BÀI 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ 1 Định nghĩa đo lường Đo lường là quá trình so sánh, định lượng giữa 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 các đại lượng cần thiết Tín hiệu đo Là tín hiệu mang thông tin về giá trị của đại lượng đo lường Đại lượng đo là thông số xác định quá trình vật lý của tín hiệu đo Trong một quá trình vật.
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ
Định nghĩa đo lường
Đo lường là quá trình so sánh và định lượng giữa đại lượng chưa biết, gọi là đại lượng đo, với đại lượng đã được chuẩn hóa, được biết đến là 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 các đại lượng cần thiết
Tín hiệu đo là tín hiệu chứa thông tin về giá trị của đại lượng đo lường, trong đó đại lượng đo xác định quá trình vật lý của tín hiệu Trong mỗi quá trình vật lý, có nhiều thông số nhưng chúng ta chỉ tập trung vào một thông số cụ thể Đại lượng đo được chia thành hai loại: đại lượng đo tiền định, mà quy luật thay đổi theo thời gian đã được biết trước, và đại lượng đo ngẫu nhiên, với sự thay đổi không theo quy luật nhất định.
Thiết bị đo là công cụ kỹ thuật quan trọng, giúp chuyển đổi tín hiệu thông tin đo lường thành dạng dễ hiểu cho người sử dụng Các thành phần của thiết bị đo bao gồm: thiết bị mẫu, chuyển đổi đo lường, dụng cụ đo, tổ hợp thiết bị đo lường và hệ thống thông tin đo lường.
Đại lượng điện và đại lượng không điện
2.1 Đại lượng điện tác động Đại lượng điện tác động là những đại lượng điện có sẵn năng lượng điện nên khi đo lường các đại lượng này, ta không cần cung cấp cung cấp năng lượng cho mạch đo Đại lượng điện tác động như đại lượng điện áp, dòng điện, công suất
Khi năng lượng của đại lượng cần đo quá lớn, cần giảm bớt để phù hợp với mạch đo Ví dụ, nếu điện áp cần đo quá cao, có thể sử dụng cầu phân áp để điều chỉnh Ngoài ra, có thể sử dụng thiết bị khác để giảm năng lượng cần đo Ngược lại, khi năng lượng quá nhỏ, cần khuếch đại để đảm bảo mạch đo hoạt động hiệu quả.
2.2 Đại lượng điện thụ động Đại lượng điện thụ động là các đại lượng không mang năng lượng điện.
Khi đo lường các đại lượng điện thụ động như điện cảm, điện trở, điện dung và hỗ cảm, việc cung cấp nguồn năng lượng điện cho mạch đo là điều cần thiết.
Sau khi cung cấp năng lượng điện, các đại lượng điện thụ động sẽ được đo lường dưới dạng đại lượng điện tác động Những đại lượng này có sự tiêu hao năng lượng, vì vậy cần có yêu cầu riêng như tiêu hao năng lượng ít và không thay đổi bản chất khi được cung cấp điện Ví dụ, dòng điện lớn cung cấp cho điện trở cần đo có thể tạo ra nhiệt lượng, làm thay đổi trị số điện trở.
Các đại lượng vật lý như nhiệt độ, lực, áp suất, ánh sáng và tốc độ không mang năng lượng điện, do đó cần có các phương pháp và thiết bị đo lường thích hợp để chuyển đổi chúng thành đại lượng điện Trong hệ thống hiện đại, yêu cầu xử lý nhiều thông số không điện ngày càng tăng, nhưng việc đo lường các đại lượng này thường phức tạp và rời rạc Việc chuyển đổi sang đại lượng điện giúp việc đo lường trở nên dễ dàng, thuận lợi, tin cậy và chính xác, đồng thời tăng tính tự động hóa Các thiết bị biến đổi này được gọi là cảm biến điện hoặc chuyển đổi, sẽ được đề cập chi tiết hơn ở phần sau.
Phân loại phương pháp đo
3.1 Phương pháp đo lường trực tiếp
Phương pháp đo lường trực tiếp cho phép thiết bị đo cung cấp kết quả ngay lập tức cho đại lượng cần đo mà không cần thông qua bất kỳ đại lượng trung gian nào khác.
Phương pháp đo lường trực tiếp mang lại kết quả nhanh chóng và chính xác, nhưng không phải tất cả các đại lượng đều có thể áp dụng phương pháp này do thiếu thiết bị phù hợp để hiển thị ngay kết quả đo.
Khi chỉ có volt kế và ampere kế trong mạch đo, chúng ta không thể trực tiếp đo công suất mà cần áp dụng phương pháp đo gián tiếp.
3.2 Phương pháp đo lường gián tiếp
Trong phương pháp đo lường gián tiếp, kết quả của đại lượng cần đo được xác định thông qua một đại lượng khác, mà đại lượng này được đo bằng phương pháp trực tiếp Do đó, giữa đại lượng cần đo và đại lượng đo trực tiếp phải có sự tương quan nhất định.
Công suất có mối liên hệ chặt chẽ với điện áp và dòng điện, do đó có thể sử dụng volt kế hoặc ampe kế để đo công suất một cách gián tiếp Để xác định điện trở của phụ tải, ta có thể đo điện áp và dòng điện, từ đó suy ra giá trị điện trở cần đo.
Trong lĩnh vực đo lường , các đại lượng điện dùng phương pháp đo lường gián tiếp bao gồm những phương pháp sau:
3.3 Phương pháp đo biến đổi thẳng
Phương pháp đo lường này sử dụng cấu trúc biến đổi thẳng mà không có khâu phản hồi Đại lượng cần đo, ký hiệu là X, được chuyển đổi thành con số nX, trong khi đơn vị của đại lượng đo x0 cũng được chuyển đổi thành n0 Sau đó, các đại lượng này được so sánh thông qua bộ so sánh ss, và quá trình này được thực hiện bằng phép chia.
Kết quả đo được thể bằng biểu thức X = x0
Quá trình đo được thể hiện qua sơ đồ trên là một quá trình biến đổi thẳng, và thiết bị đo được sử dụng trong cấu trúc này được gọi là thiết bị biến đổi thẳng.
Sơ đồ mạch có cấu trúc mạch vòng nhờ vào khâu phản hồi D/A, trong đó tín hiệu cần đo x được so sánh với tín hiệu Xk tỷ lệ với mẫu x0 Qua bộ so sánh, ta nhận được kết quả X – Xk = ΔX.
Tùy theo cách thức so sánh mà ta có so sánh cân bằng , so sánh không cân bằng , so sánh đồng thời hay so sánh không đồng thời
Phương pháp so sánh, hay còn gọi là phương pháp tương quan, sử dụng thiết bị đo để so sánh đại lượng đo với đại lượng mẫu nhằm suy ra giá trị của đại lượng đo Để đạt được độ chính xác cao, đại lượng mẫu cần có trị số chính xác cao và thiết bị chỉ thị cũng phải đạt tiêu chuẩn tương tự Mặc dù phương pháp này có thể mang lại kết quả chính xác, nhưng quá trình đo thường không nhanh chóng và thao tác thực hiện tương đối phức tạp Ví dụ, việc đo điện áp và điện trở có thể được thực hiện bằng cách sử dụng đồng hồ chỉ thị volt và đồng hồ chỉ thị ampere để thể hiện mối tương quan giữa các đại lượng.
3.5 So sánh không đồng thời
Phương pháp so sánh đại lượng đo X với đại lượng mẫu Xk cho phép xác định giá trị của X khi hai đại lượng này trùng nhau Khác với phương pháp thay thế, phương pháp này thực hiện so sánh đồng thời giữa đại lượng mẫu và đại lượng cần đo Mặc dù không yêu cầu bộ phận chỉ thị điểm có độ nhạy và chính xác cao, phương pháp này yêu cầu các phần tử trong mạch có trị số chính xác không thay đổi trong suốt quá trình đo.
