Cơ cấu đo lường điện

•
I. CHỈ THỊ CƠ ĐIỆN :
•
1.1. Chỉ thò từ điện
•
1.2. Chỉ thò điện từ
•
1.3. Chỉ thò điện động
•
1.4. Chỉ thò sắt điện động
•
1.5. Chỉ thò cảm ứng
•
II. CHỈ THỊ SỐ :
•
1.1. Chỉ thò số cơ khí
•
1.2. Chỉ thò số ghép
CHƯƠNG II

Nếu đặt vào trục phần động một lò so cản, khi phần động
quay một góc α, lò so sinh ra một mô men cản
2.1. Chỉ thò cơ điện
1. Khái niệm chung :
•
a, Đònh nghóa :
•
Khi cho năng lượng điện (dòng điện hay điện áp) vào các
cơ cấu đo cơ điện, các cơ đo cơ điện sẽ tích lũy năng lượng điện,từ trường.
3

0
M
q
M
C
b, Phương trình đặc tính thang đo :
•
W
đt
= W
t
+ W
c
+ W
M
Trong đó :
_ W
t
: Năng lượng từ trường
_ W
c
: Năng lượng điện trường
_ W
M
: Năng lượng hỗ cảm
Chỉ thò cơ điện là loại chỉ thò mà kết quả phép đo
là sư lệch của một kim trên một thang chia độ
Năng lượng này sinh ra một mô men quay
•
M

q
= dW
đt
/ dα = f(u,i)
_ Mô men quay :
_ Mô men cản :
Trong đó :
D : Mô men cản riêng phụ thuộc
vào kích thước và vật liệu chế tạo
M
c
= D.α
W
đt

•
Dưới tác động của mô men quay và mô men cản,phần động cơ cấu đo sẽ
dừng ở vò trí cân bằng khi :
M
q
= M
C
•
_ Phương trình đặc tính thang đo :
Hay :
Phương trình này là phương trình đặc tính thang đo của các thiết bò đo cơ điện.
f(u,i) =
D.α
1
D

α =
. f(u,i)
2. Các chi tiết cơ khí chung của các cơ cấu đo cơ điện :
Chỉ thò cơ điện về cấu tạo phần tónh rất khác
nhau, nhưng phần động thường giống nhau
Lò so phản kháng
5
4
1
7
6
2
2. Trụ
7. Đối trọng
6. Thang đo
5. Kim chỉ thò
4. Phần tử công tác
1. Trục

a. Trục và trụ :
* Trục :
Làm bằng thép tròn có d = (0.8 ÷ 1,5) mm, chiều dài
l = (1,5 ÷ 5) mm, đầu trục có dạng hình nón có góc ở
đỉnh α = (45 ÷ 60)
0
và đỉnh bán cầu có bán kính
r = (0,05 ÷ 0,3) mm. Ứng suất đầu trục ρ = 5.10
7
N/cm
2

Giữa trục và trụ có thể điều chỉnh lên xuống được, sao cho mô men ma
sát giữa chúng là nhỏ nhấât.
Trụ
d
l
Trục
-
Trụ :
Làm bằng đá cứng, mặt trụ khoét hình nón có góc ở
đỉnh 80
0
, ở đỉnh có chỏm cầu có đường kính
d =( 0,15 ÷ 0,5) mm

b. Lò so phản kháng :
Lò so phản kháng tạo ra mô men cản và dẫn điện
vào phần động :
* Để đảm bảo độ chính xác,mô men cản riêng D
phải ổn đònh và không thay đổi theo nhiệt độ và thời
gian sử dụng vì vậy nó được chế tạo các vật liệu có
độ đàn hồi và dẫn điện tốt như : Cu-Bi, Cu-Ph, Cu-Zn.
* Để phạm vi hoạt động rộng, lò so được chế tạo
dạng xoắn ốc .
Trong các chỉ thò có độ nhạy cao, người ta thay
trục, trụ, lò so phản kháng bằng dây căng hoặc dây
treo .
Lò so phản kháng
Dây treo
Dây căng

c. Kim và chỉ thò quang học :
Kim được làm bằng nhôm hoặc các hợp kim của
nhôm hay bằng thủy tinh.
- Để đảm độ chính xác, kim phải thẳng, nhỏ,
nhẹ. Để dễ quan sát, kim được chế tạo với hình
dạng khác nhau.
- Trong các chỉ thò có độ nhạy cao, người thay
kim bằng chỉ thò quang học.
1.Nguồn sáng
2.Thấu kính
3.Vật chuẩn
4.Gương
5.Thang đo
6.Gương phản xạ
Khi trục quay 1 góc α, gương cũng quay một góc α, nhưng tia phản chiếu
sẽ quay một góc 2α .

