ĐO ĐIỆN - Đo điện trở potx

Chương 3: Đo điện trở
3.1.Đo điện trở bằng vôn-kế và ampe-kế.
3.2.Đo điện trở dùng phương pháp đo điện áp bằng
biến trở.
3.3.Mạch đo điện trở trong ohm kế.
3.4.Cầu Wheatstone đo điện trở.
3.5.Cầu đôi Kelvin.
3.6.Đo điện trở có trị số lớn.
3.7.Xác định chỗ hỏng cách điện dây dẫn bằng
phương pháp mạch vòng.
3.8.Đo điện trở cọc đất.
3.9.Đo điện trở trong V.O.M. điện tử
3.1.Đo điện trở bằng vôn-kế ampe-kế
Hình a: Cách mắc rẻ dài. Hình b: Cách mắc rẻ ngắn.
•
Rẻ dài: Trị số đo R
’
x
= V/I = R
x
+R
a.
.Để kết quả đo chính
xác: R
x
» R
a.
(nội trở ampe-kế).
•
Rẻ ngắn: Trị số đo R
’

x
= V/I = R
x
//R
a
. Để kết quả đo
chính xác: R
x
« R
g
(nội trở vôn kế ).
3.2.Đo điện trở dùng phương pháp
đo điện áp bằng biến trở
•
Nguồn E cung cấp dòng I , điện áp rơi trên R
x
là
V
Rx
, trên điện trở mẫu R
s
là V
s
, ta có:
•
V
Rx
/V
s
= R

x
I/R
s
I, suy ra: R
x
= R
s
.V
Rx
/V
s
.
•
V
Rx
và V
s
được đo bằng phương pháp biến trở.
•
Phương pháp này không phụ thuộc vào dòng I.
3.3.Mạch đo điện trở trong ohm kế
•
Có 2 loại ohm kế: Nối tiếp và song song.
3.3.1.Ohm kế nối tiếp: Mạch đo như hình a. Dòng điện qua cơ cấu
chỉ thị I
m
= E
b
/(R
x

+R
1
+R
m
).
•
Khi R
x
→ 0Ω, I
m
→ I
max
(dòng cực đại cơ cấu đo).
•
Khi R
x
→ ∞Ω , I
m
→ 0 (không có dòng qua cơ cấu đo).
•
khi R
x
= R
1
+R
m
, I
m
= I
max

/2 (kim ở vị trí giữa thang đo).
•
Thang đo không tuyến tính như hình b .
3.3.2.Ohm kế nối tiếp thực tế
•
Thực tế nguồn E
b
có thể thay đổi,khi R
x
→0, I
m
qua cơ cấu không
bằng I
max
nên mạch đo mắc thêm R
2
.
•
Theo mạch trên ta có: I
b
= E
b
/(R
x
+R
1
+R
2
//R
m

).
•
Nếu R
2
//R
m
<<R
1
,thì:I
b
= E
b
/(R
x
+R
1
);I
m
= I
b
(R
2
//R
m
)/R
m
•
Do đó mỗi lần cho R
x
→0 điều chỉnh R

2
để có:
I
m
= E
b
(R
2
//R
m
)/ R
1
R
m
= I
max
H.3.6a.Mặt ngoài ohm kế. H.3.6b.Mạch đo điện trở có nhiều tầm
•
Để thay đổi tầm đo ta thay đổi điện trở tầm đo kết hợp
thay đổi nguồn pin cung cấp.
• Khi thay đổi tầm đo (X1, X10 hoặc X100….) dòng điện
qua cơ cấu đo vẫn bằng nhau nhưng trị số đọc trên
thang đo được nhân với giá trị tầm đo.
3.3.3.Độ chính xác của ohm kế
•
Do mạch đo điện trở không tuyến tính theo thang đo,
nên sai số tăng nhiều ở khoảng đo phi tuyến.Thang đo
có sai số cho phép trong khoảng từ 50% đến 100%
khoảng hoạt động với điều kiện chỉnh “0” trước khi đo.
•

