BÀI GIẢNG ĐO LƯỜNG ĐIỆN (CÓ BÀI TẬP MINH HỌA) Chương I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO 3 §1: KĨ THUẬT ĐO LƯỜNG LÀ GÌ? 3 §2: SAI SỐ TRONG ĐO LƯỜNG 4 § 3: ĐẶC TÍNH CỦA DỤNG CỤ ĐO 5 §4. PHƯƠNG PHÁP ĐO 7 5. THIẾT BỊ ĐO 11 Chương II: THIẾT BỊ ĐO CƠ ĐIỆN 12 §1: CƠ CẤU ĐO 12 §2: ĐO DÒNG ĐIỆN AM CƠ ĐIỆN 19 §3: ĐO ĐIỆN ÁP Vm CƠ ĐIỆN 23 §.4: ĐO CÔNG SUẤT 27 §5: ĐO ĐIỆN NĂNG 31 §7: ĐO ĐIỆN TRỞ ĐIỆN CẢM – ĐIỆN DUNG 37 Chương III: THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ANALOG 44 §1: VM ĐIỆN TỬ 1 CHIỀU DÙNG TRANSISTOR 44 §2: VM 1 CHIỀU DÙNG KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OA) 47 §3. VM ĐIỆN TỬ XOAY CHIỀU DÙNG KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OA) % 48 Chương IV : THIẾT BỊ ĐO SỐ 57 §1: KHÁI NIỆM CHUNG 57 §2: KHÁI NIỆM VỀ GIÁN ĐOẠN HÓA VÀ LƯỢNG TỬ HÓA 57 §3: ĐO TẦN SỐ % 59 §4: ĐO CHU KỲ 62 §5: BỘ BIẾN ĐỔI DA ( Digital – Analog) 63 §7: PHƯƠNG PHÁP SỐ ĐO R, C % 72 §7. HỆ THỐNG THU NHẬP SỐ LIỆU 73
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO
THIẾT BỊ ĐO
THIẾT BỊ ĐO CƠ - ĐIỆN
§1: CƠ CẤU ĐO 1.Khái niệm chung
-Thiết bị đo cơ điện là thiết bị đo tương tự
: là góc quay của kim chỉ thị
2.Một số cơ cấu đo thông dụng: a Cơ cấu đo từ- điện :
[Thường trong khoảng giữa 2 cực nam châm là thẳng đều (vẽ hai cực đều)]
- Lõi thép(2): đặt trong khoảng không gian song song 2 cực của nam châm vĩnh cửu (mục đích: tăng từ trường cho cơ cấu )
- Khung dây (3): (quấn khung nhôm, đường kính đây 00,02-0/2mm)
Ngoài ra, còn có lò so tạo mômen cản (5), (lò so quanh trục kim)
Chú ý : lò so có gắn vít hiệu chỉnh số “0” Đối trọng (6): cân bằng động -> để trong lực tập trung ở trục quay
Bộ phận cản dịu: dập tắt dao động của kim hiển thị khi nó ở vị tri cân bằng
- Cho dòng diện I vào đây -> hai cạnh tác dụng (l) chịu tác dụng lực từ
F=IBLsinα α: góc giữa I và B (α) (hình vẽ)
Lực từ F: Sinh ra momen quay
Phụ thuộc vào cấu trúc của cơ cấu
- Dưới tác dụng của momen quay → khung dây quay
- Khi kim quay lo xo(5) sẽ xoắn lại →xuất hiện momen cản Mc =Kc α
- Kim sẽ đứng im ở vị trí cân bằng khi Mq=Mc
𝐾 𝑐 =const :độ nhạy của cơ cấu
+ Mq ~ I → Cơ cấu chỉ đo được đúng một chiều
+ Từ trường trong dụng cụ mạnh Si lớn →độ nhạy cao ít ảnh hưởng tư trường ngoài
+ Dây quấn bé →khả năng quả tải kém b Cơ cấu điện - từ
+ Phần động: phiến thép non (2) (dễ bị từ hoá)
(4): lo xo tạo momen cản Mc
Cho dòng điện I vào cuộn dây (1) → sinh ra tư trường → từ hoá phiến thép non (2) → bị hut vào trong lòng dây →kim quay một góc α
E từ trường tích luỹ trong cuộn dây
W = LI tt 2 Với: L tt ( ): điện cảm của cuộn dây
+ Theo đinhl luật bảo toàn E:
= → + Kim sẽ đứng yên ở vị trí cân bằng: M c =M q
+M q I 2 : cơ cấu can đo được cả dòng 1 chiều và xoay chiều
+ Từ trường trong cơ cấu yếu:
→dễ bị ảnh hưởng từ trường ngoài
+ Nếu cho dòng xoay chiều vào cuộn dây →trong lõi thép có dòng Fucô → có tổn hao E →độ chính xác của cơ cấu kém c Cơ cấu điện động:
- Cho dòng điện I I 1 , 2 vào 2 cuộn dây, tác dụng tương hỗ giữa từ trường của cuộn W 1 và dòng điện ở cuộn W 2 mômen quay M q → kim quay 1 góc
- Năng lượng tích lũy trong cơ cấu:
L1,L2 : điện cảm của hai cuộn dây bằng hằng số
M: hỗ cảm của hai cuộn dây Phụ thuộc vào vị trí tương đối của hai cuộn dây: M=f()
- Áp dụng định luật bảo toàn E:
- Kim sẽ đứng yên ở vị trí cân bằng: Mc=Mq
- Mq I1I2 →cơ cấu đo được cả dòng một chiều và xoay chiều
- Từ trường trong cơ cấu yếu:
+Dễ bị ảnh hưởng bởi từ trường ngoài
Cơ cấu được thiết kế với thép, giúp loại bỏ tổn hao do dòng điện Fu-cô khi đo dòng điện xoay chiều, từ đó nâng cao độ chính xác của thiết bị.
