TÀI LIỆU KĨ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN

CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
Bài 1
KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG. CÁC CƠ CẤU ĐO LƯỜNG THÔNG DỤNG
1.1 Lý luận chung về đo lường
1.1.1 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 thơng 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 q trình đo lường
- Chuyển đơn vị, mã hố để có kết quả bằng số so với đơn vị
Vậy q trình đo có thể viết dới 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
1.1.2 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.

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

1


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

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 Vơn 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.
Ví dụ: Đo điện trở dùng Vơn 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. 2 Các đặc trưng của kỹ thuật đo lường
Trong kỹ thuật đo lường chứa đựng các đặc trưng sau đây: đại lượng đo, điều kiện
đo, phương pháp đo, thiết bị đo, người quan sát hoặc các thiết bị thu nhận kết quả đo.

Các đặc trưng này là những yếu tố cần thiết không thê thiếu được của kỹ thuật đo
lường.
1.2.1 Đại lượng đo (hay tín hiệu đo)
Là một thơng số đặc trưng cho đại lượng vật lý cần đo.
 Theo tính chất thay đổi của đại lượng có thể chia ra:
- Đại lượng đo tiền định: là đại lượng đo đã biết trước quy luật thay đổi theo thời
gian của chúng, nhưng một hoặc nhiều thông số chưa biết, ví dụ : cần đo độ lớn( biên độ)
Đại lượng đo thường là tín hiệu một chiều hay xoay chiều hình sin hay xung
vng. Các thơng số thường là biên độ, góc pha, tần số,...
- Đại lượng đo ngẫu nhiên: là đại lượng đo mà sự thay đổi theo thời gian không
theo một quy luật nào cả. Nếu ta lấy bất kỳ đại lượng nào thì cũng là đại lượng ngẫu
nhiên. Ta thấy trong thực tế đều là đại lượng ngẫu nhiên, nhưng trong chừng mực nào đó
ta giả thiết trong suốt thời gian đo tì đại lượng đo khơng đổi hoặc thay theo quy luật hoặc
thay đổi chậm. Nếu thay đổi theo tần số nhanh thì ta phải sử dụng phép đo thống kê.
 Theo cách biến đổi đại lượng đo:
- Đại lượng đo liên tục hay đại lượng đo tượng tự (analog)
- Đại lượng đo rời rạc hay đại lượng đo số ( digital)
 Theo bản chất của đại lượng:
- Đại lượng đo năng lượng: tín hiệu đơ mà bản thân nó mang năng lượng. Ví dụ
sức đện động, điện áp, dịng điệncơng suất, năng lượng, từ thơng, cường độ từ trường.

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

2


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

- Đại lượng đo thông số: các thông số của mạch điện như điện trở, điện cảm, điện
dung, hệ số từ trường.

- Đại lượng đo phụ thuộc thời gian: như chu kỳ, tần số, góc pha,...
- Đại lượng đo không điện: cần chuyển đổi đo lường sơ cấp, nhờ vậy ta có tín hiệu
ra Y tỉ lệ với tín hiệu cần đo: Y =f(X)
Tín hiệu đo: là loại tín hiệu mang đặc tính thơng tin về đại lượng đo vì thế có khi
người ta coi tín hiệu đo làm đại lượng đo.
1.2.2 Điều kiện đo
Các thông tin đo lường bao giờ cũng gắn chặt với môi trường sinh ra đại lượng đo,
do vậy khi đo phải tính đến sự ảnh hưởng của mơi trường đến kết quả đo và khi dùng
dụng cụ đo không được để dụng cụ đo ảnh hưởng đến đối tượng đo
Ví dụ : khi đo dòng điện cần yêu cầu RA phải rất nhỏ, càng nhỏ càng tốt để tránh
sai số lớn.
Ngồi ra mơi trường ảnh hưởng rất lớn đo đó những yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, ...
cần nằm trong điều kiện chuẩn được quy định theo từng quốc gia, là khoảng biến động
của các yếu tố trong suốt thời gian đo của dụng cụ vẫn đảm bảo chính xác. Đối với mỗi
dụng cụ đều có khoảng tiêu chuẩn ghi trong các đặc tính kỹ thuật của nó.
1.2.3 Đơn vị đo
Dùng hệ đơn vị quốc tế SI ( năm 1996) - Xem phần cuối.
1.2.4 Thiết bị đo và phương pháp đo
a. Thiết bị đo: là thiết bị kỹ thuật dùng để gia cơng tín hiệu mang thơng tin đo
thành dạng tiện lợi cho người quan sát. Thiết bị đo gồm nhiều loại đó là: thiết bị mẫu, các
chuyển đổi đo lường, các dụng cụ đo lường…
b. Phương pháp đo gồm phương pháp đo biến đổi thẳng và phương pháp đo so
sánh.
1.2.5 Người quan sát
Đó là người đo và gia công kết quả đo. Nhiệm vụ của người quan sát là khi đo
phải nắm được phương pháp, am hiểu về thiết bị đo mà mình sử dụng, kiểm tra điều kiện
đo, phán đoán về khoảng đo để chọn thiết bị cho phù hợp, chọn dụng cu đo phù hợp với
sai số yêu cầu, điều kiện môi trường xung quanh. Biết điều khiển quá trình đo để cho kết
quả mong muốn và nắm được phương pháp gia công kết quả đo để tiến hành gia công số
liệu thu được sau khi đo. Biết xét đoán kết quả xem đã đạt hay chưa, có cần phải đo lại