Việc đo sẽ trở nên không chính xác khi nguồn pin
cung cấp giảm nhiều (khi đó không chỉnh được “0”
trước khi đo) cần phải thay nguồn pin mới.
•
Để có độ chính xác cao, nên chọn tầm đo cho điện trở
ở khoảng ½ thang đo, vì tại đó sai số được chứng
minh là nhỏ nhất.
3.3.4.Ohm kế song song
•
Theo mạch trên ta có: I
b
= E
b
/(R
1
+R
m
//R
x
).
•
Dòng qua cơ cấu đo: I
m
= I
b
(R
m
//R
x
)/R

m
= f(R
x
).
•
Khi R
x
→ 0Ω; I
m
→ 0 (không có dòng qua cơ cấu đo).
•
Khi R
x
→ ∞Ω; I
m
→ I
max
(dòng cực đại cơ cấu đo).
•
Thang đo điện trở không tuyến tính.
3.4.Cầu Wheatstone DC
•
Có 2 loại cầu : cầu cân bằng và cầu không cân bằng.
3.4.1.Cầu Wheatstone cân bằng: Như hình trên.
a.Nguyên lý: P,Q: điện trở mẫu có trị giá:1, 10, 100Ω.
S: Biến trở mẫu thay đổi từ 0 đến 1KΩ.
G: Điện kế chỉ cầu cân bằng có kim chỉ “0” ở giữa.
•
Khi cầu cân bằng: R/P = S/Q hay R = SP/Q
b.Độ nhạy và sai số của cầu

•
Độ nhạy Ѕ:∆θ/ ∆R = (∆θ/∆I
g
).(∆I
g
/∆R).
Trong đó ∆θ: Độ lệch của điện kế, ∆R: Độ thay đổi của
điện trở cần đo, ∆I
g
: Dòng đi qua điện kế khi cầu mất
cân bằng.
•

S
i
= ∆θ/∆I
g
: Độ nhạy dòng của điện kế.
•
S
r
= ∆I
g
/∆R = f(E,S,P,Q):Độ nhạy riêng của cầu.
•
Muốn S
r
lớn E phải đủ lớn (6v, 12v) và P/Q phải chọn
thích hợp.
•

Sai số : ∆R/R = ∆S/S + ∆P/P + ∆Q/Q.
•
Kết quả đo không phụ thuộc vào nguồn E nhưng
muốn việc đo chính xác ta cần cầu có độ nhạy cao và
các điện trở mẫu có sai số bé.
c.Tầm đo của cầu Wheatstone
•
Để kết quả đo chính xác thì giá trị đo phải lớn hơn điện trở tiếp
xúc và dây nối.Như hình trên do ảnh hưởng của dây nối có
điện trở nối giữa S và Q khi đó điện kế G được xem như nối ở
a hoặc b, do đó:
R = (S+Y)P/Q hoặc R = SP/(Q+Y).
•
Thực tế cầu đo được điện trở chính xác nhỏ nhất cở 5Ω, cầu
cũng đo điện trở nhỏ đến 10
-2
Ω, điện trở lớn cở vài MΩ đến
vài trăm MΩ (cách đo đặc biệt).
3.4.2.Cầu Wheatstone không cân bằng
•
Trong công nghiệp người ta thường sử dụng cầu
không cân bằng nhờ đo điện áp ra hoặc dòng điện ra.
•
Điện áp ra của cầu: V
R
– V
S
= E
b
(R/(R+P)-S/(Q+S)).

•
Tổng trở ngõ ra của cầu: r = (P//R)+(Q//S).
•
Dòng điện ra của cầu: I
g
= (V
R
-V
S
)/(r+r
g
).
•
r
g
: nội trở của điện kế.
3.5.Cầu đôi Kelvin
•
Cầu đo điện trở nhỏ chính xác đến 10
-4
Ω.
•
Q: điện trở cần đo; S: điện trở mẫu có trị giá 10
-2
đến 10
-3
Ω; r,
R có trị giá 1,10,100Ω; p, P có trị giá từ 0 đến 1KΩ.
•
Khi đo chọn P/r = p/R (P = p và R = r). Khi cầu cân bằng điện