Thí dụ Đo điện áp bằng phương pháp biến trở kế , hoặc đo điện trở , điện áp , điện dung bằng cầu cân bằng
So sánh cân bằng hoặc phương pháp “điểm không”
Là phép so sánh giữa đại lượng đo x và đại lượng mẫu xk sao cho
X = X - Xk = 0 hay X = Xk = nk X0 ( với X0 là đơn vị đo )
Xk là một đại lượng biến đổi, đảm bảo rằng khi giá trị X thay đổi, giá trị Xk cũng thay đổi để duy trì điều kiện X = X - Xk bằng không Điều này giúp phép đo luôn ở trạng thái cân bằng Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào độ chính xác của Xk và độ nhạy của thiết bị chỉ thị cân bằng.
So sánh không cân bằng
Nếu Xk là đại lượng không đổi , lúc đó ta có
Kết quả phép đo được xác định qua x, với xk là đại lượng đã biết Phương pháp này thường được áp dụng để đo các đại lượng không điện như nhiệt độ, thông qua mạch cầu không cân bằng Bên cạnh các phương pháp đo lường truyền thống, hiện nay, máy tính được sử dụng để xử lý tín hiệu điều khiển trong các hệ thống tự động, áp dụng phương pháp số (digital).
Trong phương pháp số, tín hiệu từ các đại lượng đo lường được mã hóa dưới dạng xung Do đó, cần chuyển đổi tín hiệu tương tự (analog) thành tín hiệu số (digital) thông qua việc biến đổi điện thế hoặc dòng điện.
Tóm lại các phương pháp đo lường nói trên cần phải đạt được những yêu cầu chung sau đây :
Thuận lợi khi sử dụng
Đạt được hiệu quả kinh tế cao
Khi sử dụng thiết bị đo lường cần phải quan tâm để nguyên lý hoạt động và phương pháp đo.
Đơn vị, hệ đơn vị đo lường
4.1 Các đơn vị cơ bản
Hệ thống đơn vị chuẩn quốc tế, hay còn gọi là hệ SI, được thành lập vào năm 1960 và bao gồm các đơn vị cơ bản như: mét (m) cho chiều dài, kilôgam (kg) cho khối lượng, giây (s) cho thời gian, ampe (A) cho cường độ dòng điện, kelvin (K) cho nhiệt độ, candela (Cd) cho cường độ ánh sáng, và môn (mol) cho số lượng vật chất.
Các đại lượng Tên đơn vị Kí hiệu Độ dài Mét m
Số lượng vật chất Môn Mol
Cường độ ánh sáng Canđêla Cd
Ngoài những đơn vị cơ bản đã đề cập, trong thực tế còn tồn tại nhiều đơn vị kéo theo khác được áp dụng trong các lĩnh vực như cơ học, điện, từ trường và quang học.
Các đơn vị cơ bản trong vật lý bao gồm đơn vị vận tốc, gia tốc, năng lượng, công, lực, công suất và năng lượng Bài viết này sẽ xem xét chi tiết một số đơn vị cơ cụ thể liên quan đến các khái niệm này.
Lực là đại lượng vật lý biểu thị sự tương tác giữa các vật, có khả năng làm thay đổi trạng thái chuyển động của chúng Đơn vị đo lực là Niutơn, ký hiệu là N.
N Đơn vị lực Niutơn được lấy theo tên nhà vật lý, nhà thiên văn học, nhà triết học tự nhiên và nhà toán học vĩ đại người Anh (Isaac Newton), ông là người phát hiện ra lực vạn vật hấp dẫn và xây dựng nên 3 định luật Niutơn được coi là nền tảng của cơ học cổ điển.
Vì Niutơn là một lực khá nhỏ, do đó người ta cũng thường dùng một đơn vị khác để biểu diễn lực là kilô niutơn (kN),
Công là năng lượng sinh ra khi một lực tác động lên vật thể, khiến vật thể và điểm đặt của lực di chuyển Khi nội năng của vật thể không thay đổi, công cơ học mà vật thể nhận được sẽ được chuyển hóa thành sự thay đổi công năng Đơn vị đo công là Jun, ký hiệu là J, và trong thực tế thường sử dụng đơn vị KJ.
Năng lượng, theo công thức E = mc² trong lý thuyết tương đối của Albert Einstein, là một thước đo của khối lượng, được tính bằng khối lượng nhân với vận tốc bình phương Trong nghĩa thông thường, năng lượng được hiểu là khả năng thay đổi trạng thái hoặc thực hiện công năng lên một hệ vật chất Đơn vị đo năng lượng trong hệ đo lường quốc tế là Jun (J) hoặc Watt giây (W.s).
Công suất P (Power) là đại lượng thể hiện công thực hiện ΔW hoặc năng lượng biến đổi ΔE trong khoảng thời gian T = Δt Đơn vị đo công suất là Watt (W), bên cạnh đó còn có các đơn vị khác như kilowatt (kW) và megawatt (MW) để đo lường công suất.
4.2 Các đơn vị điện hệ SI
Các đơn vị điện là các đơn vị dùng để đo các đại lượng điện như đơn vị đo dòng điện, điện áp, điện dung, điện trường
Các đơn vị điện cơ bản bao gồm: lượng điện, điện áp, thế điện động, cường độ điện trường, điện dung, điện trở, điện trở riêng và hệ số điện môi tuyệt đối Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét một số đơn vị điện cụ thể.
4.2.1 Các đơn vị của dòng điện và điện tích
Dòng điện là dòng chuyển động có hướng của các điện tích, với cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng Đơn vị đo cường độ dòng điện là Ampe (ký hiệu A), bên cạnh đó còn có các đơn vị khác như Muy ampe (µA), Mili ampe (mA) và Kilôampe (kA) để đo lường.
Điện tích, một tính chất cơ bản của các hạt hạ nguyên tử, được định nghĩa là 1 KA = 1000 A và tạo ra trường điện từ Khi điện tích chuyển động hoặc đứng yên trong trường điện từ, nó gây ra lực điện từ, một trong những lực cơ bản của tự nhiên Điện tích cũng được gọi là "hạt mang điện", với đơn vị đo lường trong hệ SI là Culông (C) Kí hiệu Q biểu thị độ lớn của điện tích, trong khi mật độ dòng điện được đo bằng A/m².
4.2.2 Sức điện động, hiệu điện thế và điện áp
Trong lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử, hiệu điện thế hay điện áp là khái niệm quan trọng để so sánh điện thế giữa hai điểm hoặc xác định điện thế của một điểm với một điểm mốc có điện thế bằng 0 Đơn vị đo lường cho sức điện động, hiệu điện thế và điện áp là Vôn, ký hiệu là V.
Để đo Sức điện động, hiệu điện thế và điện áp, các đơn vị thường được sử dụng bao gồm Mili vôn (mV), Kilô vôn (kV) và Mêga vôn (MV).
4.2.3 Điện trở và điện dẫn Đơn vị điện trở và điện dẫn là Ôm (kí hiệu là Ω), đơn vị điện trở suất là Ôm.mét (kí hiệu là Ω.m) Thực chất điện trở và điện dẫn là hai giá trị nghịch đảo của nhau, điện trở nói lên mức độ cản trở dòng điện của vật dẫn còn điện dẫn nói lên khả năng dẫn điện (khả năng cho dòng điện đi qua) của vật dẫn.
Trong thực tế để đo điện trở và điện dẫn người ta còn dùng một số các đơn vị như : mili ôm (mΩ), kilô ôm (KΩ), mêga ôm (MΩ)
4.2.4 Từ thông và cường độ từ thông.
Từ thông là thông lượng đường cảm ứng từ đi qua một diện tích. Đơn vị từ thông là Vêbe (kí hiệu là Wb)
Hiện tượng tự cảm xảy ra trong mạch kín khi có dòng điện xoay chiều hoặc khi đóng/ngắt mạch điện một chiều Độ tự cảm thể hiện khả năng sinh ra dòng điện cảm ứng của cuộn dây, với đơn vị đo là Henri (H).