hay khơng.
1.2.6 Kết quả đo
Kết quả đo ở một mức dộ nào đó có thể coi là chính xác . Mọi giá trị như vậy được
gọi là giá trị ước lượng. Nghĩa là giá trị được xác định bởi thực nghiệm nhờ dụng cụ đo.
Kết quả đo là những con số kèm theo đơn vị đo hay những đường cong tự ghi

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

3


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

1.3 Phương pháp đo
Tất cả bốn phép do ở mục 1.1.2 có thể đo theo các phương pháp khác nhau tuỳ
thuộc vào độ chính xác u cầu, điều kiện thí nghiệm, thiết bị hiện có,...
1.3.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng
Là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng (có nghĩa là khơng
có khâu phản hồi ) hình 1.1:

Trước tiên đại lượng đo X được đưa qua một hay nhiều khâu biến đổi và cuối
cùng được biến đổi thành số NX . Còn đơn vị của đại lượng đo X0 cũng được biến đổi
thành số N0 (ví dụ khắc độ trên mặt dụng cụ đo tương tự). Quá trình này được gọi là quá
trình khắc độ theo mẫu N0 được ghi nhớ lại.
Sau đó diễn ra q trình so sánh giữa đại lượng cần đo với đơn vị của chúng. Quá
trình này được thực hiện bằng một phép chia:
NX
N0

Kết quả đo được thể hiện bằng biểu thức : X=

NX
X0
N0

Dụng cụ đo biến đổi thẳng có sai số tương đối lớn vì tín hiệu qua khâu này sẽ có
sai số bằng tổng các sai số các khâu. Vì thế sử dụng dụng cụ đo này để đo kiểm với độ
chính xác khơng cao.
1.3.2 Đo so sánh
Là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vịng (có nghĩa là cú khõu
phn hi) - hỡnh 1.2:
X

BĐTG

XX

X

SS

BĐ

A/D

Nk

Xk

D/A

Hình 1.2

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

4


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Trong hệ thống đo kiểu so sánh đại lượng vào X được biến thành đại lượng trung
gian XX qua một phép biến đổi T:
XX = T.X
Sau đó XX được so sánh với đại lượng bù XK thực hiện một phép trừ:
XX – XK = X
Ta có thể căn cứ vào cách thực hiện thao tác so sánh trong quá trình đo để phân
loại phương pháp đo:
a. So sánh cân bằng.
Đại lượng vào so sánh XX = const, đại lượng bù XK = const, X= 0, XX = XK.
Ví dụ: Cầu đo, điện thế kế cân bằng,...
b. So sánh không cân bằng (hay phương pháp vi sai)
Giống trên nhưng X ≠ 0. Ví dụ: đo ứng suất, nhiệt độ,...
c. So sánh không đồng thời.
Đại lượng đo X gây ra trên thiết bị đo một trạng thái nào đó; sau đó thay bằng đại
lượng mẫu XK và cũng tạo một trạng thái như vậy trên thiết bị đo. Trong điều kiện đó ta
có X = XK mà khơng phụ thuộc điều kiện bên ngồi.
d. So sánh đồng thời
So sánh cùng một lúc nhiều điểm của X với XK; căn cứ vào điểm trùng nhau ta
được đại lượng cần đo.
1.4 Sai số, cách biểu diễn kết quả đo.