trở dây nối Y được loại bỏ ra kết quả đo:
Q = SP/R = Sp/r.
•
Điện trở 4 đầu:Thực tế cầu đôi
Kelvin dùng điện trở mẫu S có 4
đầu để tránh sai số do sự tiếp
xúc của đầu điện trở với dây dẩn
điện có dòng điện lớn đi qua, do
sự xuất hiện hiệu ứng nhiệt điện
có thể có.Hai đầu dòng điện có
diện tích lớn, còn 2 đầu nhỏ gọi
là đầu thế, giá trị điện trở được
tính ở 2 đầu này và không có
điện áp rơi trên đầu thế này do
hiệu ứng nhiệt điện.
•
Độ nhạy và sai số: Tương tự
như cầu Wheatstone. Muốn kết
quả đo chính xác cầu phải có độ
nhạy lớn, sai số điện trở mẫu
nhỏ và loại bỏ hiệu ứng nhiệt
điện ra khoải kết quả đo. Cách
loại bỏ hiệu ứng nhiệt điện?
Hình 3.11.Điện trở 4 đầu
Đầu dòng
Đầu thếá
Đầu dòng
Đầu thếá
3.6.Đo điện trở có trị số lớn
•

Ta đề cập đến phương pháp đo điện trở lớn (vào
khoảng vài megohm trở lên) dùng vôn kế +
microampe-kế, cầu wheatstone và megohm-kế
chuyên dụng. Khi đo điện trở lớn như đo điện trở
cách điện của vật liệu hay thiết bị thông thường sẽ
có 2 phần tử điện trở:
•
Điện trở khối và điện trở rỉ bề mặt.
•
Hai phần tử điện trở này mắc song song với nhau,
như vậy điện trở rỉ ảnh hưởng đến điện trở khối
cần đo.
•
Thông thường điện trở cách điện của thiết bị phải
đạt trị giá tối thiểu là 1 megohm đối với điện áp sử
dụng là 100v, điện áp càng lớn điện trở cách điện
đòi hỏi càng lớn.
3.6.1.Đo điện trở lớn dùng vôn kế+microampe-kế
•
H.a) Dòng rỉ bề mặt I
s
H.b) Có vòng dây bảo vệ
•
Khi đo dòng đi vào dây dẫn thì sẽ có 2 dòng điện đi qua
microampe-kế, đó là I
v
đi qua lớp cách điện của vỏ bọc, dòng I
s

đi qua bề mặt của dây dẩn và lớp cách điện. Để tránh ảnh

hưởng của R
s
bằng cách loại bỏ I
s
qua microampe-kế ta dùng
vòng dây bảo vệ bằng dây dẩn điện không có vỏ bọc cách điện
quấn quanh lớp vỏ cách điện và nối trước microampe-kế.
3.6.2.Đo điện trở lớn dùng cầu
Wheatstone
a)Cầu Wheatstone đo điện trở cách điện. b)Mạch tương đương
•
Cầu Wheatstone đo điện trở cách điện để loại bỏ điện trở rỉ bề
mặt, chúng ta cũng dùng vòng bảo vệ có mạch tương đương
như hình trên , điện trở b và c là hai điện trở rỉ bề mặt trên và
dưới của vật liệu cần đo điện trở cách điện. Vì b>>r
g
nên:
b//r
g
≈ r
g
và c>>S nên c//S ≈ S.
•
Vậy b và c không ảnh hưởng đến điện trở bề mặt R cần đo.
3.6.3.Megohm-kế chuyên dùng
•
Đây là megohm-kế loại tỉ số kế từ điện, cơ cấu đo gồm 2 cuộn
dây: Cuộn dây lệch và cuộn dây kiểm soát. Dòng qua cuộn dây
kiểm soát I
1

= E/(R
1
+r
1
), dòng qua cuộn lệch I
2
=E/(R
x
+R
2
+r
2
).
•
Ta có: I
1
/I
2
= (R
x
+R
2
+r
2
)/(R
1
+r
1
) = K(θ
i

): là 1 hàm theo θ
i
.
Khi R
x
→∞;I
2
→ 0: Kim lệch tối đa về phía trái thang đo có trị số ∞.
Khi R
x
→ 0; I
2
→ I
2max
: Kim lệch tối đa về phía phải (trị số 0) .
Khi kim chỉ thị giữa thang đo: I
1
/I
2
= 1 →R
x
= R
1
+r
1
- R
2
- r
2
3.6.4.Đo điện trở cách điện của đường

