KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN
Khái niệm về đo lường
Để thực hiện việc đo lường, chỉ những đại lượng có thể so sánh với mẫu (hay chuẩn) mới có thể được đo một cách chính xác Trong trường hợp các đại lượng không thể so sánh trực tiếp, cần phải chuyển đổi chúng về đại lượng có thể so sánh với mẫu trước khi tiến hành đo.
Đo lường là quá trình so sánh đại lượng chưa biết với một đại lượng đã biết, được gọi là đơn vị Mẫu đo là dụng cụ giữ mẫu các đơn vị đo, trong khi dụng cụ đo, hay còn gọi là máy đo hoặc đồng hồ đo, là thiết bị thực hiện việc so sánh này.
Việc đo khối lượng thực chất là so sánh khối lượng cần đo với khối lượng của một khối kim loại được chọn làm đơn vị, cụ thể là kilôgam Dụng cụ sử dụng để thực hiện phép đo này là chiếc cân.
Khái niệm về đo lường điện
Đo lường điện là quá trình đánh giá định lượng đại lượng điện cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo.
Các phương pháp đo
Phương pháp đo trực tiếp là kỹ thuật đo lường trong đó đại lượng cần xác định được so sánh trực tiếp với một mẫu đo cùng loại, giúp đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy của kết quả.
Đo dòng điện có thể thực hiện bằng Ampemét, trong khi điện áp được đo bằng cách so sánh với sức điện động mẫu Để đo điện trở, người ta thường sử dụng phương pháp so sánh với điện trở mẫu thông qua cầu điện.
Các đại lượng điện thường được đo bằng phương pháp đo trực tiếp, giúp đạt độ chính xác cao nhờ so sánh trực tiếp với mẫu đo Phương pháp đo trực tiếp bao gồm hai cách chính: đo đọc thẳng và đo so sánh.
Phương pháp đo đọc thẳng cho phép thu được kết quả đo trực tiếp trên mặt chia độ hoặc mặt hiện số của dụng cụ Ví dụ, khi đo điện áp bằng V-mét, kết quả sẽ hiển thị ngay trên mặt chia độ Độ chính xác tối đa của phương pháp này đạt tới 0,05, là mức cao nhất hiện có của các dụng cụ đo đọc thẳng.
Phương pháp đo so sánh là kỹ thuật đo lường trong đó đại lượng cần đo được so sánh với một mẫu đo đã biết giá trị Ví dụ, việc sử dụng cữ đo để kiểm tra kích thước của các chi tiết gia công là một ứng dụng điển hình của phương pháp này Trong quá trình đo, kích thước của cữ kiểm tra đóng vai trò là mẫu đo đã biết, trong khi kích thước của các chi tiết cần đo sẽ được so sánh với mẫu đo đó.
Phương pháp so sánh thực hiện bằng hai cách:
Phương pháp so lệch: Lượng cần đo Ax được so sánh với mẫu
Ax) sẽ do dụng cụ đo xác định Biết
A0 và A ta sẽ tính được giá trị lượng cần đo Ax Chẳng hạn, hình
1-1 vẽ sơ đồ nguyên tắc đo sức điện động hay điện áp bằng phương pháp so lệch sức điện động cần đo
Hình 1-1 Đo sức điện động bằng phương pháp so lệch
Ex được so sánh với sức điện động mẫu E0, điện kế G sẽ thực hiện đo phần chênh lệch U Từ đó:
Mặc dù số đo U có độ chính xác không cao, nhưng giá trị của nó chỉ khoảng 0,01 so với trị số của Ex, do đó kết quả đo vẫn đạt được độ chính xác cao lên tới 0,03%.
Phương pháp chỉ không là kỹ thuật đo lường mà trong đó lượng cần đo Ax được so sánh với mẫu A0 có thể điều chỉnh, nhằm đảm bảo sai lệch A0 – Ax = 0 Kết quả so sánh được xác định bằng dụng cụ đo chỉ không, thực chất là phương pháp so lệch, với E0 hoặc Ex có thể điều chỉnh để đảm bảo U = 0 Điện kế G đóng vai trò chỉ 0, và độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào dụng cụ chỉ không, thường đạt độ chính xác rất cao Ngược lại, phương pháp đo gián tiếp là kỹ thuật đo mà lượng cần đo được tính toán từ kết quả đo các đại lượng khác có liên quan.
Các đại lượng liên quan thường được đo bằng phương pháp trực tiếp Để đo điện trở rx, ta kết nối nó với điện áp U và đo dòng điện I Bằng cách sử dụng Vônmét để đo U và Ampemét để đo I, ta có thể xác định giá trị của rx theo định luật Ôm.
Sai số trong phương pháp đo gián tiếp bao gồm sai số từ việc đo các đại lượng liên quan (thường là ít nhất hai đại lượng) và sai số do quá trình tính toán Do đó, độ chính xác của phương pháp này thường khá thấp.
Phương pháp này cho phép sử dụng các dụng cụ đo thông thường để đo các đại lượng, do đó vẫn được áp dụng rộng rãi, đặc biệt trong trường hợp thiếu dụng cụ đo chuyên dụng cho các đại lượng như điện trở, hệ số công suất và hệ số trượt của động cơ không đồng bộ.
Ta tóm tắt sự phân loại các phương pháp đo theo sơ đồ (hình 1-2).
CÁC SAI SỐ VÀ TÍNH SAI SỐ
Khái niệm về sai số
Khi thực hiện phép đo, số liệu thu được từ dụng cụ đo thường có sự sai lệch so với giá trị thực của đối tượng cần đo, và sự sai lệch này được gọi là sai số của phép đo.
Các loại sai số
Kết quả đo được, ký hiệu là A, đại diện cho số đo, trong khi giá trị thực của lượng đo, ký hiệu A1, là giá trị đạt được thông qua các dụng cụ đo mẫu hoặc các phép tính chính xác.
A được gọi là sai số tuyệt đối của phép đo
Từ đó, giá trị thực của lượng đo sẽ nằm trong phạm vi:
Việc xác định chính xác giá trị của A là rất khó khăn, vì giá trị A1 thường chỉ được đo bằng các dụng cụ đo Do đó, người ta chỉ có thể xác định giá trị giới hạn của A, được gọi là sai số tuyệt đối lớn nhất Amax Thông thường, khi nhắc đến sai số tuyệt đối trong phép đo, người ta thường ám chỉ đến sai số lớn nhất, tức là giới hạn lớn nhất của sai số.
Ví dụ 1-1: Kiểm tra một Ampemét bằng dụng cụ đo mẫu ta được kết quả
Các phương pháp đo Đo trực tiếp Đo đọc thẳng Đo so sánh Đo so lệch Đo chỉ không Đo gián tiếp
Hình 1-2 Sơ đồ phân loại phương pháp đo như bảng 1-1:
Số chỉ của dụng cụ mẫu, A 0 1 2 3 4 5
Số chỉ của Ampemét kiểm tra, A 0 1,02 2,01 2,97 3,97 4,95
Tìm sai số tuyệt đối của Ampemét đó
Giải: Sai số tuyệt đối của từng lần đo đã tính trong bảng 1-1 Sai số tuyệt đối của Ampemét chính là sai số lớn nhất
Các sai số tuyệt đối được chia làm ba loại: Sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên, sai số nhiễu b/ Sai số tương đối
Sai số tương đối của phép đo được xác định bằng tỷ lệ giữa sai số tuyệt đối và kết quả đo, thường được ký hiệu là γ A và được tính theo phần trăm.
