Bài giảng kỹ thuật đo lường cảm biến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
CẢM BIẾN

1


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

PHẦN 1: KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG – CÁC CƠ CẤU
CHỈ THỊ ĐO LƯỜNG
1.1. Lý luận chung về đo lường
1.1.1 Định nghĩa và phân loại phép đo
a. Định nghĩa
Định nghĩa đo lường rất quan trọng vì nó thể hiện quan điểm đối với kỹ thuật đo
lường. Nó là tiền đề cơ bản cho mọi lý luận về thiết bị đo và hệ thống thông tin đo lường.
Do đó ta có thể thống nhất về định nghĩa đo lường như sau:
Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết quả
bằng số so với đơn vị đo.
Khái niệm về đánh giá định lượng ở đây có thể hiểu rất hẹp như phép đo biến đổi
thẳng nhưng cũng có thể hiểu là quá trình thu thập và biến đổi tin tức hoặc quá trình ước
lượng và đánh giá ước lượng của các quá trình ngẫu nhiên, kết quả đánh giá là một con số
so với đơn vị thể hiện quá trình lượng tử hoá và mã hoá ra kết quả bằng số và một phép
so với đơn vị.
Với định nghĩa trên thì đo lường là một quá trình thể hiện ba thao tác chính là:
- Biến đổi tín hiệu và tin tức
- So sánh với đơn vị đo hay so sánh với mẫu trong quá trình đo lường

- Chuyển đơn vị, mã hoá để có kết quả bằng số so với đơn vị
Vậy quá trình đo có thể viết dưới dạng:
Ax = X/Xo
Trong đó:
Ax : Là kết quả của đại lượng cần đo
X : Đại lượng cần đo
Xo : Đơn vị đo
Ngành khoa học chuyên nghiên cứu về các phương pháp để đo các đại lượng khác
nhau, nghiên cứu về mẫu và đơn vị đo gọi là đo lường học
Ngành kỹ thuật chuyên nghiên cứu và áo dụng các thành quả của đo lường học
vào phục vụ sản xuất và đời sống gọi là kỹ thuật đo lường
Để thực hiện quá trình đo lường ta phải biết chọn cách đo khác nhau phụ thuộc
vào đối tượng đo, điều kiện đo và độ chính xác yêu cầu của phép đo
b. Phân loại phép đo
Để thực hiện một phép đo người ta có thể thực hiện nhiều cách khác nhau. Ta có
thể phân ra như sau:
a.
Đo trực tiếp: là cách đo mà kết quả nhận được từ một phép đo duy nhất.
Cách đo này nhận được kết quả ngay, dụng cụ đo sử dụng thường ứng với kết quả
đo. Ví dụ: đo điện áp dùng Vôn mét. Chúng ta thấy thực tế các phép đo đều sử dụng
phép đo đều sử dụng cách đo trực tiếp này.
b.
Đo gián tiếp:
Là cách đo mà kết quả đo suy ra từ sự phố hợp kết quả của nhiều phép đo trự tiếp.
2


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

Ví dụ: Đo điện trở dùng Vôn mét và ampe mét, sau đó ta tính ra điện trở. Cách đo

này gặp phải sai số là tổng sai số của các phép đo.
c.
Đo hợp bộ:
Cách đo mà kết quả đo sẽ được đưa ra cùng một lúc với nhau khi giải hệ phương
trình.
d.
Đo thống kê
Là cách đo mà ta đo nhiều lần sau đó lấy trung bình. Thực hiện khi tín hiệu đo là
ngẫu nhiên hoặc khi kiểm tra độ chính xác của một dụng cụ đo
1.1.2. Sai số, phương pháp giảm sai số
a. Sai số của phép đo
Ngoài sai số của dụng cụ đo, việc thực hiện quá trình đo cũng gây ra nhiều sai số.
Những sai số này gây ra bởi những yếu tố như: Phương pháp đo được chọn, mức độ cẩn
thận khi đo…Do vậy kết quả đo lường không đúng với giá trị chính xác của đại lượng đo
mà có sai số. Đó là sai số của phép đo. Có thể phân loại sai số của phép đo như sau:

Theo cách thể hiện bằng số
• Sai số tuyệt đối là hiệu giữa đại lượng đo X và giá trị thực Xth
ΔX = X – Xth
• Sai số tương đối γX được tính bằng phần trăm của tỉ số sai số tuyệt đối và giá trị
thực:
=

100 ≈

100

Vì X và Xth gần bằng nhau.

Theo nguồn gây ra sai số

Người ta phân thành:
• Sai số phương pháp là sai số sinh ra do sự không hoàn thiện của phương pháp đo
và sự không chính xác biểu thức lý thuyết cho ta kết quả của đại lượng đo.
• Sai số thiết bị là sai số của thiết bị đo sử dụng trong phép đo, nó liên quan đến
cấu trúc và mạch đo của dụng cụ không được hoàn chỉnh, tình trạng của dụng cụ đo…
• Sai số chủ quan là sai số gây ra do người sử dụng. Ví dụ như do mắt kém, do cẩu
thả…
• Sai số khách quan là sai số gây ra do ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài lên đối
tượng đo cũng như dụng cụ đo. Ví dụ như nhiệt độ, độ ẩm…

Theo quy luật xuất hiện của sai số
• Sai số hệ thống là thành phần sai số của phép đo luôn không đổi hay là thay đổi
có quy luật khi đo nhiều lần một đại lượng đo.
Sai số hệ thống không đổi bao gồm sai số do khắc độ thang đo, sai số do hiệu
chỉnh dụng cụ đo không chính xác (chỉnh “0” không đúng), sai số nhiệt độ tại thời điểm
đo. v.v.
Sai số hệ thống thay đổi có thể là sai số do sự biến động của nguồn cung cấp (pin
bị yếu đi) do ảnh hưởng của các trường điện từ hay những yếu tố khác.
3


