Thiết kế phương án xây dựng bài thí nghiệm thực hành đánh giá chất lượng dụng cụ đo điện

Khoá luận tốt nghiệp

PHẦN 1: MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Trong chương trình kỹ thuật điện ở các trường đại học sư phạm có bài
thí nghiệm - thực hành “Đánh giá chất lượng dụng cụ đo điện”. Hiện nay trên
phòng thí nghiệm kỹ thuật điện chưa có tài liệu về bài này, một số tài liệu ở
các nơi khác rất sơ sài không đầy đủ. Nếu chỉ dựa vào các tài liệu này, người
đọc khó có thể tự mình tiến hành thí nghiệm - thực hành và còn khó hơn cho
học sinh phổ thông.
Việc xây dựng một tài liệu đầy đủ, hoàn chỉnh về bài thí nghiệm - thực
hành này là rất cần thiết. Chính vì vậy, chúng tôi chọn đề tài: Thiết kế phương
án xây dựng bài thí nghiệm - thực hành “Đánh giá chất lượng dụng cụ đo
điện”. Để cung cấp cho người học một tài liệu hoàn chỉnh về lý thuyết, đầy đủ
cụ thể về các thiết bị cần dùng trong bài cũng như các phương án lắp ráp bài
thí nghiệm - thực hành.
2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng lý thuyết tương đối hoàn chỉnh và sát với nội dung về bài thí
nghiệm “Đánh giá chất lượng dụng cụ đo điện”. Đưa ra các bước thí nghiệm
cụ thể để thực hiện nội dung chương trình thí nghiệm - thực hành.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Bài thí nghiệm - thực hành “Đánh giá chất lượng dụng cụ đo điện”.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu các kiểu cơ cấu đo:
Cơ cấu đo kiểu từ điện
Cơ cấu đo kiểu điện từ
Cơ cấu đo kiểu cảm ứng
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Kết hợp thực nghiệm với lý thuyết

Đinh Thị Oanh

1

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp

PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: SƠ LƢỢC LÝ THUYẾT
Hiện nay tài liệu cho bài thí nghiệm - thực hành “Đánh giá chất lượng
dụng cụ đo điện” còn rất sơ sài, người đọc khó có thể hiểu được nội dung, lí
do phải tiến hành các bước thí nghiệm - thực hành. Trong phần này chúng tôi
xét các kiểu cơ cấu đo và cách đo các đại lượng điện.
1.1 Những khái niệm chung về dụng cụ đo điện
Đo lường là một quá trình khảo sát những biểu hiện của sự chuyển động
vật chất, tiến hành bằng cách so sánh một đại lượng này với đại lượng khác
cùng loại lấy làm đơn vị. Đo lường điện đầu tiên chỉ dùng để đo các đại lượng
điện như dòng điện, điện áp, công suất…Ngày nay đo lường điện đã phát triển
rất nhanh thành một nghành quan trọng trong khoa học kỹ thuật. Nó không
những dùng để đo các đại lượng điện mà còn đo các lượng không phải điện
như nhiệt độ, quang thông, áp suất…Sở dĩ như vậy vì các cơ cấu đo điện đơn
giản , chắc chắn, rẻ, có độ chính xác cao, có thể tự ghi lại kết quả đo lường.
Đo lường điện đã giúp ta giải quyết một cách đơn giản những vấn đề quan
trọng trong kỹ thuật như: vấn đề truyền các trị số đo lường đi xa (đo từ xa),
vấn đề tự động điều chỉnh các máy và thiết bị, kiểm tra chất lượng thành
phẩm và nguyên vật liệu…
1.1.1 Sai số và cấp chính xác
Do nhiều nguyên nhân nên đo lường không thể chính xác một cách tuyệt
đối được, vấn đề là tìm cách giảm nhỏ sai số để kết quả đo được chính xác

hơn. Những nguyên nhân chính gây nên sai số gồm có:
Sai số cơ bản: là sai số vốn có của dụng cụ đo, do quá trình chế tạo dụng
cụ quyết định. Ví dụ như ma sát trên trục trụ, vạch chia trên mặt dụng cụ
Đinh Thị Oanh

2

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
không chính xác…
Sai số phụ: là sai số do phương pháp đo không chính xác, điều kiện môi
trường khi đo khác với điều kiện tiêu chuẩn, cá nhân người đo có một số thói
tật như nhìn lệch, và một số trường hợp ngẫu nhiên do những thay đổi bất
thường trong quá trình đo.
Gọi A là trị số đúng của đại lượng cần đo, A’ là trị số đo được, thì độ sai
lệch ∆A = A – A’ gọi là sai số tuyệt đối. Sai số tính theo phần trăm của đại
lượng đo gọi là sai số tương đối: ∆A℅ =