d. Thang đo :
Thang đo là bộ phận để khắc độ gía trò của đại lượng đo.Nó được
làm bằng nhôm hoặc các hợp kim của nhôm,trên đó khắc các vạch
chia độ. Có nhiều loại thang đo kác nhau tùy thuộc vào cấp chính
xác và bản chất của chỉ thò.
Gương
Một số dạng thang đo
Để tránh hiện tượng đọc sai,người ta đặt một gương phản chiếu phía
dưới thang đo. Người ta chỉ đọc kết qủa khi kim và ảnh của nó trong
gương trùng nhau.

đ. Bộ phận cản dòu :
Trong qúa trình đo, phần động sẽ dao động. Để rút ngắn quá trình dao động,

giảm thời gian dao động,tăng tốc độ đo và cải thiện đặc tính động. Trong các
chỉ thò cơ điện thường có bộ phận cản dòu. Các cản dòu thường dùng :
Bộ cản dòu này gồm một hộp kín, trong đó có một cánh
chuyển gắn liền với trục quay. Khi phần động của cơ cấu
chuyển động, cánh chuyển động duy chuyển từ bên này
sang bên kia tạo nên một hiệu áp giữa hai mặt cánh động
làm cản trở sự duy chuyển của phần động.
+ Cản dòu kiểu không khí:
Hộp kín
Trục
Kim
Cánh
Chuyển động
Gồm một lá nhôm mỏng, lá nhôm có hình quạt di chuyển
trong khe hở của một nam châm vónh cửu, tạo nên một
dòng điện cảm ứng trong lá nhôm. Do sự tác động tương
hỗ giữa dòng điện và từ trường của nam châm tạo ra lực
chống lại sự chuyển động của phần động.
Nam châm
Trục
Kim
chỉ thò
Đóa nhôm
+ Cản dòu kiểu cảm ứng:

2. Chỉ thò từ điện.
* Phần tónh:
•
Gồm nam châm vónh cửu, cực từ, lõi sắt
non, hình thành mạch từ kín .

•
* Phần động:
÷

Gồm khung quay gắn liền với trục, đó là một
cuộn dây được quấn trên mộtù lõi nhôm nhẹ bằng
dây đồng có d = 0,03 ÷ 0,2mm.Trên trục mang
kim chỉ thò lò so phản kháng, thang đo.
a,Cấu tạo:

_ Khi có dòng điện một chiều đi vào cuộn dây
M
q
= B.S.W.I
Dưới tác dụng của mô men quay, phần động sẽ quay. Khi quay xoắn hai lò so
phản kháng tạo ra mô men cản:
M
c
= D.α
Tại vò trí cân bằng lúc M
q
= M
c
ta có :
B.S.W.I = D.α
α = S
I
.I
Trong đó : S
I

= B.S.W/D độ nhạy
•
*B : cường độ từ trường nam châm vónh cửu.
•
* S: tiết diện khung dây.
•
*W: số vòng dây.
•
* I: cường độ dòng điện chạy vào một cuộn dây.
Trong đó:
b. Nguyên lý hoạt động:
F
đt
F
đt
B
M
q
I
_ Từ trường này sẽ tác dụng với từ trường nam châm
vónh cữu, tạo ra một lực điện từ và sinh ra một mô
men quay tác động lên phần động:
cuộn dây sẽ sinh ra một từ trường B.
M
C

_ Khi cho dòng điện xoay chiều đi vào cuộn dây.
i = I
max
sinω.t

M
qt
= B.S.W.i = B.S.W.I
max
.sinω.t
c. Đặt điểm và phạm vi ứng dụng của chỉ thò :
* Đặc điểm:
_ Ưu điểm:
+ Độ nhạy và độ chính xác cao, có thể đạt cấp chính xác 0,5%
+ Vì góc quay tuyến tính theo dòng điện cho nên thang có khoảng chia đều
+ Kết quả đo ít chòu ảnh hưởng từ trường ngoài, vì từ trường cơ cấu do nam
châm vónh cửu tạo ra tương đối lớn.
+ Công suất tiêu thụ nhỏ từ 25µW ÷ 200µW, nên ảnh hưởng không đáng kể
đến chế độ mạch đo.
+ Độ cản dòu tốt.
+ Độ nhạy S
I
không đổi trong suốt thang đo.