Sai số, phân loại, cấp chính xác của dụng cụ đo điện
Trong quá trình đo lường, không thể tránh khỏi các sai số phát sinh từ kỹ thuật đo Những sai số này xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau, do đó, việc đo lường không thể đạt được giá trị chính xác tuyệt đối mà luôn có một mức sai số nhất định.
Ta có thể phân loại sai số theo nhiều phương pháp khác nhau như sau :
Những sai số do nhiều bước khác nhau của cách thức tiến hành đo lường :
Sai số do việc chuẩn hóa
Sai số do việc biến đổi đại lượng đo cho phù hợp với mạch đo
Sai số của sự so sánh
Sai số của sự quan sát
Những sai số theo nhiều nguồn khác nhau
Sai số phương pháp xuất hiện do cách thức đo lường hoặc các khái niệm toán học liên quan đến thông số cần đo Để khắc phục loại sai số này, có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau trong quá trình đo lường.
Sai số do thiết bị xảy ra khi có sự không chính xác trong quá trình đo lường Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do hoạt động của mạch đo và sự không ổn định của các phân tử trong mạch.
Sai số do điều kiện bên ngoài tác động vào điều kiện đo lường
Sai số do con người thực hiện , có những lỗi lầm khi đo như chọn sai phương pháp đo , đọc kết quả sai , nội dung sai
Sai số theo điều kiện mà cách thức tiến hành đo lường làm việc
Sai số căn bản là loại sai số tự nhiên của dụng cụ đo, phát sinh từ quá trình chế tạo và các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và nguồn cung cấp điện.
Sai số phụ là loại sai số phát sinh từ việc sử dụng phương pháp đo không chính xác hoặc do lỗi của người sử dụng dụng cụ Loại sai số này thường gia tăng khi điều kiện đo lường bắt đầu từ giá trị chuẩn.
Sai số theo sự hoạt động của những đại lượng cần đo trong khoảng thời gian đo lường
Có hai hình thức sai số xảy ra
Sai số hệ thống là sai số xuất hiện trong kết quả đo lường khi thực hiện nhiều lần trong cùng một điều kiện làm việc Sai số này có thể do nhiều yếu tố gây ra, bao gồm độ chính xác của dụng cụ đo, cách thiết lập thang đo, cũng như ảnh hưởng từ môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, và sự can thiệp của từ trường hoặc điện trường.
Sai số ngẫu nhiên là loại sai số khác biệt hoàn toàn so với sai số hệ thống, vì khi thực hiện các phép đo lặp lại, giá trị của sai số này sẽ thay đổi Để tính toán sai số ngẫu nhiên, cần áp dụng lý thuyết xác suất và thống kê.
5.2 Sai số trong kỹ thuật đo
Sau khi sản xuất, thiết bị đo lường sẽ trải qua quy trình kiểm nghiệm chất lượng và được chuẩn hóa theo cấp tương ứng Phòng kiểm nghiệm sẽ xác định cấp chính xác cho thiết bị sau khi đánh giá sai số ở từng tầm đo.
Do đó khi sử dụng thiết bị đo lường, chúng ta nên quan tâm đến cấp chính xác của thiết bị đo được ghi trên thiết bị đo
Chất lượng thiết bị đo được xác định bởi các tiêu chuẩn như độ nhạy, độ chính xác và khả năng quá tải Sai số chính trong quá trình đo lường thường xuất phát từ độ chính xác của thiết bị Bên cạnh đó, còn tồn tại các sai số khác do yếu tố khách quan như sự thay đổi nhiệt độ môi trường, độ ẩm và từ trường.
Một đại lượng có trị số thật là Xthật trị số đo được là Xđo thì có các sai số
Sai số tuyệt đối x = Xthật – Xđo
Sai số tương đối Để đánh giá độ chính xác của một dụng cụ đo , người ta quy định ra cấp chính xác
Cấp chính xác của dụng cụ đo là giá trị sai số cực đại mà nó có thể gặp phải Theo quy định của nhà nước, cấp chính xác được xác định bằng sai số tương đối qui đổi của dụng cụ đo.
Cấp chính xác của dụng cụ được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm của sai số cơ bản so với giá trị lớn nhất trong thang đo.
Theo tiêu chuẩn đo dụng cụ có 8 cấp chính xác : 0,05 – 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1,5 – 2,5 – 4
5.3 Cách tính toán sai số
Sai số tuyệt đối là hiệu số giữa giá trị đại lượng đo X và giá trị thực Xthật, trong đó Xthật được xác định thông qua dụng cụ mẫu.
Sai số tuyệt đối được định nghĩa bằng biểu thức sau đây
Xđo là trị số đo được do thiết bị đo
Xthật trị số thật của đại lượng đo
Trong thực tế, trị số sai số tuyệt đối không thể xác định chính xác vì giá trị X thực không thể đo lường được Do đó, chúng ta chỉ có thể xác định trị số giới hạn lớn nhất của sai số tuyệt đối, ký hiệu là ΔX.
Như vậy (a được gọi là giới hạn sai số của đại lượng đo
Một điện trở có trị số R = 200 ± 20 Ohm thể hiện giới hạn sai số tuyệt đối của điện trở đó Để dễ hiểu hơn, giới hạn sai số này nên được biểu diễn dưới dạng phần trăm (%).
Theo thí dụ trên , ta có X (% ) = 100 = 10%
Sai số tương đối, được tính theo phần trăm (%), thường được suy ra từ độ chính xác hoặc cấp chính xác của thiết bị đo, thông tin này thường do nhà sản xuất cung cấp và được ghi trên thiết bị Nó là tỷ lệ phần trăm giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực, và được xác định theo biểu thức cụ thể.
Các bộ phận chủ yếu của máy đo
Các đồng hồ đo lường các đại lượng điện rất da dạng phong phú nhưng chúng đều được cấu tạo từ các bộ phân cơ bản như hình sau:
CĐSC là giai đoạn chuyển đổi các đại lượng đo thành tín hiệu điện, đóng vai trò quan trọng nhất trong thiết bị đo Chức năng này quyết định độ chính xác và độ nhạy của dụng cụ đo Có nhiều loại chuyển đổi sơ cấp khác nhau, tùy thuộc vào đại lượng đo và đại lượng đầu ra của quá trình chuyển đổi.
Mạch đo là phần quan trọng trong việc thu thập và xử lý thông tin đo lường sau các chuyển đổi sơ cấp, thực hiện các phép tính trên sơ đồ mạch Cấu trúc của mạch đo thay đổi tùy theo loại dụng cụ đo, có thể là biến đổi thẳng hoặc so sánh Các đặc tính cơ bản của mạch đo bao gồm độ nhạy, độ chính xác, đặc tính động, công suất tiêu thụ và phạm vi làm việc, được thiết kế riêng cho từng loại mạch để đảm bảo hiệu quả sử dụng Để nâng cao các đặc tính kỹ thuật của dụng cụ đo, mạch đo thường áp dụng công nghệ vi điện tử và vi xử lý.
CT - Cơ cấu chỉ thị là phần cuối cùng của dụng cụ đo, có chức năng thể hiện kết quả đo lường dưới dạng con số sau khi qua mạch đo Các kiểu chỉ thị phổ biến bao gồm chỉ thị bằng kim, thiết bị tự ghi và chỉ thị số Phân chia các bộ phận này dựa trên chức năng, không nhất thiết theo cấu trúc vật lý, vì trong thực tế, các khâu có thể kết hợp với nhau và một phần tử vật lý có thể thực hiện nhiều chức năng, đồng thời có sự liên hệ chặt chẽ qua các mạch phản hồi.