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

Việc phát hiện sai số hệ thống là rất phức tạp nhưng nếu đã phát hiện được thì việc
đánh giá và loại trừ nó sẽ không còn khó khăn
Việc loại trừ sai số hệ thống có thể tiến hành bằng cách: phân tích lý thuyết; kiểm
tra dụng cụ đo trước khi sử dụng nó; chuẩn trước khi đo; chỉnh “0” trước khi đo; tiến
hành nhiều phép đo bằng các phương pháp khác nhau; sử dụng phương pháp thế; sử dụng
các bù sai số ngược dấu (cho một lượng hiệu chỉnh với dấu ngược lại); trong trường hợp
sai số hệ thống không đổi thì có thể loại được bằng cách đưa vào một lượng hiệu chỉnh

hay một hệ số hiệu chỉnh.
Lượng hiệu chỉnh là giá trị cùng loại với đại lượng đo được đưa thêm vào kết quả
đo nhằm loại sai số hệ thống.
Hệ số hiệu chỉnh là số được nhân với kết quả đo nhằm loại sai số hệ thống.
• Sai số ngẫu nhiên là thành phần sai số của phép đo thay đổi không theo một quy
luật nào cả mà ngẫu nhiên khi nhắc lại phép đo nhiều lần một đại lượng duy nhất. Giá trị
và dấu của sai số ngẫu nhiên không thể xác định được, vì sai số ngẫu nhiên gây ra do
những nguyên nhân mà tác động của chúng không giống nhau trong mỗi lần đo cũng như
không thể xác định được. Để phát hiện sai số ngẫu nhiên người ta nhắc lại nhiều lần đo
cùng một đại lượng và vì thế để xét ảnh hưởng của nó đến kết quả đo người ta sử dụng
toán học thống kê và lý thuyết xác suất.
b. Sai số của dụng cụ đo
Nguyên nhân gây ra sai số của dụng cụ đo thì có nhiều loại. Có thể đó là những
nguyên nhân do chính phương pháp đo gây ra hoặc 1 nguyên nhân nào đấy có tính quy
luật hoặc cũng có thể là do các yếu tố biến động ngẫu nhiên gây ra. Trên cơ sở đó người
ta phân biệt hai loại sai số là sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên
• Sai số hệ thống: còn gọi là sai số cơ bản, là sai số mà giá trị của nó luôn luôn
không đổi hay thay đổi có quy luật. Sai số này về nguyên tắc có thể loại trừ được.
• Sai số ngẫu nhiên: là sai số mà giá trị của nó thay đổi rất ngẫu nhiên do các biến
động của môi trường bên ngoài (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm…). Sai số này còn gọi là sai số
phụ
Tiêu chuẩn đánh giá độ chính xác của dụng cụ đo là cấp chính xác.
Người ta quy định cấp chính xác của dụng cụ đo đúng bằng sai số tương đối quy
đổi của dụng cụ đo đó:
%=

100%

XN: là giá trị cực đại của thang đo
Δm: là sai số tuyệt đố cực đại

c. Sai số của kết quả các phép đo gián tiếp
Khi tính toán các sai số ngẫu nhiên của phép đo gián tiếp cần nhớ rằng đại lượng
cần đo có quan hệ hàm với một hay nhiều đại lượng đo trực tiếp.
Giả sử X là đại lượng cần đo bằng phép đo gián tiếp; Y,V,Z là các đại lượng đo
được bằng phép đo trực tiếp
X = F(Y,V,Z)
4


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

ΔY, ΔV, ΔZ là các sai số hệ thống tương ứng khi đo Y, V, Z ; ΔX là sai số hệ
thống khi xác định X

TH1: X = aY + bV + cZ
ΔX = a ΔY + bΔV+ cΔZ
TH2:

Ví dụ: Phương pháp đo điện áp dùng Ôm kế và Ampe kế. Biết
= ±1%. Tính

= ±3% và

=? %

LG
Ta có U = I.R
+

ΔU =

= .

+ .

→
=

.

+ .

=

.

+ .
.

=

+

= ±(3% + 1%) = ±4%

1.2. Đặc tính của thiết bị đo
1.2.1. Độ nhạy
Độ nhạy của một dụng cụ đo được tính bằng:
S

Y
X

Y

Y=f(X)
Nêu nên sự biến thiên của đại lượng đầu ra Y
so với sự biến thiên nhỏ ở đầu vào X.
Y
- Trong trường hợp quan hệ giữa đại lượng ở
đầu ra và đại lượng đầu vào là tuyến tính thì độ nhạy S
= const và được gọi là độ nhạy của thiết bị đo.
X
- Trong trường hợp S là hàm của X thì quan hệ
X
là phi tuyến (độ nhạy thay đổi theo giá trị đo).
Như vậy khi nói đến độ nhạy nghĩa là xác định S trong phạm vi nhỏ xung quanh X
thì ta có quan hệ tuyến tính.
- Trong trường hợp thiết bị gồm nhiều khâu thì ta có:
S = S1. S2 ....Sn.
Theo lý thuyết thì xét quan hệ Y, X thì X nhỏ bao nhiêu cũng được nhưng thực tế
cho thấy với X nhỏ đến một giá trị nào đấy (X  ) thì Y không thể xác định được.
Nguyên nhân do ma sát, hiện tượng trễ,.....

5


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

 : được gọi là ngưỡng nhạy (có thể nói đó là giá trị nhỏ nhất mà thiết bị đo có thể

phân biệt - người quan sát hay góc quay  đủ lớn)
Khả năng phân ly:
R

X max  X min





D



1.2.2. Tốc độ đo.
Là thời gian để xác lập kết quả đo. Cho phép đánh giá đại lượng đầu ra Y có theo
kịp về thời gian với sự biến thiên của đại lượng đo không (đại lượng đầu vào X)
Thời gian hồi đáp (tr) là đại lượng được sử dụng để xác định giá trị của độ
nhanh.
Tốc độ đo:

v

1
;
T

T là khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần đo ổn định.
1.2.3. Độ chính xác.
Tiêu chuẩn quan trọng

nhất của thiết bị đo là tính chính xác
của nó:
A

1





XN
D

X m X

Với thiết bị sai số chủ yếu do
ngưỡngnhạy thì độ chính xác chính là
khả năng phân ly:
A R

D



1.2.4. Điện trở - công suất tiêu thụ.
a) Điện trở vào: Mỗi dụng dụ đo có điện trở của nó. Điện trở lớn hay nhỏ phụ
thuộc vào tính chất của đối tượng đo. Điện trở vào phải lớn khi mà tín hiệu ra của khâu
trước đó dưới dạng điện áp (nghĩa là dòng nhỏ và công suất tiêu thụ ít nhất). Ví dụ
vônmét phải có RV >> thì càng tốt.
b) Điện trở ra: Xác định công suất có thể truyền tải cho chuyển đổi tiếp theo. Điện

trở ra càng nhỏ thì công suất càng lớn.

6


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

1.3 Cơ cấu chỉ thị của dụng cụ đo tương tự
1.3.1 Cơ sở chung
Dụng cụ đo cơ điện là loại thiết bị đo sử dụng năng lượng điện từ trường của mạch
đo thành năng lượng cơ học làm quay phần động đi một góc  so với phần tĩnh. Loại
dụng cụ này là dụng cụ đo chuyển đổi thẳng.

