Tài liệu Giáo trình kỹ thuật đo lường P13 pdf

GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 13: O CÁC THÔNG S MCH IN
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 1
C
C
H
H




N
N
G
G


1
1
3
3
.
.






O
O

C
C
Á
Á
C
C


T
T
H
H
Ô
Ô
N
N
G
G


S
S




M
M



C
C
H
H




I
I


N
N




(
(
4
4


L
L
T
T
)

)




Các thông s c bn ca mch đin gm: đin tr R, đin dung (C) và dung
kháng Z
C
, đin cm (L) và cm kháng Z
L
, góc tn hao (tgδ) và h s phm cht
ca cun dây (Q)… Các thông s này có th đc đo bng nhiu phng pháp và
thit b đo khác nhau: đo bng phng pháp gián tip (dùng vônmét đo đin áp
U, ampemét đo dòng đin I qua đin tr, dùng đnh lut Ôm
IUR /=
tính đc
kt qu đin tr R); hoc dùng phng pháp trc tip đo R bng các ômmét,
farađômét, henrimét…; đo tng tr Z và các thành phn ca nó bng các cu
xoay chiu...
Tùy thuc vào yêu cu và điu kin c th ca bài toán đo lng mà ta chn
phng pháp và thit b đo cho phù hp.
13.1. Các phng pháp đo đin tr.
13.1.1. Các phng pháp gián tip:
- o đin tr bng vônmét và ampemét (H.13.1a,b):

Hình 13.1. o đin tr bng vônmét và ampemét
Da vào s ch ca ampemét và vônmét xác đnh đc giá tr đin tr R'
x
:
I

U
R
x
=
'

Giá tr thc R
x
ca đin tr cn đo đc xác đnh theo cách mc ampemét và
vônmét trong mch nh sau:
Hình 13.1a:
v
vx
x
R
U
I
U
II
U
I
U
R
−
=
−
==

Hình 13.1b:
I

IU
I
UU
R
x
A
x
A
R.
−
=
−
=

Nh vy giá tr R'
x
tính theo đ ch ca ampemét và vônmét s có sai s.
Sai s trong s đ hình a) do đ ch ca ampemét là tng dòng qua vônmét và
dòng qua R
x
tc là sai s ph thuc đin tr trong ca vônmét (R
v
):
(%)100.(%)100.(%)100.%
'
v
x
vx
x
x

xx
a
R
R
RR
R
R
RR
−≈
+
−=
−
=
β

GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 13: O CÁC THÔNG S MCH IN
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 2
Sai s trong s đ hình b) do đ ch ca vônmét là tng đin áp ri trên ampemét
và đin tr ri trên R
x
, tc là sai s ph thuc đin tr trong ca ampemét (R
A
):
(%)100.(%)100.%
'
x
A
x
xx
b

R
R
R
RR
≈
−
=
β

Nh vy đ bo đm sai s nh nht thì đ đo đin tr R
x
tng đi nh nên
dùng s đ hình a), còn đo đin tr R
x
tng đi ln thì dùng s đ hình b).
- o đin tr bng vônmét và đin tr mu R
0
(H.13.2):

Hình 13.2. o đin tr bng vônmét và đin tr mu
in tr R
x
cn đo mc ni tip vi đin tr mu R
0
(có đ chính xác cao) và
ni vào ngun U. Dùng vônmét đo đin áp ri trên R
x
là U
x
và đin áp ri trên

đin tr mu là U
0
.
Da trên giá tr các đin áp đo đc tính ra giá tr đin tr cn đo R
x
:
0
00
0
0
.R
U
U
R
R
U
R
U
II
x
x
x
x
x
=⇔=⇔=
Sai s ca phép đo đin tr này bng tng sai s ca đin tr mu R
0
và sai s
ca vônmét (hoc dng c đo đin áp).
- o đin tr R

x
bng mt ampemét và đin tr mu (R
0
) (H.13.3):

Hình 13.3. o đin tr bng mt ampemét và đin tr mu
in tr R
x
cn đo ni song song vi đin tr mu R
0
và mc vào ngun cung
cp U. Dùng ampemét ln lt đo dòng đin qua R
x
là I
x
và dòng qua R
0
là I
0
.
Da trên giá tr các dòng đin đo đc tính ra giá tr đin tr cn đo R
x
:
0
0
000
... R
I
I
RRIRIUU

x
xxxx
=⇔=⇔=

GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 13: O CÁC THÔNG S MCH IN
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 3
Sai s ca phép đo này bng tng sai s ca đin tr mu R
0
và sai s ca
ampemét (hoc dng c đo dòng đin).
13.1.2. Các phng pháp trc tip:
 đo trc tip đin tr thng s dng Ôm k (Ohmmeter).
Nguyên lý ca ôm k: xut phát t đnh lut Ôm (Ohm’s Law):
I
U
R =