Chú ý: Để tăng cường từ trường cho dụng cụ → hai cuộn dây W1,W2 được quấn trên lõi thép
Chú ý bảng ký hiệu sau: §2: ĐO DÒNG ĐIỆN A-M CƠ ĐIỆN Để đo dòng điện ta dùng A-m mắc nối tiếp với tải Ta có:
- Khi mắc A-m nối tiếp Rt :
- RA đt nội →phép đo có sai số (đây là sai số hệ thống)
A-m 1 chiều cơ-điện thường được cấu trức theo cơ cấu đo từ-điện
-Vì cuộn dây có tiết diện bé → dòng cần đo nhỏ (10 -5 ÷10 -2 A) Muốn đo được I lớn thì cần phải mở rộng thang đo
- Cách mở rộng thang đo
+ Mắc // cơ cấu 1 điện trở Rs
I=Ic + Is Để I lớn →Is lớn → Rs giảm
→ Rs không thay đổi theo nhiệt độ ( thường là manganine)
IcRc = IsRs= (I-Ic)Rs → Ic(Rc+Rs)=IRs
Rs = Ki: bội số mở rộng thang đo
Với: Ic→ dòng điện A-m đo được khi chưa có Rs
I→ dòng điện A-m đo được khi có Rs
Vì Rc thay đổi theo nhiệt độ→ gây ra sai số
→ khắc phục bằng cách mắc thêm 1 điện trở bù nhiệt
→RT làm = vật liệu bán dẫn (nhiệt độ tăng → RT giảm)
Nhiệt độ tăng→ Rc tăng → Rc+RT = const
RT làm bằng manganine, RT>>Rc
Ic phụ thuộc vào tiết diện dây quấn nhưng trong cơ cấu này tiết diện không lớn → nhược điểm của cơ cấu
Ví dụ: cho sơ đồ mạch :
Ic = 50àA Xác định Rs1, Rs2, Rs3 để cơ cấu trở thành A-m có 3 thang đo: 100mA, 1A, 10A
I càng lớn → Rs càng nhỏ
+ Chốt 3: Rs123 =Rs1+Rs2+Rs3 →I 0mA
A-m xoay chiều cơ điện thường được cấu trúc theo cơ cấu đo điện từ
C1: chia cuộn dây phần tĩnh ra làm nhiều phần bằng nhau tùy theo cách mắc
→ ta sẽ mỡ rộng thang đo
Ví dụ: chia cuộn dây thành 2 phần:
Nhận xét: Ở H.1,H.2 → cùng một góc quay của kim
C2 : Để đo những dòng điện rất lớn phải dùng máy biến dòng điện (BI) + Cấu tạo BI: là một máy biến thế làm việc ở chế độ ngắn mạch
Cuộn sơ cấp cho dòng điện I1 cần đo đi qua ( W1 ít vòng )
Ta có : ở chế độ ngắn mạch:
I1/I2 = W2/W1 → I1 = (I2.W2)/W1 Kết Luận: - đo I2 ( hiện nay I2đm = 1A,5A)
- Trên thang chia ta khắc độ theo I1
- Kí hiệu BI trong sơ đồ mạch điện:
- Nếu BI nào không sử dụng phải nối tắt hai đầu cuộn thứ cấp
BI không chỉ có chức năng đo lường mà còn được sử dụng trong việc điều khiển và bảo vệ Để đo điện áp, chúng ta sử dụng V-m được mắc song song với tải.