Sơ đồ khối dụng cụ cơ điện: hình 1.7
Y = fY(X)
 = f(X)
 = F(X); quan hệ , X là tuyến tính hay phi tuyến tương ứng ta có
thang đo đều hay không đều
Phương trình đặc tính thang đo:
- Mô men quay: Khi có dòng điện qua cơ cấu, trong cơ cấu tích luỹ một năng
lượng điện từ trường We. Năng lượng này biến đổi thành cơ năng làm quay phần động
một góc d. Thực hiện một công cơ học:
dA = Mq.d
Theo định luật bảo toàn năng lượng: dA = dWe
Suy ra: M q 

dW e
d

1

2

+. Trong tụ: We  C .U 2 - cơ cấu tĩnh điện.
+. Trong cuộn dây: We 

1
L.I 2 - cơ cấu điện từ.
2

+. Năng lượng hỗ cảm giữa hai cuộn dây: We = M1,2.I1.I2 - cơ cấu,
điện động
- Mô men cản hình 1.8:
Dưới tác động của Mq, nếu không có gì cản thì phần động sẽ quay đi một góc lớn
nhất có thể, không phụ thuộc mô men quay lớn hay bé. Để xác định quan hệ chặt chẽ
giữa góc quay  và mô men quay Mq ( do đó với đại lượng cần đo X) cần có một mô men
tác động ngược chiều với mô men quay gọi là mô men cản (Mc).
Ta dễ dàng tạo một mô men tỷ lệ với 
nhờ lò xo xoắn, dây căng, dây treo:
Mc = D. 
Trong đó:
D - mô men cản riêng của lò xo
(phụ thuộc vào vật liệu, kích thước)

7


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

- Phương trình đặc tính thang đo:
Dưới tác động đồng thời của mô men quay và mô men cản, phần động của cơ cấu

đo sẽ dừng tại vị trí c khi Mq = Mc. (c là vị trí cân bằng của phần động). Ta có:
dW e
 D.
d

Ta có phương trình đặc tính thang đo:
 

1 dW e
.
D d

Phương trình đặc tính thang đo cho biết có thang đo đều hay không đều. Nhưng
không phải trường hợp nào các đường cong Mq cũng có thể biểu diễn dưới dạng giải tích
được. Vì vậy thực tế để xây dựng thang đo một cơ cấu người ta dùng phương pháp đồ thị.
Nội dung phương pháp: Bằng thực
nghiệm xây dựng các đường cong mô men quay
Mq = f() với các giá trị X khác nhau. Ví dụ với
cơ cấu điện từ ta xây dựng các đừng cong
1;2;3;4 (hình 1.9) với các giá trị X tương ứng
40;60;80 và 100% Xm (Xm - giá trị định mức làm
kim lệch toàn thang). Giả sử Xm = I0 = 50mA;
các đường cong Mq cắt đường cong mô men cản
tại các điểm A, B, C, D ta được các vị trí 1, 2,
3, 4. ứng với các trị số này các trị số tương
ứng của X là 20, 30, 40, 50mA. Như vậy ta có
thang đo theo đơn vị của đại lượng đầu vào.

Nếu Y = fy(X) là tuyến tính thì dạng thang đo X cũng là của Y.
Nghĩa là không cần khắc độ lại mà chỉ thay giá trị X bằng Y theo một hệ số.


Nếu Y = fy(X) là phi tuyến ta phải thực hiện thêm một bước trung
gian; từ quan hệ cho giá trị X tính ra Y. Trên thang đo theo đơn vị X thay bằng trị
số Y ta được thang đo theo đơn vị Y.
- Mô men ổn định hình 1.10:
Dưới tác động của mô men quay phần
động lêch khỏi vị trí 0 tới vị trí cân bằng c ứng
với lúc Mq = Mc . Nhưng vì quán tính nên phần
động không dừng ở c mà di chuyển đến vị trí 1
= c + , ở vị trí này mô men tác động lên phần
động:
Mc - Mq = Môđ
Quá trình ngược lại: 2 = c - ; mô men
tác động:
Mq - Mc = Môđ
8


BÀI GIẢNG
GI
KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾ
ẾN

Mô men ổn định
nh tác động
đ
lên phần động để kéo phần động
ng tr
trở về vị trí cân bằng
c. Chiều của mô men ổnn định là chiều của mô men có trị số nhỏ hơn.

- Mô men ma sát:: (với
(v phần động dùng dây căng, dây treo không xét đến mô men
ma sát). Ta xét cơ cấu trụ
ục, trụ. hình 1.11:
+. Khi phần động
ng từ
t  = 0 đến c do
có ma sát nên không đến
n được
đư c mà dừng lại
ở 1 :
- Mc + Mq = Mms
Hay: Mq - Mc - Mms = 0
+. Quá trình đại lượng đo giảm,
phần động từ max về 0, do ma sát nó dừng ở
2 trước khi về c. Phương trình
tr
cân bằng:
Mc - Mq = Mms
Hay: Mc - Mq - Mms = 0
Từ đồ thị hình 1.11 ta có:
ms = c - 1
ms = 2 - c
Theo sự phân tích trên thì Môđ ngược với Mms; Môđ có khuynh hướng kéo
phần động về vị trí cân bằng,
b
còn mô men ma sát có khuynh hướng
ng ng
ngựơc lại. Khi Môđ =
Mms thì kim dừng ở vị trí  nào đó khác c

1.3.2. Những bộ phận,
n, chi tiết
ti chung của cơ cấu chỉ thị cơ điện.
n.
a) Trục và trụ.. (Hình 1.12).

Trụcc quay

Tr
Trụ quay

Hình 1.12
Trục và trụ là hai bộ
b phận rất quan trọng của các cơ cấu:
u: nó đđảm bảo cho phần
động quay (kim chỉ,, lò xo phản,
ph khung quay,...). Chất lượng củaa chúng quy
quyết định sai số
do ma sát.
Trục: đượcc làm bằng
b
thép tròn đường kính 0,8 1,5
1,5 mm,  = 45  600, tận
cùng bán kính 0,05  0,3mm; có độ cứng cao.
Trụ:: Làm bằng
b
đá cứng, mặt trụ đượcc khoét nón lõm có góc đỉnh bằng 80o
trụ có thể được điềều chỉnh lên xuống.