dây tải điện
•
Điện trở cách điện được đo giữa 2 đầu dây dẩn hoặc từng dây
với dây trung tính bằng cách dùng megohm kế với điều kiện
dây dẩn được tháo khoải nguồn điện lưới và tải. Kết quả đo
được thường hơi nhỏ hơn trị số thật.Trong trường hợp dây dẩn
có nguồn cung cấp ta có thể đo điện trở cách điện bằng cách
dùng vôn kế. Tại sao phải đo điện trở cách điện của thiết bị?
Cách đo?
3.7.Xác định chỗ hỏng cách điện của
dây dẫn bằng ph. ph. mạch vòng
3.7.1Mạch vòng Murray: Như hình trên, khi cầu cân bằng:
R
2
/R
1
= (R
a
+R
b
-R
x
)/R
x
, vậy:
R
x
= R
1
(R

a
+R
b
)/(R
1
+R
2
) .Nếu đoạn dây R
x
có chiều dài L
x
;
R
a
có chiêu dài L
a
; R
b
có chiều dài L
b
; các dây có cùng
điện trở suất, L
a
= L
b
= L và cùng thiết diện A:
ρL
x
/A = (R
1

/(R
1
+R
2
)).(L
a
ρ/A + L
b
ρ/A); L
x
= R
1
.2L/(R
1
+R
2
)

3.7.2.Mạch vòng Varley
•
Được cải tiến từ cầu Murray.Nối 2 đầu dây dẫn, khoá
S ở vị trí a điều chỉnh R
3
để cho cầu cân bằng:R
2
/R
1
=
(R
a

+R
b
)/R
3
. Suy ra: R
a
+R
b
= R
3
R
2
/R
1
. Sau đó chuyển
khoá sang vị trí b, điều chỉnh R
’
3
cho cầu cân bằng:
R
2
/R
1
=(R
a
+(R
b
-R
x
))/(R

x
+R
’
3
). Vậy:
R
x
= (R
1
(R
a
+R
b
)-R
2
R
’
3
)/(R
1
+R
2
).
3.8.Đo điện trở cọc đất
3.8.1Khái niệm về cọc đất: Cọc đất được cấu tạo bởi
thanh kim loại thường bằng đồng, một đầu được vót
nhọn để dể đóng xuống đất, chiều dài thanh từ 4 đến
6 tấc, đường kính khoảng 10mm. Điện trở cọc đất R
cđ

gồm 2 phần : điện trở vật liệu làm cọc đất thường rất
nhỏ so với điện trở tiếp xúc của cọc đất, chính thành
phần thứ 2 này nó quyết định trị giá của điện trở cọc
đất. Điện trở cọc đất phụ thuộc vào điều kiện môi
trường xung quanh, thành phần của đất.
•
Để cho điện trở các cọc đất không ảnh hưởng với
nhau, trên thực tế các cọc đất thường đặc cách nhau
từ 10m đến 20m.
•
Theo quy định đối với điện hạ áp, R
cđ
≤ 4Ω.
3.8.2.Mạch đo điện trở cọc đất
Hình 3.26.Cọc A: cọc đất cần đo, cọc P: cọc phụ đo áp, cọc C:
cọc phụ đo dòng.
1. Dùng vôn kế ampe-kế: Sử dụng mạch đo như trên.
a.Phương pháp trực tiếp: Kết quả đo nhanh, ta có:
R
x
= V
A
/I. Tại sao trong mạch đo phải dùng biến áp cách ly?
b.Phương pháp gián tiếp
H.3.27.Mạch tương đương 3 cọc đất. H.3.28.Mạch đo bằng ph.ph.gián tiếp.
Trong cách đo này, ta đo điện trở của từng 2 cọc đất như h.3.28:
R
A
+ R
P

= V
1
/I
1
, sau đó lần lượt đo điện trở của 2 cọc P và C:
R
P
+R
C
= V
1
/I
2
, tương tự điện trở 2 cọc C và A: R
C
+R
A
= V
3
/I
3
.
Sau đó giải hệ phương trình ta xác định được R
A
, R
P
, R
C
.
Phương pháp này cho kết quả chính xác hơn ph. ph. trực tiếp.

2.Dùng cầu Kohlrausch
•
Đây là dạng cầu
Wheatstone để đo điện
trở của dung dịch có tính
chất điện giải bằng hai
điện cực , nó cũng được
ứng dụng để đo điện trở
đất như hình bên. Cách
đo giống như phương
pháp đo gián tiếp, ta đo
mỗi lần cho kết quả điện
trở tổng của 2 cọc đất:
•
R
A
+R
B
= R
1
R
3
/R
2