Phép đo có A càng nhỏ thì càng chính xác
Ví dụ 1-2: Tính sai số tương đối của kết quả kiểm tra Ampemét ở ví dụ 1-1
Giải: Áp dụng công thức (1.3) ta tính được I như sau: (Bảng 1-2)
Số chỉ của Ampemét mẫu, A 1 2 3 4 5
Sai số tương đối, % 2 0,5 1 0,75 1 c/ Cấp chính xác
Sai số cực đại là giá trị sai số mà dụng cụ đo có thể mắc phải Cấp chính xác của dụng cụ đo được xác định dựa trên sai số tương đối quy đổi, và điều này được quy định cụ thể bởi Nhà nước.
Trong đó: - Cấp chính xác
A max - Sai số tuyệt đối lớn nhất
Amax - Giá trị lớn nhất của thang đo
Nếu biết cấp chính xác của dụng cụ đo, ta dễ dàng tính ra được sai số tuyệt đối lớn nhất của dụng cụ đo :
Và từ đó, xác định được sai số tương đối ứng với mỗi giá trị đo (Sai số cơ bản của dụng cụ đo)
Ví dụ 1-3: Qua kiểm tra Ampemét ở ví dụ 1-1 cho biết cấp chính xác của nó
Biết cấp chính xác của dụng cụ đo chính là: qđmax Từ bảng 1-2 ta thấy :
Vậy cấp chính xác của Ampemét là = 1
Ví dụ 1-4: Ampemét ở ví dụ trên, nếu đo dòng điện I 1 = 1A ; I 2 = 4A thì sai số tương đối lớn nhất mà phép đo gặp phải (sai số cơ bản) là bao nhiêu?
Giải: Áp dụng công thức (1.6): và
Theo quy định, cấp chính xác được ghi ngay trên mặt dụng cụ đo.
Phương pháp tính sai số
a/ Loại trừ sai số hệ thống
- Sử dụng cách bù sai số ngược dấu;
- Đưa vào một lượng hiệu chỉnh hay một hệ số hiệu chỉnh b/ Các bước tính sai số ngẫu nhiên:
Xét n phép đo với các kết quả đo thu được là x1, x2, , xn
B1- Tính ước lượng kì vọng toán học m x của đại lượng đo:
(1.7) chính là giá trị trung bình đại số của n kết quả đo
B2- Tính độ lệch của kết quả mỗi lần đo so với giá trị trung bình v i :
- v i (còn gọi là sai số dư)
B3 - Tính khoảng giới hạn của sai số ngẫu nhiên được xác định dựa trên đường phân bố chuẩn, với khoảng Δ = [Δ1, Δ2] Khoảng này được chọn sao cho xác suất xuất hiện sai số ngẫu nhiên ngoài khoảng này là 34%.
B4- Xử lý kết quả đo: Những kết quả đo nào có sai số dư v i nằm ngoài khoảng Δ = [Δ1, Δ2] sẽ bị loại.
Các phương pháp hạn chế sai số
- Chuẩn bị tốt trước khi đo: Phân tích lý thuyết; kiểm tra dụng cụ đo trước khi sử dụng; chuẩn bị trước khi đo; chỉnh "0" trước khi đo…
- Quá trình đo có phương pháp phù hợp: Tiến hành nhiều phép đo bằng các phương pháp khác nhau; sử dụng phương pháp thế…
Sau khi thực hiện đo lường, việc xử lý kết quả là rất quan trọng Để khắc phục sai số, có thể áp dụng phương pháp bù sai số ngược dấu, tức là sử dụng một lượng hiệu chỉnh với dấu ngược lại Nếu sai số hệ thống không thay đổi, chúng ta có thể loại bỏ sai số này bằng cách áp dụng một lượng hiệu chỉnh hoặc một hệ số hiệu chỉnh thích hợp.
Lượng hiệu chỉnh: là giá trị cùng loại với đại lượng đo được đưa thêm vào kết quả đo nhằm loại sai số hệ thống
Hệ số hiệu chỉnh: là số được nhân với kết quả đo nhằm loại trừ sai số hệ thống
CÂU HỎI ÔN TẬP a Câu hỏi trắc nghiệm
+ Đọc kỹ các câu hỏi chọn và đánh dấu (X) ý trả lời đúng nhất vào các ô ở các cột tương ứng
TT Nội dung câu hỏi a b c d
1.1 Giá trị bằng hiệu số giữa giá trị đúng của đại lượng cần đo và giá trị đo được trên mặt đồng hồ đo được gọi là: a Sai số phụ; b Sai số cơ bản; c Sai số tuyệt đối; d Sai số tương đối
1.2 Tỷ lệ giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực cần đo (tính theo %) được gọi là: a Sai số tương đối; b Sai số phụ; c Sai số cơ bản; d Tỷ lệ phần trăm của sai số tuyệt đối
1.3 Khi đo điện áp xoay chiều 220V với dụng cụ đo có sai số tương đối 1,5% thì sai số tuyệt đối lớn nhất có thể có với dụng cụ là: a 10V; b 2,2V; c 3,3V; d 1,1V b Câu hỏi tự luận
1 Nêu các định nghĩa về đo lường, mẫu đo, dụng cụ đo
2 Phương pháp đo là gì? Có mấy loại phương pháp đo?
3 Thế nào là sai số tuyệt đối, sai số tương đối? Viết các công thức tính sai số của phép đo
4 Cấp chính xác của dụng cụ đo là gì? Phân biệt sai số của dụng cụ đo và cấp chính xác của dụng cụ đo?
CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG
KHÁI NIỆM VỀ CƠ CẤU ĐO
- Trình bày được khái niệm và phân loại được các cơ cấu đo;
- Đọc được các ký hiệu trên mặt dụng cụ đo
1.1 Khái niệm và phân loại a/ Khái niệm: Cơ cấu đo là bộ phận chủ yếu của dụng cụ đo điện, thực hiện chức năng nhận lượng vào Y (đã được biến đổi từ đại lượng cần đo X nhờ mạch đo), sau đó biến đổi thành góc quay của kim trên mặt số
Giữa đại lượng X và Y có quan hệ :
Y = f(X) (2.1) Góc quay phụ thuộc vào Y theo quan hệ hàm số:
Mỗi giá trị X trong giới hạn đo đều tương ứng với một giá trị , dẫn đến một giá trị xác định trên mặt số Do đó, giá trị X được khắc ngay tại vị trí đó, giúp người dùng dễ dàng đọc trực tiếp lượng cần đo trên mặt số khi thực hiện phép đo.
Cơ cấu đo điện chủ yếu nhận lượng vào dưới dạng dòng điện, vì vậy khi xem xét nguyên tắc hoạt động, chúng ta coi lượng vào là dòng điện Cơ cấu đo điện được chia thành bốn loại cơ bản.