9

BÀI GIẢNG
NG KỸ
K THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

b) Lò xo phản kháng.
- Công dụng:
+ Đưa dòng
òng vào khung dây (từ
(t điện, điện động, sắt điện động)
+ Tạo ra mômen cản
n cân bằng
b
với mômen quay.
Yêu cầu: Để đảm bảo chỉ thị đượ
ợc chính xác mômen cản riêng D của
lò xo phải ổn định ( trị số củaa nó không thay đổi
đ theo thời gian và
Hình 1.13
nhiệt độ). Để đạt được yêu cầu
trên lò xo thường được chế tạạo từ những vật liệu có khả năng đàn hồii llớn.
- Đặc điểm:
+ Có dạng hình xoắn ốcc (Hình 1.13)
+ Đầu trong của lò xo gắn
n với
v trục quay, đầu ngoài gắn với bộ điềều chỉnh O của
kim cố định trên trục quay.
+ Trong một cơ cấu chỉ thịị có hai lò xo phản kháng ngược chiềuu nhau.
c) Kim chỉ thị (Hình 1.14).

Công dụng: chỉ thị góc quay  .
Yêu cầu: Kim phải nhẹ,, bền
b vững, không bị han rỉ
nên được chế tạo bằng nhôm, hợp
p kim nhôm hoặc
ho có thể làm
bằng thuỷ tinh.
Đặc điểm: Hình dạng củ
ủa kim phụ thuộc vào cấp
chính xác của dụng cụ đo và khoảảng cách để đọc kết quả đo.
Hình 1.14
d) Thang đo.
- Là mặt khắc độ:: Trên mặt
m màu trắng người ta khắc độ màu đen và ngư
ngược
lại. Nếu dụng cụ dùng làm việc cảả ngày lẫn đêm thì khắc vạch bằng chấtt phát quang.
- Góc lệch củaa kim phụ
ph thuộc vị trí đặt, độ chính xác.
- Phía dưới củaa thang đo luôn luôn đặt
đ một gương để tránh sai ssố (khi đọc
quan sát kim trùng với bóng củaa nó).
e) Bộ phận cản dịu.
u.
- Công dụng: Dùng để nhanh
nhan chóng chóng
xác lập kết quả đo bằng cách hạạn chế sự dao động
của kim xung quay vị trí cân bằng.
ng.
- Cấu tạo:
o: Có hai loại

lo cản dịu (Hình
1.15).
+. Cản dịu không khí: gồm
m một
m hộp kín
Hình 1.15
có cánh chuyển động liền
n với
v trục, khi phần động chuyển động thì cánh chuy
chuyển
tạo ra sự chênh lệch ở bên trong về
v áp suất và nhanh chóng dừng lại.
+. Cản dịu cảm ứng từ: gồ
ồm lá nhôm gắn liền phần động
ng có hình qu
quạt di chuyển
trong khe hở của mộtt nam châm vĩnh
v
cửu tạo nên một dòng cảm ứng.
ng. Do ssự tác động
tương hỗ giữa dòng điện từ trường
ng của
c nam châm tạo một lực chống lạii ssự chuyển động
của phần động.
10


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

1.3.3. Cơ cấu từ điện.

a) Cấu tạo.(Hình 1.12)

a

b

Hình 1.12
Phần tĩnh: Nam châm vĩnh cửu 1, lõi sắt non 6. Đường sức từ qua khe hở làm việc
hướng tâm tại mọi điểm. Trong khe hở này từ cảm B đều tại mọi điểm
Phần động: Khung quay 5 có lõi nhôm nhẹ và khối lượng rất nhỏ, trên quấn dây
đồng 0,03 0.2mm, toàn bộ khung quay được đặt trên trục quay 3, trục này tì vào trụ 9;
Trên trục quay còn có hai lò xo cản 7 mắc ngược nhau, lò xo cản 7 đồng thời có nhiệm vụ
đưa điện vào khung dây, kim chỉ thị 2 và thang đo 8. Phía sau kim chỉ thị có mang đối
trọng 4 để sao cho trọng tâm của kim chỉ thị nằm trên trục quay hoặc dây treo;
b) Nguyên lý hoạt động.
Khi cho dòng điện chạy qua, khung dây quay dưới tác động của từ trường nam
châm vĩnh cửu, khung quay lệch khỏi vị trí cân bằng một góc d. Mô men quay tạo ra
được tính:
Mq=

dWe
d

Năng lượng điện từ We tỷ lệ với độ lớn của từ thông trong khe hở làm việc  và
dòng điện chạy trong khung dây I:
We = .I
Mà ta có:
 = Bsw
Trong đó:

B: độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu.
s: diện tích khung dây.
w: số vòng của khung dây.
: góc lệch của khung dây so với vị trí ban đầu.
11


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

Các giá trị B, s, w là những hằng số (không đổi khi khung dây quay)
d (Ø I)
d ( Bsw I )
Do đó:
Mq =
=
= BswI.
d
d
Khi cân bằng:
Mq = Mc.
BswI = D
Suy ra:



Bsw
I : Phương trình đặc tính thang đo cơ cấu từ điện.
D

Ta thấy B, s, w, D là hằng số nên góc lệch  tỷ lệ bậc nhất với dòng điện I.

c) Đặc điểm của cơ cấu chỉ thị từ điện.
- Góc quay  tỷ lệ thuận với dòng điện I nên chỉ sử dụng trong mạch đo một
chiều.
- Góc lệch  tỷ lệ bậc nhất với dòng điện I nên thang đo đều.
1
Bsw của cơ cấu cao vì có từ trường lớn; Thông thường người ta
D
1
dùng hằng số của dụng cụ C theo dòng hoặc áp. Ví dụ hằng số theo dòng CI 
A/mm,
SI

- Độ nhạy S =

nó cho biết trị số dòng cần thiết qua cơ cấu để kim lệch được một vạch (hoặc 1mm) trên
thang đo.
- Độ chính xác cao vì các phần tử của cơ cấu có độ ổn định cao, ảnh hưởng của từ
trường ngoài không đáng kể, công suất tiêu thụ nhỏ, độ cản dịu tốt.
- Nhược điểm của cơ cấu chỉ thị từ điện ở chỗ chế tạo phức tạp, chịu quá tải kém,
ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chính xác của phép đo.
d) ứng dụng của cơ cấu chỉ thị từ điện.
- Dùng chế tạo Ampermet, vônmet, ômmet nhiều thang đo, dải đo rộng.
- Dùng chế tạo các loại điện kế có độ nhậy cao ( đo dòng 10-12A; áp 10-4V)
- Dùng làm chỉ thị trong các mạch đo các đại lượng đo không điện.
- Dùng để chế tạo ra các dụng cụ đo điện tử tương tự như vônmet điện tử, tần số
kế điện tử…
- Dùng với bộ chỉnh lưu, cặp nhiệt có thể đo giá trị xoay chiều.
1.3.4. Cơ cấu điện từ

a) Cấu tạo.

