Giáo trình Đo lường điện (Nghề: Điện công nghiệp) - CĐ Cơ Giới Ninh Bình

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH

GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: ĐO LƯỜNG ĐIỆN
NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ

Ban hành kèm theo Quyết định số:
/QĐ-… ngày…….tháng….năm
......... ………… của……………………………….

Ninh Bình, năm 2019


2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể
được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và
tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.


3

LỜI GIỚI THIỆU
Kỹ thuật đo lường là một trong những Mô đun quan trọng đối với sự phát
triển khoa học kỹ thuật .
Dụng cụ đo điện ngày nay không chỉ đo được những đại lượng điện mà

còn đo được tất cả những đại lượng khơng phải điện, vì vậy nó đã nhanh chóng
chiếm vị trí xứng đáng trong mọi ngành nghề khoa học kỹ thuật.
Để nắm vững được kiến thức cơ bản về dụng cụ và kỹ thuật đo lường, yêu
cầu mỗi chúng ta dù là cán bộ khoa học ngành điện hay công nhân kỹ thuật đều
cần biết đến dụng cụ đo điện vì đây chính là cánh tay đắc lực nhất, con mắt tinh
tường nhất giúp chúng ta nghiên cứu, giảng dạy, học tập, lao động sản xuất và
sinh hoạt hàng ngày.
Giáo trình Đo lường điện được biên soạn theo chương trình dạy nghề của
Trường Cao đẳng nghề Cơ giới Ninh Bình, dùng cho hệ đào tạo Cao đẳng nghề
và trung cấp nghề, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho hệ sơ cấp nghề và liên
thông. Nội dung chủ yếu của giáo trình là trình bày về cấu tạo, nguyên lý làm
việc của các dụng cụ đo điện, ứng dụng của nó trong việc đo các đại lượng điện.
Giáo trình được biên soạn có sự tham khảo và dẫn chiếu từ các tài liệu
chuyên ngành (nêu ở phần Tài liệu tham khảo) được trình bày ngắn gọn, dễ hiểu
khơng đi sâu vào thiết kế tính tốn hoặc quy tắc sử dụng. Nhằm giảng dạy cho
sinh viên, học sinh chuyên ngành Điện - Điện tử và một số ngành liên quan đang
được giảng dạy ở khoa Cơ điện của Nhà trường.
Tuy nhiên do kinh nghiệm hạn chế, vốn hiểu biết có hạn, chúng tơi đã hết
sức cố gắng để cuốn giáo trình này được hồn chỉnh, song chắc chắn khơng
tránh khỏi sai sót, rất mong được sự góp ý của bạn đọc để giáo trình tiếp tục
được hồn chỉnh hơn. Xin trân thành cảm ơn !

Ninh Bình, ngày ...... tháng ...... năm 2019
THAM GIA BIÊN SOẠN
1. Chủ biên:
2. Thành viên:
3. Thành viên:

NGUYỄN THỊ PHƯỢNG

4
MỤC LỤC
TRANG

LỜI GIỚI THIỆU ........................................ 3
BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN ................ 8
1. KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN ........................................................ 8
1.1. Khái niệm về đo lường .......................................................................... 8
1.2. Khái niệm về đo lường điện .................................................................. 9
1.3. Các phương pháp đo.............................................................................. 9
2. CÁC SAI SỐ VÀ TÍNH SAI SỐ. .............................................................. 11
2.1. Khái niệm về sai số ............................................................................. 11
2.2. Các loại sai số ..................................................................................... 11
2.3. Phương pháp tính sai số ...................................................................... 13
2.4. Các phương pháp hạn chế sai số .......................................................... 14
BÀI 2: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG ................. 17
1. KHÁI NIỆM VỀ CƠ CẤU ĐO ................................................................ 17
1.1. Khái niệm và phân loại........................................................................ 17
1.2. Các ký hiệu trên mặt số dụng cụ đo điện ............................................. 18
2. CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO ........................................................................ 20
2.1. Cơ cấu đo từ điện ................................................................................ 20
2.2. Cơ cấu đo điện từ ................................................................................ 22
2.3. Cơ cấu đo kiểu điện động .................................................................... 24
2.4. Cơ cấu đo cảm ứng.............................................................................. 25
BÀI 3: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN ................... 29
1. ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG U, I..................................................................... 29
1.1. Đo dòng điện ....................................................................................... 29
1.2. Đo điện áp ........................................................................................... 36
2. ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG R, L, C ................................................................ 39

2.1. Đo điện trở .......................................................................................... 40
2.2. Đo điện cảm ........................................................................................ 43
2.3. Đo điện dung ....................................................................................... 47
3. ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG TẦN SỐ, CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG......... 49