- Cơ cấu đo từ điện
- Cơ cấu đo điện từ
- Cơ cấu đo điện động
- Cơ cấu đo cảm ứng
1.2 Các ký hiệu trên mặt số dụng cụ đo điện
Ký hiệu theo cơ cấu đo, dụng cụ đo chia thành các loại như sau:
+ Dụng cụ đo kiểu từ điện:
+ Dụng cụ đo kiểu điện từ:
+ Dụng cụ đo kiểu điện động:
+ Dụng cụ đo kiểu cảm ứng:
+ Dụng cụ đo kiểu sắt điện động:
Dụng cụ đo kiểu tĩnh điện được thiết kế để nâng cao khả năng sử dụng của cơ cấu đo, không chỉ bao gồm các ký hiệu cơ bản mà còn tích hợp thêm nhiều ký hiệu phụ khác.
Dụng cụ có cơ cấu đo Ký hiệu
Kiểu từ điện chỉnh lưu
Tỷ số kế kiểu từ điện
Tỷ số kế kiểu điện động
Tỷ số kế kiểu điện từ
Tỷ số kế kiểu cảm ứng
Ký hiệu theo đại lượng cần đo
Dụng cụ đo Ký hiệu
Công tơ điện Wh Cos-mét Cos
Ký hiệu theo loại dòng điện
Dụng cụ dùng ở mạch Ký hiệu
Dụng cụ dùng để đo dòng một chiều
Dụng cụ dùng để đo dòng xoay chiều
Dụng cụ dùng để đo cả dòng một chiều và dòng xoay chiều
Dụng cụ dùng để đo dòng xoay chiều ba pha
Ký hiệu cách đặt dụng cụ đo
Nghiêng một góc, ví dụ 60 0
Ký hiệu cấp chính xác 0,5 ; 1;
Ký hiệu điện áp thử cách điện Vídụ: Thử ở điện áp 2kV 2
CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO
Mục tiêu: Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm và ứng dụng của các cơ cấu đo
2.1 Cơ cấu đo từ điện a/ Cấu tạo: (Hình 2- 1)
Nam châm vĩnh cửu được cấu tạo bởi khung dẫn từ với hai má thép non, tạo thành cực từ N-S, ôm lấy lõi sắt non hình trụ Thiết kế này tạo ra khe hở nhỏ, giúp hình thành từ trường quay hiệu quả.
Hình 2-1 Cơ cấu đo từ điện
- Khung dây (làm bằng nhôm, bên trên có quấn dây đồng cỡ 0,03 0,2 mm)
- Trục quay gắn với khung dây và kim chỉ thị
- Lò xo phản kháng (có hai chiếc, được quấn ngược chiều nhau, vừa để dẫn dòng, vừa tạo mô men phản kháng)
- Đối trọng b/ Nguyên lý làm việc
Khi dòng điện I đi vào khung dây, nó tương tác với từ trường khe hở, tạo ra lực điện từ F trên hai cạnh khung dây Cặp ngẫu lực này sinh ra mô men quay M quanh trục, và khi dòng điện tăng, mô men quay cũng tăng theo.
+ Mối liên hệ đó được thể hiện:
Khi một mạch kim quay một góc α, lò xo phản kháng bị biến dạng, dẫn đến sự xuất hiện của mô men phản kháng (Mp) Mô men này tỷ lệ thuận với góc quay α.
Trong đó : - D là hệ số không đổi đối với mỗi lò xo hay đó là mô men đối kháng của riêng lò xo
Kim đo chỉ dừng lại khi Mq = Mp
Từ góc quay α, ta có thể xác định dòng điện I cần đo, vì góc α tỷ lệ thuận với dòng điện Thang đo đã được tính toán sẵn và thể hiện rõ ràng, cho phép người dùng đọc trực tiếp kết quả đo một cách dễ dàng.
Do vậy cơ cấu đo từ điện hay ta còn gọi là cơ cấu đo đọc thẳng c/ Ưu – Nhược điểm
Cảm biến có độ nhạy cao nhờ vào từ trường mạnh của nam châm lớn, giúp đo được dòng điện rất nhỏ, chỉ khoảng vài miliAmpe, và ít bị ảnh hưởng bởi từ trường bên ngoài.
- Thang đo đều ít bị sai số do chia trên thang đo;
- Tiêu hao năng lượng ít độ chính xác cao (do phần động nhẹ)
Hình 2-2 Sự hình thành mô men quay ở cơ cấu từ điện
- Khả năng quá tải nhỏ (do dây quấn trên khung quay không thể làm cỡ dây to được);
- Chỉ đo được dòng một chiều;
- Muốn đo được dòng xoay chiều phải có bộ phận chỉnh lưu d/ Ứng dụng
- Chế tạo đồng hồ đo dòng điện, điện áp, điện trở
- Chế tạo điện kế có độ nhạy cao, dùng làm cơ cấu chỉ không trong đồng hồ vạn năng
2.2 Cơ cấu đo điện từ a/ Cấu tạo: Cơ cấu đo điện từ có hai loại : - Cơ cấu đo có cuộn dây phẳng
- Cơ cấu đo có cuộn dây tròn
Cấu tạo cơ cấu đo điện từ có cuộn dây phẳng (Hình 2-3)
- Đối trọng 7 Hình 2-3 Cơ cấu đo điện từ cuộn dây phẳng
Cấu tạo cơ cấu đo điện từ cuộn dây tròn (Hình 2-4)
- Lá thép sắt từ cố định 2
- Lá thép sắt từ di động 3
Hình 2-4 Cơ cấu đo điện từ cuộn dây tròn b/ Nguyên lý làm việc
Nguyên lý hoạt động của hai loại cơ cấu đo điện từ dựa vào sự tương tác giữa các phần tử làm bằng vật liệu sắt từ mềm và từ thông do cuộn dây có dòng điện tạo ra Đối với cơ cấu đo điện từ cuộn dây phẳng, khi dòng điện đi qua cuộn dây, nó hoạt động như một nam châm điện hút lá thép, tạo ra mô men quay cho phần động M.
Dưới tác động của mô men phần động mang kim quay một góc , làm cho lò xo bị biến dạng và xuất hiện mô men đối kháng ở lò xo
M p = D. Kim sẽ dừng lại khi Mq = Mp
Từ biểu thức (2.6) và (2.7) ta có :
Nghĩa là: Góc quay của kim tỷ lệ với bình phương dòng điện
- Biết ta có thể biết I (trị số dòng điện cần đo)
- Thang chia độ không đều
Kết quả đo được tính toán và ghi lại trên thang đo, cho phép người dùng đọc trực tiếp kết quả một cách dễ dàng, nhờ vào cơ cấu đo kiểu đọc thẳng Tuy nhiên, loại cơ cấu này cũng có những ưu điểm và nhược điểm riêng cần được xem xét.