- Loại cuộn dây dẹt:
Phần tĩnh: là một cuộn dây phẳng, bên trong có khe hở không khí là khe hở làm
việc.
Phần động: là một lõi thép (2) được gắn trên trục quay (5). Lõi thép có thể quay tự
do trong khe làm việc của cuộn dây. Bộ phận cản dịu không khí (4) được gắn vào trục

12


BÀI GIẢNG
GI
KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾ
ẾN

quay. Kim 6 và đối trọng
ng 7 cũng
c
được gắn lên trụcc quay. Kim quay trên bbảng khắc độ 8.
Mômen cản được tạo bởii hai lò xo 3 ngược
ng
chiều nhau.
- Ngoài ra còn loạii cuộn
cu dây tròn (hình 1.13 b)

a)

Hình 1-13

b)

b) Nguyên lý hoạt động.
Khi cho dòng điện
n I chạy
ch vào cuộn dây, xuất hiệnn mômen quay đư
được xác định:
Mq=

dWe
d

LI 2
Năng lượng
ng trong cuộn
cu dây: We =
.
2
d(

Do đó:

Mq 

L.I 2
)
2  1 dL .I 2
d
2 d

Khi Mq = MC ở vị trí cân bằng:
1 dL 2

.I  D.
2 d
1 dL 2

.I ; Phương trình đặcc tính thang đo cơ ccấu điện từ.
2 D d

c) Đặc điểm.
- Góc quay  tỷ lệ vớii bình phương
ph
của dòng điện, tức
là không phụ thuộcc vào chiều
chi của dòng điện do vậy cơ
cấu chỉ thị điện từ có thểể đo trong mạch xoay chiều và
một chiều.
- Thang đo không đều
u do đặc
đ tính bậc hai. Đặc tính của
thang đo còn phụ thuộc vào tỷ
t số

dL
là một đại lượng
d

phi tuyến. Để làm cho đặc
đ tính thang đo đều thì tỷ số
dL
phải thay đổii theo quy luật
lu ngược với bình phương

d

của dòng điện, tổng hợp
p sẽ
s có đường tuyến tính (hình
1.14). Để đạt được điều này cần
c phải tính toán mạch từ,
13


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

kích thước, hình dáng, lõi động và vị trí đặt dây sao cho phù hợp.
- Cản dịu thường bằng không khí, cảm ứng
- Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu được quá tải lớn
- Nhược điểm: Công suất tiêu thụ lớn, độ chính xác không cao nhất là khi đo dòng
một chiều sẽ bị sai số do hiện tượng từ trế, từ dư. Độ nhấp nháy thấp bị ảnh hưởng của từ
trường bên ngoài.
d) ứng dụng
- Dùng chế tạo Ampe mét, Vôn mét trong mạch điện xoay chiều tần số công
nghiệp có cấp chính xác 1,0 và 1,5 và các dụng cụ nhiều thang đo ở phòng thí nghiệm
cấp chính xác 0,5 và 1,0. ở tần số cao cần tính toán mạch bù.
1.3.5. Cơ cấu điện động

a) Cấu tạo (hình 1-15)
- Phần tĩnh: gồm cuộn dây 1để tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua (được chia
làm hai cuộn ghép lại có khe hở ở giữa để cho trục quay chui qua đồng thời để tiện lắp
ghép).
- Phần động: gồm khung dây 2 đặt trong
lòng cuộn dây tĩnh. Khung dây 2 được gắn với

trục quay, trên trục còn có lò xo cản, bộ phận
cản dịu và kim chỉ thị.
Cả phần động và phần tĩnh được bao kín
bằng màn chắn từ để ngăn chặn ảnh hưởng của
từ trường ngoài. Cản dịu trong cơ cấu chỉ thị
điện động thường dùng loại cảm ứng khi có màn
chắn từ và dùng kiểu không khí khi không có
màn chắn từ bảo vệ
b) Nguyên lý làm việc
Khi cho dòng điện chạy vào cuộn tĩnh, trong lòng cuộn dây xuất hiện từ trường.
Từ trường này tác động lên dòng điện chạy trong khung dây động và tạo lên mômen
quay làm phần động quay một góc  .
Mq =

dw e
; We là năng lượng tích luỹ trong các cuộn dây
d

Xét hai trường hợp:

Khi cho dòng điện một chiều I1 vào cuộn dây 1, I2 vào khung dây 2;
Lúc này We có dạng:
We =

1
1
L1I12 + L2I22 + M12I1I2
2
2

Với: L1, L2: là điện cảm của các cuộn dây tĩnh và động
14


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

M1,2 : là hỗ cảm giữa cuộn dây tĩnh và động
I1, I2 : dòng DC trong cuộn tĩnh, động.
Điện cảm L1, L2 = const khi khung dây quay trong cuộn tĩnh nên ta có:
Mq =

dw e
dM12
=
. I1I2
d
d

ở vị trí cân bằng Mq = Mc nên:

Suy ra:

dM12
I1I2 = D. 
d
1 dM12
I1I2
=
D d


Khi cho dòng điện xoay chiều vào cuộn dây ta có Mômen quay tức
thời là:
mqt =

dM12
i1i2
d

Phần động vì có quán tính mà không kịp thay đổi theo giá trị tức thời nên thực tế
lấy theo trị số trung bình trong một chu kỳ:

1 t
Mq =  m qt dt
T0
Nếu i1 = I1msint và i2 = I2msin(t-):
T

Mq

Do đó:

dM 12
1
I 1m I 2 m sin t sin(t   )
dt

T 0
d

Mq =

dM 12
I1 I 2 cos 
d

Khi cân bằng thì: Mq = Mc:

dM 12
I1 I 2 cos  = D 
d
Suy ra:



1 dM 12
.I 1 I 2 cos 
D d

c) Đặc điểm .
- Cơ cấu chỉ thị điện động có thể dùng trong mạch điện một chiều và xoay chiều
- Góc lệch  phụ thuộc vào tích I1. I2 nên thang đo không đều. Có thể thay đổi vị
trí cuộn dây để thay đổi dM12/d  theo hàm ngược với I1I2 để đạt được thang đo đều.
- Mô men quay tỷ lệ với dòng hiệu dụng và cos nên có thể sử dụng cơ cấu để chế
tạo Wattmet đo công suất.
- Ưu điểm : cơ bản của cơ cấu này là có độ chính xác cao khi đo trong mạch xoay
chiều (không có vật liệu sắt từ nên không có dòng xoáy).
- Nhược điểm: Công suất tiêu thụ lớn nên dùng trong mạch điện có công suất nhỏ
không thích hợp.
15