5
3.1. Đo tần số ............................................................................................. 49
3.2. Đo công suất ....................................................................................... 51
3.3. Đo điện năng. ...................................................................................... 56
BÀI 4: SỬ DỤNG CÁC LOẠI MÁY ĐO THÔNG DỤNG ............ 70
1. SỬ DỤNG VOM, M, TERA ............................................................... 70
1.1. Sử dụng VOM ..................................................................................... 70
1.2. Sử dụng mêgaÔm - M ...................................................................... 76
1.3. Sử dụng Teramét - Tera.................................................................... 77
2. SỬ DỤNG AMPE KÌM, MÁY HIỆN SĨNG (OSC) ................................ 80
2.1. Sử dụng Ampe kìm ............................................................................. 80
2.2. Sử dụng máy hiện sóng (OSCILLOSCOPE - OSC) ............................ 81
3. SỬ DỤNG MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG ................................................. 83
3.1. Máy biến điện áp - TU ........................................................................ 83
3.2. Máy biến dòng điện - TI ...................................................................... 84


6
MƠ ĐUN: ĐO LƯỜNG ĐIỆN
Mã mơ đun: MĐ16
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
Đo lường điện là mảng kiến thức và kỹ năng không thể thiếu đối với bất
kỳ người thợ điện nào, đặc biệt đối với những người phụ trách phần điện trong
các xí nghiệp, nhà máy, thường được gọi là điện công nghiệp.

Những vấn đề về đo lường kỹ thuật có liên quan trực tiếp tới chất lượng, độ
tin cậy và tuổi thọ của thiết bị và hệ thống điện khi làm việc. Vì vậy, địi hỏi
người thợ lành nghề phải tinh thơng các cơ sở đo lường kỹ thuật, phải hiểu rõ về
các đơn vị đo, các mẫu chuẩn ban đầu của đơn vị đo và tổ chức kiểm tra các
dụng cụ đo; hiểu rõ nguồn gốc và nguyên nhân của các sai số trong quá trình đo
và phương pháp xác định chúng.
Giáo trình Đo lường điện được biên soạn sau khi đã xem xét, cân nhắc đến
đặc điểm riêng biệt của nghề điện và thời gian đào tạo. Mô đun Đo lường điện
không những được dạy cho người học cách sử dụng tất cả các dụng cụ đo điện
đã miêu tả mà còn tạo cho người học năng lực vận dụng các kết quả đo vào việc
phân tích, xác định các sai lỗi của các thiết bị và hệ thống điện.
Mô đun Đo lường điện cần sử dụng các kiến thức của mơn học mạch điện,
được học sau mơn an tồn lao động và học trước các mô đun chuyên môn như
mô đun Máy điện, Cung cấp điện ...
Mục tiêu của mơ đun:
Học xong Mơn đun này, người học có khả năng:
- Phân tích được cấu tạo, phạm vi ứng dụng của các loại cơ cấu đo: điện
từ, từ điện, điện động và cơ cấu đo cảm ứng;
- Lựa chọn các loại máy và thiết bị đo thích hợp cho từng trường hợp đo cụ
thể;
- Sử dụng được các loại máy và thiết bị đo để đo các thông số và đại lượng
điện: R, L, C, U, I, công suất và điện năng bằng phương pháp đo trực tiếp hoặc
gián tiếp. Hạn chế sai số của phép đo trong phạm vi  5%.
Nội dung của mô đun:

Mã bài

Tên bài

MĐ16_B01 Đại cương về đo

Loại
bài
dạy

Địa điểm

Tổng
số

Lý

Lớp học

03

Thời lượng
Lý
Thực
thuyết hành

02

01

Kiể
m
tra*

7
lường điện
thuyết
Lý
MĐ16_B02 Các loại cơ cấu đo
thông dụng
thuyết
MĐ16_B03 Đo các đại lượng Tích
điện cơ bản
hợp
MĐ16_B04 Sử dụng các loại

máy đo thơng dụng

Tích
hợp

Lớp học

13

05

07

1

Lớp học +
Xưởng thực
hành

Xưởng thực
hành
Cộng:

32

07

23

2

32

06

23

3

80

20

54

6


8

BÀI MỞ ĐẦU
ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN
Mã bài: MĐ16_B01
Giới thiệu:
Đo lường là sự so sánh đại lượng chưa biết (đại lượng đo) với đại lượng đã
được chuẩn hóa (đại lượng mẫu hoặc đại lượng chuẩn).
Như vậy công việc đo lường là nối thiết bị đo vào hệ thống được khảo sát
và quan sát kết quả đo được các đại lượng cần thiết trên thiết bị đo. Trong thực
tế rất khó xác định ‘‘trị số thực’’ của đại lượng đo. Vì vậy, trị số đo được cho
bởi thiết bị đo gọi là trị số tin cậy được (expected value).
Bất kỳ đại lượng đo nào cũng bị ảnh hưởng bởi nhiều thơng số. Do đó, kết
quả đo ít khi phản ánh đúng trị số tin cậy được. Cho nên có nhiều hệ số ảnh
hưởng trong đo lường liên quan đến thiết bị đo. Ngồi ra, có những hệ số khác
liên quan đến con người sử dụng thiết bị đo. Như vậy, độ chính xác của thiết bị
đo được diễn tả dưới hình thức sai số.
Mục tiêu:
- Giải thích các khái niệm về đo lường, đo lường điện;
- Tính tốn được sai số của phép đo, vận dụng phù hợp các phương pháp
hạn chế sai số;
- Đo các đại lượng điện bằng phương pháp đo trực tiếp hoặc gián tiếp.
Nội dung chính:

1. KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN
Mục tiêu: Giải thích các khái niệm về đo lường, đo lường điện và các phương
pháp đo.
1.1. Khái niệm về đo lường

a/ Đo lường:
- Đại lượng nào so sánh được với mẫu (hay chuẩn) thì mới đo được. Nếu

các đại luợng không so sánh được thì phải chuyển đổi về đại lượng so sánh được
với mẫu (hay chuẩn) rồi đo.
- Đo lường là quá trình so sánh đại lượng chưa biết với đại lượng cùng
loại đã biết, chọn làm mẫu (gọi là đơn vị).
b/ Mẫu đo: Dụng cụ giữ mẫu các đơn vị đo gọi là mẫu đo.
c/ Dụng cụ đo: Dụng cụ thực hiện việc so sánh gọi là dụng cụ đo (còn gọi là
máy đo, đồng hồ đo ...).


9
Ví dụ: Việc đo khối lượng là thực hiện so sánh khối lượng cần đo với khối
lượng của một khối kim loại chọn làm đơn vị (kilôgam). Dụng cụ đo là chiếc cân.
1.2. Khái niệm về đo lường điện

Đo lường điện là quá trình đánh giá định lượng đại lượng điện cần đo để
có kết quả bằng số so với đơn vị đo.
1.3. Các phương pháp đo

a/ Phương pháp đo trực tiếp
Đo trực tiếp là phương pháp đo mà đại lượng cần đo được so sánh trực
tiếp với mẫu đo (đơn vị đo) cùng loại.
Ví dụ: Đo dịng điện bằng Ampemét ; đo điện áp bằng cách so sánh với
sức điện động mẫu; đo điện trở bằng cách so sánh với điện trở mẫu (cầu điện)...
Nói chung, các đại lượng điện đa số được đo bằng phương pháp đo trực
tiếp. Do lượng cần đo so sánh trực tiếp với mẫu đo nên phương pháp này dễ
dàng đạt được độ chính xác cao.
Đo trực tiếp có 2 cách: đo đọc thẳng và đo so sánh.
- Phương pháp đo đọc thẳng là phương pháp đo mà kết quả đo được chỉ
ngay trên mặt chia độ hay mặt hiện số của dụng cụ đo. Chẳng hạn, nếu đo điện
áp bằng V-mét thì kết quả đo sẽ là một con số do kim chỉ ngay trên mặt chia độ.

Phương pháp này chỉ đạt độ chính xác tới 0,05 là mức cao nhất hiện nay của
dụng cụ đo đọc thẳng.
- Phương pháp đo so sánh là phương pháp đo mà đại lượng cần đo được
so sánh với một mẫu đo cùng loại đã biết trị số. Chẳng hạn, việc dùng các cữ đo
để kiểm tra các kích thước các chi tiết gia cơng là phương pháp đo so sánh. Kích
thước của cữ kiểm tra là mẫu đo đã biết, cịn kích thước các chi tiết cần đo được
so sánh với mẫu đo.
Phương pháp so sánh thực hiện bằng hai cách:
Phương pháp so lệch: Lượng
cần đo Ax được so sánh với mẫu
A0, lượng sai lệch ( A = A0 –
Ax) sẽ do dụng cụ đo xác định. Biết
A0 và A ta sẽ tính được giá trị
lượng cần đo Ax. Chẳng hạn, hình
1-1 vẽ sơ đồ nguyên tắc đo sức
điện động hay điện áp bằng phương
pháp so lệch sức điện động cần đo