- Cấu tạo đơn giản, chắc chắn vì phần tĩnh là cuộn dây;
- Khả năng quá tải lớn vì cuộn dây phần tĩnh có thể quấn to nhỏ tùy ý;
- Đo được cả dòng xoay chiều và một chiều vì khi bị từ hóa, lõi thép luôn bị lực hút hướng vào trong lòng cuộn dây;
- Cuộn dây là nơi có năng lượng từ trường lớn nhất
- Do ảnh hưởng của từ trường ngoài gây sai số;
- Tổn hao dòng Phu cô Độ chính xác thấp;
- Mặt số không đều d/ Ứng dụng
Làm dụng cụ đo dòng điện, điện áp xoay chiều trong kỹ thuật
2.3 Cơ cấu đo kiểu điện động a/ Cấu tạo: (Hình 2-5)
Hình 2-5 Cấu tạo cơ cấu đo điện động b/ Nguyên lý làm việc
- Cho dòng điện cần đo I 1 đi vào cuộn dây tĩnh và I 2 đi vào cuộn dây động
Dòng điện I2 trong từ trường của cuộn 1 tạo ra lực điện từ F tác động lên hai cạnh của cuộn dây động, dẫn đến sự xuất hiện mô men quay quanh trục phần động Mô men này tỷ lệ thuận với dòng điện I1 và I2.
Mô men này làm kim quay đi một góc và dừng lại ở vị trí cân bằng khi mô men phản kháng của lò xo:
Trong trường hợp I 1 , I 2 là xoay chiều thì M sẽ tỷ lệ với I 1 và I 2 và cos (góc lệch pha giữa chúng)
Nghĩa là từ góc quay ta xác định được trị số cần đo và ghi thẳng lên mặt thang đo c/ Ưu - Nhược điểm
- Độ chính xác cao vì không có lõi thép;
- Đo được cả một chiều lẫn xoay chiều
- Từ trường ngoài làm giảm độ chính xác do vậy phải làm màn chắn từ để tạo được từ trường mạnh;
Sử dụng dụng cụ đo có độ nhạy cao, người ta tạo thêm mạch từ bằng lá thép kỹ thuật điện cho cuộn tĩnh, từ đó phát triển cơ cấu đo kiểu sắt điện động Ứng dụng của phương pháp này mang lại độ chính xác cao trong các phép đo.
Chế tạo thành đồng hồ đo dòng điện, điện áp, cos trong phòng thí nghiệm
2.4 Cơ cấu đo cảm ứng a/ Cấu tạo: (Hình 2-6)
Là hai cuộn dây 1 và 2, một cuộn dòng và một cuộn áp
- Cuộn dòng: được chế tạo bằng dây có tiết diện lớn, số vòng nhỏ
- Cuộn áp: được quấn bằng dây có tiết diện nhỏ, số vòng lớn
Hai cuộn dây này được đặt gần đĩa nhôm phần động để từ trường của nó xuyên qua đĩa nhôm Hình 2-6 Cơ cấu đo cảm ứng
Là một đĩa nhôm gắn với trục, ngoài ra cơ cấu còn có nam châm vĩnh cửu làm nhiệm vụ cản dịu b/ Nguyên lý làm việc
Trong cơ cấu đo, hai dòng điện I1 và I2 trong cuộn dây tĩnh 1 và 2 được xác định theo chiều như hình vẽ, tạo ra từ thông 1 và 2 Chiều từ thông được quy định theo quy tắc vặn nút chai, như thể hiện trong hình 2-6.
Vì dòng điện I1 và I2 biến thiên, sinh ra từ thông 1 và 2 biến thiên, xuyên qua đĩa nhôm làm sinh ra trong đĩa nhôm những dòng điện xoáy I12 và I22
Dòng điện I12 nằm trong vùng từ trường của 2, do đó nó chịu tác động của lực điện từ F1 Tương tự, dòng điện I22 cũng có một phần nằm trong vùng từ trường của 1, dẫn đến việc nó chịu tác động của lực điện từ F2 Chúng ta có thể xác định được chiều của các lực F1 và F2.
Lực điện từ tổng hợp F có giá trị: F F 1 F 2
Khi đĩa nhôm gắn lên trục, lực điện từ F tác động lên nó sẽ tạo ra mômen quay, khiến đĩa nhôm và kim chỉ thị quay theo, từ đó hiển thị kết quả đo.
Bằng phương pháp biến đổi toán học người ta chứng minh được cơ cấu đo có phương trình đặc tính thang đo:
M q = C.f. 1 2 sin (2.12) Trong đó: Mq- là Mô men quay của đĩa nhôm
1 , 2 là trị số từ thông do các dòng điện I1 và I2 sinh ra
- góc lệch pha giữa 1 và 2 f – tần số lưới điện c/ Ưu - Nhược điểm
Cơ cấu có mô men quay lớn
- Cơ cấu có độ chính xác thấp, do ảnh hưởng của từ trễ, do bão hòa từ và có ma sát;
- Cấu tạo phức tạp, đắt tiền ;
- Chỉ đo được trong mạch xoay chiều d/ Ứng dụng
Chủ yếu để chế tạo các thiết bị đo đếm điện năng (công tơ 1 pha, công tơ 3 pha) và Oátmét cảm ứng
CÂU HỎI ÔN TẬP a Câu hỏi trắc nghiệm:
+ Đọc kỹ các câu hỏi, chọn ý trả lời đúng nhất và đánh dấu (X) vào ô đã chọn ở cột tương ứng
TT Nội dung câu hỏi a b c d
2.1 Cơ cấu đo từ điện đo được các đại lượng: a Điện một chiều; b Điện xoay chiều; c Điện xoay chiều mọi tần số; d Cả một chiều lẫn xoay chiều
2.2 Cơ cấu đo từ điện thang đo được chia: a Đều (tuyến tính); b Tỷ lệ theo hàm logarit; c Tỷ lệ bậc 2; d Tỷ lệ theo hàm mũ
2.3 Đặc điểm chính của 3 loại cơ cấu đo: kiểu điện từ; kiểu điện động và kiểu từ điện là: a Kiểu điện từ: Phép đo chính xác và độ nhạy cao; b Kiểu điện động: Phép đo chính xác và độ nhạy cao; c Kiểu từ điện: Phép đo chính xác và độ nhạy cao; d Ba kiểu là như nhau, không khác biệt
2.4 Để mở rộng giới hạn đo cho cơ cấu đo điện từ để đo điện áp xoay chiều trên 1000V, phải dùng: a Điện trở phụ mắc nối tiếp; b Điện trở phụ mắc song song; c Biến áp đo lường; d Biến dòng đo lường
2.5 Khi đo điện trở; Góc quay của kim càng lớn thì kết luận: a Điện trở rất lớn; b Điện trở càng lớn; c Điện trở càng nhỏ; d Tuỳ loại máy đo
2.6 Khi đo điện trở bằng máy đo chỉ thị kim Trị số phải được đọc trị từ: a Phải qua trái; b Trái qua phải; c Giữa ra 2 biên; d Tại vị trí kim dừng lại b Câu hỏi tự luận:
1 Nêu khái niệm về cơ cấu đo điện Có mấy loại cơ cấu đo điện?
2 Nêu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc điểm ứng dụng của các cơ cấu đo kiểu từ điện, điện từ, điện động và cảm ứng.
ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN
ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG U, I
- Lựa chọn đồng hồ đo phù hợp;
- Đo được các giá trị dòng điện, điện áp đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
Dụng cụ dùng để đo dòng điện là Ampemét -
- Ampemét đo dòng một chiều
- Ampemét đo dòng xoay chiều
- Ampemét dùng để đo dòng điện trung bình và lớn
- Ampemét dùng để đo dòng điện nhỏ a/ Cách sử dụng dụng cụ đo
Hình 3-1 Mắc Ampemét trong mạch đo
Ampemét được mắc nối tiếp với mạch cần đo (hình 3-1) Dòng điện cần đo đi qua nó
* Lựa chọn dụng cụ đo
- Đối với Ampemét từ điện chỉ đo được dòng một chiều:
Trên mặt đồng hồ ở 2 cọc đo đánh dấu cực tính thì khi đo phải nối hay mắc đúng cực tính
Nghĩa là: - Cực dương mắc với cọc có dấu (+)
- Cực âm mắc với cọc có dấu (-)
- Đối với đồng hồ Ampemét xoay chiều:
Ta có thể mắc 2 cọc đo tùy ý nhưng phải đảm bảo mắc nối tiếp
Trước khi đo phải ước lượng giá trị cần đo để chọn đồng hồ có thang đo thích hợp
Chọn định mức lớn hơn nhiều so với yêu cầu có thể dẫn đến kết quả đo không chính xác hoặc thậm chí không thể thực hiện đo do quán tính của phần động.
Nếu chọn Iđ >> Iđm cháy đồng hồ, không đo được
Nên chọn đồng hồ đo: Iđ = 70 80% Iđm
Ví dụ: Muốn đo dòng 7A, ta phải để thang đo 10A b/ Mở rộng giới hạn đo cho Ampemét
Ampemét từ điện được cấu tạo với cuộn dây quấn bằng dây đồng có đường kính từ 0,03 đến 0,2 mm Số vòng dây W là 300 vòng, cho phép dòng điện qua khung quay dao động từ 10 mA đến 20 mA.
Hình 3-2 Ký hiệu Ampemét từ điện Dòng điện cần đo qua lò so phản kháng hoặc dây căng chạy vào khung quay
Ampemét chỉ có thể đo dòng điện không lớn hơn 20mA do cấu tạo của nó Để đo dòng điện lớn hơn, cần sử dụng máy biến dòng một chiều, nhưng thiết bị này cồng kềnh, đắt tiền và khó vận hành Do đó, phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng shunt.
I r0 đó là một điện trở bằng manganin nối song song với cơ cấu đo (hình 3-3)
Hình 3-3 Mở rộng giới hạn đo cho Ampemét
Khi có ánh sáng mặt trời, dòng điện đo I phân nhánh vào khung quay và tỉ lệ nghịch với điện trở của chúng Bằng cách điều chỉnh giá trị điện trở của sun, chúng ta có thể thay đổi giới hạn đo của Ampe kế, miễn là dòng điện qua khung quay không vượt quá mức cho phép.
- Tính điện trở sun của một giới hạn đo
Gọi I là dòng điện cần đo; I0 là dòng điện qua khung quay; Is là dòng điện sun
Ta có quan hệ như sau:
Sự phân bố dòng điện đi vào khung quay và sun theo quan hệ :
Trong đó: r0- Điện trở của khung quay và lò xo phản
Từ 2 biểu thức (3.1) và (3.2) rút ra quan hệ như sau:
Trong đó KA: hệ số phân dòng của Ampemét
Khi đã biết trị số điện trở trong của cơ cấu đo r0, dòng điện lệch toàn thang đo I0 và trị số dòng điện đo được lớn nhất I, chúng ta có thể xác định trị số điện trở sun bằng cách sử dụng biểu thức phù hợp.
Thông thường cơ cấu đo từ điện có dòng điện lệch toàn thang đo
I0 = 5 20 mA Điện áp định mức trên 2 cực cơ cấu đo là: 75mV
Trường hợp KA lớn (cỡ hàng 1000), điện trở sun được tính theo biểu thức đơn giản sau:
Trong đó: U0 - điện áp định mức trên 2 cực của cơ cấu đo
In - Dòng điện giới hạn mở rộng thang đo
Ampemét có thể có nhiều thang đo bằg cách áp dụng một số các sơ đồ sau: Các sơ đồ này có ba thang đo I1, I2, I3 (Hình 3-4)
Sơ đồ (a) có 4 cực nối dây, 1cực chung và 3 cực ứng với 3 thang đo
Sơ đồ (b) có 2 cực nối dây và 1 chuyển mạch để thay đổi thang đo
Sơ đồ (c) có 2 cực nối dây và 3 chốt cắm để thay đổi thang đo
Mở rộng giới hạn đo cho Ampe mét từ điện có đặc điểm chung là cơ cấu đo luôn được khép kín bởi các sụn với điện trở không đổi Điều này đảm bảo mức độ cản dịu và sai số nhiệt độ luôn ổn định khi thay đổi thang đo.
- Tính toán điện trở sun của Ampemét nhiều thang đo
Giả sử Ampemét từ điện có sơ đồ điện như hình sau: n
(3.6) a) c Ứng với thang đo nhỏ nhất có dòng cần đo In, dòng điện qua cơ cấu đo:
Dòng điện định mức (In) được xác định ở thang đo nhỏ nhất, tương ứng với điện trở toàn bộ (rn) của các điện trở sun, được tính bằng tổng các điện trở rS1, rS2, rS3, , rSn Điện trở trong của cơ cấu đo được ký hiệu là r0 Đối với thang đo thứ k, dòng điện qua cơ cấu đo sẽ phụ thuộc vào các yếu tố này.
Trong đó: Ik – dòng điện định mức ở thang đo thứ k rk - điện trở sun ứng với thang đo thứ k rk = rS1 + rS2 + + rSk ứng với k = 1,2,3,4 n
Vì dòng điện lệch toàn thang đo là chung cho mọi thang đo nên: do đó:
Từ biểu thức (3.7) ta tìm được điện trở sun ứng với thang đo bé nhất:
Trong đó : kn- hệ số phân dòng ở thang đo thứ n:
I0 rs1 rs2 rs3 r r rn r3 r rn- rn-2
Từ biểu thức (3.9) điện trở sun ở thang đo thứ k là:
Biết rk có thể tính được điện trở sun thành phần rS1, rS2, rS3 rSn như sau: rS1 = r1 rS2 = r2 - r1 rS3 = r3 - r2 rSn = rn - rn - 1
Cơ cấu đo điện động được chế tạo thành Ampemét để đo dòng điện một chiều và xoay chiều
Các kiểu nối dây Ampemét điện động có sơ đồ hình 3-5 (trang sau)
Hình (a) và (b) minh họa sơ đồ của Ampemét điện động với cuộn dây tĩnh nối tiếp cuộn dây động Dòng điện đi qua lò xo tác động lên các cuộn dây tĩnh và động.