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

- Mq của cơ cấu không lớn vì từ trường của bản thân các cuộn dây sinh ra nhỏ , từ
thông khép kín mạch qua không khí có từ trở lớn nên tổn hao từ nhiều . Do đó cơ cấu
điện động chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài. Để đảm bảo cho cơ cấu làm việc tốt phải
có chắn từ.
- Độ nhạy thấp vì mạch từ yếu .
d) ứng dụng
Dùng để chế tạo Ampemet, Vônmet, Oatmet một chiều và xoay chiều có tần số
công nghiệp, các pha kế để đo góc lệch pha hay hệ số công suất cos  .
1.3.6. Cơ cấu chỉ thị cảm ứng

Hình 1.22

a) Cấu tạo: Hình 1.22
Gồm 2 phần: phần động và phần tĩnh .
- Phần tĩnh là cuộn dây điện 2 và 3, cấu tạo của chúng làm sao để khi có dòng điện
chạy qua sẽ sinh ra từ trường móc vòng qua mạch từ và qua phần động. Số lượng nam
châm điện ít nhất là 2.
- Phần động là một đĩa kim loại 1(thường có cấu tạo bằng nhôm) gắn vào trục 4 quay
quay trên trụ 5.
Về nguyên tắc cơ cấu này hoạt động dựa trên sự tác động tương hỗ giữa từ trường
xoay chiều và dòng điện xoáy tạo ra trong đĩa phần động do đó cơ cấu này chỉ làm việc ở
mạch xoay chiều. Để chỉ thị số vòng quay của đĩa người ta gắn vào trục của cơ cấu chỉ
thị số cơ khí.
b) Nguyên lý làm việc .
Khi cho các dòng điện I 1 , I 2 vào cuộn dây phần tĩnh sẽ sinh ra các từ thông  1 ,  2 các từ
thông này cũng như dòng điện lệch nhau một góc  (hình 1.22c). Các từ thông  1 ,  2
cắt đĩa nhôm làm xuất hiện trong đĩa nhôm các suất điện động tương ứng E 1 , E 2 lệch pha

với các từ thông một góc


2
16


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

Các dòng điện xoáy IX1, IX2 được sinh ra trong đĩa nhôm lệch pha với E 1 , E 2 bởi
góc  1 ,  2 vì ngoài điện trở thuần còn có thành phần cảm ứng.
Do sự tác động tương hỗ giữa từ thông  1 ,  2 các dòng điện xoáy Ix1, Ix2 mà sinh
ra các lực F1, F2 và các mômen quay tương ứng làm quay đĩa nhôm.
Giá trị tức thời của mômen quay Mt do sự tác động tương hỗ giữa 1t và dòng điện
tức thời ix1 là :
Mt = C. 1t .ix1
C là hệ số tỷ lệ
Nếu 1t = 1m sint và : ix1 = Ix1m.sin(t-  );  góc lệch pha giữa 1t và ix1 thì:
Mt = C. 1m .Ix1msint.sin(t-  )
Vì phần động có quán tính lớn nên ta có mômen là đại lượng trung bình trong một
chu kỳ T:
M=

T
1T
1
M
dt

C

.

.
I
sin t.sin( t   )dt  C.1 .I x1 . cos 
1m x1m 
 t
T0
T
0

Để đơn giản ta có thể coi đĩa nhôm chỉ có điện trở thuần do đó các góc:  1   2 


0 và   . Vậy thì cos  = cos = 0. Do đó: M = 0 tức là mômen sinh ra giữa từ thông
2

2

1 và Ix1 sẽ bằng không.
Ta cũng xét các mômen thành phần như sau:
M11: mômen sinh ra do 1 tác động lên Ix1
M12: mômen sinh ra do 1 tác động lên Ix2
M21: mômen sinh ra do 2 tác động lên Ix1
M22: mômen sinh ra do 2 tác động lên Ix2
Tương tự cách tính ở trên ta có:

M11= C11. 1.Ix1.cos = 0
2

M12= C12. 1.Ix2.cos(
M21= C21. 2.Ix1.cos(
M22= C22. 2.Ix2.cos(


2


2


2

+) = - C12. 1.Ix2.sin
- ) = C21. 2.Ix1.sin
)=0

Như vậy mômen quay sẽ là tổng các mômen thành phần tức là tổng của M12 và
M21 có dấu ngược nhau. Cũng chính nhờ có sự ngược dấu này mà mômen tổng sẽ kéo đĩa
quay về một phía duy nhất. Nghĩa là mômen quay sẽ là:
Mq = C12. 1.Ix2sin + C21. 2.Ix1sin
Nếu dòng điện tạo ra 1, 2 là hình sin và đĩa đồng nhất( chỉ có điện trở thuần) thì
các dòng điện xoáy sinh ra sẽ tỷ lệ với tần số f và từ thông sinh ra nó.
Tức là:
Ix1 = C3.f. 1 và Ix2 = C4.f. 2
17


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

Thay vào trên và gộp các hệ số lại với nhau ta có:
Mq = C.f. 1. 2.sin
Trong đó:
C = C12C4 + C21C3 : là hệ số của cơ cấu chỉ thị cảm ứng.
c) Đặc điểm.
- Điều kiện để có mômen quay ít nhất phải có hai từ trường.
- Mômen quay đạt được giá trị cực đại nếu như góc lệch pha giữa hai từ trường đó

là:  = .
2

- Mq phụ thuộc vào tần số của dòng điện tạo ra hai từ trường.
- Cơ cấu chỉ thị cảm ứng chỉ làm việc trong mạch xoay chiều.
Nhược điểm: Mq phụ thuộc vào tần số nên cần phải ổn định tần số.
d) ứng dụng:
Cơ cấu chỉ thị cảm ứng chủ yếu sử dụng để chế tạo công tơ đo năng lượng. Đôi
khi người ta còn sử dụng để đo tần số.
1.3.7. Cơ cấu chỉ thị tĩnh điện
a) Cấu tạo chung: như hình 5.10: có hai hoặc nhiều bản cực, bao gồm các bản cực tĩnh
(bản cực 1 ở hình (a), bản cực 2 ở hình (b)) và ít nhất một bản cực là phần động (bản cực
2 ở hình (a), bản cực 1 ở hình (b)) được gắn với trục quay, kim chỉ thị, lò xo phản
kháng…

Cơ cấu chỉ thị tĩnh điện.
b) Nguyên lý làm việc chung: dựa trên sự tác động lẫn nhau giữa hai hay nhiều vật thể
tích điện. Phần động của cơ cấu là một trong các vật thể đó, sự chuyển dịch của nó gây ra
sự thay đổi năng lượng điện trường tạo bởi các vật thể tích điện.
Khi đặt vào hai bản cực tĩnh và động một điện áp U, giữa chúng sinh ra một điện trường
có năng lượng We được tính:

với C là điện dung giữa các điện cực.
Lực tĩnh điện tác động tương hỗ lên các điện cực tích điện tạo ra mômen quay làm
18


