2
0
1
( )
T
U u t dt
T
=
∫

Điện áp chu kì dạng không sin:
2 2
0

n
k
k
U U
=
=
∑
0
0
1
| ( )
T
U u t dt
T
=
∫

Quan hệ giữa U, Um, U0:
kb: hệ số biên độ của tín hiệu điện áp
kd: hệ số dạng của tín hiệu điện áp
m
b
U
k
U
=
0
d
U
k

U
=
1. Đo điện áp một chiều
A) DÙNG VONTMETER TỪ ĐIỆN

Dụng cụ đo: Vontmeter từ điện được mắc song song với mạch có điện áp cần đo sao cho cực dương của
vontmeter nối với điểm có điện thế cao và cực âm nối với điểm có điện thế thấp hơn.

Yêu cầu: điện trở vào của Vontmeter Rv lớn để đảm bảo vontmeter ảnh hưởng rất ít đến trị số điện áp cần đo.

Để đo điện áp lớn mắc điện trở phụ vào mạch đo.
max
max
do P V
V V
U R R
U R
+
=
max
max
1
do
P
V V
U
R
n
U R
= + =

U
đo max
=I
V
(R
p
+R
V
)
(n: hệ số mở rộng thang đo)
(n: hệ số mở rộng thang đo)
→
*VONTMETER CÓ NHIỀU THANG ĐO:

Được cấu tạo từ 1 dụng cụ đo độ lệch, một số
điện trở phụ thuộc và 1 công tắc xoay

2 mạch vontmeter nhiều thang đo thường
dùng:
Hình 1a:
•
Các điện trở phụ được mắc nối tiếp và mỗi
chỗ được nối với 1 trong các đầu ra của công
tắc
•
Khoảng đo: U
đo
=I
v
(R

v
+R
p
)
Rp có thể là Rp1, Rp2, Rp3
Hình 1a.
Hình 1b:
•
Các điện trở phụ được mắc nối tiếp và mỗi chỗ nối được nối với một trong các đầu ra của công tắc
•
Khoảng đo của vôn kế: U
do
= I
v
(R
v
+ R
p
)
Rp có thể là Rp1, Rp1+Rp2, Rp1+Rp2+Rp3
Hình 1b.
*ĐỘ NHẠY CỦA VONTMETER:
Là tỉ số giữa điện trở toàn phần và chỉ số điện
áp toàn thang của vontmeter
Đơn vị: Ω/V
Độ nhạy càng lớn thì vontmeter càng chính
xác.
B) DÙNG VONTMETER SỐ

Sơ đồ khối đơn giản:

U
đo

Thiết
bị vào
Biến đổi điện áp –
khoảng thời gian
Cổng Bộ Tạo
xung đếm
Bộ đếm
xung
Thiết bị
hiển thị

Thiết bị vào gồm:
+Bộ lọc tần thấp để cho U
đo
không còn sóng
hài.
+Bộ phân áp: thay đổi thang đo
+Bộ chuyển đổi phân cực điện áp: thay đổi
cực tính U
đo.

Bộ biến đổi điện áp – khoảng thời gian: biến đổi trị số
U
đo
ra khoảng thời gian ∆t để điều khiển cổng đóng
mở.


Cổng: biến đổi khoảng thời gian ∆t thành cổng.

Bộ tạo xung đếm: tạo ra các xung đếm có tần số nhất
định đưa tới Cổng. Chỉ các xung đếm xuất hiện trong
khoảng thời gian ∆t ứng với cổng mở mới thông qua
dc cổng tới BĐX.

Bộ đếm xung: đếm các xung trong khoảng thời gian
∆t.

Thiết bị hiển thị số: chuyển đổi từ xung đếm thành
chữ số hiển thị.
Sơ đồ khối chi tiết
NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC:

Khi chưa đo: khóa S mở (không ở vị trí nạp hoặc phóng).