CÂU HỎI ÔN TẬP CUỐI CHƯƠNG
1) Hãy kể tên và viết kí hiệu các đơn vị cơ bản trong hệ thống đơn vị SI ?
2) Hãy nêu tên và viết kí hiệu các đơn vị cơ được dùng trong hệ thống đơn vị
3) Hãy nêu tên và viết kí hiệu các đơn vị điện được dùng trong hệ thống đơn vị SI?
CƠ CẤU ĐO
Cơ cấu đo từ điện
Cơ cấu từ điện gồm hai phần cơ bản : phần tĩnh và phần động như hình vẽ:
Bộ phận của hệ thống bao gồm nam châm vĩnh cửu, mạch từ, cực từ và lõi sắt, tạo thành một mạch từ khép kín Giữa cực từ và lõi sắt có một khe hở đều nhau, gọi là khe hở làm việc, nơi mà khung quay thực hiện chuyển động Đường sức từ đi qua khe hở làm việc có hướng tâm tại mọi điểm, với độ từ cảm b đồng đều Hơn nữa, trong mạch từ còn có shunt từ để điều chỉnh từ thông qua khe hở làm việc.
Khung bằng chữ nhôm hình chữ nhật được quấn dây đồng nhỏ với kích thước từ 0.03 đến 0.2 mm, trong đó một số trường hợp khung quay không có lõi nhôm bên trong, như trong điện năng kế.
Khung quay được gắn vào trục quay, được đặt trên hai điểm tựa, cho phép khung quay hoạt động hiệu quả Ở hai đầu của khung quay, có hai lò xo xoắn giúp dẫn dòng điện vào khung Khi khung quay nằm trong từ trường do nam châm vĩnh cửu tạo ra, một lõi sắt non hình trụ được đặt bên trong để tăng cường ảnh hưởng của từ trường Lõi sắt này di chuyển trong khe hở hẹp giữa lõi sắt và hai cực của nam châm, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của khung quay.
Kim chỉ thị được gắn chặt vào trục quay của khung quay , cho nên khi khung quay di chuyển thì kim chỉ thị sẽ di chuyển tương ứng
Chất lượng nam châm vĩnh cửu trong cơ cấu đo từ điện đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến từ cảm b lớn trong khe hở làm việc Từ cảm b càng lớn, moment quay tạo ra càng cao, giúp tăng độ nhạy của cơ cấu đo và giảm thiểu tác động từ trường ngoài Sự ổn định theo thời gian và nhiệt độ cũng là yếu tố cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Khi dòng điện chạy qua khung dây, khung sẽ quay lệch một góc dα dưới tác dụng của từ trường từ nam châm vĩnh cửu Moment quay Mq được xác định theo công thức Mq tỉ lệ với độ lớn của từ thông trong khe hở làm việc và dòng điện I chạy trong khung dây, cụ thể là We = Φ I.
B là độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu
W số vòng dây quấn trên khung dây
góc lệch của khung dây so với vị trí ban đầu Các giá trị trên là hằng số ( const ) khi khung dây quay
Ta có thể viết lại biểu thức trên như sau
Khi cân bằng , moment quay bằng với moment cản
Góc quay của khung dây tỷ lệ bậc nhất với dòng điện i, với các hằng số B, S, W, D Độ nhạy của cơ cấu đo được xác định qua biểu thức S, cho thấy độ nhạy dòng điện tương ứng với sự biến thiên góc quay khi dòng điện qua khung dây thay đổi Trong thực tế, độ nhạy của cơ cấu thường được đặc trưng bằng trị số dòng điện tối đa, tức là dòng điện cực đại, mà kim chỉ thị lệch tối đa.
Độ nhạy của cơ cấu chỉ thị được xác định là 50 microampe, điều này có nghĩa là dòng điện tối đa qua cơ cấu chỉ thị khi lệch tối đa là 50 microampe Như vậy, nếu dòng điện lớn nhất qua cơ cấu có trị số càng nhỏ, thì độ nhạy của cơ cấu sẽ càng cao.
Theo biểu thức xác định độ nhạy s của cơ cấu được xác định
Cơ cấu đo từ điện có các ưu điểm sau
Góc quay ( của khung dây tỷ lệ thuận với dòng điện I nên cơ cấu đo từ điện chỉ sử dụng để đo các đại lượng một chiều
Góc quay của khung dây tỷ lệ thuận với dòng điện I, dẫn đến việc thang đo được chia thành các vạch đều nhau Độ nhạy của cơ cấu đo, ký hiệu là S = bsw, là đại lượng không đổi.
Cơ cấu đo từ điện có độ chính xác cao, đạt cấp chính xác 0.5%, nhờ vào độ ổn định cao của các phần tử trong hệ thống Ảnh hưởng của từ trường ngoài là không đáng kể do từ trường mạnh của nam châm vĩnh cửu, cùng với công suất tiêu thụ nhỏ, khoảng từ 25W đến 200W, không làm ảnh hưởng đến chế độ hoạt động của mạch đo.
Có độ cản dịu tốt
Tuy nhiên cơ cấu đo từ điện có các nhược điểm sau
Cơ cấu đo kiểu từ điện có thiết kế phức tạp và khả năng chịu quá tải kém Ngoài ra, nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo, dẫn đến sai lệch trong kết quả.
Cuộn dây của khung quay thường có thiết diện rất nhỏ cho nên chỉ chịu dòng điện nhỏ đi qua cuộn dây
Cơ cấu từ điện sử dụng dây xoắn thay lò xo dễ bị hư hỏng khi gặp chấn động mạnh hoặc di chuyển Do đó, cần phải đệm quá mức cho khung quay trong quá trình di chuyển để tránh những chấn động mạnh có thể làm đứt dây xoắn.
Cơ cấu đo từ điện thường được sử dụng trong các trường hợp sau
Dùng để chế tạo các ampe kế , volt kế , ohm kế với nhiều thang đo và dải đo rộng
Chế tạo các loại điện kế có độ nhạy cao , có thể đo được cường độ dòng điện 10 -12 A và điện áp đến 10 -4 V
Chế tạo dao động ký ánh sáng cho phép quan sát và ghi lại các giá trị tức thời của dòng điện, điện áp, và tần số lên đến 15KHz.
Cơ cấu đo từ điện còn dùng để làm chỉ thị trong các mạch đo các đại lượng không điện
Dùng để chế tạo các dụng cụ đo điện tử tương tự như volt kế điện tử , tần số điện tử , pha kế điện tử
Kết hợp với các bộ biến đổi như cầu chỉnh lưu , cảm biến , cặp nhiệt để có thể đo các đại lượng xoay chiều ( dòng và áp xoay chiều )
Cơ cấu đo điện từ
Cơ cấu đo điện từ còn được gọi là cơ cấu có miếng sắt di động
Cấu tạo cơ cấu đo điện từ
Cơ cấu đo điện từ có hai loại là loại hút và loại đẩy
Cơ cấu đo điện từ loại hút
Cuộn dây cố định và miếng sắt di động hoạt động trong vùng từ trường do cuộn dây tạo ra khi có dòng điện chạy qua Từ trường càng mạnh, miếng sắt càng bị hút mạnh và kim chỉ thị càng lệch nhiều Để cân bằng lực hút, một lò xo được gắn thêm để kiểm soát lực đối kháng Khi dòng điện ngừng chạy qua cuộn dây, từ trường biến mất và kim chỉ thị trở về vị trí cân bằng ban đầu.
Kim chỉ thị được thiết kế với bộ phận đệm để giảm thiểu sự rung động, bao gồm một lá nhôm gắn chặt với kim chỉ thị, di chuyển trong một buồng kín.