_Nhược điểm:
•
+ Khả năng chòu quá tải kém nên thường dễ bò hư hỏng nếu dòng điện quá
mức đi qua.
•
+ Không đo được dòng xoay chiều.
•
+ Đối với khung quay có dây xoắn dễ bò hư hỏng khi bò chấn động mạnh
hoặc di chuyển quá mức giới hạn. Do đó cần đệm quá mức khi cho cơ cấu
hoạt động.
•

+ Kết qủa đo chòu ảnh hưởng của nhiệt độ.
•
+ Cấu tạo phức tạp, gía thành cao.
* Phạm vi ứng dụng:
+ Dùng để chế tạo Ampemét, vônmét, Ôhmmét, nhiều thang đo dải đo
rộng.
+ Chỉ thò từ điện dùng để chế tạo Ampemet, Ôhm met, Vônmet, hoặc các
dụng cụ đo cần độ nhạy và độ chính xác cao.

•
Lôgômét từ điện có cấu tạo giống chỉ thò từ
điện nhưng phần động có hai cuộn dây, lõi sắt
hình trụ bò khoét đi một rãnh và không có lò
so phản kháng.
Khi dòng điện I
1
,I
2
đi vào các cuộn dây W
1
,W
2
. Từ trường của các cuộn
này sẽ tác dụng từ trường của NCVC sẽ sinh ra momen quay M
q1
, M
q2
có
tác dụng ngược nhau.
M

q1
= B
1
. W
1
. S
1
. I
1
M
q2
= B
2
. W
2
. S
2
. I
2
.
Trong đó : B
1
= f
1
(α) ; B
2
= f
2
(α)
Tại vò trí cân bằng : M

q1
= M
q2
ta có : f
1
(α).W
1
.S
1
.I
1
= f
2
(α).W
2
.S
2
.I
2
hay :
α = f ( I
1
/I
2
)
•
d. Cơ cấu lôgômét từ điện.
_Nguyên lý :
_Cấu tạo :
Tỉ số kế từ điện thường dùng để chế tạo MΩ mét.

3.Cơ cấu đo điện từ :
a.Cấu tạo:
* Phần tónh : Là một cuộn dây phẳng. Bên trong có khe hở không khí là
khe hở làm việc.
* Phần động : là một lõi thép được gắn trên trục quay, trên trục mang
kim chỉ thò, lò so phản kháng .
1.Cuộn dây dẹt
2.Miếng sắt di động
3.Lò so phản kháng
4.Trục
5.Kim chỉ thò
6.Thang đo
7.Đối trọng
1.Cuộn dây tròn
2.Miếng sắt cố đònh
3.Miếng sắt di động
4.Trục
5.Kim chỉ thò
6.Thang đo
7.Đối trọng
Loại
đẩy
Loại
hút
Bộ phận
cản dòu

b.Nguyên lý :
* Khi cho dòng điện một chiều đi vào cuộn dây,năng lượng từ trường

tích lũy trong cuộn dây là :
•
W
t
= ½.L.I
2
Trong đó : L Hệ sốá từ cảm của cuộn dây
Năng lượng này sinh ra một mô men quay:
M
q
= dW
t
/dα = ½.I
2
.dW
l
/dα = ½.a.I
2
Trong đó : dL/dα = a là hằng số
Dưới tác dụng của mô men quay, phần động sẽ quay. Khi quay
xoắn hai lò so phản kháng tạo ra mômen cản
•
M
c
= D.α
Tại vò trí cân bằng lúc M
q
= m
c
ta có :

½.a.I
2
= D.α
α = s
i
.I
2
Trong đó S
I
= a/2.D độ nhạy
* Khi cho dòng điện xoay chiều đi vào cuộn dây phương trình đặc
tính thang đo tương tự như một chiều.

