Giáo trình Kỹ thuật đo lường
BM/QT10/P.ĐTSV/04/04
Ban hành lần: 3
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
GIÁO TRÌNH
MÔ ĐUN: KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
NGHỀ: KỸ THUẬT LẮP RÁP VÀ SỬA CHỮA MÁY TÍNH
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐKTCN… ngày….tháng….năm
2020 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề tỉnh BR – VT
Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2020
0
MỤC LỤC
GIÁO TRÌNH ......................................................................................................0
LỜI GIỚI THIỆU..................................................................................................4
1. Khái niệm về đo lường điện........................................................................7
1.1. Khái niệm về đo lường..........................................................................7
1.2. Khái niệm về đo lường điện. ..................................................................7
1.3 Các phương pháp đo................................................................................8
2.1. Khái niệm về sai số. .............................................................................10
2.2. Các loại sai số.......................................................................................11
1. Nguyên lý đo điện áp.................................................................................14
1.1. Hình ảnh vôn kế. .................................................................................14
1.2. Nguyên lý đo điện áp............................................................................15
2.1 Cơ cấu đo từ điện. .................................................................................15
2.2. Cơ cấu đo điện từ .................................................................................16
2.3 Cơ cấu đo điện động..............................................................................17
3. Mở rộng thang đo Vôn mét ......................................................................19
3.1 Vôn mét từ điện.....................................................................................19
3.2 Vôn mét điện từ.....................................................................................20
3.3 Vôn mét điện động ................................................................................21
4. Đo điện áp xoay chiều (AC)......................................................................22
4.1. Vị trí lắp đặt Vôn kế.............................................................................22
5. Đo điện áp một chiều ( DC ) .....................................................................25
1. Nguyên lý đo dòng điện.............................................................................26
1.1. Hình ảnh ampe mét..............................................................................26
1.2. Nguyên lý đo dòng điện. ......................................................................27
3.1 Ampe mét từ điện..................................................................................31
3.2 Ampe mét điện từ..................................................................................33
3.3 Ampe mét điện động .............................................................................34
4.1. Vị trí lắp đặt Ampe kế..........................................................................34
1
1.2. Cách sử dụng thang đo .........................................................................40
1.4. Đo điện áp. ...........................................................................................42
1.5. Đo điện trở............................................................................................47
1.6. Kiểm tra diode......................................................................................48
1.7. Kiểm tra tụ điện....................................................................................49
2.1.Giới thiệu:..............................................................................................50
2.2. Nguyên lý hoạt động ............................................................................51
2.3.Đo điện áp .............................................................................................53
2.4. Đo dòng điện. .......................................................................................54
2.5. Đo điện trở............................................................................................55
2.6. Đo tần số...............................................................................................55
1. Cấu tạo .......................................................................................................56
1.1. Cấu tạo..................................................................................................65
1.3. Lắp đặt card test mainboar ...................................................................67
2.1. Cấu tạo..................................................................................................70
2
LỜI GIỚI THIỆU
Trong chương trình đào tạo nghề Kỹ thuật lắp ráp và sửa chữa máy tính
của trường cao đẳng Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa Vũng Tàu mô đun Kỹ thuật
đo lường là một mô đun giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề cho
học sinh. Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng
thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực
tế.
Nội dung của giáo trình “Kỹ thuật đo lường” bao gồm 6 bài:
Bài 1: Đại cương về đo lường điện
Bài 2: Lắp đặt đồng hồ đo điện áp
Bài 3: Lắp đặt đồng hồ đo dòng điện
Bài 4: Sử dụng đồng hồ vạn năng
Bài 5: Sử dụng máy hiện sóng
Bài 6: Sử dụng Card Test
Đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các
trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất
lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,.
Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới
và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt
yếu để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà giảng viên tự điều
chỉnh ,bổ xung cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình đào
tạo trung cấp .
Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc
chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng
góp ý kiến của các đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành.
Xin trân trọng cảm ơn!
Bà Rịa , ngày….tháng…..... năm2020
Tham gia biên soạn: Bùi Văn Vinh
3
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN
Tên mô đun: Đo Lường Điện
Mã mô đun: MĐ 13
*Vị trí, tính chất,ý nghĩa và vai trò của mô đun:
- Vị trí: Mô đun này học sau các MÔ ĐUN An toàn Vệ sinh công nghiệp; cấu
trúc máy tính .