Hình 3-5 Sơ đồ nối dây của Ampemét điện động Phương trình đặc tính thang đo của Ampemét điện động có dạng:
Để đo dòng điện lớn hơn 0,5A qua lò xo phản, cần áp dụng sơ đồ (c).
Cuộn dây tĩnh được mắc song song với cuộn dây động, giúp chỉ một phần dòng điện Ix đi qua lò xo phản vào cuộn dây động Điều này đảm bảo lò xo phản không bị quá tải.
Nối tiếp với cuộn dây động còn có một điện trở phụ rp để đảm bảo sự phân bố dòng điện vào 2 cuộn dây đều đặn theo tỷ lệ:
Trong đó : ZA, ZB – Là tổng trở của cuộn dây tĩnh và động
IA, IB là dòng điện qua cuộn dây tĩnh và động, ta có thể biểu thị IA và IB theo I như sau: Đặt:
Thay IA và IB vào phương trình :
Thay C1.C2 = C ta được phương trình đặc tính thang đo của Ampemét điện động có dạng:
Từ (3.13) và (3.14) cho thấy góc quay tỷ lệ với I 2 nên thang đo không đều, đầu thang đo khoảng chia hẹp và cuối thang đo khoảng chia rộng
Cuộn dây tĩnh được chế tạo thành nhiều phân đoạn với số vòng dây bằng nhau, cho phép điều chỉnh giới hạn đo của Ampemét Khi mắc song song hai phân đoạn, số vòng dây mỗi phân đoạn là W không đổi, nhưng dòng điện cho phép tăng gấp đôi, dẫn đến lực từ hóa đạt 2IW Ngược lại, khi mắc nối tiếp, tổng số vòng dây trở thành 2W, dòng điện qua cuộn dây là I, và lực từ hóa cũng đạt 2IW.
Ta còn có thể phối hợp cả 2 cách mắc trên để mở rộng thang đo khi cuộn dây tĩnh có nhiều phân đoạn (hình 3-6)
Hình 3-6 Mở rộng thang đo cho Ampemét có cuộn dây nhiều phân đoạn
- Đo điện áp thường dùng Vônmét - V
- Các loại Vônmét: + Vônmét một chiều
+ Vônmét dùng để đo điện áp trung bình và lớn + Vônmét dùng để đo điện áp nhỏ a/ Cách sử dụng dụng cụ đo
Khi đo, Vônmét được mắc song song với đoạn mạch cần đo (hình 3-7)
Vônmét và Ampemét khác nhau ở chỗ điện trở của Ampemét rất nhỏ, trong khi điện trở của Vônmét lại rất lớn, giúp giảm thiểu tổn hao điện năng qua điện trở của Vônmét.
* Lựa chọn dụng cụ đo:
Nếu là đồng hồ đo một chiều cần phải nối đúng cực tính và phải chọn thang đo thích hợp cho Vônmét
Uđm Uđ phép đo không chính xác không đo được
Uđm Uđ không đo được (cháy đồng hồ)
Nên chọn Uđ = 70 80% Uđm và chọn đúng loại đồng hồ
Khi đo điện áp xoay chiều, cần chú ý không sử dụng Vônmét từ điện, tránh nhầm lẫn với đồng hồ đo dòng hoặc đo công suất Để đảm bảo độ chính xác, hãy mở rộng giới hạn thang đo cho Vônmét.
Trong mạch điện một chiều, Vônmét được sử dụng để đo điện áp, khác với Ampemét Để đảm bảo độ chính xác, Vônmét cần có điện trở trong lớn, vì vậy khung quay của thiết bị thường được quấn bằng dây nhỏ với số vòng lớn, giúp dòng điện định mức qua khung quay trở nên nhỏ.
Sơ đồ điện của Vônmét bao gồm hai phần chính: điện trở trong của cơ cấu đo, trong đó có điện trở khung quay và điện trở lò xo phản, cùng với điện trở phụ được mắc nối tiếp.
ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG R, L, C
- Lựa chọn đồng hồ đo phù hợp;
- Đo được các giá trị điện trở, điện cảm, điện dung đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
2.1 Đo điện trở a/ Phương pháp đo gián tiếp
Không dùng trực tiếp dụng cụ đo điện trở mà dùng đồng hồ Vônmét – Ampemét ta có thể gián tiếp đo R thông qua biểu thức định luật Ôm:
Căn cứ vào trị số cần đo, người ta chia điện trở làm 3 nhóm:
+ Nhóm điện trở lớn có trị số trên 0,1 M
+ Nhóm điện trở trung bình có trị số 1 0,1 M
+ Nhóm điện trở nhỏ, có trị số dưới 1
Nếu biết dòng điện qua điện trở và điện áp giáng trên nó, ta có thể xác định được trị số điện trở đó nhờ định luật Ôm: a) b)
Hình 3-11 Sơ đồ đo điện trở dùng Vônmét và Ampemét
Sơ đồ mắc Ampemét trong (Hình 3-11a) cho thấy rằng số chỉ của Vônmét bao gồm điện áp giáng trên điện trở cần đo RX và điện trở của Ampemét RA.
Như vậy phép đo gặp một sai số do cách mắc dây là:
Từ biểu thức (3.20), nếu RA rất nhỏ so với RX thì sai số nay có thể bỏ qua
Vì thế, sơ đồ này dùng để đo các điện trở có trị số tương đối lớn (ít nhất là khoảng 100 lần lớn hơn RA)
Sơ đồ mắc Ampemét ngoài (Hình 3-11b) cho thấy rằng số chỉ của Ampemét bao gồm cả dòng điện chạy qua điện trở cần đo RX và dòng điện đi qua Vônmét (qua RV).
Như vậy, phép đo gặp một sai số tuyệt đối là:
Hay tính theo tương đối:
Từ biểu thức (3.23), nếu RXrất nhỏ so với RV thì sai số này có thể bỏ qua.
Vì thế sơ đồ này dùng để đo các điện trở giá trị tương đối nhỏ (ít nhất phải nhỏ hơn RVkhoảng 100 lần )
Khi sử dụng Ampemét với điện trở R A = 0,1Ω và Vônmét với điện trở R V = 5000Ω để đo điện trở R X = 1Ω, cần tính toán sai số cho phép đo do cách mắc dây trong hai trường hợp: a- Mắc Ampemét trong (hình 3-11a) và b- Mắc Ampemét ngoài (hình 3-11b) Việc xác định sai số này rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo lường.
- Nếu dùng sơ đồ Ampemét trong, sai số là gặp phải là:
- Nếu dùng sơ đồ Ampemét ngoài, sai số gặp phải là:
Rõ ràng dùng sơ đồ (3-11b) sai số do sơ đồ đo có thể bỏ qua
MiliVônmét đo trực tiếp hai dây vào hai đầu điện trở cần đo để tránh sai số do điện trở dây nối và tiếp xúc (hình 3-12)
Các điện trở này tham gia vào mạch
Hình 3-12 Đo điện trở nhỏ
m V miliVônmét vì điện trở của miliVônmét lớn, nên các điện trở dây nối và tiếp xúc không gây sai số đáng kể
- Đo điện trở lớn Để đo điện trở thật lớn (điện trở cách điện), người ta dùng sơ đồ Vônmét và miliAmpemét hoặc microAmpemét
Trong sơ đồ (hình 3-13), nút bấm N có chức năng bảo vệ miliAmpemét (mA) và microAmpemét (μA) khỏi tình trạng quá tải khi điện trở cách điện RX bị chọc thủng Để đọc giá trị, người dùng chỉ cần ấn nút N, cho phép dòng điện đi qua μA; khi bỏ tay ra, dòng điện sẽ tự động phân mạch qua nút N Phương pháp này được gọi là đo trực tiếp.
