BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG pptx

KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
(chương 3)
TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI
Khoa Điện – Điện tử
Bộ môn Kỹ thuật điện tử
Bài giảng
Biên soạn: Ths. Đỗ Việt Hà
Ths. Phạm Thanh Huyền
Chương 3. Đo lường các thông số của
mạch điện

Khái niệm chung về các thông số của mạch điện

Đo cường độ dòng điện

Đo điện áp

Đo R, L,C

Đo tần số
1. Khái niệm chung về các thông số
của mạch điện

Các đại lượng điện được chia làm hai loại: loại tích cực (active) và
loại thụ động (passive).

Loại tích cực:

Là các đại lượng điện mang năng lượng như điện áp, dòng
điện, công suất


Khi đo các đại lượng này, bản thân năng lượng của chúng sẽ tác
động lên mạch đo và cơ cấu đo.

Loại thụ động:

Là các đại lượng không mang năng lượng như điện trở, điện
cảm, điện dung

Khi đo các đại lượng này phải có nguồn điện áp để cung cấp
năng lượng cho chúng trong mạch đo.
2. Đo cường độ dòng điện

Đặc điểm, yêu cầu

Đo cường độ dòng 1 chiều bằng Ampe kế từ điện

Đo cường độ dòng xoay chiều

Dùng Ampe kế chỉnh lưu

Dùng Ampe kế điện động

Dùng Ampe kế điện từ

Dùng Ampe kế nhiệt điện
2. Đo cường độ dòng điện
Đ c đi m, yêu c uặ ể ầ

Trong các đại lượng điện, đại lượng cường độ dòng điện và
điện áp là các đại lượng cơ bản nhất.


Trong công nghiệp cũng như trong các nghiên cứu khoa học,
người ta luôn quan tâm đến các phương pháp và thiết bị đo
cường độ dòng điện.

Ta có thể đo cường độ dòng điện bằng một trong các cách sau:

Đo trực tiếp dùng Ampe kế (Ammeter) hoặc so sánh dòng điện
cần đo với dòng điện mẫu chính xác.

Đo gián tiếp: đo điện áp rơi trên điện trở mẫu được mắc trong
mạch cần đo cường độ dòng điện . Thông qua tính toán , ta sẽ
xác định được dòng điện cần đo (áp dụng định luật Ohm )
2. Đo cường độ dòng điện
Đặc điểm, yêu cầu

Dụng cụ đo dòng điện là Ampe kế

Ký hiệu

Yêu cầu đối với dụng cụ đo dòng điện là:

Mắc ampe kế để đo dòng phải
mắc nối tiếp
mắc nối tiếp với dòng
cần đo

Công suất tiêu thụ càng nhỏ càng tốt,
điện trở của
điện trở của

ampe kế càng nhỏ càng tốt
ampe kế càng nhỏ càng tốt và lý tưởng là bằng 0.

Làm việc trong một
dải tần cho trước
dải tần cho trước để đảm bảo cấp
chính xác của dụng cụ đo
A
Sơ đồ mắc ampe kế và một số loại ampe kế
Ampe kế từ điện
Ampe kế điện từ
Đồng hồ vạn năng số
Đồng hồ vạn năng tương tự
Đo cường độ dòng một chiều bằng Ampe kế từ điện

Ampe kế này có cấu tạo chính là
cơ cấu chỉ thị từ điện
cơ cấu chỉ thị từ điện:
độ lệch của kim tỷ lệ thuận với dòng điện chạy qua cuộn
dây động.

Dòng điện cho phép qua cơ cấu đo từ 100µA đến 20mA
và điện trở của cơ cấu đo khoảng 20Ω đến 2000Ω

Để đo dòng lớn hơn mắc thêm điện trở Shunt

Điện trở Shunt thường làm bằng manganin mắc song
song với cơ cấu đo.

Dòng điện đi qua điện trở Shunt lớn hơn dòng điện đi qua

cơ cấu đo rất nhiều
Đo dòng một chiều bằng Ampe kế từ điện
Mở rộng thang đo dùng điện trở shunt
Hai loại điện trở shunt:

Điện trở shunt gắn trong: được chế tạo đặt trong ampe kế đo
dòng điện nhỏ (thường nhỏ hơn 30A)

Điện trở shunt gắn ngoài: là điện trở được mắc thêm bên
ngoài ampe kế khi cần đo dòng lớn (từ vài ampe đến 10 KA).
Để có nhiều cấp đo khác nhau (nhiều thang đo), người ta có thể
mắc các điện trở shunt theo kiểu song song hoặc nối tiếp
Một số loại điện trở shunt mắc ngoài
1 – 7,5A
10 – 25A
200 – 600A
Đo dòng 1 chi u b ng Ampe k tề ằ ế ừ đi nệ
M r ng thang đo dùng đi n tr shuntở ộ ệ ở

Điện trở shunt mắc song song
Đặt n là hệ số nhân hay hệ số mở rộng
thang đo,
n được tính theo các công thức sau:
Khi đó các điện trở shunt sẽ có giá trị là:
Ví dụ:
Một cơ cấu đo có giá trị giới hạn đo là Imax = I
A
= 50µA , điện trở nội của cơ cấu đo là
Rct = 300Ω . Tính các giá trị của điện trở shunt để có thang đo 100µA , 1mA và 10mA
13