Quá trình biến đổi thực hiện qua 2 bước:
1. Tại t
1
, bộ điều khiển đưa ra xung đk1 đưa khóa S về vị trí n,
điện áp U
x
qua mạch vào => qua R nạp cho C => U
c
tăng.
2. Đến thời điểm t
2
, bộ đk đưa ra xung đk2 đưa S về vị trí p và
kết thúc quá trình nạp, C sẽ phóng điện qua nguồn điện áp

mẫu (nguồn điện áp ko đổi, 1 chiều E
0
), U
C
giảm tới thời
điểm t
3
=> U
C
=0, bộ so sánh đưa ra xung so sánh U
SS
.
Xung đk2 và xung U
SS
sẽ dc đưa vào đầu thiết lập (S) và xóa
(R) của Trigger=> đầu ra của Trigger là xung vuông có độ
rộng T
x
, xung này sẽ điều khiển đóng mở khóa để cho phép
xung đếm chuẩn qua khóa => kích thích cho bộ đếm xung.
Giả sử trong thời gian T
x
có N
x
xung qua khóa, số xung N
x

dc đưa qua mạch giải mã và chỉ thị để biểu thị kết quả U
DC
cần đo.

3. ĐO ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

Sơ đồ khối của Vontmeter đo điện áp
xoay chiều có trị số lớn
Thiết bị
vào
Tách
sóng
Khuếch
đại dòng 1
chiều
Thiết bị chỉ thị
kim

Sơ đồ khối của vontmeter đo điện áp
xoay chiều có trị số nhỏ
Thiết bị
vào
KĐ điện
áp xoay
chiều
Tách
sóng
Thiết bị
chỉ thị
kim

Thiết bị vào: gồm các phần tử để biến đổi
điện áp đo ở đầu vào như bộ phân áp, mạch
tăng trở kháng vào với mục đích là ghép U

đo

một cách thích hợp với mạch đo.

Bộ tách sóng: biến đổi điện áp xoay chiều
thành 1 chiều.
CÁC LOẠI MẠCH TÁCH SÓNG
A) TÁCH SÓNG ĐỈNH (BIÊN ĐỘ)

Là tách sóng mà Ura trực tiếp tương ứng với trị số biên độ của Uvào. Phần tử để gim giữ lại trị số biên
độ của Uđo là tụ điện. Tụ điện dc nạp tới giá trị đỉnh của Uđo thông qua phần tử tách sóng.

Mạch có thể dùng diode hoặc transistor. Ở đây ta dùng mạch tách sóng đỉnh dùng diode.
Mạch tách sóng đầu vào mở
Nguyên lí làm việc:

Trong nửa chu kì (+) đầu tiên, D thông, C dc nạp điện nhanh qua trở RĐ thông với hằng số nạp ﺡn =RĐ
thông. C và Uc tăng đến khi Uc Ux(t). Lúc này D tắt và C phóng điện qua Rt với hằng số phóng
ﺡp=Rt.C

Khi Uc giảm tới <Ux(t) thì tụ lại dc nạp.
Nếu chọn ﺡn<< ﺡp thì sau vài chu kì Uc có giá trị không đổi và xấp xỉ Um.
Nhận xét:

Dải tần rộng.

Nếu điện áp đo có cả thành phần 1 chiều thì điện áp đồng hồ đo được: URt=U0+UmHijahqnwo
qjwfqwf
*MẠCH TẠO SÓNG ĐỈNH ĐẦU VÀO ĐÓNG
U

X
(T)=U
0
+U
M
SINΩT
Nguyên lí làm việc:
Cho điện áp vào hình sin, trong nửa chu kì
(+) đầu tiên D thông, C dc nạp điện với
hằng số nạp ﺡn = RD. C và Uc tăng đến
khi Uc> Ux(t) tụ lại dc nạp
B) MẠCH TÁCH SÓNG TRUNG BÌNH
Có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều
thành 1 chiều có giá trị trung bình tỉ lệ
với trị số điện áp trung bình của điện
áp vào. Thường dùng các mạch chỉnh
lưu cả chu kì hoặc nửa chu kì.