G

o

U

Ex

E0
o

Hình 1-1 Đo sức điện động bằng

phương pháp so lệch


10
Ex được so sánh với sức điện động mẫu E0, điện kế G sẽ thực hiện đo phần
chênh lệch U. Từ đó:
Ex = E0  U
Tuy số đo U đạt độ chính xác khơng cao lắm nhưng trị số của nó chỉ vào
khoảng 0,01 trị số của Ex, nên kết quả đo vẫn đạt được mức chính xác cao tới
0,03%
Phương pháp chỉ không: Là phương pháp đo mà lượng cần đo Ax được so
sánh với mẫu đo A0 có thể điều chỉnh được, bảo đảm sai lệch A0 –Ax = 0. Kết quả
so sánh xác định bằng dụng cụ đo chỉ không. Thực chất của phương pháp đo chỉ
không cũng là phương pháp so lệch, trong đó E0 hoặc Ex có thể điều chỉnh được để
đảm bảo U = 0 (hình 1-1). Điện kế G làm nhiệm vụ chỉ 0.
Độ chính xác của phương pháp này do dụng cụ chỉ khơng quyết định và
nói chung đạt độ chính xác rất cao.
b/ Phương pháp đo gián tiếp
Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó lượng cần đo sẽ được tính ra từ
kết quả đo các đại lượng khác có liên quan.
Các đại lượng có liên quan thường đo bằng phương pháp trực tiếp. Chẳng
hạn, muốn đo điện trở rx ta đặt nó vào điện áp U để có dịng điện I đi qua.
Đo U và I bằng Vônmét và Ampemét ta sẽ xác định được trị số rx theo
định luật ôm:
U

rx 

I

Sai số của phương pháp đo gián tiếp bao gồm sai số khi đo các đại lượng
liên quan (ít ra cũng là hai đại lượng), sai số do tính tốn, nên nói chung, độ
chính xác của phương pháp này rất thấp.
Tuy nhiên, phương pháp này cho phép đo các đại lượng bằng một số dụng
cụ đo thông thường, nên vẫn hay được áp dụng, nhất là khi khơng có các dụng
cụ đo chuyên để đo đại lượng cần đo, như đo điện trở, đo hệ số công suất, đo hệ
số trượt của động cơ không đồng bộ, ...


11
Ta tóm tắt sự phân loại các phương pháp đo theo sơ đồ (hình 1-2).
Các phương pháp
đo
Đo gián tiếp

Đo trực tiếp
Đo đọc thẳng

Đo so sánh
Đo so lệch

Đo chỉ khơng

Hình 1-2 Sơ đồ phân loại phương pháp đo

2. CÁC SAI SỐ VÀ TÍNH SAI SỐ
Mục tiêu: Tính tốn được sai số của phép đo, vận dụng phù hợp các phương
pháp hạn chế sai số.
2.1. Khái niệm về sai số

Khi đo, số chỉ của dụng cụ đo cũng như kết quả tính được ln ln sai
lệch ít nhiều với giá trị thực của lượng cần đo mà có sai số gọi là sai số của phép
đo.
2.2. Các loại sai số

a/ Sai số tuyệt đối
Gọi kết quả đo được là số đo, kí hiệu là A, giá trị thực của lượng đo là giá
trị đo được bằng các dụng cụ đo mẫu hoặc bằng các phép tính chính xác, kí hiệu
là A1 thì:
A = A1-A

(1.1)

A được gọi là sai số tuyệt đối của phép đo.
Từ đó, giá trị thực của lượng đo sẽ nằm trong phạm vi:
A

-

A



A1



A

+

A

(1.2)
Thực tế, A rất khó xác định chính xác vì giá trị A1 nói chung, cũng chỉ
xác định qua các dụng cụ đo. Vì thế, người ta chỉ xác định được giá trị giới hạn
của A, gọi là sai số tuyệt đối lớn nhất Amax .Thông thường, nói sai số tuyệt
đối của phép đo là ta hàm ý nói sai số lớn nhất (giới hạn lớn nhất của sai số).
Ví dụ 1-1: Kiểm tra một Ampemét bằng dụng cụ đo mẫu ta được kết quả


12
như bảng 1-1:

Số chỉ của dụng cụ mẫu, A

0

1

2

3

4

5

Số chỉ của Ampemét kiểm tra, A

0

1,02

2,01

2,97

3,97

4,95

0

0,02

0,01

0,03

0,03

0,05

Sai số I, A

Tìm sai số tuyệt đối của Ampemét đó.
Giải: Sai số tuyệt đối của từng lần đo đã tính trong bảng 1-1. Sai số tuyệt
đối của Ampemét chính là sai số lớn nhất.

I max = 0,05A
Các sai số tuyệt đối được chia làm ba loại: Sai số hệ thống, sai số ngẫu
nhiên, sai số nhiễu.
b/ Sai số tương đối

Sai số tương đối của phép đo là đại lượng đo bằng tỷ số giữa sai số tuyệt
đối và kết quả đo, ký hiệu A thường tính ra phần trăm.

1  
1  

100 % 
100 % 
100 % (1.3


1
)
Phép đo có A càng nhỏ thì càng chính xác .