- Ômmét mắc nối tiếp (hình 3-14)
C: Cơ cấu đo từ điện
Rf: Điện trở phụ dạng biến trở a,b: 2 cọc nối RX cần đo vào đồng hồ
Khi đo RX ta nối RX vào 2 cọc đo a và b, lúc đó RX sẽ nối tiếp với cơ cấu và tạo thành sự kín mạch đo
Dòng I đo trong mạch, qua cuộn dây phần động của cơ cấu đo từ điện, phần động quay trục quay kim chỉ thị quay chỉ kết quả đo trên mặt thang đo
Vì đây là cơ cấu đo từ điện nên ta có phương trình thang đo:
Trong bài viết này, các trị số E, Rf, và RC được coi là không thay đổi Chỉ số sẽ thay đổi khi RX thay đổi, tức là có thể được biểu diễn dưới dạng hàm số của RX Do đó, cơ cấu khắc độ phụ thuộc vào RX.
Hình 3-14 Ômmét mắc nối tiếp
Hình 3-13 Đo điện trở lớn
Đồng hồ đo có độ chính xác không cao với thang chia độ ngược, trong đó nằm bên trái và 0 bên phải, cho thấy góc quay tỷ lệ nghịch với Rđ Để đảm bảo độ chính xác của phép đo, kim chỉ thị cần phải ở vị trí trước khi tiến hành đo Nếu kim không ở vị trí này, cần phải hiệu chỉnh bằng cách xoáy vít trên mặt đồng hồ Trước khi đo, ấn nút N để kiểm tra vị trí 0 của kim; nếu kim về vị trí 0, đồng hồ đảm bảo độ chính xác mà không cần hiệu chỉnh Ngược lại, nếu kim không ở vị trí 0, cần điều chỉnh biến trở phụ để đưa kim về đúng vị trí.
- Ômmét mắc song song (hình 3-15)
Hình 3-15 Ômmét mắc song song
Các thiết bị mắc trong Ômmét song song tương tự như Ômmét nối tiếp, nhưng điểm khác biệt là hai cọc đo a và b được nối RX theo dạng song song với cơ cấu Khi đóng khóa K và dòng I chạy trong mạch, ta có phương trình thang đo: α = f(RX), từ đó cơ cấu có thể khắc độ theo RX.
Khi sử dụng ômmét mắc song song với thang chia độ thuận, người dùng cần lưu ý rằng độ chính xác không cao Nguyên nhân là do trong quá trình sử dụng, sức điện động E của nguồn giảm và điện trở R tăng, vì vậy cần phải sử dụng biến trở để đảm bảo kết quả đo lường chính xác hơn.
* Đo bằng mêgômmét và Teramét (ta sẽ xét ở bài 4, phần 1.2 và 1.3)
Mỗi cuộn dây điện cảm L luôn đi kèm với một điện trở Trong dòng điện một chiều, điện cảm L không ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa dòng và áp suất trong trạng thái ổn định Để đo điện cảm L, cần kết nối nó với nguồn xoay chiều.
Trong mạch xoay chiều, cuộn dây điện cảm được đặc trưng bởi tổng trở:
Để xác định điện cảm L, ta cần đo các giá trị r và Z, từ đó tính toán tần số = 2..f Điện cảm có thể được đo bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp đo gián tiếp và phương pháp cầu điện là hai phương pháp phổ biến Đối với phương pháp đo gián tiếp, chúng ta có thể sử dụng Vônmét, Ampemét và Oátmét, kết nối theo sơ đồ như hình 3-16.
Tự biến áp trung bình TB được sử dụng để điều chỉnh điện áp cho các dụng cụ đo, trong khi biến trở RB giúp điều chỉnh dòng điện qua mạch đo.
Số chỉ của Oátmét (bỏ qua sai số do cách mắc dây)
Từ đó điện trở cuộn dây
Điện cảm cuộn dây được xác định bởi các chỉ số U (Vônmét), I (Ampemét) và P (Oátmét), trong đó tần số nguồn điện xoay chiều f thường được lấy gần đúng là 50Hz.
Hình 3-16 Đo điện cảm a) Sơ đồ Ampemét mắc ngoài, áp dụng đo cuộn dây có L và r nhỏ b) Sơ đồ Ampemét trong, áp dụng đo cuộn dây có L và r lớn
Trường hợp không có Oátmét thì có thể đo như sau:
Dùng Vônmét, Ampemét và nguồn một chiều đo điện trở r, sau đó thay đổi nguồn một chiều bởi nguồn xoay chiều để đo tổng trở (như hình 3-17): và
Có r và Z, áp dụng công thức (3.29) để tính XL, sau đó ta phải áp dụng công thức (3.30) để tính điện cảm L
Mặc dù phương pháp đo điện cảm gián tiếp có thể phức tạp và độ chính xác không cao, nhưng do sự hiếm hoi của các dụng cụ đo trực tiếp, phương pháp này vẫn được sử dụng phổ biến.
Hình 3-17 Đo điện cảm bằng Vônmét và Ampemét b/ Cầu xoay chiều đo điện cảm (cầu Macwell)
Hình 3-16 là sơ đồ cầu đo điện cảm hay còn gọi là cầu đo Macwell
Hình 3-18 Cầu đo điện cảm Macwell
Các vai tỷ số r1 và r2 là các vai thuần điện trở, trong khi vai so sánh DC được cấu tạo từ điện trở mẫu r0 và điện cảm mẫu L0 Vai đo bao gồm điện trở rX và điện cảm LX, và điện kế G là loại điện kế xoay chiều.
ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG TẦN SỐ, CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG
- Lựa chọn đồng hồ đo phù hợp;
- Đo được các giá trị tần số, công suất, điện năng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
3.1 Đo tần số a/ Khái niệm:
Tần số là đại lượng đặc trưng cho quá trình dao động có chu kỳ, được xác định bởi số chu kỳ lặp lại của tín hiệu trong một đơn vị thời gian Hiện nay, với các kỹ thuật tiên tiến, phép đo tần số đạt độ chính xác cao, với sai số từ 10^-13 đến 10^-12, điều mà các đại lượng mẫu khác khó có thể đạt được.
Nếu gọi T là chu kỳ của tín hiệu, f là tần số của tín hiệu đó, ta có: f = 1/T (3.40)
Tần số góc của tín hiệu được xác định bằng biểu thức:
Để đo tần số, có hai phương pháp chính: phương pháp biến đổi thẳng và phương pháp so sánh Các dụng cụ được sử dụng để đo tần số được gọi là tần số kế.