* Ưu điểm:
+ Đo được dòng điện xoay chiều
và một chiều.
+ Khả năng chòu quá tải tốt.
+ Cấu tạo đơn giản,giá thành rẻ.
* Khuyết điểm:
∀
+ Độ nhạy thấp và độ chính xác
không cao.
∀
+ Thang đo có độ chia không đều,
tập trung ở đầu và thưa về cuối
thang đo.
∀
+ Kết quả đo chòu ảnh hưởng từ
trường ngoài.
•

+ Công suất tiêu thụ tương đối lớn.
c. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng :
*Phạm vi ứng dụng :
Dùng làm các dụng cụ đo Volt, Ampe, có độ chính xác không cao hoặc
Các dụng đo lắp bảng.

4. Cơ cấu đo điện động:
Gồm cuộn dây 1 (được chia làm hai phấn
nối tiếp với nhau), để tạo ra từ trường khi
có dòng điện chạy qua. Trục quay chui qua
khe hở giữa hai phần dây tónh.
1.Cuộn cố đònh
2.Cuộn di động
3.Lò so phản kháng
4.Kim chỉ thò
1
4
3
2
1
2
4
Gồm có một cuộn dây 2 đặt trong lòng cuộn
dây tónh. Cuộn dây được gắn với trục quay, trên
trục còn có lò xo cản, bộ phận cản dòu và kim
chỉ thò.Hình dạng cuộn dây động và tónh có thể
tròn hoặc vuông.
a. Cấu tạo:
* Phần tónh:
* Phần động:

b.Nguyên lý làm việc:
Khi cho các dòng điện một chiều đi vào cuộn dây thì năng lượng hỗ cảm
trong cuộn dây :
W
M
= I
1
.I
2
.M
12

Trong đó : M
12
là hệ số hỗ cảm giữa hai cuộn dây
Năng lượng này sinh ra một mô men quay :
•
M
q
= dW
M
/dα = I
1
.I
2
.dM
12
/dα = a.I
1

.I
2
•

trong đó : dM
12
/dα = a hằng số
Dưới tác dụng của mô men quay, phần động sẽ quay. Khi quay xoắn hai
lò so phản kháng tạo ra mômen cản:
•
M
c
= D.α
Tại vò trí cân bằng lúc M
q
= M
c
ta có :
a.I
1
.I
2
= D.α

α = S
I
.I
1
.I
2

Trong đó S
I
= a/D độ nhạy

_ Khi cho các dòng điện xoay chiều đi vào các cuộn dây
i
1
= I
1Max
.sinωt
i
2
= I
2Max
.sin(ωt + ϕ)
* Phạm vi ứng dụng:
Chủ yếu dùng để chế tạo làm Walt-mét, cosϕ mét
α = S
I
.I
1
.I
2
.cosϕ
Phương trình đặc tính thang đo :
Trong đó:
- S
I

: Độ nhạy
- I
1
,I
2
: Tri hiệu dụng
- ϕ: Góc lệch pha giữa I
1
,I
2
1
T
M
q
=
i
1
.i
2
.dM
12
/dt
T
0
= a.I
1
.I
2
.cosϕ
* Ưu điểm:

+ Đo được dòng điện AC và DC
+ Độ chính xác tương đối cao.
* Khuyết điểm:
+ Thang đo của chỉ thò không tuyến tính.
+ Kết quả đo chòu ảnh hưởng của từ
trường ngoài.
+ Cấu tạo tương đối phức tạp.
+ Độ nhạy thấp và tiêu thụ công suất
tương đối lớn.
c. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:

5. Cơ cấu chỉ thò sắt điện động:
a.Cấu tạo:
Giống của chỉ thò điện động, nhưng
cuộn dây phần tónh được quấn trên
mạch từ.
c.Đặc điểm:
+ Độ nhạy cao hơn do có lõi sắt nên mômen lớn.
+ Do tổn hao trong lõi sắt từ nên có độ chính xác kém hơn.
+ Kết quả đo ít chòu ảnh hưởng của từ trường ngoài.
+ Kích thước nhỏ hơn so với chỉ thò điện động có cùng độ nhạy.
+ Không sử dụng được ở mạch điện một chiều vì có sai số lớn.
+ Thường dùng làm W_mét và dụng cụ tự ghi cho dòng AC.
b.Nguyên lý:
Giống như nguyên lý của chỉ thò
điện động