A 

Ví dụ 1-2: Tính sai số tương đối của kết quả kiểm tra Ampemét ở ví dụ 1-1.
Giải: Áp dụng cơng thức (1.3) ta tính được  như sau: (Bảng 1-2)
I

Số chỉ của Ampemét mẫu, A

1

2

3

4

5

Sai số tương đối, %

2

0,5

1

0,75

1

c/ Cấp chính xác
Là giá trị sai số cực đại mà dụng cụ đo mắc phải. Người ta quy định cấp
chính xác của dụng cụ đo đúng bằng sai số tương đối quy đổi của dụng cụ đo và
được Nhà nước quy định cụ thể:

   qd max 
Trong đó:

 max
100 %

 max

 - Cấp chính xác
Amax - Sai số tuyệt đối lớn nhất
Amax - Giá trị lớn nhất của thang đo

(1.4)


13
Nếu biết cấp chính xác của dụng cụ đo, ta dễ dàng tính ra được sai số
tuyệt đối lớn nhất của dụng cụ đo :


 %
 

100

max

max

(1.5)

Và từ đó, xác định được sai số tương đối ứng với mỗi giá trị đo (Sai số cơ
bản của dụng cụ đo).
 max
 % 100 %


(1.6)
A 
100 %  



100
kd
 max
Ví dụ 1-3: Qua kiểm tra Ampemét ở ví dụ 1-1 cho biết cấp chính xác của nó.
Giải:
Biết cấp chính xác của dụng cụ đo chính là: qđmax. Từ bảng 1-2 ta thấy :



qd max

 1%

Vậy cấp chính xác của Ampemét là  = 1.
Ví dụ 1-4: Ampemét ở ví dụ trên, nếu đo dòng điện I1 = 1A ; I2 = 4A thì sai
số tương đối lớn nhất mà phép đo gặp phải (sai số cơ bản) là bao nhiêu?
Giải:
Áp dụng công thức (1.6):

1
 I1 

 5%
1

k d1
5


và

I2




kd2



1
 1, 25 %
4
5

Theo quy định, cấp chính xác được ghi ngay trên mặt dụng cụ đo.
2.3. Phương pháp tính sai số

a/ Loại trừ sai số hệ thống
- Sử dụng cách bù sai số ngược dấu;
- Đưa vào một lượng hiệu chỉnh hay một hệ số hiệu chỉnh.
b/ Các bước tính sai số ngẫu nhiên:
Xét n phép đo với các kết quả đo thu được là x1, x2, ..., xn.
B1- Tính ước lượng kì vọng toán học mx của đại lượng đo:

(1.7
)


14
chính là giá trị trung bình đại số của n kết quả đo.
B2- Tính độ lệch của kết quả mỗi lần đo so với giá trị trung bình vi:
(1.8
)
B3- Tính khoảng giới hạn của sai số ngẫu nhiên: Được tính trên cơ sở
đường phân bố chuẩn: Δ = [Δ1, Δ2] ; thường chọn Δ = [Δ1, Δ2] với:
- vi (còn gọi là sai số dư).

(1.9
)

với xác suất xuất hiện sai số ngẫu nhiên ngoài khoảng này là 34%.
B4- Xử lý kết quả đo: Những kết quả đo nào có sai số dư vi nằm ngoài
khoảng Δ = [Δ1, Δ2] sẽ bị loại.
2.4. Các phương pháp hạn chế sai số

- Chuẩn bị tốt trước khi đo: Phân tích lý thuyết; kiểm tra dụng cụ đo
trước khi sử dụng; chuẩn bị trước khi đo; chỉnh "0" trước khi đo…
- Quá trình đo có phương pháp phù hợp: Tiến hành nhiều phép đo bằng
các phương pháp khác nhau; sử dụng phương pháp thế…
- Xử lý kết quả đo sau khi đo: Sử dụng cách bù sai số ngược dấu (cho
một lượng hiệu chỉnh với dấu ngược lại); trong trường hợp sai số hệ thống
khơng 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 trừ sai số hệ
thống.


15
CÂU HỎI ÔN TẬP
a. Câu hỏi trắc nghiệm
+ Đọc kỹ các câu hỏi chọn và đánh dấu (X) ý trả lời đúng nhất vào các ô ở
các cột tương ứng.
TT

Nội dung câu hỏi

1.1.

Giá trị bằng hiệu số giữa giá trị đúng của đại lượng
cần đo và giá trị đo được trên mặt đồng hồ đo được
gọi là:

a

b

c

d

a. Sai số phụ;
b. Sai số cơ bản;

c. Sai số tuyệt đối;
d.
1.2.

Sai số tương đối.

Tỷ lệ giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực cần đo (tính
theo %) được gọi là:
a. Sai số tương đối;
b. Sai số phụ;
c. Sai số cơ bản;
d. Tỷ lệ phần trăm của sai số tuyệt đối.

1.3

Khi đo điện áp xoay chiều 220V với dụng cụ đo có
sai số tương đối 1,5% thì sai số tuyệt đối lớn nhất có
thể có với dụng cụ là:
a. 10V;
b. 2,2V;
c. 3,3V;
d. 1,1V.

b. Câu hỏi tự luận
1. Nêu các định nghĩa về đo lường, mẫu đo, dụng cụ đo.
2. Phương pháp đo là gì? Có mấy loại phương pháp đo?
3. Thế nào là sai số tuyệt đối, sai số tương đối? Viết các cơng thức tính sai
số của phép đo.