Nu gi cho đin áp U không thay đi thì da vào s thay đi dòng đin qua
mch khi đin tr thay đi có th suy ra giá tr đin tr cn đo. C th nu dùng
mch đo dòng đin đc khc đ theo đin tr R thì có th trc tip đo đin tr
R. Trên c s đó ngi ta ch to các ôm k đo đin tr.
Phân loi ôm k: ph thuc vào cách sp xp s đ mch đo ca ôm k có
th chia ôm k thành hai loi:
̇ Ôm k ni tip
̇ Ôm k song song
13.2. Ohm k (Ohmmeter).
13.2.1. Ôm k ni tip:
Là ôm k có đin tr cn đo R
x
đc ni tip vi c cu ch th t đin

(H.13.4a):

Hình 13.4. Ôm k ni tip:
a) S đ mch đo ; b) c tính thang chia đ
Các ôm k s đ ni tip thng dùng đ đo các đin tr có giá tr  tr lên.
Trong s đ cu to có R
p
dùng đ bo đm sao cho khi R
x
= 0 thì dòng qua
c cu ch th là ln nht (lch ht thang chia đ), tác dng là đ bo v c cu
ch th khi dòng quá ln. Giá tr đin tr bo v quá dòng R
P
đc tính:
ct
ct
P
ct
ctP
r
I
U
R
I
U
rR −=⇒=+
max
0
max
0

vi mt c cu nht đnh s có I
ctmax
= I
ctđm
nht đnh và r
ct
= r
ctđm
nht đnh
in tr trong ca ôm k: mi ôm k cng có đin tr trong nht đnh, đc
tính nh sau:
max
0
ct
Pct
I
U
RrR =+=
Ω

GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 13: O CÁC THÔNG S MCH IN
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 4
nh vy: khi R
x
= 0:
Pct
ct
Rr
U

R
U
I
+
==
Ω
00
max

khi R
x
≠ 0:
xPct
ct
RRr
U
I
++
=
0
→ 0 khi R
x
→ ∞
T nhn xét trên ta có th v đc tính thang chia đ ôm k ni tip nh hình
13.4b. Ta nhn thy rng thang chia đ ca ôm k ngc vi thang chia đ ca
vônmét (khi cùng s dng mt c cu ch th: ví d nh trong đng h vn nng
ch th kim).
Sai s ca ôm k do ngun cung cp: t biu thc tính I
ct
thy rng đ ch

ca ôm k rt ph thuc ngun cung cp U
0
thng bng pin hoc cquy, nu
ngun thay đi giá tr s gây sai s rt ln.
Ví d: Nu R
x
= 0 (chp hai đu que đo) vì U
0T
<U
0
chun ban đu thì kim
ôm k không ch zêro (chú ý là kim ch zêro khi dòng I
ct
ln nht).
 khc phc điu này ngi ta có th thay đi t cm B trong nam châm vnh
cu (dng sun t) sao cho B.U = const. Tuy nhiên trong các dng c vn nng
không th dùng bin pháp này đc mà thng hn ch sai s do ngun bng
cách đa vào s đ cu trúc ca đng h đo mt chit áp hoc bin tr R
M
đ
chnh zêrô khi R
x

= 0 (chit áp R
M
trên hình 13.5).
Ôm k ni tip hn ch sai s do ngun bng bin tr R
M
mc ni tip vi
c cu ch th: hình 13.5a là s đ ôm k ni tip có bin tr R

M
mc ni tip vi
c cu ch th:

Hình 13.5. Ôm k ni tip hn ch sai s do ngun:
a) bin tr R
M
mc ni tip vi c cu ch th
b) bin tr R
M
mc song song vi c cu ch th
Vi s đ này ngi ta tính các phn t ca mch nh sau:
Xác đnh đin tr ph R
p
sao cho khi R
x
= 0 vi U
0
= U
0min
thì kim ch th
lch toàn thang đo, lúc đó R = 0 (tc là không cn chit áp).
ct
ct
P
r
I
U
R −=
max

min0

Khi làm vic có th U
0
> U
0min
, dòng I
ctmax
có th tng nu gi nguyên giá tr
các thông s ca mch nh đã tính toán  trên. Mun cho I
ctmax
không thay đi
thì phi điu chnh R
M
sao cho R có giá tr phù hp vi thông s đã tính. Vy đ
tha mãn yêu cu thang đo ca ôm k thì đin tr toàn phn ca bin tr R
M
đc
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 13: O CÁC THÔNG S MCH IN
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 5
tính:
max
min0max0
ct
M
U
UU
R
−
≥

tc là phi đm bo điu kin chnh zêrô khi U
0
= U
0max
.
in tr vào ca ôm k s là:
R
Ω
= R
P
+ R + r
ct
=
maxct
0
I
U