- Tính chất: Là mô đun kĩ thuật chuyên môn, thuộc mô đun đào tạo nghề cơ sở
- Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Giúp cho người học có khả năng sử dụng được
một số dụng cụ đo lường thường gặp trong thực tế.
* Mục tiêu mô đun:
* Về kiến thức:
- Đo được các thông số và các đại lượng cơ bản của mạch điện.
- Sử dụng được các loại máy đo để kiểm tra, phát hiện hư hỏng của thiết bị/ hệ
thống điện.
- Gia công kết quả đo nhanh chóng, chính xác.
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
- Phát huy tính chủ động, sáng tạo và tập trung trong công việc.
* Về kỹ năng nghề:
- Giải thích các khái niệm về đo lường, đo lường điện.
- Nắm được các loại 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.
- Sử dụng và bảo quản được các loại: Đồng hồ đo VOM , máy hiện sóng, card
test main đúng tiêu chuẩn kỹ thuật.
- Lựa chọn, lắp đặt được đồng hồ đo dòng điện, điện áp đúng yêu cầu kỹ thuật.
- Đo các đại lượng điện bằng VOM , máy hiện sóng, card test main đúng yêu
cầu kỹ thuật.
* Về thái độ lao động:
- Rèn luyện tính chính xác, chủ động, nghiêm túc trong công việc.
Các kỹ năng cần thiết khác:
+ Phối hợp tốt trong làm việc nhóm.
*Nội dung mô đun:
4
BÀI 01: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN
Giới thiệu:
Bài 01 trình bày khái niệm đo lường, các phương pháp đo và các dạng sai số,
cách hạn chế sai số trong đo lường.
Mục tiêu:
- Giải thích các khái niệm về đo lường, đo lường điện.
- Nắm được các loại 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.
- Rèn luyện tính chính xác, chủ động, nghiêm túc trong công việc.
Nội dung:
1. Khái niệm về đo lường điện
1.1. Khái niệm về đo lường.
Trong quá trình nghiên cứu khoa học nói chung và cụ thể là từ việc nghiên
cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm cho đến khi vận hành, sữa chữa các thiết bị,
các quá trình công nghệ… đều yêu cầu phải biết rõ các thông số của đối tượng
để có các quyết định phù hợp. Sự đánh giá các thông số quan tâm của các đối
tượng nghiên cứu được thực hiện bằng cách đo các đại lượng vật lý đặc trưng
cho các thông số đó.
Đo lường là một quá trình đánh giá, định lượng về đại lượng cần đo để
có kết quả bằng số so với đơn vị đo.
Kết quả đo lường (Ax) là giá trị bằng số, được định nghĩa bằng tỉ số giữa đại
lượng cần đo (X) và đơn vị đo (Xo):
Ax = X/Xo.
Từ (1.1) có phương trình cơ bản của phép đo:
X = Ax .Xo
1.1
Chỉ rõ sự so sánh X so với Xo, như vậy muốn đo được thì đại lượng cần đo X
phải có tính chất là các giá trị của nó có thể so sánh được, khi muốn đo một đại
lượng không có tính chất so sánh được thường phải chuyển đổi chúng thành đại
lượng có thể so sánh được.
Ví dụ: đo được dòng điện I=5A, có nghĩa là: đại lượng cần đo là dòng điện I,
đơn vị đo là A(ampe), kết quả bằng số là 5.
1.2. Khái niệm về đo lường điện.
Đo lường điện là một quá trình đánh giá định lượng về các đại lượng điện
(điện áp, dòng điện, điện trở, điện dung, điện cảm, tần số, công suất, điện năng,
hệ số công suất… ) để có kết quả bằng số so với đơn vị đo.
5
1.3 Các phương pháp đo.
Định nghĩa:
Phương pháp đo là việc phối hợp các thao tác cơ bản trong quá trình đo, bao
gồm các thao tác: xác định mẫu và thành lập mẫu, so sánh, biến đổi, thể hiện kết
quả hay chỉ thị.
Phân loại:
Trong thực tế thường phân thành hai loại phương pháp đo:
- Phương pháp đo biến đổi thẳng.
- Phương pháp đo so sánh.
1.3.1 Phương pháp biến đổi thẳng.
- Định nghĩa:
Là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa là không
có khâu phản hồi.
- Quá trình thực hiện:
+ Đại lượng cần đo X qua các khâu biến đổi để biến đổi thành con số NX, đồng
thời đơn vị của đại lượng đo XO cũng được biến đổi thành con số NO .