1.4.1 Sai số của phép đo.
Việc xác định sai số của phép đo là xác định độ tin tưởng của kết quả đo - là mộ
trong những nhiệm vụ cơ bản của đo lường.
Theo cách thể hiện bằng số ta chia ra:
a) Sai số tuyệt đối: giả sử X là giá trị đo được, Xth là giá trị thựccủa đại lượng cần
đo, độ lệch giữa giá trị đo và giá trị thực gọi là độ sai lệch.
 = X - Xth
Qua nhiều lần đo,  không vượt quá một giá trị là X thì X được gọi là saii số
tuyệt đối của phép đo. Đói với một thiết bị đo sai số tuyệt đối được xác định khi kiểm tra
nó là sai lệch lớn nhất giữa giá trị đo và giá trị chuẩn.
X = max [i]
Viết kết quả đo khi dùng một dụng cụ đo ta viết giá trị đo được bởi dụng cụ kèm
theo một sự sai lệch bằng sai số tuyệt đối:
X = Xđo  X
b) Sai số tương đối: Để đánh giá tính chính xác của một phép đo hay mộtj thiết bị
đo ta dùng sai số tương đối.

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

5


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

=

X
X

Lúc đo bằng một thiết bị cụ thể ta thấy sai số tuyệt đối vấp phải là sai số tuyệt đối

của thiết bị đo, do vậy khi đo đại lượng X có giá trị nhỏ hơn so với giá trị định mức của
thiết bị Xm thì sai số tương đối sẽ lớn
Sai số tương đối khơng thể dùng đánh giá tính chính xác của một thiết bị đo.
c) Sai số tương đối quy đổi, cấp chính xác.
Được xác định:
 

X
X
; % 
.100%
Xm
Xm

Xm là giá trị định mức của dụng cụ đo, cũng là giá trị lớn nhất của thang đo của
thiết bị có sai số X.
- Sai số tương đối quy đổi không phụ thuộc vào đại lượng đo mà phụ thuộc vào
dụng cụ. Do vậy có thể đánh giá tính chính xác của dụng cụ
- Thiết bị đo nào có sai số tương đối quy đổi  % bé hơn giá trị quy định (thuộc
từng nước) được xếp vào cấp chính xác của quy định đó.
Ví dụ sai số là 1, có sai số tương đối quy đổi  % ≤ 1%
Độ chính xác của thiết bị đo A được xác định:
A

1





Xm
;
X

1.4.2 Biểu diễn kết quả đo
Phép đo nào cũng có sai số, vì thế không thể đo được giá trị đúng. Các thiết bị đo
chỉ cho ta biết giá trị đúng nằm trong khoảng nào đấy.
Viết kết quả đo là: X = Xth  X; có nghĩa
là giá trị đo được X nằm trong khoảng:
Xth - X ≤ X ≤ Xth + X
Xử lý kết quả đo là xác định Xth, X và độ
đáng tin cậy của phép đo đó hình 1.3.
a) Xác định Xth.
- Trường hợp đại lượng đo chứa nhiều tính
chất ngẫu nhiên hay bị ảnh hưởng nhiều của nhiễu:
X th  X 

X 1  X 2  ...  X n
n

- Trường hợp đại lượng cần đo bằng const trong quá trình đo, ta lấy giá trị Xth là
kết quả của một lần đo.
b) Xác định X.
Cần xác định sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên:
Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

6


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Xi = Xht + i;

Xht : sai số hệ thống
i

: sai số ngẫu nhiên

Với phép đo nhiều lần đo ta có sai số tuyệt đối trung bình:
X  M X i   M X ht   M  i 

M [Xht] là kỳ vọng của sai số hệ thống
M [i] kỳ vọng của sai số ngẫu nhiên; sẽ bị triệt tiêu qua nhiều lần đo
Như vậy sai số hệ thống sẽ bằng kỳ vọng của các sai số tuyệt đối của phép đo (sai
số hệ thống có thể loai trừ hay hiệu chỉnh được theo quy luật sai số)
1.5 Các đặc tính cơ bản của dụng cụ đo
1.5.1 Sai số của dụng cụ
Có thể phân ra:
- Sai số hệ thống (sai số cơ bản): không đổi hay thay đổi theo quy luật.
- Sai số ngẫu nhiên (sai số phụ): giá trị thay đổi rất ngẫu nhiên do biến động môi
trường (t0, p, độ ẩm,...)
1.5.2 Độ nhạy
Độ nhạy của một dụng cụ đo được tính bằng:
S

Y
X

Nêu nên sự biến thiên của đại lượng đầu ra Y so với sự biến thiên nhỏ ở đầu vào
X.

