BÀI GIẢNG THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO

GV.TS. Nguyễn thị Lan Hương
Bộ môn: Kỹ thuật đo và tin học Công nghiệp
Hà nội 8/2012



Ví dụ

3





Lý luận chung
Đo dòng điện và điện áp bằng phương pháp
đo trực tiếp
◦ Thiết bị đo kiểu hiển thị tương tự
◦ Thiết bị đo hiện thị số kiểu số





Thiết bị đo dòng và áp kiểu so sánh
Thiết bị đo dòng và áp lớn và rất lớn
Phương pháp điện tích và điện lượng

4





Phương pháp đo dựa vào yêu cầu kỹ thuật và
điều kiện kỹ thuật
Chọn khoảng đo
Mở rộng thang đo
◦ Không tăng khả năng phân ly: sử dụng bộ chia
◦ Tăng khả năng phân ly ; sử dụng phương pháp vi
sai
◦ Tăng độ nhạy: dùng khuếch đại




Sai số: chọn phương pháp thế nào để γ<γyêu cầu
Đặc tính động: xét ảnh hưởng của tần số,
hình dáng của tín hiệu
5


Thu thập

Phân tích

User Interface

INSTRUMENT

Tín hiệu
làm tròn
và chuẩn
hoá

DAQ Boards
IEEE488 (GPIB)

Tính toán

VXI

Hard Copy
File I/O

RS-232

Điều khiển trạng thái

Hiện thị

Định dạng

Interprocess
Communication
Networking

6

Đo dòng và áp một chiều nhiều thang đo
 Đo dòng và áp xoay chiều nhiều thang đo
 Đo điện trở nhiều thang đo
 Đo các thông số cảm, dung
 Ngoài ra còn bố trí để thử transitor và đi ốt, đo thông
mạch
Điện áp
Dòng điện
Điện trở
Điện cảm


Điện dung
Multimét tương tự

Multimét số
Kiểm tra diod
Kiểm tra Transitor

7


Tín hiu vo là dòng địên
hay điện áp, tín hiu ra là góc
quay của kim chỉ kèm với thang
chia độ và các chỉ dẫn giúp cho
người đọc được kết quả

Hỡnh 4-1: Cỏc dng thang hin th
tng t

8


Ch th t in
Ch th in t
Ch th in ng
Ch th st in ng
Ch th cm ng
.

Các chi tiết cơ khí chung của
phần động:
*Trục và trụ
*Lò xo cn
*Kim chỉ
*Cơ cấu cản dịu
Tham kho ti liu [2]

C cu gm 2 phn: phn tnh v phn ng
Phn tnh: nam chõm vnh cu hoc cun dõy

Phn ng: lỏ thộp hoc cun dõy quay trong lũng
phn tnh
9




Cấu tạo của cơ cấu từ địên

1: nam châm vĩnh cửu, 2: kim chỉ
thị, 3: mạch từ và cực từ , 5: khung
quay, 6: lõi sắt từ, 7: lò xo cản, 8:
thang chia độ

Phần tĩnh: mạch từ khép kín gồm
một nam châm vĩnh cửu, các dầu
cực là một gông từ hình trụ. Có
nhiều kiểu kết cấu mạch từ
nhưng đều có mục đích tạo ra từ
trường mạnh và đều ở khe hở
không khí nằm trong mạch từ.
Phần động: một khung dây có thể
quay trong từ trường của nam
châm vĩnh cửu.

10


Khi cho dòng địên qua cuộn dây, tác động tương hỗ giữa từ trư
ờng của nam châm và dòng điện làm khung dây quay.

Mq = BSWI
B- Từ trường của nam châm vĩnh cửu (thường 0.2-0.4 Tesla)
S: tiết diện khung quay
W: Số vòng dây
I: Dòng địên qua khung dây

:

Khi khung dây quay, lò xo sẽ sinh mômen cn tỷ lệ với góc quay
MC = K
Kim chỉ ở vị trí cân bằng khi :Mq = MC

BSW
=
I = S I .I
K
Phng trỡnh c tớnh thang o

BSW
SI =
K

ộ nhạy của cơ
cu
11


Làm thế nào để có được
Thiết bị đo từ
cơ cấu chỉ thị này??

12







Yêu cầu phải có điện trở nhỏ, mắc nối tiếp với tải
Khi dòng điện lớn hơn dòng định mức của cơ cấu phải mở rộng
ICC
thang đo
Hệ số mở rộng thang đo

D
n= A
ICC

I
Rs
RCT

Rcc
Rs =
(n − 1)



Có nhiều khoảng đo

  Hãy tính giá trị
các điện trở sun???