+ Tiến hành quá trình so sánh giữa đại lượng đo và đơn vị (thực hiện phép chia
NX/NO),
Thu được kết quả đo:
AX = X/XO = NX/NO
(1.2)
X
Nx
N0
X
Nx
N0
BĐ
A/D
SS
X0
X0
Hình 1.1: Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng
Quá trình này được gọi là quá trình biến đổi thẳng, thiết bị đo thực hiện quá
trình này gọi là thiết bị đo biến đổi thẳng. Tín hiệu đo X và tín hiệu đơn vị XO
sau khi qua khâu biến đổi (có thể là một hay nhiều khâu nối tiếp) có thể được
qua bộ biến đổi tương tự-số A/D để có NX và NO , qua khâu so sánh có NX/NO.
Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn vì tín hiệu qua
các khâu biến đổi sẽ có sai số bằng tổng sai số của các khâu, vì vậy dụng cụ đo
loại này thường được sử dụng khi độ chính xác yêu cầu của phép đo không cao
lắm.
1.3.2 Phương pháp đo kiểu so sánh
- Định nghĩa: là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng, nghĩa
là có khâu phản hồi.
6
CT
X
Nx
X
0 0 0
SS
BD
A/D
XK
D/A
Hình 1. 2: Lưu đồ phương pháp đo biến đổi kiểm so sánh
- Quá trình thực hiện:
+ Đại lượng đo X và đại lượng mẫu XO được biến đổi thành một đại lượng vật
lý nào đó thuận tiện cho việc so sánh.
+ Quá trình so sánh X và tín hiệu XK (tỉ lệ với XO) diễn ra trong suốt quá trình
đo, khi hai đại lượng bằng nhau đọc kết quả XK sẽ có được kết quả đo. Quá trình
đo như vậy gọi là quá trình đo kiểu so sánh. Thiết bị đo thực hiện quá trình này
gọi là thiết bị đo kiểu so sánh (hay còn gọi là kiểu bù).
- Các phương pháp so sánh: bộ so sánh SS thực hiện việc so sánh đại lượng
đoX và đại lượng tỉ lệ với mẫu XK, qua bộ so sánh có: ∆X = X - XK. Tùy thuộc
vào cách so sánh mà sẽ có các phương pháp sau:
+ So sánh cân bằng:
oQuá trình thực hiện: đại lượng cần đo X và đại lượng tỉ lệ với mẫu XK =
NK.XO được so sánh với nhau sao cho ∆X = 0, từ đó suy ra X = XK = NK.XO
⇒ suy ra kết quả đo:
AX= X/XO = NK
(1.3)
Trong quá trình đo, XK phải thay đổi khi X thay đổi để được kết quả so sánh
là ∆X = 0 từ đó suy ra kết quả đo.
o Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK và độ nhạy của thiết bị
chỉ thị cân bằng (độ chính xác khi nhận biết ∆X = 0).
Ví dụ: cầu đo, điện thế kế cân bằng …
+ So sánh không cân bằng:
o Quá trình thực hiện: đại lượng tỉ lệ với mẫu XK là không đổi và biết trước,
qua bộ so sánh có được ∆X = X - XK, đo ∆X sẽ có được đại lượng đo X = ∆X +
XKtừ đó có kết quả đo:
AX = X/XO = (∆X + XK)/XO
o Độ chính xác: độ chính xác của phép đo chủ yếu do độ chính xác của XK
quyết định, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ chính xác của phép đo ∆X, giá trị của
∆X so với X (độ chính xác của phép đo càng cao khi ∆X càng nhỏ so với X).
Phương pháp này thường được sử dụng để đo các đại lượng không điện,
như đo ứng suất (dùng mạch cầu không cân bằng), đo nhiệt độ…
7
+ So sánh không đồng thời:
o Quá trình thực hiện: dựa trên việc so sánh các trạng thái đáp ứng của thiết
bị đo khi chịu tác động tương ứng của đại lượng đo X và đại lượng tỉ lệ với mẫu
XK, khi hai trạng thái đáp ứng bằng nhau suy ra X = XK .