- 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.
- Trong trường hợp S là hàm của X thì quan hệ
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.

Y
Y=f(X)

Y

X
X
H×nh 1.4

- 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 khơng thể xác định được.
Nguyên nhân do ma sát, hiện tượng trễ,.....
 : 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) hình 1.5

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

7

CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Khả năng phân ly:
R

X max  X min





D



1.5.3 Độ chính xác
Tiêu chuẩn quan trọng nhất của thiết bị đo
là tính chính xác của nó:
A

1





Xm
D


X X

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

D



1.5.4 Độ tác động nhanh - Thời gian hồi đáp
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) hình 1.6
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.
1.5.5 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 phai lớn khi mà tín hiệu ra của
khâu trước đó dưới dạng điện áp ( nghĩa
là dịng nhỏ và cơng suất tiêu thụ ít nhất).

Ví dụ vơnmét phải có RV >> thì càng tốt.
b) Điện trở ra: Xác định cơng suất
có thể truyền tải cho chuyển đổi tiếp theo.
Điện trở ra càng nhỏ thì cơng suất càng
lớn.

1.5.6 Độ tin cậy
Phụ thuộc vào các yếu tố: linh kiện, kết cấu, điều kiện làm việc.

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

8


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

1.6 Cơ cấu chỉ thị của dụng cụ đo tương tự
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 khơng đều
Phương trình đặc tính thang đo:
- Mơ men quay: Khi có dịng 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 cơng cơ học:
dA = Mq.d
Theo định luật bảo tồn năng lượng: dA = dWe
Suy ra: M q 

dWe
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
- Mơ men cản hình 1.8:

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

9


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Dưới tác động của Mq, nếu khơng có gì cản thì

phần động sẽ quay đi một góc lớn nhất có thể,
khơng phụ thuộc mơ men quay lớn hay bé. Để xác

M
Mq

Mc

định quan hệ chặt chẽ giữa góc quay  và mơ men
quay Mq ( do đó với đại lượng cần đo X) cần có
một mơ men tác động ngược chiều với mô men
quay gọi là mô men cản (Mc). Ta dễ dàng tạo một

c

mô men tỷ lệ với  nhờ lò xo xoắn, dây căng, dây

H×nh 1.8

treo:
Mc = D. 
Trong đó:
D - mơ men cản riêng của lị xo (phụ thuộc vào vật liệu, kích thước)
- 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:
dWe
 D.
d

Ta có phương trình đặc tính thang đo:


1 dWe
.
D d

Phương trình đặc tính thang đo cho biết có thang đo đều hay khơng đều. Nhưng
khơng 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
Mq
Mc
X=X
nghiệm xây dựng các đường cong mô men quay
m

X=0,8Xm

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

X=0,6Xm
X=0,4Xm

c4

c3

c2

c1

Thang đo
theo đ/vị X

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.

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

H×nh 1.9

10


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

 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.

- Mơ 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 qn 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 = Mơđ
Q trình ngược lại: 2 = c - ; mơ men

M
Mc

tác động:

Môđ

Môđ

Mq - Mc = Môđ
Mô men ổn định tác động lên phần động để

Mq

kéo phần động trở về vị trí cân bằng c. Chiều của
mơ men ổ định là chiều của mơ men có trị số nhỏ
c2
c
c1
hơn.
H×nh 1.10
- Mơ men ma sát: ( với phần đông dùng
dây căng , dây treo không xét đến mô men ma sát). Ta xét cơ cấu trục, trụ. hình 1.11:

+. Khi phần động từ  = 0 đến c do
có ma sát nên không đến được c mà dừng lại

Mc + Mms

M

ở 1 :

Mc

- Mc + Mq = Mms
Hay: Mq - Mc - Mms = 0
+. Quá trình đại lượng đo giảm, phần

Mms Mc - Mms

Mms

động từ max về 0, do ma sát nó dừng ở 2
trước khi về c. Phương trình cân bằng:
Mc - Mq = Mms