16
4. Cấp chính xác của dụng cụ đo là gì? Phân biệt sai số của dụng cụ đo và
cấp chính xác của dụng cụ đo?


17
BÀI 2
CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG
Mã bài: MĐ16_B02
Giới thiệu:
Hiện nay khoa học kỹ thuật rất phát triển. Người ta đã chế tạo ra được
nhiều thiết bị đo lường điện tử chỉ thị kết quả đo bằng hiện số có độ chính xác
cao. Tuy nhiên các thiết bị đo lường sử dụng cơ cấu chỉ thị kết quả đo bằng kim
vẫn được sử dụng rất phổ biến trong các xí nghiệp, trường học cũng như trong
các phịng thí nghiệm vì tính ưu việt của nó. Các thiết bị đo lường sử dụng cơ
cấu đo chỉ thị kim được dùng nhiều nhất là Vôn mét và Ampe mét, hơn thế nữa,
các cơ cấu này thao tác sử dụng đơn giản và giá thành cũng rẻ hơn rất nhiều so
với các thiết bị đo lường chỉ thị kết quả đo lường bằng hiện số. Vì vậy người
cơng nhân cần hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như sử dụng thành
thạo các cơ cấu đo chỉ thị kim.
Mục tiêu:
- Phân tích được cấu tạo của các cơ cấu đo có trong xưởng trường;
- Lựa chọn cơ cấu đo trong từng trường hợp sử dụng cụ thể.
Nội dung chính:
1. KHÁI NIỆM VỀ CƠ CẤU ĐO
Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm và phân loại được các cơ cấu đo;
- Đọc được các ký hiệu trên mặt dụng cụ đo.
1.1. Khái niệm và phân loại

a/ Khái niệm: Cơ cấu đo là bộ phận chủ yếu của dụng cụ đo điện, thực hiện
chức năng nhận lượng vào Y (đã được biến đổi từ đại lượng cần đo X nhờ mạch
đo), sau đó biến đổi thành góc quay  của kim trên mặt số.
Giữa đại lượng X và Y có quan hệ :
Y = f(X)
Góc quay  phụ thuộc vào Y theo quan hệ hàm số:
 = f(Y)

(2.1)
(2.2)

Từ (2.1) và (2.2), ta thấy ứng với mỗi giá trị X trong giới hạn đo, đều có
một giá trị tương đương , và do đó, tương ứng với một giá trị xác định của kim
trên mặt số. Vì vậy người ta khắc độ ngay giá trị X ở vị trí đó, và khi đo, ta đọc


18
thẳng giá trị của lượng cần đo trên mặt số.
Nói chung lượng vào (Y) của cơ cấu đo đều dưới dạng dòng điện, nên khi
xét nguyên tắc của cơ cấu đo, ta lấy lượng vào là dòng điện.
b/ Phân loại: Cơ cấu đo điện được phân thành 4 loại cơ bản
- Cơ cấu đo từ điện
- Cơ cấu đo điện từ
- Cơ cấu đo điện động
- Cơ cấu đo cảm ứng
1.2. Các ký hiệu trên mặt số dụng cụ đo điện

Ký hiệu theo cơ cấu đo, dụng cụ đo chia thành các loại như sau:

+ Dụng cụ đo kiểu từ điện: ......................................

+ Dụng cụ đo kiểu điện từ: ........................
+ Dụng cụ đo kiểu điện động: .............................
+ Dụng cụ đo kiểu cảm ứng: ....................
+ Dụng cụ đo kiểu sắt điện động: ...........................
+ Dụng cụ đo kiểu tĩnh điện: ....................

Để mở rộng khả năng sử dụng của cơ cấu đo. Ngoài những ký hiệu cơ bản
trên cịn có thêm các ký hiệu phụ khác, ví dụ:

Dụng cụ có cơ cấu đo
Kiểu từ điện chỉnh lưu

Kiểu nhiệt điện

Ký hiệu


19

Kiểu sắt điện động

Tỷ số kế kiểu từ điện

Tỷ số kế kiểu điện động

Tỷ số kế kiểu điện từ

Tỷ số kế kiểu cảm ứng

Ký hiệu theo đại lượng cần đo.

Dụng cụ đo

Ký hiệu

Ampemét

A

Vơnmét

V

tmét

W

Ơmmét



Cơng tơ điện

Wh

Cos-mét

Cos

Ký hiệu theo loại dịng điện.

Dụng cụ dùng ở mạch
Dụng cụ dùng để đo dòng một chiều
Dụng cụ dùng để đo dòng xoay chiều
Dụng cụ dùng để đo cả dòng một chiều và dòng

Ký hiệu


20
xoay chiều
Dụng cụ dùng để đo dòng xoay chiều ba pha

Ký hiệu cách đặt dụng cụ đo.