Cơ cấu đo điện từ loại lực đẩy
Cấu tạo của thiết bị bao gồm một miếng sắt di động gắn chặt với trục quay và một miếng sắt cố định gắn với vách trong của nòng cuộn dây Khi dòng điện chạy qua, hai miếng sắt sẽ được từ hóa với cùng cực tính, dẫn đến việc chúng đẩy nhau và làm cho miếng sắt di động di chuyển.
Cơ cấu điện từ là loại lực hút và đẩy có cùng nguyên lý làm việc
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây , trong cuộn dây xuất hiện moment quay và được xác định theo biểu thức
Mq Năng lượng điện được xác định
We Trong đó L là điện cảm của cuộn dây
Do đó Mq Khi kim ở vị trí cân bằng , moment quay bằng với moment cản = D.
Hay = I 2 Đặc tính của cơ cấu đo điện từ
Từ biểu thức trên , ta có một số nhận xét sau
Góc quay của khung dây tỷ lệ với bình phương dòng điện và không phụ thuộc vào chiều dòng điện, cho phép cơ cấu đo điện từ có khả năng đo lường đại lượng dòng điện và điện áp một chiều cũng như xoay chiều với tần số lên đến 10.000 Hz.
Góc quay của khung dây tỷ lệ với bình phương dòng điện, dẫn đến thang đo chia vạch không đều và phụ thuộc vào tỷ số phi tuyến Để đảm bảo tỷ số thay đổi theo quy luật ngược với bình phương dòng điện khi góc lệch của khung dây thay đổi, cần tính toán và lựa chọn kích thước, hình dáng lõi động của mạch từ cùng vị trí đặt cuộn dây cho phù hợp Để giảm thiểu tác động, cơ cấu đo điện từ thường sử dụng không khí hoặc cảm ứng Mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng.
Cơ cấu đo điện từ có những ưu điểm sau
Khả năng quá tải lớn
Có thể đo được dòng điện và điện áp một chiều và xoay chiều
Tuy nhiên cơ cấu đo điện từ cũng có nhược điểm sau
Tiêu thụ năng lượng trong quá trình đo lớn
Độ chính xác của việc đo đại lượng một chiều có thể bị ảnh hưởng lớn bởi sai số do hiện tượng từ trễ và từ dư trong mạch từ.
Chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài do từ trường của cơ cấu đo yếu khi đo dòng điện nhỏ d Ứng dụng
Chế tạo ampe kế và volt kế để đo dòng điện và điện áp xoay chiều ở tần số điện công nghiệp thường yêu cầu độ chính xác từ 1.0 đến 1.5, trong khi các thiết bị đo ở phòng thí nghiệm cần độ chính xác cao hơn, từ 0.5 đến 1.0 Đối với các đại lượng xoay chiều có tần số cao, cần thiết phải tính toán các mạch bù tần số để giảm thiểu sai số trong quá trình đo.
Cơ cấu điện động
Phần tĩnh của hệ thống bao gồm hai cuộn dây được kết nối nối tiếp, tạo ra từ trường khi dòng điện chạy qua Hai cuộn dây này được đặt cách nhau một khoảng, cho phép cuộn dây động nằm trong vùng từ trường do cuộn dây tĩnh tạo ra.
Phần động của thiết bị bao gồm một khung dây được đặt trong lòng cuộn dây tĩnh Khung dây này được kết nối với trục quay, trên trục quay có gắn lò xo cản dịu và kim chỉ thị Trục quay được lắp đặt xuyên qua khe hở của cuộn dây tĩnh.
Phần động và phần tĩnh được được bọc kín bằng màng chắn để tránh ảnh hưởng của từ trường ngoài làm sai lệch giá trị đo
Cuộn dây di động thường không có lõi sắt non mà sử dụng lõi không khí, giúp tránh hiện tượng từ trễ và dòng điện xoáy Khi đo dòng điện xoay chiều, cách nối giữa phần tĩnh và phần động của cuộn dây phụ thuộc vào cơ cấu đo kiểu điện động được sử dụng, cho phép thiết bị hoạt động như ampe kế, volt kế hoặc watt kế.
Khi dòng điện đi qua cuộn dây tĩnh, từ trường được sinh ra bên trong cuộn dây Từ trường này tác động lên dòng điện trong khung dây, tạo ra moment quay và khiến phần động quay một góc α.
Khi có dòng điện một chiều đi vào cuộn dây tĩnh Moment quay được xác định theo biểu thức
Mq = = I1 I2 Ở vị trí cân bằng moment quay bằng với moment cản Ta có đẳng thức sau
Khi có dòng điện xoay chiều đi vào cuộn dây tĩnh
Moment quay được xác định theo biểu thức Mq = = I1 I2
Do quán tính, phần động không thể ngay lập tức thay đổi theo giá trị tức thời Vì vậy, trong thực tế, người ta thường sử dụng giá trị trung bình trong một chu kỳ, tương ứng với giá trị hiệu dụng.
Ta có Mq = Mqt dt
là góc lệch pha giữa hai dòng điện I1 và I2 Ở vị trí cân bằng moment quay bằng với moment cản ta có đẳng thức sau
I1 I2 cos = D Suy ra = I1 I2 cos c Ưu và nhược điểm
Cơ cấu đo kiểu điện động có thể sử dụng để đo điện một chiều và xoay chiều
Góc lệch của khung dây phụ thuộc vào tích số giữa hai dòng điện vào cuộn dây tĩnh, dẫn đến việc vạch khắc trên thang đo không đều nhau Để đạt được vạch chia đồng đều, có thể thay đổi vị trí các cuộn dây nhằm điều chỉnh tỷ số theo hàm ngược với dòng điện i1 và i2 Thông thường, vạch trên thang đo chỉ đồng đều từ 20% đến 100% ở cuối thang đo, trong khi phần đầu thang đo từ 0% đến 20% thường không đều.
Moment quay Mq tỷ lệ thuận với giá trị hiệu dụng của dòng điện và hệ số công suất cos(ϕ), do đó chúng ta có thể áp dụng cơ cấu đo kiểu điện động để chế tạo watt kế, nhằm đo công suất một cách chính xác.
Cơ cấu đo điện động mang lại độ chính xác cao trong việc đo đại lượng xoay chiều nhờ không sử dụng vật liệu sắt từ, giúp loại bỏ sai số do dòng điện xoáy và hiện tượng bão hòa từ.
Cơ cấu đo kiểu điện động có thể đạt được cấp chính xác 0.05 – 0.1 – 0.2 và chủ yếu là dụng cụ để bàn
Nhược điểm của cơ cấu đo kiểu điện động
Cơ cấu đo kiểu điện động tiêu thụ công suất nên chỉ thích hợp cho việc đo công suất lớn
Cơ cấu đo kiểu điện động thường gặp khó khăn do moment quay không lớn, xuất phát từ từ trường yếu của cuộn dây và từ thông kín qua không khí có từ trở cao, dẫn đến tổn hao từ lớn Để giảm thiểu sai số do ảnh hưởng của từ trường bên ngoài, việc trang bị màn chắn bảo vệ cho cơ cấu đo là cần thiết.
Cơ cấu đo có độ nhạy thấp vì mạch từ yếu d Ứng dụng
Cơ cấu đo kiểu điện động được ứng dụng trong việc chế tạo các thiết bị đo như ampe kế, volt kế và watt kế cho cả dòng điện một chiều và xoay chiều với tần số công nghiệp Nó cũng có khả năng đo hệ số công suất cosφ và góc lệch giữa các pha Đặc biệt, khi sử dụng trong mạch xoay chiều có tần số cao, cần lắp thêm mạch bù tần số, cho phép đo ở dải tần lên đến 20KHz.