Đầu tiên dưới tác động của X gây ra một trạng thái nào đo trong thiết bị đo,
sau đó thay X bằng đại lượng mẫu XK thích hợp sao cho cũng gây ra đúng trạng
thái như khi X tác động, từ đó suy ra X = XK. Như vậy rõ ràng là XK phải thay
đổi khi X thay đổi.
o Độ chính xác: phụ thuộc vào độ chính xác của XK. Phương pháp này
chính xác vì khi thay XK bằng X thì mọi trạng thái của thiết bị đo vẫn giữ
nguyên. Thường thì giá trị mẫu được đưa vào khắc độ trước, sau đó qua các
vạch khắc mẫu để xác định giá trị của đại lượng đo X. Thiết bị đo theo phương
pháp này là các thiết bị đánh giá trực tiếp như vônmét, ampemét chỉ thị kim.
+ So sánh đồng thời:
o Quá trình thực hiện: so sánh cùng lúc nhiều giá trị của đại lượng đo X và
đại lượng mẫu XK, căn cứ vào các giá trị bằng nhau suy ra giá trị của đại lượng
đo.
Ví dụ: xác định 1 inch bằng bao nhiêu mm: lấy thước có chia độ mm (mẫu),
thước kia theo inch (đại lượng cần đo), đặt điểm 0 trùng nhau, đọc được các
điểm trùng nhau là: 127mm và 5 inch, 254mm và 10 inch, từ đó có được:
1 inch = 127/5 = 254/10 = 25,4 mm
Trong thực tế thường sử dụng phương pháp này để thử nghiệm các đặc tính
của các cảm biến hay của thiết bị đo để đánh giá sai số của chúng. Từ các
phương pháp đo trên có thể có các cách thực hiện phép đo là:
- Đo trực tiếp: kết quả có chỉ sau một lần đo.
- Đo gián tiếp: kết quả có bằng phép suy ra từ một số phép đo trực tiếp.
- Đo hợp bộ: như gián tiếp nhưng phải giả một phương trình hay một hệ
phương trình mới có kết quả.
- Đo thống kê: đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình mới có kết quả.
2. Các sai số và phương pháp hạn chế sai số.
2.1. Khái niệm về sai số.
Trong kỹ thuật đo lương người ta luôn tìm cách chế tạo ra những dụng cụ
đo ngày càng chính xác hơn, hoàn hảo hơn, nhưng vẫn không tránh khỏi sai số.
Nguyên nhân gây nên sai số thường do:
- Dụng cụ đo.
- 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
8
lượng đo mà có sai số, gọi là sai số của phép đo.
Như vậy muốn có kết quả chính xác của phép đo thì trước khi đo phải xem
xét các điều kiện đo để chọn phương pháp đo phù hợp, sau khi đo cần phải gia
công các kết quả thu được nhằm tìm được kết quả chính xác.
2.2. Các loại sai số.
Sai số phép đo người ta thường chia thành các loại sau:
2.2.1. Sai số hệ thống (systematic error):
Là những sai số phụ thuộc một cách có quy luật vào người đo, dụng cụ đo
và hoàn cảnh đo. Khi lặp lại những lần đo thì trị số gần giống nhau. Sai số hệ
thống được chia thành các loại sau.
• Sai số cơ bản của dụng cụ đo: là sai số vốn có của dụng cụ đo quyết định bởi
quá trình chế tạo, sai số này được quy về cấp độ chính xác của dụng cụ đo ở
điều kiện tiêu chuẩn.
Ví dụ: sai số hệ thống không đổi có thể là: sai số do khắc độ thang đo (vạch
khắc độ bị lệch…),
• Sai số phụ của dụng cụ đo: gây nên do điều kiện làm việc khác điều kiện tiêu
chuẩn của dụng cụ đo.
Ví dụ: Sai số hệ thống thay đổi có thể là sai số do sự dao động của nguồn
cung cấp (pin yếu, ổn áp không tốt…), do ảnh hưởng của trường điện từ, do hiệu
chỉnh dụng cụ đo không chính xác …
• Sai số do thói quen: do người đo có thói quen nhìn nghiên, nhìn lệch khi đọc
kết quả đo hoặc đặt thiết bị đo không thích hợp..
• Sai số lý luận: do dùng công thức không thích hợp khi tính toán.
2.2.2. Sai số ngẫu nhiên.
Là sai số không tuân theo một quy luật vật lý nào mà nó tuân theo quy luật
xác suất. Nguyên nhân là do sự thay đổi bất thường của các điều kiện trong quá
trình đo như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, từ trường… thay đổi đột ngột. Để bớt sai
số này ta phải đo nhiều lần rồi lấy giá trị trung bình.
2.2.3. Sai số dối (nhầm lẫn)
Là sai số làm lệch hẳn kết quả đo do đọc nhầm thang đo, nhìn nhầm số, … kết
quả này phải hủy bỏ.