1

Mq

ms

ms

c

2

H×nh 1.11

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 Mơđ ngược với Mms; Mơđ có khuynh hướng kéo phần
động về vị trí cân bằng, cịn mơ men ma sát có khuynh hướng ngựơc lại. Khi Mơđ = Mms
thì kim dừng ở vị trí  nào đó khác c
Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

11


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

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

Trục quay

Trụ quay

Hình 1.12
Trục và trụ là hai bộ phận rất quan trọng của các cơ cấu: nó đảm bảo cho phần

động quay (kim chỉ, lị xo phản, khung quay,...). Chất lượng của chúng quyết định sai số
do ma sát.
-

Trục: được làm bằng thép trịn đường kính 0,8 1,5 mm,  = 45  600, tận cùng
bán kính 0,05  0,3mm; có độ cứng cao.

Trụ: Làm bằng đá cứng, mặt trụ được khoét nón lõm có góc đỉnh bằng 80o trụ có
thể được điều chỉnh lên xuống.
b) Lị xo phản kháng.
- Cơng dụng:
+ Đưa dịng vào khung dây (từ điện, điện động, sắt điện động)
+ Tạo ra mômen cản cân bằng với mômen quay.
Yêu cầu: Để đảm bảo chỉ thị được chính xác mơmen cản riêng
D của lị xo phải ổn định ( trị số của nó khơng thay đổi theo thời gian
Hình 1.13
và nhiệt độ). Để đạt được yêu cầu
trên lò xo thường được chế tạo từ những vật liệu có khả năng đàn hồi lớn.
- Đặc điểm:
+ Có dạng hình xoắn ốc (Hình 1.13)
+ Đầu trong của lị xo gắn với trục quay, đầu ngồi gắn với bộ điều chỉnh O của
kim cố định trên trục quay.
+ Trong một cơ cấu chỉ thị có hai lò xo phản kháng ngược chiều nhau.
c) Kim chỉ thị (Hình 1.14).
-

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

12

CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Cơng dụng: chỉ thị góc quay  .
Yêu cầu: Kim phải nhẹ, bền vững, không bị han rỉ
nên được chế tạo bằng nhôm, hợp kim nhơm hoặc có thể làm
bằng thuỷ tinh.
Đặc điểm: Hình dạng của kim phụ thuộc vào cấp
chính xác của dụng cụ đo và khoảng cách để đọc kết quả đo.
Hình 1.14
d) Thang đo.
- Là mặt khắc độ: Trên mặt màu trắng người ta khắc độ màu đen và ngược lại.
Nếu dụng cụ dùng làm việc cả ngày lẫn đêm thì khắc vạch bằng chất phát quang.
- Góc lệch của kim phụ thuộc vị trí đặt, độ chính xác.
- Phía dưới của thang đo luôn luôn đặt một gương để tránh sai số (khi đọc quan sát
kim trùng với bóng của nó).
e) Bộ phận cản dịu.
- Cơng dụng: Dùng để nhanh chóng chóng
xác lập kết quả đo bằng cách hạn chế sự dao động
của kim xung quay vị trí cân bằng.
- Cấu tạo: Có hai loại cản dịu (Hình 1.15).
+. Cản dịu khơng khí: gồm một hộp kín
Hình 1.15
có cánh chuyển động liền với trục, khi phần động chuyển động thì cánh chuyển tạo ra sự
chênh lệch ở bên trong về áp suất và nhanh chóng dừng lại.
+. Cản dịu cảm ứng từ: gồm lá nhơm gắn liền phần động có hình quạt di chuyển
trong khe hở của một nam châm vĩnh cửu tạo nên một dòng cảm ứng. Do sự tác động
tương hỗ giữa dòng điện từ trường của nam châm tạo một lực chống lại sự chuyển động
của phần động.
1.6.2 Cơ cấu từ điện

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

13


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Hình 1.16
a) Cấu tạo.(Hình 1.16)
Phần tĩnh: Nam châm vĩnh cửu, mạch từ và cực từ, lõi sắt non hình trụ. Giữa hai
cực từ là khe hở làm việc. 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 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 hoặc dây treo; trên trục
có gắn hai lị xo phản; Kim chỉ thị được gắn chặt trên trục quay hoặc dây treo. Phía sau
kim chỉ thị có mang đối trọng để sao cho trọng tâm của kim chỉ thị nằm trên trục quay
hoặc dây treo; thang đo.
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. Mơ 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:
We = .I

Mà ta có:

 = Bsw

Trong đó:
B: độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu.
s: diện tích khung dây.
w: số vịng của khung dây.
: góc lệch của khung dây.

