Phan 3 do luong cac dai luong dien

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN

KĨ THUẬT ĐO LƯỜNG
Nguyễn Thị Huế
BM: Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp


Nội dung môn học








11/29/2018

Phần 1: Cơ sở lý thuyết kĩ thuật đo lường


Chương 1: Khái niệm cơ bản về kĩ thuật đo lường



Chương 2: Ðơn vị đo, chuẩn và mẫu



Chương 3: Đặc tính cơ bản của dụng cụ đo

Phần 2: Các phần tử chức năng của thiết bị đo


Chương 4: Cấu trúc cơ bản của dụng cụ đo



Chương 5: Cơ cấu chỉ thị cơ điện, tự ghi và chỉ thị số



Chương 6: Mạch đo lường và gia công thông tin đo



Chương 7: Các chuyển đối đo lường sơ cấp

Phần 3: Đo lường các đại lượng điện


Chương 8: Ðo dòng điện



Chương 9: Đo điện áp



Chương 10: Ðo công suất và năng lượng



Chương 11: Ðo góc lệch pha, khoảng thời gian và tần số



Chương 12: Ðo thông số mạch điện



Chương 13: Dao động kí

Phần 4: Đo lường các đại lượng khơng điện


Chương 14: Đo nhiệt độ



Chương 15: Đo lực



Chương 16: Đo các đại lượng không điện khác

2


Tài liệu tham khảo



Sách:
 Kĩ

thuật đo lường các đại lượng điện tập 1,2- Phạm
Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế….

 Ðo

lường điện và các bộ cảm biến: Ng.V.Hoà và
Hoàng Si Hồng



Bài giảng và website:
 Bài

giảng kĩ thuật đo lường và cảm biến-Hoàng Sĩ
Hồng.

 Bài

giảng Cảm biến và kỹ thuật đo: P.T.N.Yến,
Ng.T.L.Huong, Lê Q. Huy

 Bài


giảng MEMs ITIMS - BKHN

Website: sciendirect.com/sensors and actuators A and B

11/29/2018

3


Chương 8: Đo dịng điện
Kí hiệu

Phân loại
Nếu chia theo kết cấu ta có:
+ Ampe kế từ điện
+ Ampe kế điện từ
+ Ampe kế điện động
+ Ampe kế nhiệt điện
+ Ampe kế bán dẫn
Nếu chia theo tính chất của đại
lượng đo, ta có:
+ Ampe kế một chiều
+ Ampe kế xoay chiều
11/29/2018

Nếu chia theo loại chỉ thị ta có:
+ Ampe kế chỉ thị số (Digital)
+Ampe kế chỉ thị kim (kiểu tương
tự / Analog)
4

Chương 8: Đo dòng điện
Yêu cầu đối với dụng cụ đo dịng điện là:


Cơng suất tiêu thụ càng nhỏ càng tốt, điện trở của ampe
kế càng nhỏ càng tốt và lý tưởng là bằng 0.



Điều kiện làm việc
 Về

giá trị đo:

Iđo < In

Iđo: dòng điện đo bởi Ampemet; In: dòng điện định mức
của Ampemet
 Về sai số:
βđo < βyc
βđo: sai số tương đối của phép đo, ; βyc: sai số yêu cầu.


Dựa trên 2 điều kiện ấy, ta có thể chọn dụng cụ đo thích
Xn
hợp với Iđomaxγ
domin

11/29/2018

X



yc

5


Chương 8: Đo dòng điện


Sai số phương pháp:
 Khi Ampemet

được ghép nối tiếp vào phụ tải sẽ gây ra
một sự biến đổi về dòng điện và gây ra sai số phương
pháp
ΔI R A
γ pp =


t

I R
 Mắc ampe kế để đo dịng
phải mắc nối tiếp với
dịng cần đo (hình dưới)

11/29/2018

6


Chương 8: Đo dòng điện




Đo dòng một chiều
 Đo

bằng cơ cấu tương tự

 Đo

bằng cơ cấu số

 Đo

dòng điện rất lớn

 Đo

dòng điện rất nhỏ

Đo dòng xoay chiều
 Đo

dòng tức thời

 Đo

dòng hiệu dụng

 Biến

11/29/2018

dòng điện

7


Cơ cấu tương tự - Ampe kế một chiều
Ampe kế một chiều được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị
từ điện.
BSW
 Trong cơ cấu từ điện, góc quay:
α=
I  KI
I
D
BSW
KI =
là hệ số biến đổi dòng điện của cơ cấu từ điện.



D



Độ lệch của kim tỉ lệ thuận với dòng chạy qua cuộn động
nhưng độ lệch kim được tạo ra bởi dòng điện rất nhỏ và
cuộn dây quấn bằng dây có tiết diện bé nên khả năng
chịu dịng rất kém.