Ngoài ra để đánh giá sai số của dụng cụ đo người ta dựa vào các loại sai số
sau:
- Sai số tuyệt đối (X): là hiệu giữa kết quả đo lường X so với giá trị của đại
lượng đo Xth.
X = X - Xth
Giá trị thực Xth của đại lượng đo: là giá trị của đại lượng đo xác định được với
một độ chính xác nào đó (thường nhờ các dụng cụ mẫu có cấp chính xác cao
9
hơn dụng cụ đo được sử dụng trong phép đo đang xét).
Giá trị chính xác (giá trị đúng) của đại lượng đo thường không biết trước, vì
vậy khi đánh giá sai số của phép đo thường sử dụng giá trị thực Xth của đại
lượng đo.
Như vậy ta chỉ có sự đánh giá gần đúng về kết quả của phép đo. Việc xác định
sai số của phép đo - tức là xác định độ tin tưởng của kết quả đo là một trong
những nhiệm vụ cơ bản của đo lường học.
- Sai số tương đối (γX): là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực tính bằng
phần trăm:
Sai số tương đối đặc trưng cho chất lượng của phép đo.
x
xth
x
x
x
.100%
.100%
Vì Xth X
Sai số tương đối đặc trưng cho chất lượng của phép đo.
- Cấp chính xác.
Định nghĩa: cấp chính xác của dụng cụ đo là giá trị sai số cực đại mà dụng
cụ đo mắc phải. Cấp chính xác của dụng cụ đo được qui định đúng bằng sai số
tương đối qui đổi của dụng cụ đó và được Nhà nước qui định cụ thể:
X
Xm
qdX
m .100%
với: ∆Xm- sai số tuyệt đối cực đại, Xm- giá trị lớn nhất của thang đo.
Sau khi xuất xưởng chế tạo thiết bị đo lường sẽ được kiểm nghiệm chất
lượng, chuẩn hóa và xác định cấp chính xác. Từ cấp chính xác của thiết bị đo
lường sẽ đánh giá được sai số của kết quả đo.
Thường cấp chính xác của dụng cụ đo được ghi ngay trên dụng cụ hoặc ghi
trong sổ tay kĩ thuật của dụng cụ đo.
Theo quy định hiện hành của nhà nước, các dụng cụ đo cơ điện có cấp chính
xác: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1.0; 1,5; 2.0; 2,5; và 4.0.
Thiết bị đo số có cấp chính xác: 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1.
2.3. Phương pháp hạn chế sai số.
Một trong những nhiệm vụ cơ bản của mỗi phép đo chính xác là phải phân
tích các nguyên nhân có thể xuất hiện và loại trừ sai số hệ thống. Mặc dù việc
phát hiện sai số hệ thống là phức tạp, nhưng nếu đã phát hiện thì việc loại trừ sai
số hệ thống sẽ không khó khăn.
Việc loại trừ sai số hệ thống có thể tiến hành bằng cách:
- 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
10
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 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 nhàm loại trừ sai số hệ
thống.
Trong thực tế không thể loại trừ hoàn toàn sai số hệ thống. Việc giảm ảnh
hưởng sai số hệ thống có thể thực hiện bằng cách chuyển thành sai số ngẫu
nhiên.
Câu hỏi bài tập:
1.1. Khái niệm đo lường và đo lường điện?
1.2. Các phương pháp đo lường thường được sử dụng?
1.3. Các dạng sai số và phương pháp hạn chế sai số?
Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:
- Sinh viên phải nắm được khái niệm đo lường và đo lường điện.
- Sinh viên phải hiểu được các phương pháp đo và các dạng sai số, cách hạn
chế sai số.
11
BÀI 02: LẮP ĐẶT ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN ÁP
Giới thiệu:
Vôn mét là thiết bị dùng để đo điện áp, được lắp đặt cố định trên mặt tủ điện
hoặc tại một vị trí cố định nào đó cần theo dõi điện áp. Bài này trình bày cấu
tạo, nguyên lý hoạt động của vôn mét và phương pháp lựa chọn và lắp đặt vôn
mét đo điện áp.
Mục tiêu:
- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc của vôn mét
- Lựa chọn, lắp đặt được đồng hồ đo điện áp đúng yêu cầu kỹ thuật.
- Đọc đúng giá trị điện áp đo được.
- Sử dụng và bảo quản đồng hồ đo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật.
