Bài giảng : CƠ SỞ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ part 7 docx

www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 133
1. Đo dòng điện: một chiều, xoay chiều
2. Đo điện áp: một chiều, xoay chiều
3. Đồng hồ vạn năng: tương tự, số
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 134
6.1. Đo dòng điện
6.1.1. Đo dòng điện 1 chiều bằng Ampe mét từ điện
•Dụng cụ đo: Ampe mét từ điện, được mắc nối tiếp với mạch có dòng điện cần đo
sao cho tại cực dương dòng đi vào và tại cực âm dòng đi ra khỏi ampe mét.
• Yêu cầu: nội trở R
A
nhỏ để đảm bảo ampe mét ảnh hưởng rất ít đến đến trị số dòng
điện cần đo
• Ampe mét từ điện: độ lệch của kim tỉ lệ thuận với dòng điện chạy qua cuộn dây.
• Để đo I lớn Æ mắc điện trở sơn vào mạch đo:
I
đo max
= I
A max
+ I
S max
Ta có: I
S max
.R

S
= I
A max
.R
A
S
SA
A
AS
S
A
A
S
R
RR
I
II
R
R
I
I
+
=
+
⇒=
max
maxmax
max
max
S

A
A
do
R
R
I
I
+=1
max
max
max
max
A
do
I
I
n =
; :hệ số mở rộng thang đo
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
Hình 6.1Hình 6.1
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 135
Thay đổi R
S
bằng các giá trị khác nhau Æ các thang đo khác nhau
Ví dụ
Ampe mét nhiều thang đo
-Thay đ

ổi vị trí CM ( B, C, D) Æ đo được các dòng có trị số khác nhau
Chú ý: sử dụng công tắc đóng rồi cắt để dụng cụ không bị mất sơn
Æ
tránh
để dòng qua quá lớn gây hỏng
1−
=
n
R
R
A
S
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
Hình 6.2 - Ampe mét nhiều
thang đo đơn giản
Hình 6.2 - Ampe mét nhiều
thang đo đơn giản
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 136
-Sơn Ayrton: bảo vệ cuộn dây của khỏi bị dòng quá lớn khi CM giữa
các sơn
-Phân tích:
CM
ở B: R
A
// (R
1
nt R

2
nt R
3
)
CM ở C: (R
A
nt R
3
) // (R
1
nt R
2
)
CM ở D: (R
A
nt R
2
nt R
3
) // R
1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
Hình 6.3 – Ampe mét nhiều thang đo dùng sơn AyrtonHình 6.3 – Ampe mét nhiều thang đo dùng sơn Ayrton
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 137
Sai số do nhiệt độ:
-Cuộn dây trong dụng cụ đo TĐNCVC được quấn bằng dây đồng mảnh, và
điện trở của nó có thể thay đổi đáng kể theo nhiệt độ

-I chạy qua cuộn dâyÆnung nóng nóÆR
cuộn dây
thay đổi Æ sai số phép đo
dòng
-Khắc phục: mắc R
bù
bằng Mangan hoặc Constantan với cuộn dây
(Mangan hoặc Constantan có hệ số điện trở phụ thuộc t
0
bằng 0)
n
ếu R
bù
= 9 R
cuộn dây
Æ R
A
= R
bù
+ R
cuộn dây
= 10R
cuộn dây
thì khi R
cuộn dây
thay
đổi 1% sẽ khiến cho R
A
thay đổi 0,1%
R

S
cũng được làm bằng Mangan hoặc Constantan để tránh sự thay đổi điện
trở theo t
0
Hình 6.4 -Mắc điện trở bù để giảm sai
số do nhiệt độ trong ampe mét
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 138
6.1.2. Đo dòng điện xoay chiều hình sin
Cơ cấu đo điện từ được dùng phổ biến
Để mở rộng giới hạn đo Æ dùng biến áp dòng điện (bộ biến dòng)
Bộ biến dòng biến đổi I cần đo có trị số lớn sang dòng điện có trị số nhỏ
mà cơ cấu đo điện từ có thể làm việc được.
Cuộ
n dây W
1
mắc nt với mạch có dòng
điện cần đo
Cuộn dây W
2
mắc với ampe mét điện từ
Số vòng W
2
> số vòng W
1
I
đo

= n.I
A
n
W
W
I
I
A
do
==
1
2
max
max
1
2
W
W
n =
với là hệ số biếndòng
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
Hình 6.5 - Ampe mét điện từHình 6.5 - Ampe mét điện từ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 139
Chú ý: dòng qua cơ cấu đo không được vượt quá I
A max
-Để có các thang đo khác nhau Æ cấu tạo bộ biến dòng với cuộn thứ cấp có
nhiều đầu ra.

Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
Hình 6.6 – Ampe mét điện từ nhiều thang đoHình 6.6 – Ampe mét điện từ nhiều thang đo
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 140
6.2. Đo điện áp
6.2.1. Đặc điểm & yêu cầu
- Phép đo d
ễ tiến hành, thực hiện nhanh chóng, độ chính xác cao.
-Kho
ảng 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 điện áp phải có Z
vào
lớn
* Các trị số điện áp cần đo
-trị số đỉnh (U
m
), trị số hiệu dụng(U
hd
, U),
,
trị số trung bình(U
tb
, U
0
)
Đi

ện áp có chu kì dạng không sin:
()
2
0
1
T
Uutdt
T
=
∫
2222 2
01 2
0

n
k
k
UUUU U
=
=+++=
∑
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 141
Quan hệ giữa U
m
, U, U
0

:
VD:
h(6.7a) là đi
ện áp hình sin:
()
0
0
1
T
Uutdt
T
=
∫
ra
b
U
k
U
=
0
d
U
k
U
=
k
b
: hệ số biên độ của tín hiệu điện áp; k
d
: hệ số dạng củatínhiệu điệnáp

2. ;
m
UU=
0
0,9UU
=
1,41;
b
k⇒=
1,11
d
k
=
Hình 6.7a
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 142
h(6.7b) là điện áp xung răng cưa:
()
2
2
2
0
1
3
T
mmm
UUU

ut t U tdt
TT
T
=⇒= =
∫
0
2
m
U
U =
1;
b
k⇒= 2
d
k
=
Hình 6.7b
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 143
h(6.7c) là điện áp xung vuông góc:
U = U
m
và U = U
m
⇒ k
b
= k

d
= 1
()
:0
2
:
2
m
m
T
Ut
ut
T
UtT
⎧
≤≤
⎪
⎪
=
⎨
⎪
−
≤≤
⎪
⎩
Hình 6.7c
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 144
6.2.2. Đo điện áp 1 chiều
(a) Dùng vôn mét từ điện:
•Dụng cụ đo: Vôn mét từ điện, được mắc // với mạch có điện áp cần đo
sao cho cực dương của Vôn mét nối với điểm có điện thế cao và cực
âm của Vôn mét nối với điểm có điện thế thấp hơn.
•Yêu cầu: điện trở vào của vôn mét R
V
nhỏ để đảm bảo vôn mét ảnh
hưởng rất ít đến trị số điện áp cần đo
• Để đo điện áp lớn Æ mắc điện trở phụ vào mạch đo:
U
đo max
= I
V
(R
p
+ R
V
)
V
VP
V
do
R
RR
U
U
+
=⇒

max
max
n
R
R
U
U
V
P
V
do
=+=⇒ 1
max
max
; n : hệ số mở rộng thang đo
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
Hình 6.8 -Cấu tạo một Vôn mét đơn giảnHình 6.8 -Cấu tạo một Vôn mét đơn giản
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 145
VD?
* Vôn mét nhi
ều thang đo
- Được cấu tạo từ một dụng cụ đo độ lệch, một số điện trở phụ và một
công tắc xoay
-2 mạch vôn kế nhiều khoảng đo thường dùng:
(H6.9a) ở 1 thời điểm chỉ có 1 trong 3 điện trở phụ được mắc nối tiếp với
máy đo. Khoảng đo của vôn kế: U
đo

= I
V
(R
V
+ R
P
)
R
P
có thể là R
P1
, R
P2
, R
P3
(
)
VP
RnR 1
−
=
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
Hình 6.9aHình 6.9a
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 146
(H6.9b) 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: Uđo = I