Thơng thường, dịng cho phép qua cơ cấu chỉ trong
khoảng 10-4 đến 10-2 A; điện trở của cuộn dây từ 20 đến
2000 với cấp chính xác 0,1; 1; 0,5; 0,2; và 0,05

11/29/2018

8


Cơ cấu tương tự - Ampe kế một chiều


Để tăng khả
năng
chịu
dòng cho cơ
cấu
(cho

phép
dòng
lớn hơn qua)
người ta mắc
thêm điện trở
sun
song
song với cơ
cấu chỉ thị

11/29/2018

9


Ampe kế một chiều


RS2 +R S3 +R CC
 R S1 =
n1 -1


R S3 +R CC
 RS1 +R S2 =
n 2 -1


R CC
 RS1 +R S2 +R S3=

n 3 -1

11/29/2018

10


Ampe kế một chiều


Sai số do nhiệt độ và bù nhiệt độ trong Ampemet từ điện:

=R I




CC

S

1
do 
RCC (1+αt)+R
S


R

+R

CC

S





1

Để bù sai số đó ta nối tiếp với cơ cấu đo một nhiệt điện
trở bán dẫn có hệ số nhiệt độ β

R CC + R Tβt = 0
Điện trở bán dẫn có giá trị

R CC α
RT = β
11/29/2018

11


Ampe kế một chiều
Ví dụ:


1. Một dụng cụ từ điện có dịng cực đại qua chỉ thị là
100A và điện trở cuộn dây RCT = 1k. Tính điện trở sun

cần thiết để biến dụng cụ thành 1 ampekế có độ lệch
thang đo 100mA và độ lệch thang đo 1A.



2. Một ampe kế từ điện có dịng điện cực đại chạy qua chỉ
thị là 0,1mA; điện trở khung dây chỉ thị RCT = 99. Điện
trở sun RS = 1. Xác định dịng đo được khi kim của
ampe kế ở vị trí:
+ Lệch toàn thang đo
+ Lệch 1/2 thang đo
+ Lệch 1/4 thang đo

11/29/2018

12


Ampe kế một chiều
Bài 1


Độ lệch thang do 100mA
VCT  RCT .I CT  1k.100A  100mV
I S  I  I CT  100 mA  100 A  99,9mA
RS 



VCT 100


 1,001
IS
99,9

Độ lệch thang do 10A

VCT  RCT .I CT  1k.100A  100mV
I S  I  I CT  1 A  100 A  999,9mA
VCT
100 


RS
0,10001
IS
999,9
11/29/2018

13


Bài 2


Lệch toàn thang đo
I CT  0,1mA
U CT  I CT .RCT  0,1.103 .99  9,9.103 V  9,9mV
U CT 9,9.10 3


 9,9.10 3 A
IS 
RS
1
I  I CT  I S  0,1  9,9  10mA



Lệch 1/2 thang đo
0,1 
I CT 
0,05 mA
2
U CT  I CT .R CT  0,05.10  3 .99  4,95.10  3 V
3
U CT
4,95.10

 4,95.10  3 A
IS 
RS
1

11/29/2018

0,1 
I  I CT  I S 
4,95  5 mA
2

14




Ví dụ 3: một ampe có 3 thang đo với các điện trở sun
R1=0,05; R2=0,45; R3=4,5 mắc nối tiếp. RCT = 1k;
ICT = 50A
 Tính giá trị dịng cực đại qua chỉ thị trong 3 trường hợp
đó.



Ví dụ 4: Một miliampe kế từ điện có thang đo 150 vạch
với giá trị độ chia là C=0.1mA; Rct = 100. Tính giá trị Rs
để đo được các giá trị dòng tối đa là 1A, 2A và 3A

11/29/2018

15


Bài tập 3.
RS  R1  R 2  R3  5

Khóa ở vị trí 3


IS

I CT RCT
 .
RS

6



50.10
 .10
5

3

10 mA

khoảng do củaampekếlà 10mA

Khúa v trớ 2

RS R1  R 2  0,5
6
3
I CT RCT
.
50.10 .(4,5  10 ) 100 mA
IS
RS

0,5

khoảng do củaampekếlà 100mA
RS R1 0,05

Khóa ở vị trí 1.

6
3
I CT RCT
.
50.10 .(0,45  4,5).10
IS
1A
 RS


5

khoảng do củaampekếlà 1A
11/29/2018

16


Ampemet số chuyển đổi thời gian


Nguyên tắc hoạt động: Ix tỷ lệ với Ux, Bộ đếm được dùng
để đếm số lượng xung (N) tỉ lệ với Ux để suy ra Ux.