- Rèn luyện tính chính xác, chủ động, nghiêm túc trong công việc.
Nội dung:
1. Nguyên lý đo điện áp.
Để đo điện áp người ta thường dùng các vônmet từ điện, điện từ, điện động,
từ điện chỉnh lưu…mắc song song với mạch cần đo.
1.1. Hình ảnh vôn kế.
+ Vôn kế analog.
c)
b)
a)
Hình 2. 1: Hình ảnh Vôn kế analog
a) Vôn kế từ điện b) Vôn kế điện từ c) Vôn kế điện động
+ Vôn kế digital.
12
Hình 2. 2: Hình ảnh vôn kế Digital
1.2. Nguyên lý đo điện áp.
Để đo điện áp ta dùng vôn kế mắc song song với phần tử cần đo điện áp như
hình vẽ.
V
V
Rt
L
Rt
N
U
Hình 2. 3: Nguyên lý đo điện áp
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của Vôn mét
Vôn mét được cấu tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị từ điện, điện từ, điện động, từ
điện chỉnh lưu…..
2.1 Cơ cấu đo từ điện.
2.1.1 Cấu tạo.
Hình 2. 4: Cơ cấu đo từ điện
Cơ cấu từ điện gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động:
- Phần tĩnh: gồm: nam châm vĩnh cửu 1 tạo ra từ trường cố định, thang đọc 8
để đọc giá trị đo được và trụ 9 dùng để làm giá đỡ cho trục quay.
13
- Phần động: gồm: khung dây quay 4 được quấn lên lõi thép 2. Khung dây
được gắn vào trục quay 3 (hoặc dây căng, dây treo). Trên trục quay có hai lò xo
cản 5 mắc ngược chiều nhau dùng tạo ra momen cản và để đưa dòng điện vào
khung dây, đối trọng 7 dùng để thăng bằng kim chỉ 6.
2.1.2 Nguyên lý hoạt động
Khi có dòng điện chạy qua khung dây 5 (phần động), dưới tác động của từ
trường nam châm vĩnh cửu 1 (phần tĩnh) sinh ra mômen quay Mq làm khung dây
lệch khỏi vị trí ban đầu một góc α. Mômen quay được tính theo biểu thức:
dwe
M q
d
we : là năng lượng điện từ tỷ lệ với
không khi và dòng điện trong khung dây.
We = Ø.I = BSWIα
độ lớn của từ thông trong khe hở
B: độ từ cảm của nam châm vĩnh cữu.
S: tiết diện của khung dây.
W: số vòng dây của khung dây.
α: góc lệch của khung dây khỏi vị trí ban đầu.
từ trên ta có:
dwe
d
dBSIW
Mq
BSWI
d
Tại vị trí cân bằng, mômen quay bằng mômen cản:
1
Mq Mc BSWI D. BSWI SI .I
(PTĐTCC đo từ điện)
Với một cơ cấu chỉ thị cụ thể
D
do B, S, W, D là hằng số nên góc lệch α tỷ lệ bậc nhất với dòng điện I chạy qua
khung dây.
2.2. Cơ cấu đo điện từ
2.2.1. Cấu tạo
gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động:
- Phần tĩnh: là cuộn dây 1 bên trong có khe hở không khí (khe hở làm việc) và
thang đọc 8.
- Phần động: là lõi thép 2 được gắn lên trục quay 5, lõi thép có thể quay tự do
trong khe làm việc của cuộn dây. Trên trục quay có gắn: bộ phận cản dịu không
khí 4, kim chỉ 6, đối trọng 7. Ngoài ra còn có lò xo cản 3.
14
Hình 2. 5: Cấu tạo chung của cơ cấu chỉ thị điện từ.
2.2.2. Nguyên lý hoạt động
Dòng điện I chạy vào cuộn dây 1 (phần tĩnh) tạo thành một nam châm điện
hút lõi thép 2 (phần động) vào khe hở không khí vớimômen quay:
dwe
Mq
L.I2
d
với:
we
2
L: điện cảm của cuộn dây.
I: dòng điện chảy trong cuộn dây.
Do đó:
Khi ở vị trí cân bằng : Mc = Mq
I2L
d(
)
1
dL
1
2
d L
d
d L
d
Mq
I2
2
2
D
I
d
2 d
1
2
I
2 D
Là phương trình thể hiện đặc tính của cơ cấu chỉ thị điện từ.
