Đo điện điện tử chương 2

Chương 2

ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP
I, U
MẠCH ĐO

CƠ CẤU ĐO
TỪ ĐIỆN

CHỈ THỊ

Hình 2.1. Nguyên tắc của máy đo dòng điện và điện áp một chiều

1


MỤC TIÊU
Sau khi học xong chương này người học có thể:

– Trình bày được nguyên lý các phép đo dòng điện, đo điện
áp.
– Mô tả được sơ đồ nguyên lý cấu tạo của các máy đo
VOM, DMM
– Sử dụng được các máy đo VOM, DMM để thực hiện các
phép đo thông dụng.
– Có kỹ năng phán đoán, xử lý các sự cố bất thường và hư
hỏng thông qua các phép đo.
– Tuân thủ quy trình kỹ thuật, đảm bảo an toàn thiết bị.
2

Nội dung chính

 Khái niệm chung
 Đo dòng điện và điện áp một chiều
 Đo dòng điện và điện áp xoay chiều
 Máy đo đa dụng chỉ thị kim VOM
 Máy đo đa dụng chỉ thị số DMM
 Sử dụng và bảo quản VOM, DMM.

3


2.1. Khái niệm chung
Dòng điện, điện áp là những đại lượng điện tác động đặc
trưng cho các quá trình truyền dẫn năng lượng điện trong mạch.
Đo dòng điện và điện áp là các phép đo cơ bản để xác định các
thông số của nguồn cung cấp. Sơ đồ khối của máy đo dòng điện,
điện áp chỉ ra trên hình 2.1
I, U

MẠCH ĐO

CƠ CẤU ĐO

CHỈ THỊ

Hình 2.1. Sơ đồ khối tổ chức máy đo dòng điện và điện áp
4

2.2. ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU
2.2.1. Ampe kế từ điện

• RCác
cơ cấu cơ điện đều có thể dùng để chế tạo các
g – Điện trở khung dây cơ cấu đo
đồng hồ đo dòng điện và điện áp.
Ig – Dòng lệch toàn thang (Dòng lớn nhất mà khung
• Cơ cấu từ điện được dùng rộng rãi làm bộ chỉ thị của
dây chịu được)
nhiều dụng cụ xách tay: Ampekế, Voltkế, Vạn năng
Ukế,
IgRg – Điện áp lớn nhất mà cơ cấu đo đo được
g = v.v…
• Ký hiệu và đặc trưng của cơ cấu từ điện:
Rg

Rg
+

G

-

+

-

+

Rg

-

Ig
5


2.2. ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU
2.2.1. Ampe kế từ điện

I, U
CƠ CẤU ĐO
TỪ ĐIỆN

MẠCH ĐO

CHỈ THỊ

Hình 2.1. Nguyên tắc của máy đo dòng điện và điện áp một chiều
Ig +

Rg

I
IS

RS

-

Gọi:
- dòng cần đo là I,
- dòng làm lệch toàn phần cơ
cấu đo là Ig,
- điện trở cơ cấu đo là Rg,
- điện trở sun là RS,
từ hình 2-2 ta có:

Ig
I

+

Rg

IS

RS

I g Rg
Rg
Ig
Rs

 Rs 

Rg 
I  Ig  I Ig  1

I S Rg
IS

Ig

Rs 

Rg
n 1

n = I / Ig - gọi là hệ số mở
rộng thang đo dòng.
7


Ig

+

Rg

I
IS

RS

Rs 

Rg
n 1

n = I / Ig
gọi là hệ số mở rộng
thang đo dòng.
8


Mạch sun riêng rẽ

I1
n1 
Ig

I2
n2 
Ig

I3
n3 
Ig

Rg

Ig

Que đỏ
Que đen

Rsk 

+

Rs1

I1
I2
I3

-

Rs2
Rs3

Rg
nk  1

9


Mạch sun tổ hợp
Ig
Que đỏ

Que đen

+

R2

Rg

Ig

R1

R4

+

-

R3

R2
I3

I2
I1
(a)

Que đỏ

Rg

I4

Que đen

R1
I2

I1

(b)

n1  1
1 
Rk  Rg



n1  1  nk
nk 1 
10


R1

Ví dụ
Một điện kế từ điện có dòng lệch toàn thang là
Ig = 50A, điện trở cơ cấu đo Rg = 300. Tính
trị số sun vạn năng mở rộng thang đo cho điện
kế để có thể đo các dòng 100 A, 1mA, 10mA
và 100mA.
Ig
Que đỏ

R4

Rg

+

-

R3

R2
I3

I4

Que đen
(b)

R1
I2
I1
11


Ta có hệ số hiệu chỉnh dòng ứng với các
thang đo tương ứng là:

Ta có:

Từ đó:

RS

n1 = 100/50 = 2

n2 = 1000/50 = 20
n3 = 10.000 /50 = 200
n4 = 100.000/50 = 2000
Rg

300
 R1  R2  R3  R4 

 300
n1  1 2  1
12


Ta có hệ số hiệu chỉnh dòng ứng với các
thang đo tương ứng là:

Và:
2 1 1 
9
R1  300
    600  270
2  1  2 20 
20
2  1
1 
9
R2  300
 27
 
  600

2  1  20 200 
200
2  1
1 
9
R3  300

 2,7

  600
2  1  200 2000 
2000
R4 = RS – (R1+ R2 + R3) = 300 – 299,7 = 0,3
13


Rg
_

+
270

27

2.7

0.3

R4
R1

R3
R2

R3
R2

R4
R1

1mA
100 A

4

3

10mA
2
100mA

1

SW

+

14

2.2.2. Vônmét một chiều
Được chế tạo trên cơ sở cơ cấu đo từ điện.
Do điện áp định mức của cơ cấu đo chỉ vào
khoảng 50  75mV, nên để mở rộng thang đo
phải mắc thêm điện trở phụ Rp nối tiếp với cơ
cấu đo:
Ig

Rg

Rp

-

+
Up

Ug
U
15


Ig

Rg

Rp

-

+
Up

Ug
U

Từ hình vẽ ta có U = UP + Ug = Ig(RP + Rg)

U
Rp =
- Rg
Ig
Rp 

URg
I g Rg

U
n
Ug

U

 Rg  Rg 
 1  Rg (n  1)
Ug



– hệ số mở rộng điện áp.

16


Ig

Rg

Rp

-

+
Up

Ug
U

R p  Rg (n  1)
n = I/Ig – hệ số mở rộng điện áp.
17


Tổ chức mạch đo
1. Mắc điện trở phụ kiểu riêng rẽ.
Rp1

U1

+

-

Rp2

U2
U3

+

Rg

Rp3

Rp4
U4

-

Rpk  Rg (nk  1); trong ñoù : nk  U k / U g

18


2. Mắc điện trở phụ kiểu vạn năng
R4

R3

U3

R2

R1

Rg
+

-

U2

U4

U1

+

U n  U n 1
Rn 
Ig
19


Ví dụ
Một cơ cấu đo từ điện có điện trở khung dây là 300 ,
dòng lệch toàn thang là 0,3mA. Hãy tính các điện trở
phụ vạn năng mở rộng thang đo của vôn kế để có thể
đo được các điện áp 6V, 30V, 150V và 300V.
R4

R3

U3

R2

R1

Rg
+

-

U2

U4

+

U1

-

20


Áp dụng các công thức (2-7) cho các thang
đo ta có:

6   0,0003  300 

500K
80K
19,7K
R1  400K
 19700  19,7k 
0,0003

30  6
R2 
 80000  80k 
0,0003

150

30
30V
150V
R3 
 400000  400k 
0, 00036V
300V
300  150
R4 
 500000  500k 
0, 0003

21


2.3. ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

2.3.1. Ampe kế và vôn kế chỉnh lưu
- Cơ cấu đo từ điện chỉ có thể đo dòng một chiều.

- Để đo dòng điện và điện áp xoay chiều mạch đo được mắc
thêm khối chỉnh lưu:
- Chỉnh lưu nửa chu kỳ:

1
I tb 
T
- Chỉnh lưu cả chu kỳ:

2
I tb 
T

T /2

I

sin(t )dt 

0

T /2

I
0

m

m

sin(t )dt 

Im



2I m



 0,318I m

 0, 636 I m

22


2.3. ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
2.3.1. Ampe kế và vôn kế chỉnh lưu

Hình 2.7. Cơ cấu chỉnh lưu trong đồng hồ đo dòng xoay chiều
RCu

I~

RCu

RMn

L

RMn

I~

RCu

C

Hình 2.8. Bù nhiệt độ và tần số cho ampe kế chỉnh lưu

L


Bù nhiệt độ và tần số
Nhược điểm:
- Hệ số chỉnh lưu thay đổi theo nhiệt độ và tần số
- Điện trở cuộn dây động thay đổi khi có dòng chạy
qua (đốt nóng) và khi nhiệt độ môi trường thay đổi.
Khắc phục: + Để giảm ảnh hưởng sự thay đổi điện
trở cuộn dây khi nhiệt độ môi trường thay đổi người
ta mắc thêm các điện trở bù bằng manganin hoặc
constantan với cuộn dây cơ cấu đo.
+ Để bù tần số người ta dùng tụ điện hoặc cuộn
24
cảm mắc trong mạch như hình vẽ.

Bù nhiệt độ và tần số

Hình 2.8. Bù nhiệt độ và tần số cho ampe mét chỉnh lưu.
25