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

quay điện cực động (phần động).
Mômen quay được tính:

Mômen cản:
Mc = D.α
Ở trạng thái cân bằng Mq = Mc tính được góc quay α của phần động:

c) Các đặc tính chung: từ phương trình (5.2) suy ra các đặc tính cơ bản của cơ cấu chỉ
thị tĩnh điện:
- Góc lệch α tỉ lệ với U2.
- Đặc tính của thang đo không đều và phụ thuộc vào tỉ số dC / d là một đại lượng
phi tuyến .
- Ưu điểm: điện trở vào lớn; điện dung vào thay đổi nhỏ; công suất tiêu thụ nhỏ;
không phụ thuộc hình dáng đường cong tín hiệu đo.
- Nhược điểm: đặc tính thang đo không đều; độ nhạy thấp do điện trường yếu; độ
chính xác không cao; có thể bị đánh thủng giữa các điện cực gây ngắn mạch vì thế cần có
màn bảo vệ.
1.4. Thiết bị chỉ thị số
Có nhiều loại thiết bị hiện số khác nhau như: đèn sợi đốt, đèn điện tích, LED 7
thanh, màn hình tinh thể lỏng LCD, màn hình cảm ứng…
1.4.1. Cơ cấu chỉ thị số bằng đèn khí:
Thường thấy trong những thiết bị
những năm 80. Đèn khí có cấu tạo gồm

anốt là một cái lưới còn catốt là các con số
từ 0-9 và các dấu +,-,V,A… Khi có điện
áp catốt nào thì kí hiệu tương ứng sáng
lên.
Nhược điểm của thiết bị hiện số
bằng đèn khí là điện áp anốt cao (cỡ
200V) do vậy mà độ tin cậy thấp
1.4.2. Cơ cấu chỉ thị bằng LED 7 thanh:
Là loại thiết bị hiện số được sử dụng rất phổ biến vì chúng phù hợp với các vi
mạch TTL và hoạt động tin cậy, giá thành hạ.
Về cấu tạo: gồm có bảy thanh hiển thị kí hiệu từ a-g được sắp xếp như hình 5.21a,
mỗi thanh là một điốt phát quang (LED), tương ứng có các đầu ra để cấp tín hiệu cho
từng điốt, các điốt có thể nối anốt chung hay catốt chung. Khi có tín hiệu cho phép điốt
19


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

nào hoạt động thì điốt đó sẽ sáng, phối hợp sự sáng tối của các điốt sẽ cho ra các con số:
0-9, các ký hiệu, các ký tự…
Tùy mục đích sử dụng còn có các loại LED 7 thanh có thêm các thanh hiển thị
dấu chấm (.) thập phân, loại có nhiều hơn 7 thanh sắp xếp theo những hình dạng khác
nhau…
Hình 5.21b là một ví dụ về việc nối bộ hiển thị LED 7 thanh với bộ giải mã 7 vạch
- thường là gải mã từ mã BCD sang mã 7 vạch, các bộ giải mã được chế thành các vi
mạch: họ TTL là các vi mạch 7446, 7447; họ CMOS là các vi mạch 4511; các vi mạch
4543SN74247, TIL308…

Điện áp thuận rơi trên mỗi điốt của mỗi thanh khoảng 1,2V và dòng thuận qua
LED tương ứng với độ sáng thích hợp vào khoảng 20mA tùy độ lớn của LED. Nhược

điểm chính của LED 7 thanh là yêu cầu dòng lớn.
1.4.3. Cơ cấu chỉ thị bằng màn hình tinh thể lỏng LCD:

20


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

Có cấu tạo như hình 5.22. Tinh thể lỏng là một trong các hợp chất hữu cơ có tính
chất quang học. Chúng được đặt thành lớp giữa các tấm kính với các điện cực trong suốt
kết hợp tủa ở mặt trong.
Ở trạng thái bình thường không bị kích hoạt ô tinh thể lỏng trong suốt cho ánh
sáng đi qua nên thanh hiển thị tương ứng trùng với mặt phông. Khi được kích hoạt (bởi
điện áp xoay chiều hình sin hoặc xung vuông tần số khoảng 50-60Hz) ô tinh thể lỏng
phản xạ lại ánh sáng và thanh hiển thị tương ứng sẽ nổi trên mặt phông.
Ưu điểm của thiết bị hiển thị tinh thể lỏng là tiêu thụ dòng rất nhỏ, cả 7 thanh của
hiển thị tinh thể lỏng loại nhỏ chỉ yêu cầu dòng khoảng 80µA.

21


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

CHƯƠNG 2. ĐO DÒNG ĐIỆN
2.1 Đo dòng điện một chiều
Nguyên lý đo: cả ba cơ cấu từ điện, điện từ, điện động nói trên đều hoạt động với
dòng DC nên được sử dụng làm chỉ thị của Ampemet DC. Nhưng cần mở rộng thang đo
cho thích hợp.
2.1.1 Mở rộng thang đo: Mạch đo phải có sự mở rộng cho từng loại cơ cấu.
1) Mở rộng cho cơ cấu từ điện.

Dòng điện cho phép qua cơ cấu này thường
-1
từ 10  10-2A với điện trở của cơ cấu từ 20 
2000. Vì vậy khi sử dụng cơ cấu này để đo các
dòng điện có trị số lớn hơn giới hạn này người ta
phải mắc thêm các điện trở Sun Rs song song với
điện trở cơ cấu.
(Hình 2.1)
Dòng điện đo:
I = Im + IS
Im : dòng điện qua cơ cấu chỉ thị
IS : dòng điện qua điện trở Sun
Điện trở Sun RS được xác định:
Rs =

I 0 .R0
R
 0 ;
It  I0 n 1

với n =

It
I0

n : hệ số mở rộng thang đo.
It : dòng điện thang đo
I0: dòng điện max của cơ cấu chỉ thị
R0 : nội trở của cơ cấu.
Trên cơ sở các điện trở shun mắc song song với cơ cấu người ta chế tạo các

ampemet nhiều thang đo (hình 2.2):

Hình 2.2
Để Ampemet có độ chính xác không thay đổi ở các thang cần chế tạo Sun có độ
ổn định và độ chính xác cao hơn độ chính xác của cơ cấu chỉ thị ít nhất một cấp. Các điện
trở shun được chế tạo bằng manganni và chỉnh định rất chính xác. Do đó điện trở Sun
không thay đổi theo nhệt độ, trong khi đó điện trở cơ cấu thay đổi theo nhiệt độ:
R0 = R0o (1 + t)
0
R0 nội trở ở t C
22