2.3 Cơ cấu đo điện động.
2.3.1. Cấu tạo.
Gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động:
Hình 2. 6: Cấu tạo của cơ cấu chỉ thị điện động.
15
- Phần tĩnh: gồm: cuộn dây 1 (được chia thành hai phần nối tiếp nhau) để tạo ra
từ trường khi có dòng điện chạy qua. Trục quay chui qua khe hở giữa hai phần
cuộn dây tĩnh.
- Phần động: gồm một khung dây 2 đặt trong lòng cuộn dây tĩnh. Khung dây 2
được gắn với trục quay, trên trục có lò xo cản, bộ phận cản dịu và kim chỉ thị.
Cả phần động và phần tĩnh được bọc kín bằng màn chắn để ngăn chặn ảnh
hưởng của từ trường ngoài.
2.3.2 Nguyên lý hoạt động
Khi có dòng điện I1 chạy vào cuộn dây 1 (phần tĩnh) làm xuất hiện từ
trường trong lòng cuộn dây. Từ trường này tác động lên dòng điện I2 chạy trong
khung dây 2 (phần động) tạo nên mômen quay làm khung dây 2 quay một góc α.
Mômen quay được tính:
dwe
Mq
d
với: We là năng điện từ trường.
Có hai trường hợp xảy ra:
- I1, I2 là dòng điện một chiều:
1
1
We L I2 L I2 M12I1I 2
1 1
1 1
2
2
Trong đó: L1, L2 : là điện cảm của cuộn dây phần tỉnh và phần động.
M12: là hỗ cảm giữa hai cuộn dây tĩnh và động.
I1, I2 : là dòng điện 1 chiều chạy trong hai cuộn dây tĩnh và động.
Do L1, L2 không thay đổi khi khung dây quay trong cuộn dây tĩnh do đó đạo
hàm của chúng theo góc α bằng 0 và ta có.
dwe dM12
Mq
I1 I2
d
d
Khi ở vị trí cân bằng:
Mq = Mc
dM12
I1 I2 D
d
1 dM12
I1 I2
ptđt cơ cấu
D d
- I1 và I2 là dòng điện xoay chiều:
1
1
We L I2 L I2 M12I1I 2 cos
1 1
1 1
2
2
Với ψ là góc lệch pha giữa hai dòng điện.
ở điều kiện cân bằng:
Mq = Mc
dM12
I1 I2cos D
d
ptđt cơ cấu
1 dM12
D d
I1 I2cos
16
3. Mở rộng thang đo Vôn mét
3.1 Vôn mét từ điện
Vônmét từ điện ứng dụng cơ cấu chỉ thị từ điện để đo điện áp, gồm có:
- Vônmét từ điện đo điện áp một chiều
- Vônmét từ điện do điện áp xoay chiều
➢ Vôn mét từ điện đo điện áp một chiều:
Cơ cấu từ điện chế tạo sẵn, có điện áp định mức khoảng 50 ÷ 75mV. Muốn
tạo ra các vônmét đo điện áp lớn hơn phạm vi này cần phải mắc nối tiếp với cơ
cấu từ điện những điện trở phụ RP (thường làm bằng vật liệu manganin) như
hình 2.7:
a)
b)
Hình 2.7: Mở rộng thang đo vônmét từ điện:
a) Một cấp điện trở phụ: mở rộng thêm 1 thang đo
b) Ba cấp điện trở phụ: mở rộng thêm 3 thang đo
Giá trị điện trở phụ phù hợp với điện áp UX cần đo được xác định như sau:
RP = Rcc. (m - 1)
Với : m = UX/UCC: gọi là hệ số mở rộng thang đo điện áp.
UCC: gọi là điện áp định mức của cơ cấu.
Bằng phương pháp này có thể tạo ra các vônmét từ điện nhiều thang đo khi
mắc nối tiếp vào cơ cấu từ điện các điện trở phụ khác nhau. Ví dụ sơ đồ vônmét
từ điện có 3 thang đo như hình 2.7b.
Bài tập: Tính giá trị điện trở phụ phù hợp với các điện áp cần đo là UX1 =
110V, UX2 = 220V, UX3 = 380V. Biết rằng vôn mét có cơ cấu đo từ điện và có
Ucc = 60mV và Rcc = 99Ω.