A
.100℅
A

Để đánh giá một dụng cụ đo chính xác cao hay thấp người ta quy định ra
cấp chính xác. Cấp chính xác của dụng cụ là trị số lớn nhất cho phép tính theo
phần trăm của sai số cơ bản, so với trị số lớn nhất của thang đo. Theo tiêu
chuẩn Liên xô, dụng cụ đo chia ra tám cấp chính xác: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1;
1,5; 2,5 và 4. Ví dụ một volt mét 300V, cấp chính xác 1 thì sai số tuyệt đối
lớn nhất vốn có của dụng cụ là:

∆A = (300×1)/100 = 3V
Những dụng cụ có cấp chính xác từ 0,05 đến 0,5 là loại chính xác cao,
thường dùng trong các phòng thí nghiệm, nghiên cứu khoa học. Loại dụng cụ
cấp chính xác thấp 2,5; 4 thường dùng trong công nghiệp, trong các phòng
thực tập ở nhà trường.
Trong quá trình sử dụng và sau khi sửa chữa, dụng cụ có thể kém chính
xác dần và cần phải hiệu chỉnh lại. Khi hiệu chỉnh có thể lấy dụng cụ cấp
chính xác cao hơn hoặc các dụng cụ mẫu mà hiệu chỉnh. Các dụng cụ mẫu
được chế tạo rất chính xác và cần bảo quản thật chu đáo.
1.1.2 Các bộ phận chủ yếu của dụng cụ đo
Ngày nay người ta đã chế tạo rất nhiều loại dụng cụ đo. Mỗi loại dụng cụ
đo thường có hai bộ phận cơ bản là cơ cấu đo và mạch đo.
Đinh Thị Oanh

3

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
Mạch đo dùng để biến đổi các đại lượng cần đo thành những đại lượng
như dòng điện, điện áp…tác dụng trực tiếp lên cơ cấu đo.
Cơ cấu đo gồm có phần động và phần tĩnh, nó làm nhiệm vụ biến đổi
điện năng đưa vào thành cơ năng tác dụng lên phần động. Phần động gắn liền
với kim, góc quay của kim xác định trị số của đại lượng đưa vào cơ cấu đo.
Căn cứ theo ngyên lý làm việc người ta phân thành năm loại cơ cấu đo
chủ yếu: cơ cấu đo kiểu từ điện, kiểu điện từ, kiểu điện động, kiểu cảm ứng và
kiểu tĩnh điện. Từ năm kiểu cơ cấu đo chủ yếu, dùng nhiều mạch đo khác
nhau ta có thể chế tạo thành nhiều loại dụng cụ đo. Ví dụ từ cơ cấu đo kiểu từ
điện ta có thể chế tạo thành ampere mét, volt mét, ohm mét…Ngoài ra còn

nhiều cách phân loại khác như: Căn cứ vào đại lượng đo phân thành ampere
mét, volt mét, watt mét; căn cứ vào cấp chính xác phân thành dụng cụ cấp
chính xác cao (cấp 0,05; 0,1; 0,2; 0,5) và cấp chính xác thấp (cấp 2,5; 4).
1.1.3 Ký hiệu dụng cụ đo
Trên mặt dụng cụ đo thường ghi các ký hiệu sau:
Ký hiệu đại lượng đo như: ampe mét ký hiệu là A; vôn mét - V; oát mét W; ôm mét - Ω; công tơ - Wh; hệ số công suất - cosφ.
Ký hiệu nguyên lý làm việc của cơ cấu đo:
Dụng cụ cơ cấu đo kiểu từ điện:

Dụng cụ cơ cấu đo kiểu điện từ:

Dụng cụ cơ cấu đo kiểu điện động:

Đinh Thị Oanh

4

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp

Dụng cụ cơ cấu đo kiểu cảm ứng:

Dụng cụ cơ cấu đo kiểu tĩnh điện:
Trên cơ sở những cơ cấu này, ở một số dụng cụ, cơ cấu đo còn thêm
một số chi tiết khác để mở rộng khả năng sử dụng. Lúc ấy, ngoài những ký
hiệu cơ bản trên, còn phải ghi thêm các ký hiệu phụ khác. Ví dụ:

Dụng cụ cơ cấu đo kiểu từ điện chỉnh lưu:

Dụng cụ cơ cấu đo kiểu nhiệt điện:

Dụng cụ cơ cấu đo kiểu sắt điện động:

Tỷ số mét (logohm mét) kiểu từ điện:

Tỷ số mét kiểu điện từ:

Đinh Thị Oanh

5

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp

Tỷ số mét kiểu cảm ứng:

Ký hiệu loại dòng điện:
Dụng cụ dùng ở mạch dòng điện một chiều:

~

Dụng cụ dùng ở mạch điện xoay chiều:
Dụng cụ dùng ở cả mạch điện một chiều và xoay chiều:
Dụng cụ dùng ở mạch ba pha:
Ký hiệu cách đặt dụng cụ:
Đặt thẳng đứng:

hoặc

Đặt nằm ngang:

hoặc

Ký hiệu cấp chính xác của dụng cụ: 0.5; 1…
Ký hiệu điện áp thử cách điện của dụng cụ, ví dụ dụng cụ được thử cách
2

điện ở điện áp 2KV:

2 KV, hoặc

1.1.4 Nhận xét
Để điều chỉnh số chỉ của dụng cụ đo điện ta có thể điều chỉnh mạch đo
hoặc cơ cấu đo hoặc cả mạch đo và cơ cấu đo.

Đinh Thị Oanh

6

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
1.2 Cơ cấu đo kiểu từ điện
1.2.1 Cấu tạo

2
3

1
Hình 1.2 Cơ cấu biến đổi từ điện
Cơ cấu đo kiểu từ điện gồm cuộn dây phần động (1) có tiết diện nhỏ
chuyển động trong lòng nam châm vĩnh cửu NS có từ cảm cao (2). Để tạo nên
từ trường mạnh và đều giữa phần động và phần tĩnh có hình trống (3) bằng
vật liệu dẫn từ tốt. Ngoài ra còn có lò xo phản, trục và kim chỉ thị. Cơ cấu
biến đổi từ điện được vẽ trên hình 1.2.
1.2.2 Nguyên lý làm việc
Khi có dòng điện một chiều I qua lò xo phản vào cuộn dây phần động,
vì dòng điện nằm trong từ trường của nam châm NS nên sẽ chịu tác dụng
của lực điện từ và sinh ra mômen quay là:
Mq = WBlI. D = KqI
trong đó: w là số vòng dây của phần động
B là cường độ từ cảm giữa hai cực nam châm
Đinh Thị Oanh

7

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
l là chiều dài tác dụng của khung dây phần động
D là chiều rộng của khung dây
Kq = BlwD là một hệ số không đổi
Dưới tác dụng của Mq, khung dây sẽ quay một góc α, lò xo phản bị
xoắn lại và tạo ra mômen phản Mp tỷ lệ với góc quay:

Mp = kpα
Kim của cơ cấu sẽ đứng yên khi mômen phản cân bằng với mômen quay:
Kqα = KpI
Góc quay của phần động:
α=

S=

Kq
Kp

.I = SI

WBlD
là độ nhạy của cơ cấu
Kp

1.2.3 Đặc điểm của dụng cụ.
- Vì góc quay tỉ lệ bậc nhất với dòng điện nên dụng cụ chỉ đo được một
chiều và thang đo chia đều. Để đo dòng điện xoay chiều cần có bộ phận chỉnh
lưu dòng điện xoay chiều ra một chiều.
- Dụng cụ có độ nhạy cao vì từ trường của nam châm vĩnh cửu mạnh.
- Độ chính xác cao, ít chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài, tiêu thụ năng
lượng ít.
- Khả năng quá tải ít vì cuộn dây phần động có tiết diện bé (dòng qua cơ
cấu đo nhỏ). Lợi dụng đặc điểm này của cơ cấu nên ta có thể mắc thêm điện
trở phụ thông thường nhỏ gọn vào cơ cấu đo để điều chỉnh dụng cụ đo.
-Khó chế tạo, giá thành cao.

Đinh Thị Oanh

8

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
1.2.4 Logohm mét từ điện.

N

S

Mq2

Mq1

I1

I2
Logohm mét từ điện

Trên phần động ta đặt 2 cuộn dây gắn chặt vào nhau và có dòng điện I 1
và I2 chạy qua sao cho chúng sinh ra hai mômen quay ngược chiều nhau (
hình vẽ).
Mq1 = Kq1B1 (α) I1
Mq2= Kq2B2 (α) I2
Ở vị trí cân bằng Mq1 = Mq2 hay Kq1B1 (α) I1 = Kq2B2 (α) I2
I1
K q 2 B2 ( )

I 2 = K B ( )
q1 1

hay là α = f (

I1
)
I2

góc quay α là hàm số của tỷ số giữa hai dòng điện.