Sơ đồ khối:

Trong đó:
SS: Bộ so sánh
MFRC: mạch phát tín hiệu răng cưa
MFX: mạch phát xung chuẩn tần số f0
Trigo: mạch lật
K: Khóa điện tử được điều khiển bởi
trigo
11/29/2018

BĐ: bộ đếm
CT: bộ chỉ thị số (bao gồm cả
mạch mã hoá, giải mã và hiển
thị)
17


Ampe kế số


Ampe kế số là dụng cụ chỉ
thị kết quả bằng con số mà
không phụ thuộc vào cách
đọc của người đo.

11/29/2018

18


Các phương pháp khác đo dòng điện một chiều
Đo dòng điện lớn




Khi dòng điện đo quá lớn, hao tổn trên Sun pth= RS.I2 rất lớn.
Để cho pth đủ nhỏ thì RS phải vơ cùng nhỏ (cỡ nΩ) rất khó
chế tạo. Người ta sử dụng phương pháp khơng tiếp xúc.
Dịng điện I gây ra một từ trường quanh nó theo cơng thức

I
H=
2πd



H: Từ trường trong mặt phẳng vng góc với dây dẫn
I: Dòng điện chạy trong dây
d: Khoảng cách từ điểm đo đến dây dẫn

Từ cảm ứng: B=µH
Để đo B có thể sử dụng các biện pháp sau:
 Cuộn dây cảm ứng với mạch tích phân
 Cảm biến Hall
 Cộng hưởng từ hạt nhân.

11/29/2018

19


Các phương pháp khác đo dòng điện một chiều
Đo dòng điện rất nhỏ


Từ cơng thức: US=RSIđo



Nếu dịng điện Iđo nhỏ, để cho US đủ để đo được (cỡ
10mV trở lên), điện trở Sun RS phải lớn.



Ta dùng biện pháp bù dịng bằng khuếch đại thuật tốn ở
sơ đồ dưới gọi là mạch electromet.
IK =

U ra
K

I

R

do

Nên: Ura= RK.Iđo

11/29/2018

20


9.2 Ampemet xoay chiều


Dòng điện biến thiên It = f(t) là dòng điện thay đổi theo
thời gian. Trong thực tế, dịng điện chu kỳ có hai dạng
thơng


Dịng điện hình sin:

i  I m sin(t )
Để xác định dịng điện hình sin phải xác định Im, ω
và φ.
o Cũng có thể xác định dịng trung bình và dịng hiệu
dụng của một dòng điện biến thiên.
o

 Dòng
o
11/29/2018

điện xung

Dòng điện xung là dòng có chu kỳ; có hai dạng
thơng dụng: xung nhọn và xung vuông.
21


9.2 Ampemet xoay chiều
Đo dòng điện tức thời


Đo dòng điện tức thời tức là xác định được giá trị dòng
điện ở các thời điểm khác nhau.



Sự ra đời của các ADC tốc độ cao và các vi xử lý cho
phép theo dõi các tín hiệu biến thiên có tốc độ rất cao
(MHz hay cao hơn nữa).



Hiện nay các ADC kiểu so sánh song song có thể đạt đến
25GS/s cho phép theo dõi các q trình xảy ra cỡ ns hay
tín hiệu có tần số 500MHz, tức vượt các máy hiện sóng
hiện đại.

11/29/2018

22

9.2 Ampemet xoay chiều


Đo dòng điện tức thời



Để đo được giá trị tức thời của dòng điện biến thiên ta sử
dụng phương pháp rời rạc hố tín hiệu bằng các phần tử
lấy mẫu và ghim giữ (Sample and Hold).



Chu kỳ rời rạc hoá và lấy mẫu Tlm phụ thuộc vào sai số
yêu cầu rời rạc hoá và thời gian biến đổi TADC của ADC
Tlm: Chu kỳ rời rạc hoá hay lấy mẫu.
γ: Sai số yêu cầu của phép đo.
Xm: Giá trị cực đại của tín hiệu.
gm: Giá tốc cực đại của tín hiệu;

11/29/2018

23


Ampemet xoay chiều
Đo dịng trung bình, hiệu dụng


Để đo cường độ dịng điện xoay chiều tần số cơng nghiệp
người ta thường sử dụng
 Ampemet

từ điện chỉnh lưu

 Ampemet

điện từ

 Ampemet

điện động

11/29/2018

24


Ampemet từ điện chỉnh lưu


Là dụng cụ đo dòng điện xoay chiều kết hợp giữa cơ cấu
chỉ thị từ điện và mạch chỉnh lưu bằng diode

11/29/2018

25