* Tần số kế cộng hưởng điện từ:
Tần số kế cộng hưởng điện từ (hình 3-21) bao gồm nam châm điện 1, các
Ctg = X, trong đó X là các thanh rung 2 được chế tạo từ lá thép với tần số riêng khác nhau Tần số riêng của mỗi thanh rung bằng hai lần tần số của nguồn điện cần đo Các thanh rung được gắn chặt ở một đầu, trong khi đầu còn lại dao động tự do Trên các thanh rung có thang đo 3.
Hình 3-21 Tần số kế cộng hưởng cơ khí
Dưới tác động của từ trường nam châm điện, các thanh rung bị hút vào nam châm hai lần trong một chu kỳ, tạo ra dao động Khi đo tần số, thanh rung có tần số dao động riêng phù hợp với tần số đo sẽ có biên độ dao động lớn nhất, giúp xác định tần số cần đo Dụng cụ này có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ và độ tin cậy cao Tuy nhiên, nhược điểm của nó là giới hạn đo hẹp (4555Hz) hoặc (450550Hz) và sai số đo lớn ± 1,5.
2,5% Không sử dụng được ở nơi có độ rung lớn và các thiết bị đang di chuyển
* Tần số kế điện động:
Dụng cụ đo tần số sử dụng cơ cấu lôgô mét điện động có nhược điểm là độ nhạy thấp Để khắc phục điều này, người ta đã thêm lõi thép vào trong lòng cuộn tĩnh, tạo thành cơ cấu đo kiểu sắt điện động.
Tần số kế điện động bao gồm cuộn dây phần tĩnh A nối tiếp với cuộn dây phần động B2 cùng các phần tử R2, L2 và C2 Đồng thời, cuộn dây phần động B1 cũng được kết nối nối tiếp với tụ C1.
Tần số kế điện động có giới hạn đo từ
4555Hz với sai số ± 1,5% và có thể chế tạo dụng cụ đo tần số cao hơn đến 2500Hz
* Tần số kế điện từ:
Là dụng cụ đo tần số dựa trên cơ cấu lôgô mét điện từ Cấu tạo của lôgô
Hình 3-22 Tần số kế điện động
3 mét điện từ gồm 2 cuộn dây tĩnh A và B với 2 lõi thép động được gắn trên cùng một trục quay (hình 3-23a)
Tần số kế điện từ bao gồm hai cuộn dây, cuộn A nối với điện trở R1 và điện cảm L1, trong khi cuộn B kết nối với R2, L2, C2 Hai cuộn dây này có đặc tính tần số khác nhau, cho phép thiết bị đo tần số trong dải từ 450 đến 550Hz hoặc từ 45 đến 55Hz.
Hình 3-23 Tần số kế điện từ
3.2 Đo công suất a/ Đo công suất trong mạch xoay chiều một pha
Công suất mạch một chiều được tính theo công thức:
P = U.I Công suất mạch xoay chiều được tính theo công thức:
Có thể đo công suất một cách gián tiếp bằng các dụng cụ như Ampemét, Vônmét và cosφ mét, mà chúng ta đã tìm hiểu trong bài trước.
Các mạch đo công suất bằng Ampemét và Vônmét (hình 3-24): a) b)
Hình 3-24 Đo công suất tải thuần trở bằng Vônmét và Ampemét
Lõi thé p a) Sơ đồ Ampemét ngoài b) Sơ đồ Ampemét trong
U + U.I t (3.42) Nếu RV Rt thì U 2 /RV 0 suy ra P = U.It = Pt
Sơ đồ này dùng để đo công suất cho các phụ tải có điện trở nhỏ
Nếu R A Rt thì PA = I 2 RA rất nhỏ có thể bỏ qua, suy ra P = I 2 Rt = Pt
Sơ đồ này chỉ áp dụng cho các phụ tải có điện trở lớn
Khi đo công suất mạch xoay chiều phải mắc thêm vào mạch dụng cụ đo cos
* Đo trực tiếp Để đo công suất mạch xoay chiều 1 pha người ta dùng Oátmét tác dụng một phần tử
- Cấu tạo Oátmét một phần tử
Oátmét một phần tử được làm bằng cơ cấu đo điện động nên còn gọi là Oátmét điện động (hình 3-25)
Cuộn tĩnh (A) của Oátmét điện động được chia thành hai phân đoạn A1 và A2, có khả năng mắc nối tiếp hoặc song song Khi được mắc nối tiếp với phụ tải, dòng điện qua cuộn tĩnh tương ứng với dòng điện phụ tải, vì vậy cuộn này còn được gọi là cuộn dòng điện.
Cuộn động (B) được kết nối nối tiếp với điện trở phụ Rf có giá trị lớn và đấu song song với phụ tải, vì vậy nó còn được gọi là cuộn điện áp.
Hình 3-25 Oátmét điện động một phần tử
Góc quay của cơ cấu đo khi có dòng điện chạy trong cuộn tĩnh và cuộn động:
Rb : là điện trở của cuộn động B
Góc quay α tỷ lệ thuận với công suất của mạch một chiều cần đo, do đó, mặt Oátmét có khả năng ghi trực tiếp trị số công suất.
+ Đo mạch điện xoay chiều:
Khi phụ tải có tính điện cảm, dòng điện sẽ chậm pha so với điện áp một góc Trong trường hợp này, dòng điện trong cuộn động có thể được xem là đồng pha với điện áp.
Rf LB nên coi như mạch thuần trở
Góc quay = K It Id cos
Mặt khác : It= Iphụ tải
là góc lệch pha giữa It và Id, cũng là góc lệch pha giữa U và I
Vậy góc quay của cơ cấu đo tỷ lệ với công suất tác dụng của mạch xoay chiều
Oátmét điện động dùng để đo công suất của cả mạch xoay chiều và mạch
Để mở rộng giới hạn đo, có thể chuyển đổi từ đấu nối tiếp sang đấu song song các phân đoạn của cuộn tĩnh hoặc thêm điện trở phụ vào cuộn động Cả hai biện pháp này đều có thể được áp dụng để nâng cao khả năng đo lường.
Cách đọc Oátmét: Do Oátmét có nhiều giới hạn đo nên khi đo cần phải xác định hằng số của Oátmét cho mỗi thang đo
Và P = CP. đm Trong đó: đm - là góc quay lớn nhất trên thang đo
Khi mắc Oátmét cần chú ý đấu đúng cực tính
Khi thay đổi chiều của cuộn dòng hoặc cuộn điện áp, Id hoặc It sẽ thay đổi chiều tương ứng Kết quả là góc lệch pha giữa hai véc tơ dòng điện sẽ là (180° - φ).
Mô men quay Mq < 0 < 0 Không đo được
Theo quy định, các đầu của cuộn dây động và tĩnh nối với nguồn điện được đánh dấu (*) hoặc dấu (+) b/ Đo công suất mạch xoay chiều ba pha
Để đo công suất tác dụng trong mạch 3 pha 4 dây, người ta sử dụng ba Oátmét một phần tử Công suất tổng của toàn mạch sẽ được tính bằng tổng công suất của cả ba pha.