Nh vy đin tr vào ca ôm k thay đi theo s thay đi ca áp ngun cung
cp. Mi thang đo ca ôm k phù hp vi mt tr vào nht đnh. Do đó khi đin
áp thay đi s gây sai s ph cho phép đo. Sai s này đc xác đnh bi s thay
đi tng đi ca đin áp ngun.
Ôm k ni tip hn ch sai s do ngun bng bin tr R
M
mc song song
vi c cu ch th: hình 13.5b là s đ ôm k ni tip có bin tr ni song song
vi c cu ch th.
Tính toán các phn t ca mch sao cho khi R
x

= 0, U
0
= U
0min
mun dòng
qua ch th lch ht thang đo (I
ctmax
) thì phi điu chnh bin tr sao cho nó có giá
tr ln nht (R = R
M
).
Nu U
0
> U
0min
vi điu kin nh trên thì I
ctmax
s tng (quá thang đo), khi đó
phi chnh bin tr sao cho I
ctmax
không thay đi tc là ôm k ch zêrô.
in tr vào ca ôm k theo s đ này là:
ct
ct
P
rR
rR
RR
+
+=

Ω
.

T biu thc này thy rng trong quá trình điu chnh zêrô bng bin tr R
M
thì
đin tr vào ca ôm k cng thay đi theo. Tuy nhiên s thay đi này không th
vt quá giá tr r
ct
và do R
p
<< r
ct
nên đin tr vào ca ôm k loi này ít ph
thuc đin áp cung cp và khi áp cung cp thay đi c 20÷30% thì sai s ph ch
vài %.
Ôm k s đ ni tip nhiu thang đo (H.13.6a,b): ôm k nhiu thang đo
đc ch to theo nguyên tc: chuyn t gii hn đo này sang gii hn đo khác
bng cách thay đi đin tr vào ca ôm k mt s ln xác đnh sao cho khi R
x
= 0
kim ch th vn bo đm lch ht thang đo (ngha là dòng qua c cu ch th bng
giá tr đnh mc ca c cu t đin đã chn).
Thng m rng gii hn đo ca ôm k bng cách dùng nhiu ngun cung cp
và các đin tr phân nhánh dòng (đin tr sun) cho các thang đo khác nhau.
Ôm k nhiu thang đo dùng nhiu ngun cung cp: có s đ nguyên lý nh
hình 13.6a (ví d  đây có hai thang đo ng vi giá tr 1 và 2).
Vi gii hn đo 1: khoá chuyn mch B đt  v trí 1: khi đó
R
p1

= R
Ω1
- R
ab
và ngun cung cp ca thang đo này là U
1
.
in tr R
ab
là đin tr tng đng ca r
ct
mc song song vi R (mt phn t
ca R
M
). Thng chn R ≈ 0,75 R
M
.
Khi chuyn t gii hn đo 1 sang gii hn đo 2 (đo R
x
ln hn  gii hn đo
1): đt B  v trí 2. Lúc này R
Ω2
= 10R
Ω1
. T đó đin tr ph ca mch cng thay
GIÁO ÁN_K THUT O LNG CHNG 13: O CÁC THÔNG S MCH IN
GV: Lê Quc Huy_B môn T-L_Khoa in 6
đi:
abp
RRR

−=
Ω22

Vi giá tr các thông s nh trên, đ đm bo kim ch th lch ht thang đo, yêu
cu ngun cung cp U
2
cng phi tng tng ng, tc là: U
2
= 10U
1
.

Hình 13.6a. Ôm k s đ ni tip nhiu thang đo dùng nhiu ngun cung cp
Khi s dng ngun đin áp cao và ch th đ nhy thì R

có th đt hàng chc
M hoc ln hn. Có th dùng s đ này đ m rng gii hn thang đo v phía
đin tr nh vi điu kin có th gim ngun cung cp xung N ln.
Ôm k nhiu thang đo ch dùng mt ngun cung cp và đin tr phân nhánh
dòng: khi đin tr vào ca ôm k R

không ln lm (c k hoc nh hn) thì có
th to ôm k nhiu thang đo ch dùng mt ngun cung cp và đin tr phân
nhánh dòng có s đ nh hình 13.6b:

Hình 13.6b. Ôm k nhiu thang đo ch dùng mt ngun cung cp
và đin tr phân nhánh dòng
 s đ này v trí 1 dùng đ đo đin tr ln và v trí 2 dùng đo đin tr nh hn.
Khi chuyn t v trí 1 sang v trí 2 thì đin tr vào ca ôm k R


phi nh đi
N ln (ví N = 10), tc là R
2
= 0,1.R
1
, lúc đó nu R
x
= 0 thì dòng trong mch s
tng lên 10 ln: I
2
= 10.I
1
.
 đm bo dòng qua ch th không đi thì phi mc thêm các đin tr phân
nhánh dòng (R
1
, R
2
) song song vi c cu ch th.
13.2.2. Ôm k s đ song song:
Cu to: theo s đ nguyên lý nh hình 13.7. B phn ch th ca ôm k ni