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

14


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Do đó:

Mq =

d (Ø I)
d ( BswI )
=
= 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 dịng điện I.
c) Đặc điểm của cơ cấu chỉ thị từ điện.
- Góc quay  tỷ lệ thuận với dịng 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.
- Độ nhạy S =

1
Bsw của cơ cấu cao vì có từ trường lớn; Thơng thường người ta
D

dùng hằng số của dụng cụ C theo dòng hoặc áp. Ví dụ hằng số theo dịng C I 

1
A/mm,
SI

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 ngồi khơng đáng kể, cơng 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 dịng 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.
1.6.3 Cơ cấu chỉ thị điện từ

a) Cấu tạo.
- Loại cuộn dây dẹt: (Hình 1.17).
Phần tĩnh: là một cuộn dây phẳng, bên trong có khe hở khơng khí là khe hở làm
việc.

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

15


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

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 khơng khí (4) được gắn vào trục
quay. Kim 6 và đối trọng 7 cũng được gắn lên trục quay. Kim quay trên bảng khác độ 8.
Mơmen cản được tạo bởi hai lị xo 3 ngược chiều nhau.
- Ngồi ra cịn loại cuộn dây trịn hình 1.18

Hình 1.17

Hình 1.18

b) Ngun lý hoạt động.
Khi cho dịng điện I chạy vào cuộn dây, xuất hiện mômen quay được xác định:
Mq =

dWe
d

LI 2
Năng lượng trong cuộn 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 đặc tính thang đo cơ cấu điện từ.
2 D d

c) Đặc điểm.
- Góc quay  tỷ lệ với bình phương của dịng điện, tức là khơng phụ thuộc vào
chiều của dịng điện do vậy cơ cấu chỉ thị điện từ có thể đo trong mạch xoay chiều và một
chiều.

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

16


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

- Thang đo không đều do đặc tính bậc hai. Đặc
dL
tính của thang đo cịn phụ thuộc vào tỷ số
là một
d

đại lượng phi tuyến. Để lm cho c tớnh thang o u
thỡ t s

L,I

I2

Đặc tính
thang ®o

dL/d

dL
phải thay đổi theo quy luật ngược với bình
d

phương của dịng điện, tổng hợp sẽ có đường tuyến tính
hình 1.19. Để đạt được điều này cần phải tính tốn
mạch từ, kích

H×nh 1.19

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 khơng 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 cơng
nghiệp có cấp chính xác 1,0 và 1,5 và các dụng cụ nhiều thang đo ở phịng thí nghiệm
cấp chính xác 0,5 và 1,0. ở tần số cao cần tính tốn mạch bù.
1.6.4 Cơ cấu chỉ thị điện động
KÝ hiƯu:

a) Cấu tạo (Hình 1.20)
I1
- Phần tĩnh: gồm cuộn dây 1để tạo ra từ
trường khi có dịng 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
I2
lòng cuộn dây tĩnh. Khung dây 2 được gắn với
trục quay, trên trục cịn có lị xo cản, bộ phận
H×nh 1.20
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 khơng khí khi khơng có màn chắn từ bảo vệ
b) Ngun lý làm việc

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

17


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

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
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
=
. I 1 I2
d
d

ở vị trí cân bằng Mq = Mc nên:

Suy ra:

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

 Khi cho dịng điện xoay chiều vào cuộn dây ta có Mơmen quay tức thời là:
mqt =

dM12
i1i2
d

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

1t
 m qt dt
T0

Nếu i1 = I1msint và i2 = I2msin(t-):
T

dM 12
1
M q  I 1m I 2 m sin t sin(t   )

dt
T 0
d

Do đó:

Mq =

dM 12
I1I 2 cos 
d

Khi cân bằng thì: Mq = Mc:

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

18


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

dM 12
I1I 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 khơng 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 (khơng có vật liệu sắt từ nên khơng có dịng xốy).
- Nhược điểm: Cơng suất tiêu thụ lớn nên dùng trong mạch điện có cơng suất nhỏ
khơng thích hợp.
- Mq của cơ cấu khơng lớn vì từ trường của bản thân các cuộn dây sinh ra nhỏ , từ
thơng khép kín mạch qua khơng 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
cơng nghiệp, các pha kế để đo góc lệch pha hay hệ số cơng suất cos  .
** Cơ cấu chỉ thị sắt điện động: Hình 1.21
Về nguyên tắc cơ cấu sắt điện
động và điện động giống nhau. Nhưng ở
cơ cấu sắt điện động có thêm mạch từ ở
cuộn dây tĩnh bằng la thép kỹ thuật điện
hoặc ép chặt bột sắt từ có trộn chất điện
mơi.