Đinh Thị Oanh

9

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
1.3 Cơ cấu đo kiểu điện từ.
1.3.1 Cấu tạo

Hình 1.3a Cơ cấu điện từ cuộn dây phẳng

Hình 1.3b Cơ cấu điện từ cuộn dây tròn

Cơ cấu đo kiểu điện từ có hai loại:
Loại cuộn dây phẳng (hình 1.3a) và loại cuộn dây tròn (hình 1.3b). Hai
loại này chỉ khác nhau về cấu tạo, còn nguyên lý làm việc thì như nhau.
Loại cuộn dây phẳng, phần tĩnh là cuộn dây 1 quấn thành hình hộp, giữa

cuộn dây có rãnh hẹp 2. phần động là phiến thép 3 làm bằng chất sắt từ mềm,
gắn lệch tâm trên trục 4. Trên trục có lò xo phản kháng, kim và bộ phận cản
dịu kiểu không khí 5.
Khi có dòng điện chạy vào phần tĩnh, lá thép 3 bị hút vào rãnh 2 làm
kim quay đi một góc.
Loại cuộn dây tròn, phần tĩnh là cuộn dây 1 quấn thành hình trụ tròn,
phía trong đặt hai phiến thép sắt từ mềm 2 và 3. Phiến 2 cố định; phiến 3 gắn
Đinh Thị Oanh

10

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
liền với trục, trên trục có kim lò xo phản kháng và bộ phận cản dịu kiểu
không khí.
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây phần tĩnh, hai phiến thép sẽ được từ
hoá giống nhau, các cực từ cùng tên ở gần nhau sẽ đẩy nhau, làm cho phiến 3
và kim quay đi một góc.
Loại cuộn dây tròn so với loại cuộn dây phẳng thì dễ chế tạo hơn, thang
đo chia đều hơn. Nhưng nó có nhược điểm là từ trường yếu nên phải chế tạo
cuộn dây to và nhiều vòng. Hiện nay loại cuộn dây phẳng dùng nhiều hơn.
1.3.2 Nguyên lý làm việc
Khi dòng điện cần đo I vào cuộn dây phần tĩnh, năng lượng từ trường
tích luỹ ở cuộn dây Wtt =

LI 2
2

trong đó L là điện cảm của cuộn dây, phụ thuộc vào vị trí phiến thép 3,
tức là phụ thuộc vào góc quay α của kim.
Theo định luật bảo toàn năng lượng, khi phiến thép chuyển động thì độ
biến thiên cơ năng Mqdα = dWtt
rút ra mômen quay của dụng cụ là:
dLI 2
1
dWt
dL
=
/dα = I²
2
2
d
d

Mq =
đặt

1
dL
I²
= kq ta có: Mq = kqI²
2
d

Kim sẽ ổn định khi mômen quay bằng mômen phản kháng của lò xo:
kqI² = kpα
kq
I² = SI²

kp

rút ra

α=

trong đó S =

kq
là độ nhạy của cơ cấu
kp

Đinh Thị Oanh

11

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp

1.3.3 Đặc điểm của cơ cấu
- Góc quay tỉ lệ với bình phương của dòng điện và thang đo chia không
đều.
- Dụng cụ có thể đo được dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều
vì khi thay đổi chiều dòng điện trong cuộn dây phần tĩnh các miếng thép luôn
được từ hoá cùng cực tính.
Hình dáng miếng thép được chế tạo sao cho ∂L giảm theo góc quay α để
thang đo có thể chia tương đối đều.
- Dụng cụ chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài vì khe hở không khí giữa

phần động và phần tĩnh lớn, hơn nữa từ trường bản thân của cơ cấu cũng nhỏ.
- Độ chính xác thấp do có tổn hao trong lõi thép.
- Khả năng quá tải của cơ cấu tốt vì cuộn dây có dòng điện cần đo ở
phần tĩnh, tiết diện dây có thể lớn. Lợi dụng đặc điểm này ta có thể thay đổi
số vòng dây của cuộn dây để điều chỉnh dụng cụ đo.
- Cơ cấu đơn giản, rẻ tiền, chủ yếu dùng để đo dòng điện và điện áp xoay
chiều tần số công nghiệp.