,
12
,
11
321
−
=
−
=
−
=
n
R
R
n
R
R
n
R
R
CT
S
CT
S
CT
S
A
S
A
S

A
S
I
I
n
I
I
n
I
I
n
321
3,2,1 ===
Đo dòng 1 chi u b ng Ampe k tề ằ ế ừ đi nệ
M r ng thang đo dùng đi n tr shuntở ộ ệ ở
Ví dụ:
Một cơ cấu đo có giá trị giới hạn đo là Imax = I
A
= 1mA , điện trở nội của cơ cấu đo là
Rct = 500Ω . Tính các giá trị của điện trở shunt để có thang đo 100mA, 1A, 10A, 100A
Đo dòng 1 chiều bằng Ampe kế từ điện
Mở rộng thang đo dùng điện trở shunt
13
,
12
,
11
321
3
21

32
1
−
=++
−
+
=+
−
++
=
n
Rct
RRR
n
RRct
RR
n
RRRct
R
SSS
S
SS
sS
S

Điện trở shunt mắc nối tiếp (1)
Đặt n là hệ số nhân hay hệ số mở rộng
thang đo,
n được tính theo các công thức sau:
Khi đó các điện trở shunt sẽ có giá trị là:

Rct
Ví dụ:
Một cơ cấu đo có giá trị giới hạn đo là Imax = I
A
= 100µA , điện trở nội của cơ cấu đo là
Rct = 500Ω . Tính các giá trị của điện trở shunt để có thang đo 1mA , 10mA và 1A
A
S
A
S
A
S
I
I
n
I
I
n
I
I
n
321
3,2,1 ===
Sơ đồ mắc shunt vạn năng (shunt Aryton)
Đo dòng 1 chi u b ng Ampe k tề ằ ế ừ đi nệ
M r ng thang đo dùng đi n tr shuntở ộ ệ ở
13
,
12
,

11
321211
−
=++
−
=+
−
=
n
Rct
RRR
n
Rct
RR
n
Rct
R
SSSSSS

Điện trở shunt mắc nối tiếp (2)
Đặt n là hệ số nhân hay hệ số mở rộng
thang đo,
n được tính theo các công thức sau:
Khi đó các điện trở shunt sẽ có giá trị là:
A
S
A
S
A
S

I
I
n
I
I
n
I
I
n
321
3,2,1 ===
Rct
Ví dụ:
Một cơ cấu đo có giá trị giới hạn đo là Imax = I
A
= 1mA , điện trở nội của cơ cấu đo là
Rct = 300Ω . Tính các giá trị của điện trở shunt để có thang đo 100mA, 1A và 10A
Đo cường độ dòng xoay chiều

Dùng Ampe kế từ điện chỉnh lưu thường sử dụng để đo
dòng điện xoay chiều ở tần số âm tần và có thể sử
dụng nhiều cấp thang đo khác nhau

Dùng Ampe kế điện động, Ampe kế điện từ thường dùng
để đo dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp

Dùng Ampe kế nhiệt điện được dùng để đo dòng điện
xoay chiều có tần số cao và siêu cao
Đo cường độ dòng xoay chiều
Dùng Ampe kế điện từ


Ampe kiểu điện từ được chế tạo dựa trên cơ cấu đo chỉ
thị điện từ . Mỗi cơ cấu đo được chế tạo với số ampe
vòng IW nhất định .

Đối với các cơ cấu đo có cuộn dây hình xuyến thường có ampe
vòng là IW = 200 A.vòng

Đối với cuộn dây dẹt có ampe vòng là IW = 100 ÷ 150 A.vòng

Đối với mạch từ khép kín có ampe vòng là IW = 50 ÷ 1000
A.vòng

Kết luận: Muốn mở rộng thang đo của ampe kế điện từ
chỉ cần thay đổi sao cho IW = W
1
I
1
= W
2
I
2
= W
3
I
3
= . . . =
W
n
I

n
= const
Đo cường độ dòng xoay chiều
Dùng Ampe kế điện từ

Mở rộng thang đo của ampemét điện từ bằng phương pháp
phân đoạn cuộn dây tĩnh của cơ cấu điện từ:

Chia cuộn dây tĩnh thành nhiều phân đoạn bằng nhau, thay đổi cách nối
ghép các phân đoạn (song song hoặc nối tiếp) để tạo các thang đo khác
nhau.

Chỉ áp dụng để chế tạo ampemét điện từ có nhiều nhất là ba thang đo,
vì khi tăng số lượng thang đo việc bố trí mạch chuyển thang đo phức
tạp không thể thực hiện được.
I
1
I
2
= 2I
1
I
2
Đo cường độ dòng xoay chiều
Dùng Ampe kế điện động

Thường dùng để đo dòng điện ở miền tần số cao hơn tần số
công nghiệp (cỡ 400÷2000Hz).