+ Nếu chưa có V-m: hiệu điện thế 2 đầu tải là U = It.Rt
+ Nếu có V-m: 1/Rt’ = 1/Rt + 1/Rv
Vì Rv là đt nội nên phép đo có sai số ( sai số hệ thống )
V-m một chiều cơ điện thường được cấu trúc từ cơ cấu từ-điện
Với: UC là hiệu điện thế( điện áp) mà V-m đo được khi chưa có điện trở RP
U là hiệu điện thế mà V-m đo được khi mở rộng thang đo
KU: Hệ số mở rộng thang đo
Một số đặc điểm của V-m
+ Độ nhạy của V-m = RV Độ lệch toàn thang ( Ω
Dùng V-m thang đo 5V đo hiệu điện thế trên hình vẽ a Độ nhạy 20 kΩ/V b.Độ nhạy 200 kΩ/V
Sai số tương đối : 𝛾% = |3-4.8| 4.8 100% = 37,5% b.Nếu có V - m :
Kết luận: Hiệu ứng gây tải xảy ra khi sử dụng V-m để đo hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở xấp xỉ bằng Rv, dẫn đến sai số đo lớn, đặc biệt trong các mạch điện tử.
- Thường được cấu trúc từ cơ cấu đo điện từ
- Mở rộng thang đo có hai cách:
+ Cách 1 :Mắc RP nối tiếp với cơ cấu đo
+ Cách 2 :Dùng máy biến điện áp (BU)
BU là máy biến áp làm việc ở chế độ không tải
Mặt đồng hồ khắc theo U1(hiện nay U2đm0v)
+ BU nào không sử dụng thì 2hai đầu cuộn thứ cấp phải để hở
+ Đối với cơ cấu điện từ :Mq= Kq.i 2 nếu là lo xo :i = I0sin(ωt +φ)
Momen quay là momen quay trung bình:MqTB
𝐼 𝑐 P μA Xác định 𝑅 𝑝1 , 𝑅 𝑝2 ,𝑅 𝑝3 để cơ cấu trở thành V-m có thang đo 10V, 50V, 100V
Ta có: U cànglớn →𝑅 𝑝 càng lớn Ở chốt 1 : 𝑅 𝑝123 =𝑅 𝑝1 +𝑅 𝑝2 +𝑅 𝑝2
1 W-m một pha dùng để đo công suất tác dụng:
W-m một pha cơ điện thường dùng được cấu trúc từ cơ cấu đo điện động(sắt điện động)
-Cuộn dây phần tĩnh mắc với tải gọi là cuộn dòng
-Cuộn dây phần động mắc song song với tải gọi là cuộn áp
Mômen quay: mq = kqivi = kq u z i = k'q p Với: p = ui là công suất tức thời
T ∫ 𝑝 𝑑𝑡 0 𝑇 công suất tác dụng của tải
Kim sẽ đứng yên ở vị trí cân bằng
Chú ý: -Đầu các cuộn dây có đánh cực tính( * hay ±)do vậy khi mắc W-m là phải mắc đúng cực tính(hình vẽ)
- Nếu kim W-m quay ngược thì chỉ cần đổi đầu một trong hai cuộn
W-m là thiết bị đo công suất trong mạch một chiều và mạch xoay chiều Để đo công suất trong mạch ba pha, cần sử dụng sơ đồ đo thích hợp.