Đinh Thị Oanh

12

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
1.4 Cơ cấu đo kiểu cảm ứng
1.4.1 Cấu tạo

Hình 1.4 Cơ cấu đo kiểu cảm ứng
Phần tĩnh của cơ cấu gồm 2 nam châm điện xoay chiều 1 và 2 và một
nam châm vĩnh cửu 3. Phần động là một đĩa nhôm mỏng 4, tâm đĩa gắn liền
với trục. Hai cực nam châm vĩnh cửu ôm lấy đĩa nhôm (hình 1.4).
1.4.2 Nguyên lý làm việc
Khi đặt điện áp hình sin u = Umax sin ωt vào cuộn dây nam châm 1, cuộn
dây sẽ sinh ra từ thông фu tỷ lệ và chậm pha sau điện áp một góc 90°:
фu = k1Umax sin (ω - 90°) = -k1Umax cosωt
Đồng thời cho dòng điện phụ tải I = Imax sin (ωt - φ) qua cuộn dây nam
châm 2, nó sẽ sinh ra từ thông фi tỉ lệ và trùng pha với dòng điện:
фi = k2Imax sin (ω - φ).

Các từ thông hình sin фi, фu xuyên qua đĩa nhôm trong đĩa các sức điện
động tương ứng e2, e1. Trong đĩa nhôm có các dòng điện i1, i2 do e1, e2 gây nên.
Các dòng điện này nằm trong từ trường nam châm 1 và 2 nên chịu lực tác
dụng và tạo thành mômen làm cho đĩa nhôm quay.

Đinh Thị Oanh

13

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
Dưới đây ta chứng minh rằng mômen quay trung bình tác dụng lên đĩa tỉ
lệ với công suất phụ tải tiêu thụ:
Từ thông фu cảm ứng trong đĩa nhôm sức điện động e1:
e1 = -

d
= - d[k1Umax sin (ωt -90°)]
dt

= -k3ωUmax sinωt
Dòng điện chạy trong đĩa nhôm do e1 gây ra: i1 = e1/rđ
Từ thông фi cảm ứng trong đĩa nhôm sức điện động e2:
e2 = -

di
= - d[k2Imax sin (ωt - φ)]
dt

= - k4ωImax cos (ωt- φ)
Dòng điện chạy trong đĩa do e2 gây ra: i2 =

e2
rđ

Trong đó: rđ là điện trở của phần đĩa nhôm có dòng điện chạy qua
k1; k2; k3; k4 là các hệ số tỉ lệ
Từ thông фi tác dụng lên i1 lực F1, từ thông фu tác dụng lên i2 lực F2 các
lực F1, F2 đều tỉ lệ với từ thông và dòng điện:
F1 ≡ i1фi ;

F2 ≡ i2фu

Mômen quay tức thời Mq tác dụng lên đĩa nhôm sẽ tỉ lệ với hợp lực của
F1 và F2
Mq = k5 ( F2- F1) = k5 [(k1k4Umax Imax ω cos(ωt-φ) cosωt) – (- k2k3ω Umax Imax
sinωt sin (ωt – φ) ] = k5 [k1k4ω Umax Imax cos(ωt-φ) cosωt + k2k3ω Umax Imax sin (ωt
– φ) sinωt ]
mômen quay trung bình trong một chu kì của dòng điện hình sin là:
Mq =

1
T

T

M

q

dt

0

Sau khi lấy tích phân ta có: Mq = ω k5 (k1k4 + k2k3) Uicosφ
đặt ω k5 (k1k4 + k2k3) = kq; tương ứng với một tần số nhất định thì kq là
một hằng số.
Vậy ta có:Mq = kqP (*)
Đinh Thị Oanh

14

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
Trong công thức (*) chứng minh ở trên, chúng ta đã coi gần đúng như
dòng điện i trùng pha với từ thông фi, và điện áp u vượt trước từ thông фu một
góc 90°. Do đó góc lệch pha giữa фi và фu là ψ = 90° - φ. Nhưng thực tế do
có tổn hao sắt từ trong các lõi thép nam châm 1 và 2 nên giữa dòng điện i và
từ thông фi lệch nhau một góc δi, còn góc lệch giữa từ thông фu và điện áp u
cũng nhỏ hơn 90°. Vì thế góc lệch pha ψ giữa hai từ thông фu và фi khác với
(90°- φ). Để hiệu chỉnh lại, ta phân nhánh mạch từ của nam châm điện 1.
1.4.3 Đặc điểm của cơ cấu
- Số vòng quay của phần động tỷ lệ với điện năng tiêu thụ nên cơ cấu
được chế tạo làm công tơ đo điện năng.
- Độ chính xác thấp vì khi làm việc dòng điện xoáy trong đĩa nhôm gây
tổn hao công suất.