Do cơ cấu điện động là cơ cấu chính xác cao đối với tín hiệu

xoay chiều vì vậy ampemét điện động cũng có chính xác cao
(0,2 ÷ 0,5) nên thường được sử dụng làm dụng cụ mẫu.

Có hai loại sơ đồ mạch của ampemét điện động :

Khi dòng điện cần đo nhỏ hơn hoặc bằng 0,5A: cuộn dây động và cuộn
dây tĩnh ghép nối tiếp với nhau.

Khi dòng điện cần đo lớn hơn 0,5A: cuộn dây động và cuộn dây tĩnh
ghép song song với nhau

Cách mở rộng thang đo và chế tạo ampemét điện động nhiều
thang giống như ở ampemét điện từ.
Đo cường độ dòng xoay chiều
Dùng Ampe kế điện động

Cách sắp xếp mạch ampemét điện động:
a) Mắc nối tiếp; b) Mắc song song
A: cuộn dây tĩnh; B: cuộn dây động
Đo cường độ dòng xoay chiều
Dùng Ampe kế chỉnh lưu

Là ampemét kết hợp cơ cấu chỉ thị từ điện và mạch chỉnh
lưu bằng điốt hoặc chỉnh lưu bằng cặp nhiệt ngẫu (gọi là
ampemét nhiệt điện).

Trong các mạch chỉnh lưu này dùng điốt dòng (Si hoặc
Ge) với số lượng là 1 (chỉnh lưu nửa chu kỳ), 2 hoặc 4 (cả
chu kỳ).


Để mở rộng thang đo cho ampe kế từ điện dùng điện trở
shunt hoặc biến dòng.

Ampe kế chỉnh lưu có độ chính xác không cao (từ 1 tới
1,5) do hệ số chỉnh lưu thay đổi theo nhiệt độ và thay đổi
theo tần số.

Trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu

Chỉnh lưu bán kỳ ( dùng 1 diode )

Chỉnh lưu toàn kỳ ( dùng cầu diode)
Đo cường độ dòng xoay chiều
Dùng Ampe kế chỉnh lưu
m
mm
m
T
odc
I
II
dIdtI
T
I 318.0)cos(
2
sin
2
11
0
00

==−===
∫∫
π
θ
π
θθ
π
π
π
m
mm
m
T
odc
I
II
dIdtI
T
I 636.0
2
)cos(sin
11
0
00
==−===
∫∫
π
θ
π
θθ

π
π
π
Đo cường dòng xoay chiều
Dùng Ampe kế chỉnh lưu

Mở rộng thang đo cho ampe kế từ
điện dùng điện trở shunt

Mở rộng thang đo dùng biến dòng
(CT).

Cuộn sơ cấp của biến dòng
thường có số vòng rất ít (W
1
= 1)
nên: I
2
= I
1
/W
2
.

Dòng qua Ampe kế nhỏ hơn rất
nhiều so với dòng tải.

Khi có dòng điện xoay chiều I
X
chạy qua điện trở nhiệt làm điện

trở này bị đốt nóng lên. Độ gia
tăng nhiệt độ được tính bằng:

k
0
là hằng số, phụ thuộc vào vật
liệu làm dây dẫn

Nhiệt độ này làm nóng đầu công
tác của cặp nhiệt ngẫu, ở đầu tự
do của nó sẽ xuất hiện sức điện
động nhiệt:

k1 là hằng số phụ thuộc vật liệu
và một số tính năng của cặp
nhiệt ngẫu.
Đo dòng xoay chi uề


Dùng Ampe k nhi t đi nế ệ ệ
•
Suất điện động Et được đặt lên cơ cấu
từ điện này sinh ra dòng điện qua cơ cấu
làm kim chỉ lệch một góc α
I : dòng điện qua cơ cấu chỉ thị
R
n
: điện trở cặp nhiệt ngẫu
R
ct

: điện trở của cơ cấu chỉ thị.
22
011

xxt
IkIkkkE
===
θ
2
00
.
x
IkTT
=−=
θ
nct
t
RR
E
KIK
+
==

α
3. Đo đi n ápệ

Cơ sở chung

Các dụng cụ tương tự đo điện áp.


Vôn kế một chiều

Vôn kế xoay chiều

Vôn kế từ điện chỉnh lưu

Vôn kế điện từ

Vôn kế điện động

Các dụng cụ đo điện áp chỉ thị số.

Vônmét số chuyển đổi thời gian

Vônmét số chuyển đổi tần số

Vônmét số chuyển đổi trực tiếp (chuyển đổi bù)

Đo điện áp bằng phương pháp so sánh.
Đo đi n ápệ
Cơ sở chung

Dông cô dïng ®Ó ®o ®iÖn ¸p
gäi l V«n kÕ hay V«n met à
(Voltmeter).

Khi ®o ®iÖn ¸p, V«n kÕ lu«n
® îc m¾c song song víi ư
®o¹n m¹ch cÇn ®o.


Các sai số sinh ra trong
quá trình đo gồm:

Sai số do ảnh hưởng của
vônmét khi mắc vào mạch
đo.

Sai số do tần số.