V
(R
V
+ R
P
)
R
P
có thể là R
P1
, R
P1
+R
P2
, R
P1
+R
P2
+R
P3
VD?
* Độ nhạy của vôn mét
-là tỉ số giữa điện trở toàn phần và chỉ số điện áp toàn thang của vôn mét
Æ đơn vị:
Ω/V, độ nhạy càng lớn thì vôn mét càng chính xác
VD: một vôn mét có: Rtp = R
V
+ R
P
= 1MΩ, dụng cụ đo 100V trên toàn

thang Æ độ nhạy của vôn mét?
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
Hình 6.9b
A
B
C
D
Hình 6.9bHình 6.9b
A
B
C
D
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 147
(b) Dùng vôn mét số
+ T.B.V gồm: * bộ lọc tần thấp để cho U
đo
không còn thành phần sóng hài
* bộ phân áp: thay đổi thang đo
* bộ chuyển đổi phân cực điện áp: thay đổi cực tính của U
đo
+ Bộ biến đổi điện áp - khoảng thời gian: biến đổi trị số U
đo
ra khoảng thời
gian
Δt để điều khiển cổng đóng mở
+ Cổng: biến đổi khoảng thời gian Δt thành cổng
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp

Hình 6.10 - Sơ đồ khối đơn giản của một Vôn mét sốHình 6.10 - Sơ đồ khối đơn giản của một Vôn mét số
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 148
•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
Δt ứng với cổng mở mới
thông qua được cổng tới bộ đếm xung
•Bộ đếm xung: đếm các xung trong khoảng thời gian
Δt
•Thiết bị hiển thị số: chuyển đổi từ số xung đếm được thành chữ số hiển thị
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
Nguồn
điện áp
mẫu
Tạo xung
đếm chuẩn
So
sánh
Trigger Khoá
Bộ
đếm
xung
Giải mã
và chỉ
thị
Bộ điều khiển
U
x

(-)
ĐK2
ĐK2
+ -
C
CM
điện tử
E
0
R
U
ss
R
S
U
T
U
ch
U
0
N
x
xung
xoá
xung
chốt
s
n
p
+

-
Hình 6.11 - Sơ đồ khối Vôn mét số thời gian xung
ĐK1
Mạch
vào
Nguồn
điện áp
mẫu
Tạo xung
đếm chuẩn
So
sánh
Trigger Khoá
Bộ
đếm
xung
Giải mã
và chỉ
thị
Bộ điều khiển
U
x
(-)
ĐK2
ĐK2
+ -
C
CM
điện tử
E

0
R
U
ss
R
S
U
T
U
ch
U
0
N
x
xung
xoá
xung
chốt
s
n
p
+
-
Hình 6.11 - Sơ đồ khối Vôn mét số thời gian xung
ĐK1
Mạch
vào
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 149
Nguyên lý làm việc:
-Khichưa đo, khoá S hở (không ở vị trí nạphoặc phóng).
- Quá trình biến đổi đượcthựchiện theo 2 bước tích phân sau:
+ Bước1: Tạit
1
, bộđiềukhiển đưaraxungđiềukhiển ĐK1 đưa khoá S về vị trí
n, điệnápU
x
qua mạch vào Æ qua R nạpchoC Æ U
C
tăng.
+ Bước2: đếnthời điểmt
2
, bộđiềukhiển đưaraxungđiềukhiển ĐK2 đưaS về vị
trí p và kết thúc quá trình nạp, C sẽ phóng điện qua nguồn điệnápmẫu (nguồn
điện áp không đổi, 1 chiềuE
0
), U
C
giảm đếnthời điểmt
3
Æ U
C
= 0, bộ so sánh
đưa ra xung so sánh U
SS
.
Xung ĐK2 và xung U
SS

sẽđược đưavàođầuvàothiếtlập(S) vàxoá(R) của
Trigger Æ đầuracủa Trigger là xung vuông có độ rông T
x
, xung này sẽđiều
khiển đóng mở khoá để cho phép xung đếmchuẩn qua khoá Æ kích thích cho
bộđếm xung.
Giả sử trong thờigianT
x
có N
x
xung qua khoá, số xung N
x
được đưa qua mạch
giảimãvàchỉ thịđểbiểuthị kếtquả U
DC
cần đo.
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 150
* Xác định U
x
=f(N
x
):
-Quá trình C nạp:
K
v
: hệ số truyền đạtcủamạch vào.

Giả sử trong thờigianbiến đổi, U
x
=const:
vớiT
1
= t
2
-t
1
- Quá trình C phóng:
vớiT
x
=t
3
-t
2
∫
+=
2
1

1
)(
1
t
t
xvcn
dtUK
RC
tUU

RC
TUK
ttUK
RC
U
xv
xvn
1
12

)(
1
0 =−+=
x
xv
c
n
t
t
cc
TE
RCRC
TUK
tU
ttE
RC
U
dtE
RC
tUtU

1

)(
)(.
1
.
1
)()(
0
1
3
230
023
3
2
−=
−−=
−=
∫
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 151
chx
xv
xc
TN
E

TUK
TtU .