ĐỒNG HỒ VẠN NĂNG
Các thông số kỹ thuật của máy đo VOM
1 – Kim chỉ thị 7 – Mặt chỉ thị
2 – Vít điều chỉnh điểm 0 tĩnh 8 – Mặt kính
3 – Đầu đo điện áp thuần xoay chiều 9 – Vỏ sau
4 – Đầu đo dương (+), hoặc P (Bán dẫn dương)
5 – Đầu đo chung (Com), hoặc N (Bán dẫn âm)
11 – Chuyển mạch chọn thang đo
6 – Vỏ trước 12 – Đầu đo dòng điện xoay chiều
Một số kí hiệu sử dụng trên đồng hồ
Trên đồng hồ vạn năng kim hiển thị có một số kí hiệu như sau:
- Nội trở của đồng hồ: 20 KΩ /VDC 9KΩ/VDC
- Phương đặt đồng hồ: o ┌┐ hoặc →: Phương đặt nằm ngang o ┴ hoặc ↑: Phương đặt thẳng đứng o Ð : Phương đặt xiên góc (thường là 45 0 )
- Điện áp thử cách điện: 5 KV
- Bảo vệ bằng cầu chì và diode
- DC.V (Direct Current Voltage): Thang đo điện áp một chiều.
- AC.V (Alternating Current Voltage): Thang đo điện áp xoay chiều.
- DC.A (Direct Current Ampe): Thang đo dòng điện một chiều.
- AC.A (Alternating Current Ampe): Thang đo dòng điện xoay chiều
- 0Ω ADJ (0Ω Adjust): Chỉnh không ôm (chỉnh điểm không động)
- COM (Common): Đầu chung, cắm que đo màu đen
- OUTPUT cắm que đo màu đỏ trong trường hợp đo điện áp thuần xoay chiều
- AC15A cắm que đo màu đỏ trong trường hợp đo dòng xoay chiều lớn cỡ A
Cung chia thang đo điện trở Ω được sử dụng để đọc giá trị điện trở, với giá trị lớn nhất nằm bên trái và giá trị nhỏ nhất ở bên phải, khác với các cung chia độ khác.
Mặt gương được sử dụng để giảm thiểu sai số trong quá trình đọc kết quả Để có kết quả chính xác, hướng nhìn cần phải vuông góc với mặt gương, nghĩa là kim chỉ thị phải che khuất bóng của nó trong gương.
C là cung chia độ thang đo điện áp, được sử dụng để đọc giá trị điện áp một chiều và điện áp xoay chiều từ 50V trở lên Cung này bao gồm ba vạch chia độ: 250V, 50V và 10V.
Các cung chia độ trên mặt đồng hồ Kyoritsu KEW 1109S
Cung D được sử dụng để đo điện áp xoay chiều dưới 10V Khi đo điện áp xoay chiều thấp, không nên sử dụng cung C, vì thang đo điện áp xoay chiều sử dụng diode bán dẫn chỉnh lưu, dẫn đến sụt áp trên diode và gây ra sai số trong kết quả đo.
- (E) Là cung chia độ dòng điện xoay chiều tới 15A
- (F) Là cung chia độ đo hệ số khuếch đại dòng 1 chiều của transistor - h fe
- (G, H) Là cung chia độ kiểm tra dòng điện và điện áp của tải đầu cuối
Cung chia độ thang đo kiểm tra dB được sử dụng để đo đầu ra tín hiệu tần số thấp hoặc âm tần trong mạch xoay chiều Thang đo này giúp xác định độ khuếch đại và độ suy giảm thông qua tỷ số giữa đầu vào và đầu ra của mạch khuếch đại, đồng thời truyền đạt tín hiệu theo đơn vị đề xi ben.
Mạch điện bên trong đồng hồ
- OUT PUT và COM: Đầu cắm que đo
- Khối hiển thị gồm M: Cơ cấu đo và R22
- Khối nguồn: 2 pin 1,5V (BT1) và pin 9V (BT2)
Hệ thống điện trở bù nhiệt giúp giảm thiểu tác động của nhiệt độ khi có dòng điện chạy qua CCCT Cụ thể, R23 là điện trở bù bằng đồng (Cu) được mắc song song với CCCT, trong khi R18 là điện trở bù bằng mangan (Mn) được mắc nối tiếp với CCCT.
- Khối bảo vệ gồm có: ã F1: Cầu chỡ khi quỏ dũng ã D3: bảo vệ khung dõy M của CCCT theo chiều thuận ã D2: bảo vệ khung dõy M của CCCT theo chiều ngược
Khối đo điện bao gồm các chức năng đo điện áp một chiều (DC.V) với các chuyển mạch R1, R2, R3, R4, R5, R6; đo dòng điện một chiều nhỏ (Dm.A) với chuyển mạch R11, R12, R13; đo điện áp xoay chiều (AC.V) với chuyển mạch R7, R8, R9, R10 và diode chỉnh lưu nửa sóng D1 Ngoài ra, khối còn có chức năng đo điện trở (Ω) với chuyển mạch R14, R15, R16, cùng với điều chỉnh 0ΩADJ (VR1), R21, R20 và R19.
Các đại lượng đo được trên đồng hồ vạn năng a Các đại lượngcơ bản: V – A – Ω
[1] DC.V: đo điện áp xoay chiều có 7 thang đo, từ 0,1V đến 1000V
[2] DC.mA: Đo dòng điện 1 chiều, có 4 thang đo, từ 50mA đến 250mA
[3] AC.V: Đo điện áp xoay chiều, có 4 thang đo, từ 10V đến 1000V
[4] AC 15A: Đo dòng điện xoay chiều đến 15A
[5] Ω: Đo điện trở, có 4 thang đo, từ X1Ω đến X 10kΩ b Các đại lượng khác (Hình b)
Ngoài đại lượng V – A – Ω, đồng hồ vạn năng còn đo được một số đại lượng khác như:
[6] (22dB): Đo dB mạch khuếch đại tín hiệu xoay chiều tần số thấp (âm tần)
[7] Chức năng khác ở các thang đo Ω
[150mA, 15mA, 140mA]: Đo dòng dò transistor, dòng đi qua tiếp giáp P-N, điện áp đặt trên tiếp giáp
Để đo hệ số khuếch đại dòng tĩnh của transistor, chúng ta sử dụng đồng hồ vạn năng với nhiều thang đo khác nhau Do kích thước màn hình hạn chế, không thể hiển thị tất cả các cung chia độ cho từng thang đo, nên khi thực hiện phép đo, cần đọc giá trị của các cung chia độ cơ bản và sau đó nhân hoặc cộng với hệ số mở rộng thang đo theo bảng quy định.
DC.V (Điện áp 1 chiều) 0,1V C10 X 0,01 (chia 100)
(Dòng điện chạy qua tải)
(Điện áp đặt trên tải)
Sơ đồ khối chức năng của VOM
Sơ đồ khối của VOM bao gồm ba khối chức năng chính: khối đo dòng điện, khối đo điện áp và khối đo điện trở Cơ cấu chỉ thị được sử dụng là điện kế từ điện G.
Mạch đo I: Sử dụng để đo dòng điện
Mạch đo U: Sử dụng để đo hiệu điện thế
Mạch đo R: Sử dụng để đo điện trở.
Nguyên lý cấu tạo mạch đo trong VOM
Thiết bị đo có nhiều thang đo
Shunt vạn năng hay shunt Aryton
3.1.2 Nguyên lý Điện trở của cơ cấu đo là 1000Ω và dòng có thể chảy qua cơ cấu đo lớn nhất là 1mA Giá trị của RSh là bao nhiêu để cho phép đồng hồ đo chỉ thị 100mA ? Nếu sử dụng cùng cơ cấu đo để đo dòng 1A, thì shunt của đồng hồ cần phải có là bao nhiêu.