- Cơ cấu phụ thuộc vào tần số.
1.4.4 Nhận xét
Hai nam châm điện tạo ra lực tác động vào đĩa nhôm. Nam châm 1 (cuộn
áp) mắc trực tiếp với nguồn nên ta không thể thay đổi số vòng dây quấn. Nam
châm 2 (cuộn dòng) nối nối tiếp với tải ta có thể thay đổi số vòng dây của nó.
Vì vậy ta sẽ thay đổi số vòng của nam châm 2 để điều chỉnh dụng cụ đo.
1.5 Cách đo các đại lƣợng điện
1.5.1 Đo dòng điện
- Để đo dòng điện ta mắc nối tiếp ampere mét với mạch điện cần đo.
- Đểm ampere mét không làm thay đổi dòng điện trong mạch thì điện trở
trong của ampere mét phải càng nhỏ càng tốt.
- Để đo dòng điện một chiều có thể dùng các ampere mét từ điện và điện
từ. Để mở rộng thang đo với dòng điện một chiều người ta dùng điện trở
shunt Rs nối song song với cơ cấu đo (hình 1.5a).
Đinh Thị Oanh

15

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp

Rs

I

Is

Icc

Rcc
Hình 1.5a
Dòng điện qua cơ cấu đo là:
Icc = I.

Rs
Rs  Rcc

trong đó I là dòng điện cần đo, Rcc là điện trở của cơ cấu đo.
Nếu muốn mở rộng thang đo n lần tức là
Suy ra điện trở của shunt Rs là: Rs =

I
R R
= n = s cc
I cc
Rs

Rcc
n 1

Hình 1.5b là sơ đồ shunt của dụng cụ từ điện có nhiều thang đo khác nhau.
I1

0

Rs1

I2

Rs2

I3

Rs3

I4

Rs4

Hình 1.5b
Để đo dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp có thể dùng các ampere
mét điện từ hay điện động. Với dòng điện xoay chiều người ta dùng máy biến
dòng để mở rộng thang đo. Ampere mét điện từ nhiều thang đo được chế tạo
Đinh Thị Oanh

16

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
bằng cách phân đoạn cuộn dây phần tĩnh thành nhiều phân đoạn bằng nhau và
có thể đổi nối song song hoặc nối tiếp (hình 1.5c).
I

2I

I

I

Hình 1.5c: Ampere mét điện từ hai thang đo
Để đo dòng điện xoay chiều bằng dụng cụ từ điện người ta phải chỉnh
lưu dòng điện xoay chiều thành một chiều.
1.5.2 Đo điện áp
Để đo điện áp U người ta dùng volt mét mắc song song với mạch cần đo.
Để kết quả đo chính xác thì điện trở trong volt mét phải càng lớn càng tốt
Để mở rộng thang đo người ta dùng điện trở phụ mắc nối tiếp với cơ cấu
đo (hình 1.5d).

U
Ucc

Rp

Rcc
Hình 1.5d

Giả thiết cơ cấu đo có điện áp định mức là điện áp làm cho kim chỉ hết
thang đo Ucc, muốn mở rộng thang đo m lần nghĩa là
Rp
Rcc

=

U
= m thì:
U CC

U  U CC
= m – 1 hay là Rp = Rcc (m - 1)
U CC

Khi cần đo điện áp rất lớn (cỡ kV) người ta dùng máy biến điện áp.
Đinh Thị Oanh

17

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
Để đo điện áp và dòng điện nhỏ người ta thường dùng điện kế từ điện.
Để tăng độ nhạy ở điện kế từ điện người ta tăng từ cảm khe hở không khí,
giảm hệ số phản kháng của dây treo và dùng hệ thống chỉ thị ánh sáng.
Để nâng cao độ chính xác của phép đo, người ta tiến hành đo bằng
phương pháp bù.
Nội dung cơ bản của phương pháp bù là so sánh điện áp cần đo U x với
điện áp mẫu Uk có độ chính xác cao (hình1.5e).

U

Ux

Uk

Độ chênh lệch điện áp ∆U = Ux – Uk được phát hiện bằng cơ cấu chỉ
không. Ở volt mét điện tử điện áp cần đo được chỉnh lưu và đưa vào bộ
khuếch đại một chiều. Đầu ra của khuếch đại một chiều là cơ cấu từ điện.

Ưu điểm của volt mét điện tử là có độ nhạy cao, điện trở vào lớn có thể
đạt tới 100 MΩ công suất tiêu thụ rất ít, khoảng tần số làm việc rộng, dễ dàng
điều chỉnh và mở rộng thang đo.
1.5.3 Đo điện trở
Có nhiều phương pháp đo điện trở, tuỳ theo điều kiện và yêu cầu cụ thể
ta có thể chọn một trong các phương pháp sau:
 Phương pháp dùng ampere mét và volt mét
Dùng ampere mét đo dòng điện qua điện trở, dùng Volt mét đo điện áp
rơi trên điện trở ấy (hình 1.5f).
Đinh Thị Oanh