6. Cơ cấu đo cảm ứng :
3
1

2
5
4
φ
2
φ
1
1.Đóa nhôm
2.Mạch từ và cuộn dây 1
3.Mạch từ và cuộn dây 2
4.Trục
5.Trụ
a.Cấu tạo:
_ Khi có dòng điện xoay chiều I
1
,I
2
đi vào
cuộn dây 1,2 các dòng điện này sinh ra từ
thông Φ
1
,Φ
2
,
các từ thông này đi qua đóa
nhôm,
_ Các từ thông Φ
1
,Φ
2

,
đi qua đóa nhôm sẽ cảm ứng trong đóa nhôm các sức
điện động e
1
,e
2
.
_ Vì đóa nhôm là một mạch điện kín nên có các dòng điện cảm ứng i
cư1
,i
cư2

chạy trong đóa nhôm
Dựa trên sự tác dụng tương hổ giữa từ
trường Φ
1
do i
1
tạo ra lên dòng điện i
2
và
ngược lại.
b.Nguyên lý:

Mô men quay tác dụng lên đóa nhôm:
0
1
T
M
q

=
M
q1
+ M
q2
dt
T
= C.f.Φ
1
. Φ
.2
.sinϕ
c. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
* Đặc điểm:
- Chỉ sử dụng được ở mạch điện xoay chiều
- Độ nhạy và độ chính xác thấp.
- Mô men quay phụ thuộc vào tần số
- cấu tạo phức tạp
* Phạm vi ứng dụng: Dùng để chế tạo công tơ đo điện năng

_ Dòng điện i
cư1
đi qua vùng có từ thông Φ
2
sẽ tác dụng với từ thông này tạo
ra M
q1
= k
1
.i

cư1
.Φ
2
_ Dòng điện i
cư2
đi qua vùng có từ thông Φ
1
sẽ tác dụng với từ thông này tạo
ra M
q2
= k
2
.i
cư2
.Φ
1
= C.f.k
1
.I
1
.k
2
.I
.2
.sinϕ
= S
I
.I
1
.I

.2
.sinϕ

CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG GẶP TRÊN CÁC MÁY ĐO CƠ ĐIỆN
Từ điện Điện từ Điện động
Sắt điện động
Tónh điện
Cảm ứng
1. Ký hiệu đại lượng đo :
2. Ký hiệu chỉ thò sử dụng :
A
Dòng điện
V
Điện áp
W
Công suất
tác dụng
KWh
Điện năng
Ω
Điện trở
Var
Công suất
phản kháng
Hz
Tần số
3. Ký hiệu thiết bò có trong máy :
Có điot
Có bản rung
Có màn

chắn từ
Có màn
chắn tónh điện
Có biến
dòng điện
BU
Có biến
điện áp

5. Ký hiệu điện áp đã thử cách điện :
2
2 KV
TEST 2 KV
0
0 KV
TEST 0 KV
Đã thử cách điện
ở điện áp 2 KV
Chưa thử
cách điện
4. Ký hiệu cách đặt máy :
30
0
Đặt nằm ngang Đặt thẳng đứng Đặt nghiêng một góc
6. Ký hiệu cấp chính xác :
Là các con số : 0,1, 0,5, 1, 1,5
CLOSS : 0,1, 0,5, 1, 1,5
Câu hỏi
500V
TEST 500 V

Đã thử cách điện
ở điện áp 500V

1. Chỉ thò số cơ khí:
Gồm có các bánh răng được ghép lại, từ hàng đơn vò đến hàng
chục, trên có các con từ 0→9. Các bánh răng này khi chuyển động sẽ thể
hiện các con số và được nối với một bộ nhông, và khi một bánh răng
quay hết một vòng thì sẽ kéo theo bánh răng hàng chục lệânh một đơn vò.
2. Chỉ thò số ghép:
Các con số từ 0→9 được tạo thành bởi nhiều đèn ghép lại theo nhiều
cách khách nhau. Như vậy mỗi đèn chỉ tượng trưng cho một phần của các
con số trên nền màn chỉ thò. Để thể hiện các con số này phải sử dụng
một mạch điện tử được thiết kế bởi các phép logic điều khiển cho các đèn
sáng lên một cách hợp lý.
Các loại đèn thường dùng để ghép
thành các con số là :
-
Đèn huỳnh quang,
-
Đèn diode phát quang (LED), đèn
tinh thể lỏng (LCD) 7 đoạn.
2.2. CHỈ THỊ SỐ
Đèn 7 đoạn
Đèn hùynh quang