Giải:
Giá trị điện trở phụ RP1 phù hợp với điện áp cần đo UX1 = 110V là
m1 = UX1/Ucc = 110/0.06 = 1833,3
RP1 = Rcc. (m - 1) = 99*(1833.3 -1) = 181401 (Ω) ≈ 181,4 (KΩ)
Giá trị điện trở phụ RP2 phù hợp với điện áp cần đo UX2 = 220V là
(Tương tự trên học sinh tự làm)
Các vônmét từ điện đo trực tiếp tín hiệu một chiều có sai số do nhiệt độ
không đáng kể vì hệ số nhiệt độ của mạch vônmét được xác định không chỉ là hệ
số nhiệt độ dây đồng của cơ cấu từ điện mà còn tính cả hệ số nhiệt độ của điện
17
trở phụ trong khi điện trở phụ có điện trở ít thay đổi theo nhiệt độ do được chế
tạo bằng manganin.
➢ Vônmét từ điện do điện áp xoay chiều: đo điện áp xoay chiều bằng cách phối
hợp mạch chỉnh lưu với cơ cấu từ điện để tạo ra các vônmét từ điện đo điện áp
xoay chiều
a)
b)
Hình 2. 8: Sơ đồ nguyên lý của vônmét từ điện đo AC.V:
a) sơ đồ milivônmét chỉnh lưu
b) sơ đồ vônmét chỉnh lưu
Sơ đồ milivônmét chỉnh lưu: như hình 2.8a, trong đó RP vừa để mở rộng giới
hạn đo vừa để bù nhiệt độ nên R1 bằng đồng; R2 bằng Manganin còn tụ điện C
để bù sai số do tần số.
Sơ đồ vônmét chỉnh lưu: như hình 2.8b, trong đó điện cảm L dùng để bù sai
số do tần số; điện trở R1 bằng đồng; điện trở R2 bằng manganin tạo mạch bù
nhiệt độ.
3.2 Vôn mét điện từ.
Vônmét điện từ ứng dụng cơ cấu chỉ thị điện từ để đo điện áp. Trong thực tế
vônmét điện từ thường được dùng để đo điện áp xoay chiều ở tần số công
nghiệp.
Vì yêu cầu điện trở trong của vônmét lớn nên dòng điện chạy trong cuộn dây
nhỏ, số lượng vòng dây quấn trên cuộn tĩnh rất lớn, cỡ 1000 đến 6000 vòng.
Để mở rộng và tạo ra vônmét nhiều thang đo thường mắc nối tiếp với cuộn
dây các điện trở phụ giống như trong vônmét từ điện. Khi đo điện áp xoay chiều
ở miền tần số cao hơn tần số công nghiệp sẽ xuất hiện sai số do tần số. Để khắc
phục sai số này người ta mắc các tụ điện song song với các điện trở phụ (H.2.9)
Hình 2. 9: Khắc phục sai số do tần số của vônmét điện từ
18
3.3 Vôn mét điện động
Vônmét điện động có cấu tạo phần động giống như trong ampemét điện động,
còn số lượng vòng dây ở phần tĩnh nhiều hơn so với phần tĩnh của ampemét và
tiết diện dây phần tĩnh nhỏ vì vônmét yêu cầu điện trở trong lớn.
Trong vônmét điện động, cuộn dây động và cuộn dây tĩnh luôn mắc nối tiếp
nhau, tức là:
I1 = I2 = I = U / ZV
Có thể chế tạo vônmét điện động nhiều thang đo bằng cách thay đổi cách
mắc song song hoặc nối tiếp hai đoạn cuộn dây tĩnh và nối tiếp các điện trở phụ.
Ví dụ sơ đồ vônmét điện động có hai thang đo như hình 3.16:
Hình 2. 10: Mở rộng thang đo của vônmét điện động.
trong đó:
A1, A2 là hai phần của cuộn dây tĩnh.
B cuộn dây động.
Trong vônmét này cuộn dây tĩnh và động luôn luôn nối tiếp với nhau và nối
tiếp với các điện trở phụ RP.
Bộ đổi nối K làm nhiệm vụ thay đổi giới hạn đo:
- Khóa K ở vị trí 1: hai phân đoạn A1, A2 của cuộn dây tĩnh mắc song song
nhau tương ứng với giới hạn đo 150V.
- Khóa K ở vị trí 2: hai phân đoạn A1, A2 của cuộn dây tĩnh mắc nối tiếp nhau
tương ứng với giới hạn đo 300V.
Các tụ điện C tạo mạch bù tần số cho vônmét.
19
Tải về để xem bản đầy đủ
74 trang
10/05/2022
6800
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật đo lường", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_ky_thuat_do_luong.docx