18

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
A

Rx

V

Hình 1.5f
Bỏ qua điện trở ampere mét, ta xác định được trị số điện trở cần đo rx:
rx =

U
I

 Phương pháp dùng Ohm mét và Megohm mét
Ohm mét dùng đo các điện trở nhỏ megohm mét dùng đo các điện trở
lớn.
Ohm mét gồm cơ cấu từ điện C, pin E và địên trở r phụ dùng để hạn chế
dòng điện. Điện trở rx cần đo nối vào hai cực 1 và 2 (hình 1.5g). Dòng điện
qua cơ cấu đo :
I=

E
rp  rx
rp
C
1
rx
2
s

Hình 1.5g
Nếu giữ rp, E không đổi, thì dòng điện qua cơ cấu đo phụ thuộc vào điện
trở rx. Trên thang đo dụng cụ ghi trực tiếp trị số điện trở. Nhược điểm của
Ohm mét là sau khi dùng một thời gian, sức điện động của pin giảm nên kết
Đinh Thị Oanh

19

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
quả đo kém chính xác. Vì vậy trước khi đo cần nối ngắn mạch hai đầu 1 và 2

để hiệu chỉnh Ohm về vị trí 0, Sau đó mới bắt đầu đo. Megohm mét là dụng
cụ kiểu logohm mét từ điện. Nguồn điện áp từ 500 đến 1000 V.
Sơ đồ megohm mét vẽ trên hình 1.5h.

Hình 1.5h megohm mét kiểu từ điện
Dòng điện qua hai cuộn dây 1 và 2 là:
I1 =

U
r1  r0

I2 =

U
r2  rx

Tỷ số hai dòng điện:

I1
=
I2

r2  rx
không phụ thuộc điện áp máy phát. Ta
r1  r0

bố trí hai cuộn dây sao cho mômen quay do từ trường nam châm vĩnh cửu tác
dụng lên hai cuộn dây ngược chiều nhau:
M1 = kq1.I1
M2 = kq2.I2

kim sẽ quay đến vị trí ổn định khi M1 = M2
nghĩa là: kq1.I1 = kq2.I2
rút ra:

k
I1
r r
= 2 x = q1
I2
r1  r0
kq 2

Đinh Thị Oanh

20

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
Khác với các dụng cụ đo từ điện thông thường, mogohm mét từ điện có
cấu tạo để cho từ trường phân bố không đều trong kẽ không khí của dụng cụ
lên tỷ số

k q1
kq 2

phụ thuộc vào vị trí hai cuộn dây đối với từ trường, nghĩa là phụ

thuộc vào góc quay α:

k q1
kq 2

=

W2 S
I
r r
.B(α ) do đó: 1 = 2 x = f(α)
W1S
I2
r1  r0

(**)

Công thức (**) chứng tỏ góc quay α phụ thuộc rx. Trên thang đo dụng cụ
ta ghi trực tiếp các trị số điện trở KΩ, MΩ, tương ứng với các góc quay.
Trong kỹ thuật, megohm mét thường dùng để đo điện trở cách điện của các
thiết bị điện.
Khi đo, ta nối hai cực a và b vào hai đầu điện trở r x cần đo và quay máy
phát với tốc độ khoảng 70 – 80 v/phút.
1.5.4 Đo công suất
 Watt mét một pha kiểu điện động
Hình 1.5i là sơ đồ nguyên lý của Watt mét một pha kiểu điện động. Cuộn
dây dòng điện được nối tiếp với phụ tải cần đo. Cuộn dây điện áp được nối
song song với mạch cần đo. Góc quay của cơ cấu điện động tỷ lệ với tích số
của hai dòng điện i và iv trong đó iv tỷ lệ với điện áp u vì thế góc quay tỷ lệ
với công suất tác dụng P = Uicosφ.
i
W

U

IV

Hình 1.5i
 Đo công suất tác dụng của mạch ba pha
Đinh Thị Oanh

21

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
Để đo công suất của mạch ba pha ta có thể dùng các Watt mét mắc trên
từng pha của mạch ba pha bốn dây (hình 1.5j).