R3
VS

R2

R1

I3

I2

K

I1

13


I1 < I 2 < I 3 → RS1 < RS 2 < RS 3
RS1 = R1 + R2 + R3 =

RCT

RCT
I1
−1

R3

I CT
RS 2

RCT + R1
= R2 + R3 =

I2
−1
I CT

R + R2 + R1
RS 3 = R3 = CT
I3
−1
I CT

VS

R2

R1

I3

I2

I1

K

(S¬ ®å a)

14


Cho R1=4,5 (Ω), R2 = 0,45 (Ω), R3 = 0,05(Ω), RCT = 1(KΩ), ICTmax=

50(µA).
Tính 3 khoảng đo của ampemet.
+ Khi K ở tiếp điểm I1.
VS = ICTRCT = 50µA .1KΩ = 50mV.

VS
50mV
IS =
=
= 10mA
R1 + R2 + R3 0,05Ω + 0,45Ω + 4,5Ω
I = I CT + I S = 50 µ A + 10mA = 10,05mA

Khoảng đo của ampemet ≈ 10mA.
+ Khi K ở tiếp điểm I2.

VS = ICT(RCT + R1) = 50µA .(1KΩ + 4,5Ω) ≈ 50mV.

IS =

VS
50mV
=
= 100mA
R2 + R3 0,05Ω + 0,45Ω

I = I CT + I S = 50 µ A + 100mA = 100,05mA
Khoảng ®o cña ampemet ≈
100mA.
15

+ Khi K ở tiếp điểm I3.
VS = ICT(RCT + R1 + R2) = 50µA .(1KΩ + 4,5Ω + 0,45Ω) ≈ 50mV.

VS 50mV
IS =
=
= 1A
R3 0,05Ω
I = I CT + I S = 50 µ A + 1A ≈ 1A
Khoảng ®o cña ampemet ≈ 1A.

16


1. Tính

tóan sai số phương pháp của việc
đo điện áp ở với các trường hợp như
trong sơ đồ

17


RCT
R3

R2

RCT
R1

R1 I1

A
VS

I3

I2

I1

I

K
B

R 2 I2
R3 I3

K

(S¬ ®å a)

(S¬ ®å b)

  So sánh ưu nhược điểm của
hai sơ đồ (a) và (b)

18


Sơ đồ (b) tính
toán dễ dàng, các
R CT
R CT
Nh

c
R
=
R
=
=
thang đo độc lập đối
S1
1
I1
n1 1

i

m
???

1
với nhau.
ICT

Nhược điểm : Nếu khoá
R CT
R CT
R
=
R
=
=
K hỏng thì dòng qua cơ cấu
S2
2
I2
n2 1

1
lớn sẽ phá huỷ cơ cấu.
I
CT

Nhược điểm này được
khắc phục ở sơ đồ (a) - nếu
khoá K hỏng thì không có
dòng điện qua cơ cấu - như
ng sơ đồ này có nhược điểm
là tính toán phức tạp hơn.

R CT
R
R S3 = R 3 =
= CT

I3
1 n3 1
ICT

19


Cu to ca sun
2 đầu áp

Sun có cấu tạo như điện trở 4 đầu : 2
đầu dòng và 2 đầu áp.
2 đầu dòng
Hai đầu dòng để đưa dòng IS vào, hai
đầu áp mắc vào cơ cấu chỉ thị.
Điện trở đo được trên hai đầu áp. Điều này đảm bảo
cho điện trở mắc song song với cuộn dây RS được xác
định chính xác và điện trở tiếp xúc của các đầu ra dòng đư
ợc tách khỏi RS.
Thường trên Sun có ghi giá trị dòng IS có thể đi qua
nó, ghi điện áp đầu ra US = ISRS = ( I - ICT)RS và ghi cấp
chính xác.
20


Sun thường được làm bằng điện trở không phụ thuộc vào
nhiệt độ như maganin.
Cấp chính xác của sun phải lớn hơn cấp chính xác của
cơ cấu chỉ thị ít nhất một cấp.
Cấp chính xác của sun : 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

Cấp chính xác của ampemet từ 0,2ữ2,5.
21


Sai số của Ampemet
γ s = γ Rs + γ Rcc + γ cc
γ Rs = Sai s ố bi ến đ ộng c ủa giá tr ị sun -> nh ỏ
γ Rcc = Sai s ố c ủa cơ c ấu
γ cc = Sai s ố hay bi ến đ ộng v ề giá tr ị c ủa đi ện tr ở cơ
c ấu
I





Sai số chủ yếu do nhiệt độ

γt =

Rccoαt − R t βt
Rcco(1 +αt ) + Rto(1 + βt ) + Rs

RS
t0

ICC
RC

Rt

  Làm thế nào để giảm sai
số nhiệt độ ???
22


Lm th no
gim sai s
nhit ???

ICT

Rb

Rc
d

Rchỉ thị

Mắc nối tiếp với cuộn dây một điện trở bù làm bằng
maganin hoặc constantan có hệ số điện trở phụ thuộc nhiệt
độ bằng 0.
Nếu điện trở bù gấp 9 lần điện trở cuộn dây thì khi
điện trở cuộn dây thay đổi 1%, điện trở toàn phần (Rbù +
Rcuộn dây) chỉ thay đổi 0,1%

Gii thích và
chọn độ lớn của Rb so
với Rcd???
23

24


25