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

R0o nội trở ở 00C
 hệ số nhiệt độ của dây quấn trên khung (với đồng  = 0,4 %/ 0C)
Ta có thể tính sai số do nhiệt độ của ampemet từ điện:
I0 = I0o – I0t =

I .RS
I .RS
I .RA I .RAt



R0 o
R0
R0o  RS R0  RS

Thay R0 = R0o (1 + t) ta có:
I0 =

I .RS
R0 o . .t
.
( R0 o  RS )  R0 o (1   t )  RS 

Sai số do nhiệt độ của ampemet:
t%=

I 0
I .RS
R0 o . .t
R (1   t )  RS
R . .t
100 
.
. 0o
100  0 o
100   t.100
I0
( R0 o  RS )  R0 o (1   t )  RS 
I .RS
R0 o

I
: dòng qua ampemet
RA
: điện trở ampemet ở 00C

RAt : điện trở ampemet ở t0C
RS
: điện trở Sun của ampemet ứng với dòng I
ở những dụng cụ chính xác cao sai số t
thường lớn hơn sai số cơ cấu. Để khắc phục
người ta loại trừ hoặc giảm do nhiệt độ. Người
ta mắc thêm nhiệt điện trở RT nối tiếp với điện
trở cơ cấu (Hình 2.3).
2) Mở rộng cho cơ cấu điện từ (Hình 2.4)
Thay đổi số vòng dây quấn cho cuộn dây tĩnh với số sức từ động không đổi:
F =I1.w1= I2.w2=... =In.wn.

Hình 2.4
Mỗi cơ cấu điện từ được chế tạo với số ampe vòng nhất định (ví dụ: cuộn dây tròn có
số ampe vòng I.w = 200A.vòng, cuộn dây dẹt có I.w = 100  150A.vòng).
Hình 2.4a đo dòng điện nhỏ I, hình 2.4b đo dòng điện bằng hai lần dòng điện đo ở
hình 2.4a là 2I.
3) Mở rộng cho cơ cấu điện động.
Ampemet điện động thường đo ở dòng điện tần số cao hơn tần số công nghiệp
(400  2000Hz). Độ chính xác cao (0,2; 0,5). Có hai loại mạch Ampemet:
- Khi dòng I  0,5A cuộn động và cuộn tĩnh mắc nối tiếp. Khi dòng I  0,5A cuộn
động và cuộn tĩnh mắc mắc song song với nhau (Hình 2.5):
A: Cuộn tĩnh;
B: Cuộn động.
23


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

- Hoặc mắc điện trở Sun song

song với cuộn động (tương tự cơ cấu
từ điện), còn cuộn tĩnh mắc nối tiếp
với cuộn động. Cách tính điện trở
Sun tương tự như Ampemet từ điện
(Hình bên).
2.2 Đo dòng xoay chiều.
Nguyên lý đo: Cơ cấu điện từ, điện động đều hoạt động được với dòng xoay
chiều. Do đó có thể dùng trực tiếp cơ cấu này hoặc mở rộng thang đo như đã nói ở trên.
Riêng đối với cơ cấu từ điện cần biến đổi dòng AC thành đòng DC. Cơ cấu từ điện chính
xác và được sử dụng nhiều trong phần lớn các Ampemet (đồng hồ vạn năng Multimeter –
V.O.M)
2.2.1 Ampemet từ điện đo dòng AC
1) Ampemet chỉnh lưu.
a/ Chỉnh lưu nửa chu kỳ (Hình 2.6).
Trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu:
T

I*cltb

1
=  icl dt  I 0
T 0

Giả sử ta có dòng điện AC: iAC = ImaxSint;
Khi đó:
icl = ImaxSint
với: 0  t  T/2
icl = 0
với: T/2  t  T
Vậy: Icltb = 0,318. Imax = 0,318. 2 .Ihd (tín hiệu Sin)

(Trường hợp dòng AC có dạng bất kỳ thì Icltb có trị số phụ thuộc vào dạng và tần số của
tín hiệu).
b/ Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ (Hình 2.7).
Trị chỉnh lưu trung bình của dòng điện:
T

I*cltb =

2
icl dt  I 0
T 0

Giả sử ta có dòng điện AC: iAC = ImaxSint;
Khi đó:
Icltb = 2.0,318. Imax = 0,636.Imax = 0
,636. 2 .Ihd
24


BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

c/ Mở rộng thang đo: Dùng điện trở sun cho diode và cơ cấu từ điện. Diode mắc
nối tiếp cơ cấu từ điện, do đó có dòng Icltb qua cơ cấu, còn dòng AC qua điện trở sun
(Hình 2.8)

Hình 2.8
Như vậy với cách bố trí sơ đồ chỉnh lưu như vậy, các ampemet sẽ chỉ giá trrị trung
bình của dòng xoay chiều, nhưng thông thường các dụng cụ điện từ, điện động, ... đo
dòng xoay chiều được khắc độ theo giá trị hiệu dụng. Vì vậy để thống nhất về khắc độ
các dụng cụ đo dòng xoay chiều, các ampe điện từ dùng chỉnh lưu phải khắc độ theo trị

hiệu dụng.
Cách biến đổi để khắc độ ampe chỉnh lưu theo trị hiệu dụng:
Mômen quay tức thời:
Mt = B.S.W.i ; i = ImaxSin t
Mô men quay trung bình trong một chu kỳ:
T

T

1
1
Mtb =  M t dt  B.S.W .  I max Sintdt  B.S.W .I cltb
T0
T0
B.S .W
I cltb
D
B.S .W
I B.S .W I
I

I cltb . 
.
 kd
;
I
D
I
D
I cltb

I cltb



Biến đổi:

Do đó:



: hệ số hình dáng của dòng điện

B.S .W
I (nếu dòng điện có dạng sin thì kd = 1,11)
D.kd

Nhận xét:
- Ampemet chỉnh lưu có độ nhạy cao, tiêu thụ công suất nhỏ, làm việc ở tần số cao
(dùng ở tần số 500 2000Hz); nếu tần số tăng cao hơn ( có thể đến 50kHz) thì hệ số
chỉnh lưu giảm do ảnh hưởng của điện dung giữa hai tiếp giáp của diod nên để có
ampemet chính xác cần có mạch bù tần số.
- Các Ampemet chỉnh lưu có độ chính xác không cao do hệ số chỉnh lưu thay đổi
theo nhiệt độ (do điện trở thuận ngược của diod thay đổi không giống nhau: nhiệt độ tăng
thì điện trở ngược giảm nhiều hơn so với điện trở thuận dẫn đến hệ số chỉnh lưu sẽ giảm).
Mạch bù như hình 2.9:

25