A
W
B

W

C

W

N

Hình 1.5j

PA = UAIAcosφA
PB = UBIBcosφB
PC = UCICcosφC
P3pha = PA + PB + PC
Có thể dùng 2 Watt mét nối theo sơ đồ hình để đo công suất mạch ba pha
ba dây, trong đó Watt mét thứ nhất đo công suất W1 = UAC IAcos( U AC I AC ),
còn Watt mét thứ 2 đo công suất W2 = UBCIBCcos( U BC I BC ).
trong đó:

U AC = U A - U C
U BC = U B - U C

Vậy tổng chỉ số của 2 oátmét là:
W1 + W2 = ( U A - U C ) I A +( U B - U C ) I B = U A I A + U B I B – U C ( I A + I B )
Vì I A + I B = - I C nên ta có:
W1 + W2 = UAIAcosφA + UBIBcosφB + UCICcosφC = P3pha

Đinh Thị Oanh

22

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
1.5.5 Đo điện năng
Để đo điện năng trong mạch điện xoay chiều một pha người ta dùng
công tơ một pha. Công tơ thường chế tạo theo kiểu cảm ứng nhưng phần quay
không có lò xo phản kháng, mà trục quay liên hệ với một bộ số gồm bánh xe
răng khía và vít vô tận để đếm số vòng quay.

Khi cho dòng điện phụ tải đi qua cuộn dây dòng điện và điện áp phụ tải
đặt vào cuộn dây điện áp của công tơ sẽ có một mômen quay tác dụng vào đĩa
nhôm làm nó quay với tốc độ n. đĩa nhôm quay trong từ trường của nam châm
vĩnh cửu trong đĩa nhôm sẽ có dòng điện cảm ứng Ic tỉ lệ với tốc độ quay n và
từ thông фnc của nam châm vĩnh cửu:
Ic = k1 фnc n.
Dòng điện Ic nằm trong từ trường của nam châm vĩnh cửu sẽ chịu lực tác
dụng, sinh ra mômen hãm ngược chiều với mômen quay. Trị số mômen hãm
tỉ lệ với фnc và Ic:
Mh = k2 фnc Ic = k2 фnc k1 фnc n = k1 k2 ф²nc n.
Đặt k1 k2 фnc² = kh thì Mh = kh n mà Mq = kq P (theo công thức
*)
Đĩa nhôm sẽ quay với tốc độ đều khi mô men quay bằng mô men hãm:
kq P = kh n
rút ra :

P=

Kh
n = Cn
kq

Điện năng phụ tải tiêu thụ trong thời gian t là: A =P. t = C.n.t =
C.N
trong đó N = nt là số vòng quay của đĩa nhôm trong khoảng thời gian t.
Nhìn vào biểu thức ta thấy điện năng tỉ lệ với số vòng quay của đĩa trong thời
Đinh Thị Oanh

23

K32D – Sư phạm kỹ thuật


Khoá luận tốt nghiệp
gian t, ta suy ra điện năng phụ tải tiêu thụ. Hệ số C =

A
gọi là hằng số công
N

tơ, nó là số watt giây ứng với một vòng quay.
 Nhận xét
- Các dụng cụ đo đều có cơ cấu đo mạch đo, trong đó cơ cấu đo kiểu từ
điện chế tạo khó, giá thành cao. Vì vậy khi sửa chữa điều chỉnh ta nên tác
động vào phần mạch đo.
- Cơ cấu đo kiểu điện từ chế tạo dễ, giá thành rẻ nên khi sửa chữa điều
chỉnh dụng cụ đo ta nên tác động vào cơ cấu đo, chủ yếu tác động vào cuộn
dây phần tĩnh.
- Trong cơ cấu đo kiểu cảm ứng lực làm đĩa nhôm quay là hai nam châm
điện (một mắc song song với nguồn, một mắc nối tiếp với tải). Vì điện áp đặt
vào tải là không đổi nên khi điều chỉnh sửa chữa ta nên tác động vào nam
châm điện mắc nối tiếp với tải.

Đinh Thị Oanh

24

K32D – Sư phạm kỹ thuật

Khoá luận tốt nghiệp

CHƢƠNG 2:CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH
2.1 Các thiết bị cần dùng cho bài thí nghiệm- thực hành
Trong phần này chúng tôi liệt kê số lượng các thiết bị cần có và mô tả
hình dạng một số thiết bị chính mà học sinh ít gặp trước đây.
2.1.1 Các thiết bị cần có
STT

Tên vật tư, thiết bị

Số
lượng

1

Ampere kế mẫu (cấp chính xác 1)

01

2

Ampere kế cần kiểm tra

02

3

Volt kế mẫu (cấp chính xác 1)

01

4

Volt kế cần kiểm tra

02

5

Biến trở 1 Ω

01

6

Công tơ một pha mẫu (cấp chính xác 1)

01

7

Công tơ một pha cần kiểm tra

02

8

Tải thuần 500W

01

9

Dây dẫn

10

Cầu dao

11

Cầu chì

12

Nút ấn thường mở

01

13

Nút ấn thường đóng

01

14

Công tắc tơ

01

2.1.2 Nút ấn

Đinh Thị Oanh

25

K32D – Sư phạm kỹ thuật