Cách đặt

Ký hiệu

Thẳng đứng

 



Nằm ngang
Nghiêng một góc, ví dụ 600

600

Ký hiệu cấp chính xác

0,5 ; 1; ...

Ký hiệu điện áp thử cách điện

Vídụ: Thử ở điện áp 2kV

2

2. CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO
Mục tiêu: Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm và ứng
dụng của các cơ cấu đo.
2.1. Cơ cấu đo từ điện

a/ Cấu tạo: (Hình 2- 1)
* Phần tĩnh
Là một hệ gồm:
- Nam châm vĩnh cửu, có
khung dẫn từ gồm hai má thép
non làm cực từ N-S ôm lấy lõi
sắt non hình trụ, tạo thành một
khe hở đủ nhỏ để tạo ra từ trường
quay.
- Trụ đỡ.
- Thang chia độ.
* Phần động

Hình 2-1 Cơ cấu đo từ

điện


21
Gồm có :
- Khung dây (làm bằng nhơm, bên trên có quấn dây đồng cỡ 0,03  0,2 mm)
- Trục quay gắn với khung dây và kim chỉ thị.
- Lò xo phản kháng (có hai chiếc, được quấn ngược chiều nhau, vừa để dẫn
dịng, vừa tạo mơ men phản kháng).
- Đối trọng.
b/ Nguyên lý làm việc

F

+ Khi dòng điện cần đo I đi vào
khung dây sẽ tác dụng với từ trường khe
S
hở, tạo ra lực điện từ F đặt vào hai cạnh
N
khung dây (hình 2-2). Cặp ngẫu lực này
F
tạo ra mơ men quay M đối với trục. Khi
dịng điện tăng thì mơ men quay tăng.
Hình 2-2 Sự hình thành mơ men quay
ở cơ cấu từ điện
+ Mối liên hệ đó được thể hiện:

M

q

 k .I

(2.3)

+ Mq làm kim quay đi một góc , lị xo phản kháng bị biến dạng làm xuất
hiện ở lị xo mơ men phản kháng (Mp). Mơ men này tỷ lệ với góc quay  :

M p  D .

(2.4)

Trong đó : - D là hệ số khơng đổi đối với mỗi lị xo hay đó là mơ men đối
kháng của riêng lị xo.
Kim đo chỉ dừng lại khi Mq = Mp.
Từ (2.3) và (2.4) ta có:



k
I  S.I
D

(2.5
)

Như vậy, từ góc quay  ta biết được dịng điện cần đo. Góc  tỷ lệ bậc nhất
với I nên thang đo đều. Việc đó đã được tính tốn sẵn rồi thể hiện trên thang đo
nên ta có thể đọc trực tiếp kết quả đo trên thang đo.
Do vậy cơ cấu đo từ điện hay ta còn gọi là cơ cấu đo đọc thẳng

c/ Ưu – Nhược điểm
* Ưu điểm
- Độ nhạy cao do từ cảm của nam châm lớn và ít bị ảnh hưởng của từ trường
ngồi  cơ cấu có thể đo được dịng điện rất nhỏ cỡ vài miliAmpe;
- Thang đo đều ít bị sai số do chia trên thang đo;
- Tiêu hao năng lượng ít  độ chính xác cao (do phần động nhẹ).


22
* Nhược điểm
- Khả năng quá tải nhỏ (do dây quấn trên khung quay không thể làm cỡ dây
to được);
- Chỉ đo được dòng một chiều;
- Muốn đo được dòng xoay chiều phải có bộ phận chỉnh lưu.
d/ Ứng dụng
- Chế tạo đồng hồ đo dòng điện, điện áp, điện trở.
- Chế tạo điện kế có độ nhạy cao, dùng làm cơ cấu chỉ không trong đồng hồ
vạn năng ...
2.2. Cơ cấu đo điện từ

a/ Cấu tạo: Cơ cấu đo điện từ có hai loại : - Cơ cấu đo có cuộn dây phẳng
- Cơ cấu đo có cuộn dây trịn
Cấu tạo cơ cấu đo điện từ có cuộn dây phẳng. (Hình 2-3)
* Phần tĩnh
- Cuộn dây tĩnh 1
- Thang chia độ 8
* Phần động
- Lõi thép động 2
- Lò xo 3
- Bộ phận cản dịu 4

- Trục quay 5
- Kim chỉ thị 6
- Đối trọng 7

Hình 2-3 Cơ cấu đo điện từ cuộn dây phẳng.