Hình 1.21

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

19


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

1.6.5 Cơ cấu chỉ thị kiểu cảm ứng

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 dịng điện
chạy qua sẽ sinh ra từ trường móc vịng 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 nhơm) 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 dịng điện xốy 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 dịng điện lệch nhau một góc  (hình 1.23 )
Các từ thông  1 ,  2 cắt đĩa nhôm làm xuất hiện
I1

trong đĩa nhôm các suất điện động tương ứng E 1 , E 2 lệch
pha với các từ thơng một góc


2

I2

Các dịng điện xốy IX1, IX2 được sinh ra trong đĩa
nhôm lệch pha với E 1 , E 2 bởi góc  1 ,  2 vì ngồi điện trở
thuần cịn có thành phần cảm ứng.
Do sự tác động tương hỗ giữa từ thông  1 ,  2
các dịng điện xốy Ix1, Ix2 mà sinh ra các lực F1, F2 và các
mômen quay tương ứng làm quay đĩa nhơm.

Ix2

Ix1

E1

E2
H×nh 1.23

Giá trị tức thời của mơmen 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-  )
Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

20


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Vì phần động có qn tính lớn nên ta có mơmen 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 nhơm chỉ có điện trở thuần do đó các góc:  1   2  0
và  


2


. Vậy thì cos  = cos = 0. Do đó: M = 0 tức là mômen sinh ra giữa từ thông 1
2

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


2

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


2


2



2

=0
+) = - 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 mơmen tổng sẽ kéo đĩa
quay về một phía duy nhất. Nghĩa là mơmen 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 dịng điện xoáy sinh ra sẽ tỷ lệ với tần số f và từ thơng sinh ra nó.
Tức là:

Ix1 = C3.f. 1 và Ix2 = C4.f. 2

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 mơmen 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

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

21


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

- 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 cơng tơ đo năng lượng. Đơi
khi người ta cịn sử dụng để đo tần số.

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

22


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Bài 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

từ 10-1  10-2A với điện trở của cơ cấu từ 20 
2000. Vì vậy khi sử dụng cơ cấu này để đo các

R0
I0
I = I0 +IS

IS

Rs

dịng 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)
Dịng điện đo:
I = I m + IS

H×nh 2.1

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):
R0

R1

R2

R3

B
A

C
D

Hình 2.2

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

23

CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Để Ampemet có độ chính xác không thay đỏi 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
khơng thay đổi theo nhệt độ, trong khi đó điện trở cơ cấu var theo nhiệt độ:
R0 = R0o (1 + t)
0

R0 nội trở ở t C
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 .RA I .RAt
I .RS
I .RS



R0 o
R0
R0 o  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 .RS
R0 o . .t
R (1   t )  RS
R . .t
I 0
.
. 0o
100  0 o
100   t.100
100 
( R0 o  RS )  R0 o (1   t )  RS 
I .RS
R0 o
I0

I
RA

: dòng qua ampemet
: điện trở ampemet ở 00C

RAt

RS

: điện trở ampemet ở t0C
: điện trở Sun của ampemet ứng với dịng 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 vịng dây quấn cho cuộn dây tĩnh với số sức từ động không đổi:
F =I1.w1= I2.w2=... =In.wn.

a)

Hình 2.4

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

24


CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG

Mỗi cơ cấu điện từ được chế tạo với số ampe vịng nhất định (ví dụ: cuộn dây trịn có
số ampe vịng I.w = 200A.vịng, cuộn dây dẹt có I.w = 100  150A.vịng).
Hình 2.4a đo dịng điện nhỏ I, hình 2.4b đo dịng điện bằng hai lần dịng 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 cơng nghiệp
(400  2000Hz). Độ chính xác cao (0,2; 0,5). Có hai loại mạch Ampemet:
- Khi dịng 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.

- 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 dịng xoay chiều
Ngun 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 dịng AC thành địng 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).

Measurement and Sensor Technology: _ UTEHY. 2009

25