Cơ cấu đo có thể được định chuẩn để chỉ thị mức dòng 100mA thay cho 1mA khi sử dụng shunt 10,1Ω Để đo mức dòng 1A, cần thiết phải sử dụng shunt khoảng 1Ω Đồng hồ đo có thể chuyển đổi giữa các thang đo dòng khác nhau thông qua các điện trở shunt khác nhau Vị trí bên trái của chuyển mạch là thang đo nhỏ nhất (0 đến 1mA) khi không có shunt Các vị trí chuyển mạch 2, 3, và 4 sẽ kết nối với các điện trở R1, R2, và R3 để cho các thang đo cao hơn Phương pháp này giữ nguyên cơ cấu đo không có shunt ở thang đo thấp nhất Một phương pháp đo dòng khác là shunt vạn năng hay shunt Aryton.
3.1.3 Phương pháp đo dòng bằng VOM a Chú ý:
- Phạm vi đo được của đồng hồ lớn nhất là 250mA.
Để đảm bảo an toàn và chính xác khi sử dụng đồng hồ đo, các đầu đo cần được kết nối chắc chắn với mạch điện Nếu kết nối không ổn định, có thể xảy ra các xung điện nguy hiểm cho cả mạch và đồng hồ.
- Không bao giờ thực hiện đo điện áp với các thang đo dòng điện Các cầu chì có thể bị nổ hoặc hỏng đồng hồ.
Khi điện áp vượt quá 250V được áp dụng vào thang đo dòng điện, cầu chì có thể không đủ khả năng bảo vệ mạch điện bên trong, dẫn đến hư hỏng nhiều linh kiện.
- Cắm que đo màu đen vào đầu COM, que đo màu đỏ vào đầu (+)
- Đặt chuyển mạch của đồng hồ ở thang DC.A - 250mA.
- Tắt nguồn điện của các mạch thí nghiệm.
Kết nối que đo màu đỏ của đồng hồ với cực dương (+) và que đo màu đen với cực âm (-) theo chiều dòng điện trong mạch thí nghiệm Đảm bảo mắc đồng hồ nối tiếp với mạch thí nghiệm để đo chính xác.
- Bật điện cho mạch thí nghiệm.
- Khi kết quả đọc được nhỏ hơn 25mA, đặt chuyển mạch sang vị trí DC.A – 25mA để được kết quả chính xác hơn.
Tương tự, khi kết quả nhỏ hơn 2,5mA thì đặt chuyển mạch sang vị trí DC.A – 2,5mA.
Bắt đầu từ thang đo lớn nhất, sau đó giảm dần cho đến khi chọn được thang lớn hơn nhưng gần nhất với giá trị dòng điện cần đo.
Để tính giá trị điện áp, bạn cần đọc trên cung chia độ C và áp dụng công thức tương tự như đo điện áp 1 chiều Giá trị thực được xác định bằng cách nhân số chỉ của kim với thang đo và sau đó chia cho giá trị MAX trên cung chia độ.
3.2.2 Nguyên lý Đồng hồ đo dòng bằng cơ cấu đo từ - điện cũng có thể sử dụng làm đồng hồ đo áp [Voltmeter] bằng cách mắc nối tiếp một điện trở lớn cộng với điện trở của cơ cấu đo Giá trị của điện trở nối tiếp có giá trị lớn để đảm bảo chỉ mức dòng chấp nhận được chảy qua cơ cấu đo Nếu mức dòng của cơ cấu đo là IM và điện áp cần đo là Vme Volt, giá trị của điện trở toàn bộ R (bằng điện trở mắc nối tiếp + điện trở của cơ cấu đo) sẽ được tính bằng phương trình
Để đo 100V trên một mạch điện với cơ cấu đo có dòng chảy 1mA, cần xác định trị số điện trở mắc nối tiếp Trong trường hợp này, điện trở của cơ cấu đo là 1000Ω.
Khi nhiều điện trở được mắc nối tiếp, có thể sử dụng một công tắc để thiết bị đo trở thành một voltmeter với nhiều thang đo, như minh họa trong hình trên.
3.2.3 Phương pháp đo điện áp bằng VOM
3.2.3.1 Đo điện áp một chiều V.DC a Chú ý:
Khi đo điện áp cao hơn 250V, trước tiên cần tắt nguồn điện Tiếp theo, hãy nối dây đồng hồ vào điểm cần đo và bật nguồn Lưu ý không chạm vào dây đo đồng hồ trong quá trình đo, ghi lại kết quả và sau đó tắt nguồn trước khi tháo dây đo ra khỏi điểm cần đo.
- Không để chuyển mạch ở vị trí thang đo mA hay Ω, nếu không đồng hồ sẽ hỏng.
- Không cắm que đo sang đầu đo dòng điện 15A xoay chiều.
Khi sử dụng đồng hồ đo điện áp xoay chiều, cần đặt đồng hồ ở thang đo một chiều; tuy nhiên, kim chỉ thị sẽ không lên, và dòng điện lớn có thể gây hỏng đồng hồ.
- Cắm que đo màu đen vào đầu COM, que đo màu đỏ vào đầu (+)
Để đạt được kết quả đo chính xác nhất, hãy đặt chuyển mạch ở thang đo DC.V lớn hơn nhưng gần nhất với giá trị cần đo Ví dụ, khi đo điện áp 220V, bạn nên chọn thang 250V thay vì thang 1000V, vì thang 250V sẽ mang lại kết quả chính xác hơn.
- Đặt 2 que đo vào 2 điểm cần đo (Đo song song) Que đen vào điểm có điện thế thấp, que đỏ vào điểm có điện thế cao.
- Tính kết quả đo được V = A x (B/C)
Với V là giá trị điện áp thực
A – Là số chỉ của kim đọc được trên cung chia độ
B – Là thang đo đang sử dụng
C – Là giá trị MAX của cung chia độ
Tỷ lệ B/C là hệ số mở rộng
3.2.3.2 Đo điện áp xoay chiều V.AC a Chú ý:
Khi đo điện áp vượt quá 250V, hãy tắt nguồn điện trước, sau đó kết nối dây đồng hồ vào điểm cần đo và bật nguồn Tránh chạm vào dây đo trong quá trình đo, ghi lại kết quả và sau đó tắt nguồn trước khi tháo dây đo ra khỏi điểm đo.
- Không để chuyển mạch ở vị trí thang đo mA hay Ω, nếu không đồng hồ sẽ hỏng.
- Không cắm que đo sang đầu đo dòng điện 15A xoay chiều.
- Đặt chuyển mạch đồng hồ ở vị trí đo điện áp xoay chiều mà đo điện áp 1 chiều, kim đồng hồ vẫn lên nhưng kết quả là không chính xác.
- Đối với thang đo xoay chiều 10V cần đọc ở cung chia độ riêng của nó thì kết quả mới chính xác (cung D10) b.Cách thực hiện
- Cắm que đo màu đen vào đầu COM, que đo màu đỏ vào đầu (+)
- Đặt chuyển mạch ở thang đo AC.V lớn hơn nhưng gần nhất với giá trị cần đo để kết quả đo là chính xác nhất.
- Đặt 2 que đo vào 2 điểm cần đo (Đo song song) Không cần quan tâm đến cực tính của đồng hồ
- Tính kết quả đo được giống trường hợp đo điện áp một chiều.
Với V là giá trị điện áp thực
A – Là số chỉ của kim đọc được trên cung chia độ
B – Là thang đo đang sử dụng
C – Là giá trị MAX của cung chia độ
Tỷ lệ B/C là hệ số mở rộng
Sử dụng pin khô, cơ cấu đo từ - điện có thể hoạt động như một đồng hồ đo điện trở (ohmmeter) để xác định các điện trở chưa biết giá trị, như trong mạch hình trên Dòng điện chảy qua cơ cấu đo sẽ đi qua điện trở cần đo (RX), và giá trị dòng điện sẽ ảnh hưởng đến độ lệch của kim chỉ thị, phụ thuộc vào trị số của điện trở chưa biết.