0)(
0
1
3
==→=
T
ch
: chu kỳ củaxungđếmchuẩn.
const
TK
ET
S
NSN
TK
ET
U
v
ch
xx
v
ch
x
==→
==→
1
0
0

0
1
0
.
.

.
.
x
k
x
NU .10=→
(thường chọnS
0
=10
k
vớik=0, ±1,…)
Giản đồ thời gian: hình 6.12
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
t
t
t
t
t
t
N
x
xung
T
x

C phóng
C nạp
t
1
t
2
t
3
T
1
ĐK
1
ĐK
2
t
1
t
2
U
n
U
đk
U
c
U
ss
U
T
U
ch

U
đ
Hình 6.12
t
t
t
t
t
t
N
x
xung
T
x
C phóng
C nạp
t
1
t
2
t
3
T
1
ĐK
1
ĐK
2
t
1

t
2
U
n
U
đk
U
c
U
ss
U
T
U
ch
U
đ
t
t
t
t
t
t
N
x
xung
T
x
C phóng
C nạp
t

1
t
2
t
3
T
1
ĐK
1
ĐK
2
t
1
t
2
U
n
U
đk
U
c
U
ss
U
T
U
ch
U
đ
Hình 6.12

www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 152
Đánh giá sai số:
 Sai số T
ch
, K
v
, E
0
, T
1
.
 Sai số lượng tử (do xấpxỉ T
x
vớiN
x
).
 Sai số do độ trễ của các Trigger.
 Sai số do nhiễutácđộng từđầu vào. Tuy nhiên, vớiphương pháp
tích phân 2 lần, có thể loạitrừ hoàn toàn nhiễuchukỳ nếuchọnT
1
=
n.T
nh
vớiT
nh
là chu kỳđộnhiễu.
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp

www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 153
6.2.3. Đo điện áp xoay chiều
Sơ đ
ồ khối của vôn mét đo điện áp xoay chiều có trị số lớn
Sơ đ
ồ khối của vôn mét đo điện áp xoay chiều có trị số nhỏ
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 là vôn mét.
B
ộ tách sóng: biến đổi điện áp xoay chiều thành dòng điện hay điện áp 1 chiều.
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
Thiếtbị
vào
Tách
sóng
KĐ dòng
1 chiều
Thiếtbị chỉ
thị kim
Thiếtbị
vào
Tách
sóng
KĐ dòng

1 chiều
Thiếtbị chỉ
thị kim
Thiếtbị
vào
KĐ điệnáp
xoay chiều
Tách
sóng
Thiếtbị chỉ
thị kim
Thiếtbị
vào
KĐ điệnáp
xoay chiều
Tách
sóng
Thiếtbị chỉ
thị kim
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 154
Các loại mạch tách sóng:
a) Tách sóng đỉnh (biên độ)
• Là tách sóng mà U
ra
trực tiếp tương ứng với trị số biên độ của U
vào
.

Phần tử để gim giữ lại trị số biên độ của U
đo
là tụ điện. Tụ điện được nạp
tới giá trị đỉnh của U
đo
thông qua phần tử tách sóng.
•Mạch có thể dùng diode hoặc Transistor. Ởđây ta dùng mạch tách
sóng đỉnh dùng diode.
+ mạch tách sóng đỉnh có đầuvàođóng:
()
sin
xm
Ut U t
ω
=
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp
I
n
I
p
R
V
C
U
X AC
V
D
-U
m
U

m
C
nạp
C
phón
g
U
C
=U
m
t
U
X
(t)
Hình 6.13 -Mạch tách sóng đỉnh có đầuvàođóng và giản đồ thời gian của nó
I
n
I
p
R
V
C
U
X AC
V
D
-U
m
U
m

C
nạp
C
phón
g
U
C
=U
m
t
U
X
(t)
I
n
I
p
R
V
C
U
X AC
V
D
I
n
I
p
R
V

C
U
X AC
V
D
-U
m
U
m
C
nạp
C
phón
g
U
C
=U
m
t
U
X
(t)
-U
m
U
m
C
nạp
C
phón

g
U
C
=U
m
t
U
X
(t)
Hình 6.13 -Mạch tách sóng đỉnh có đầuvàođóng và giản đồ thời gian của nó