23
Cấu tạo cơ cấu đo điện từ cuộn dây tròn. (Hình 2-4)
* Phần tĩnh
- Cuộn dây 1
- Lá thép sắt từ cố định 2
- Thang chia độ
* Phần động
- Lá thép sắt từ di động 3
- Trục 4
- Đối trọng
- Kim chỉ thị
Hình 2-4 Cơ cấu đo điện từ cuộn dây tròn.
b/ Nguyên lý làm việc

Nguyên lý làm việc của hai loại cơ cấu đo điện từ trên đều dựa trên sự tương
tác giữa một hoặc vài phần tử làm bằng vật liệu sắt từ mềm với từ thông được
tạo ra bởi cuộn dây có dịng điện chạy qua.
Đối với loại cơ cấu đo điện từ cuộn dây phẳng: Cho dòng điện cần đo đi qua
cuộn dây, lúc này cuộn dây tạo thành một nam châm điện hút lá thép tạo nên mô
men quay phần động M.

M q  k .I 2

(2.6
)
Dưới tác động của mô men phần động mang kim quay một góc , làm cho
lị xo bị biến dạng và xuất hiện mơ men đối kháng ở lị xo.
(2.7
Mp = D.
)
Kim sẽ dừng lại khi Mq = Mp
Từ biểu thức (2.6) và (2.7) ta có :
(2.
8)
Nghĩa là: Góc quay của kim tỷ lệ với bình phương dịng điện
- Biết  ta có thể biết I (trị số dịng điện cần đo).
- Thang chia độ không đều.
- Người ta tính tốn và ghi kết quả trên thang đo, do vậy ta có thể đọc trực
tiếp kết quả đo  cơ cấu đo kiểu đọc thẳng.
c/ Ưu - nhược điểm


24
* Ưu điểm
- Cấu tạo đơn giản, chắc chắn vì phần tĩnh là cuộn dây;
- Khả năng quá tải lớn vì cuộn dây phần tĩnh có thể quấn to nhỏ tùy ý;
- Đo được cả dòng xoay chiều và một chiều vì khi bị từ hóa, lõi thép ln bị
lực hút hướng vào trong lòng cuộn dây;
- Cuộn dây là nơi có năng lượng từ trường lớn nhất.
* Nhược điểm.
- Do ảnh hưởng của từ trường ngoài gây sai số;
- Tổn hao dịng Phu cơ  Độ chính xác thấp;
- Mặt số khơng đều.

d/ Ứng dụng

Làm dụng cụ đo dịng điện, điện áp xoay chiều trong kỹ thuật.
2.3. Cơ cấu đo kiểu điện động
a/ Cấu tạo: (Hình 2-5)

* Phần tĩnh:
- Cuộn tĩnh 1
* Phần động:
- Cuộn động 2
- Kim chỉ thị
- Trục quay
Hình 2-5 Cấu tạo cơ cấu đo điện động
b/ Nguyên lý làm việc

- Cho dòng điện cần đo I1 đi vào cuộn dây tĩnh và I2 đi vào cuộn dây động.
- Dòng I2 nằm trong từ trường của cuộn 1 làm xuất hiện lực điện từ F đặt
vào hai cạnh cuộn dây động tạo ra mô men quay với trục phần động, mơ men
này tỷ lệ với dịng I1 và I2.
(2.9
M  k.I1.I2
Mô men này làm kim quay đi một góc  và dừng lại ở vị trí cân bằng khi
mơ men phản kháng của lị xo:
M pk  D.  M
(2.1
0)
k
Do vậy:

 

D

.I 1 .I 2  S .I 1 .I 2

(2.1
1)


25

Trong trường hợp I1, I2 là xoay chiều thì M sẽ tỷ lệ với I1 và I2 và cos (góc
lệch pha giữa chúng).
Nếu: I1 = I2 = I và  = 0 Thì:  = S.I2
Nghĩa là từ góc quay  ta xác định được trị số cần đo và ghi thẳng lên mặt
thang đo.
c/ Ưu - Nhược điểm
* Ưu điểm
- Độ chính xác cao vì khơng có lõi thép;
- Dễ chế tạo;
- Đo được cả một chiều lẫn xoay chiều.
* Nhược điểm
- Từ trường ngồi làm giảm độ chính xác do vậy phải làm màn chắn từ để
tạo được từ trường mạnh;
- Dùng dụng cụ đo có độ nhạy cao, người ta tạo thêm mạch từ bằng lá thép
kỹ thuật điện cho cuộn tĩnh và tạo ra cơ cấu đo kiểu sắt điện động.
d/ Ứng dụng
Chế tạo thành đồng hồ đo dịng điện, điện áp, cos trong phịng thí nghiệm.
2.4. Cơ cấu đo cảm ứng.

a/ Cấu tạo: (Hình 2-6)
Gồm hai phần chính:
* Phần tĩnh:
Là hai cuộn dây 1 và 2, một
cuộn dòng và một cuộn áp.
- Cuộn dòng: được chế tạo bằng
dây có tiết diện lớn, số vịng
nhỏ.
- Cuộn áp: được quấn bằng dây
có tiết diện nhỏ, số vịng lớn.
Hai cuộn dây này được đặt
gần đĩa nhôm phần động để từ
trường của nó xun qua đĩa nhơm.

Hình 2-6 Cơ cấu đo cảm ứng