Máy đo DMM
4.1 Các thông số kỹ thuật của DMM
Đồng hồ vạn năng điện tử, hay còn gọi là vạn năng kế điện tử, là thiết bị đo sử dụng linh kiện điện tử chủ động và cần nguồn điện như pin Đây là loại đồng hồ phổ biến nhất hiện nay, đặc biệt cho những người làm trong lĩnh vực kiểm tra điện và điện tử Kết quả đo được hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng, do đó thiết bị này còn được gọi là đồng hồ vạn năng điện tử hiện số.
Việc chọn đơn vị đo và thang đo thường thực hiện qua các nút bấm hoặc công tắc xoay với nhiều nấc, đồng thời cần cắm dây nối kim đo vào đúng lỗ Nhiều vạn năng kế hiện đại hiện nay có khả năng tự động chọn thang đo.
- Vạn năng kế điện tử còn có thể có thêm các chức năng sau:
1 Kiểm tra nối mạch: máy kêu "bíp" khi điện trở giữa 2 đầu đo (gần) bằng
2 Hiển thị số thay cho kim chỉ trên thước.
3 Thêm các bộ khuếch đại điện để đo hiệu điện thế hay cường độ dòng điện nhỏ khi điện trở lớn.Đo độ tự cảm của cuộn cảm và điện dung của tụ điện, có ích khi kiểm tra và lắp đặt mạch điện
4 Kiểm tra diode và transistor, có ích cho sửa chữa mạch điện.
5 Hỗ trợ cho đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt.
6 Đo tần số trung bình, khuếch đại âm thanh, để điều chỉnh mạch điện của radio Nó cho phép nghe tín hiệu thay cho nhìn thấy tín hiệu (như trong dao động kế).
7 Dao động kế cho tần số thấp, có ở các vạn năng kế có giao tiếp với máy tính.
8 Bộ kiểm tra điện thoại.
9 Bộ kiểm tra mạch điện ô-tô.
10 Lưu giữ số liệu đo đạc (ví dụ của hiệu điện thế).
Các kí hiệu trên đồng hồ vạn năng hiển thị số
- V~: Thang đo điện áp xoay chiều.
- V- : Thang đo điện áp một chiều.
- A~: Thang đo dòng điện xoay chiều.
- A- : Thang đo dòng điện một chiều.
- hFE: Thang đo hệ số khuyếch đại dòng tĩnh
* Các đầu cắm que đo của đồng hồ vạn năng điện tử
COM (Common): Đầu chung, cắm que đo màu đen
V/Ω : Đầu đo dương màu đỏ, được sử dụng để đo điện trở và điện áp (một chiều và xoay chiều)
Để đo dòng điện lớn, sử dụng đầu cắm que đo màu đỏ tại vị trí 20A Trong khi đó, khi đo dòng điện nhỏ ở mức mA, đầu cắm que đo màu đỏ sẽ được kết nối ở vị trí mA.
4.2 Sơ đồ khối chức năng của DMM
Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số chuyển đổi tín hiệu đầu vào như điện áp xoay chiều, dòng điện, điện trở và nhiệt độ thành điện áp một chiều qua bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC) Bộ vi điều khiển hoặc bộ vi xử lý trong khối điều khiển kỹ thuật số quản lý luồng thông tin và điều phối các chức năng bên trong, đồng thời truyền thông tin ra ngoài cho các thiết bị như máy in hoặc máy tính Nhiều đồng hồ vạn năng cầm tay tích hợp các khối này trong mạch VLSI, với bộ chuyển đổi A/D và trình điều khiển hiển thị có thể nằm trong cùng một IC Đồng hồ vạn năng điện tử bao gồm ba thành phần chính.
Màn hình LCD của đồng hồ vạn năng được bố trí ở phía trên, hiển thị từ bốn chữ số trở lên và có khả năng hiển thị giá trị âm khi cần thiết Nhiều đồng hồ vạn năng hiện đại còn được trang bị đèn nền, giúp người dùng dễ dàng quan sát trong điều kiện ánh sáng yếu.
Vòng quay lựa chọn trên đồng hồ vạn năng cho phép người dùng dễ dàng cài đặt và đọc các thông số điện khác nhau như miliamps (mA) của dòng điện, điện áp, điện trở và điện dung Bạn có thể linh hoạt xoay mặt đồng hồ để đo các thông số cụ thể một cách thuận tiện.
Mỗi đồng hồ vạn năng đều có hai cổng ở mặt trước, ngoại trừ một số cổng dành riêng cho việc đo dòng điện bằng mA hoặc A Người dùng cần cắm hai đầu dò vào các cổng có màu sắc khác nhau, với một cổng màu đỏ và cổng còn lại màu đen.
Cổng COM, viết tắt của common, thường được kết nối với mặt đất hoặc được xem là kết nối âm (-ve) trong mạch điện, với đầu dò màu đen thường được cắm vào cổng này Trong khi đó, cổng mAVΩ cho phép đo dòng điện lên đến 200 mA, điện áp và điện trở, được coi là kết nối dương (+ve) của mạch, với đầu dò màu đỏ thường được sử dụng cho cổng này.
4.3 Sử dụng và bảo quản máy đo DMM
- Sử dụng đồng hồ vạn năng điện tử để đo dòng điện
Chúng ta có thể sử dụng đồng hồ vạn năng để hiển thị các thông số của dòng điện một chiều (DC) và dòng điện xoay chiều (AC).
Bước 1: Để đồng hồ ở thang đo A~ (đo AC) và thang A- (đo DC).
Cắm que đo màu đen vào đầu COM và que màu đỏ vào cổng mA để đo dòng cường độ lớn, hoặc vào cổng 20A nếu đo dòng cường độ nhỏ.
Bước 3: Que đo màu đen cắm vào đầu (COM), que đo màu đỏ cắm vào đầu (+).
Bước 4: Đặt đồng hồ ở thang DC.A - 250mA.
Bước 5: Ngắt nguồn điện của các mạch cần đo.
Kết nối que đo màu đỏ vào cực dương (+) và que đo màu đen vào cực âm (-) theo chiều dòng điện trong mạch cần đo Đảm bảo mắc đồng hồ nối tiếp với mạch để tiến hành đo lường chính xác.
Bước 7: Cấp nguồn điện cho mạch.
Bước 8: Đọc kết quả trên màn hình hiển thị đồng hồ.
+ Khi kết quả đọc được nhỏ hơn 25mA, đặt chuyển mạch sang vị trí DC.A – 25mA để được kết quả chính xác hơn.
+ Tương tự, khi kết quả nhỏ hơn 2,5mA thì đặt chuyển mạch sang vị trí DC.A – 2,5mA.
Bắt đầu từ thang đo lớn nhất, sau đó giảm dần cho đến khi chọn được thang đo lớn hơn nhưng gần nhất với giá trị dòng điện cần đo.
+ Đọc kết quả trên màn hình LCD.
- Sử dụng đồng hồ vạn năng điện tử để đo điện áp
Chúng ta có thể sử dụng đồng hồ vạn năng hiển thị thông số của dòng điện một chiều (DC)và dòng điện xoay chiều (AC).
Bước 1: Để đồng hồ ở thang V- để đo điện áp một chiều và V~ để đo điện áp xoay chiều.
Bước 2: Que đen cắm cổng chung COM, que đỏ cắm vào cổng V/Ω. Bước 3: Que đo màu đen cắm vào đầu (COM), que đo màu đỏ cắm vào đầu (+).
Để đạt được kết quả đo chính xác nhất, hãy đặt chuyển mạch ở thang đo DC.V (AC.V) lớn hơn nhưng gần nhất với giá trị cần đo Chẳng hạn, khi đo điện áp 220V, bạn nên chọn thang 250V thay vì 1000V, vì thang 250V sẽ mang lại độ chính xác cao hơn.