Các sơ đồ dùng W-m 1 pha:
- Mạch 3 pha - 4 dây - tải đối xứng:
- Mạch 3 pha – 4 dây – tải không đối xứng:
Gọi số chỉ của W-m 1 pha là: P1 và P2
Ta có: p1= uAC iA = (uA - uC) iA p2= uBC iB = (uB - uC) iB
Lấy p1+ p2= uA iA + uB iB – uC.( iA+ iB)
+ 3 pha-3 dây: iA + iB + iC = 0
→ iA + iB = -iC p1 + p2 = uA iA + uB iB + uC iC = pA+ pB+ pC
- Công suất của mạch 3 pha bằng tổng đại số chỉ của 2 W-m
- Trong trường hợp 1 trong 2 W-m quay ngược (sơ đồ mắc đúng) - (giả sử W-m 2), lúc đó: đổi đầu 1 trong 2 cuộn dây của W-m đó, đọc chỉ số P2 và tính
P1 = UAC.IA.cos(U AC I A) = UAC.IA.cos(30 0 -φ)
P2 = UBC.IB.cos(U BC I B ) = UBC.IB.cos(30 0 +φ)
- Đo công suất phản kháng dùng W-m
Gọi chỉ số của W-m là N
N(W)= UBC.IA.cos(ŮBC ^İA)
Vậy: Công suất phản kháng của mạch 3pha bằng 3 chỉ số W-m
2 Sơ đồ dùng W-m 3 pha có 2 loại:
W-m 3 pha 3 phần tử:giống sơ đồ dùng 3 W-m
W-m 3 pha 2 phần tử: giống sơ đồ 2 W-m §5: ĐO ĐIỆN NĂNG Điện năng là năng lượng điện( J )
A :KWh P: kW t : h chú ý: 1 KWh = 1000.3600 = 3600000 J Để đo điện năng ta dung công tơ
1 - cuộn dòng: mắc nối tiếp vơi tải giống cách mắc W-m
2 - cuộn áp: mắc song song với tải
4 - Nam châm vĩnh cữu: tạo momem cản
- Dòng điện chạy qua cuộn dây : ( dòng của tải ) sinh ra từ thông Φi
Khi điện áp được đặt vào cuộn, từ thông Φu và Φi biến thiên qua đĩa nhôm, sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng Điều này tạo ra dòng điện cảm ứng chạy qua đĩa nhôm, dẫn đến sự xuất hiện của momen quay (Mq) tác động lên đĩa, khiến đĩa nhôm quay.
Nguyên lý W-m mô tả mối quan hệ giữa Mq TB và Mc, với công thức Mq TB = K’q.P Khi đĩa nhôm quay, nam châm vĩnh cửu tạo ra Mc, được tính bằng Mc = Kc.n, trong đó n là tốc độ quay của đĩa nhôm (số vòng trên một đơn vị thời gian) Khi đĩa nhôm quay đều, Mq TB sẽ bằng với Mc.
Cuộn áp tiết diện dây quấn nhỏ Cuộn dòng tiết diện dây quấn lớn
Với : A = P.t : điện năng tiêu thụ
N = n.t : số vòng quay của đĩa tròn tg t
Một số điều cần lưu ý:
1.Các sơ đồ mắc công tơ giống các sơ đồ mắc W-m
- Công tơ 3 pha - 3 phần tử
- Công tơ 3 pha - 2 phần tử
3 Quy trình kiểm tra công tơ 1 pha cơ - điện:
( Không có tải nào ) a Kiểm tra giá trị tự quay:
Trong công tơ bao giờ cũng có ma sát → người ta phải triệt tiêu momen ma sát
Để triệt tiêu momen ma sát trong công tơ, cần tạo ra một momen bù Mb bằng cách thiết lập một từ thông lệch với u về thời gian và không gian Điều này được thực hiện thông qua việc sử dụng một thanh thép đặt trong mạch từ của cuộn áp, trong đó thanh thép có vít điều chỉnh ở phía trên.
- Điều chỉnh BA1 để U=Uđm (u)
→ Điều chỉnh là thép cho đĩa nhôm quay (Mb >Mms ) sau đó tiếp tục điều chỉnh lá thép để đĩa nhôm đứng yên (Mb =Mms ) b Kiểm tra số “0”:
- Điều chỉnh BA1 để U=Uđm (u)
- Điều chỉnh BA2 để I=Iđm (i)
=> Công tơ đang đo số “0”
Nếu đĩa nhôm quay, cần điều chỉnh các giá trị U và I cho đúng Điều chỉnh pha I bằng các vòng ngắn mạch và pha U bằng các mạch phân áp cho đến khi đĩa đứng yên Ngoài ra, cần kiểm tra hằng số công tơ để đảm bảo độ chính xác.
𝑃𝑡 Điều chỉnh BA1 để U = Uđm (u ) Điều chỉnh BA2 để I = Iđm (i) Điều chỉnh bộ để =0
P= UI cos = UI Đếm số vòng quay N trong thời gian t
𝑃𝑡 Nếu C bị sai điều chỉnh nam châm vĩnh cửu sau đó tính lại
4 Sơ đồ đo công suất và điện năng trong mạch cao áp: §6: ĐO GÓC LỆCH PHA- ĐO TẦN SỐ 1.Đo góc lệch pha Fa-Zo-Met cơ điện:
- Cuộn 1:Mắc nối tiếp với Rp rất lớn nên xem là thuần trở
- Cuộn 2: Mắc nối tiếp với Xp rất lớn nên xem là thuần cảm
Cuộn 1 cộng cuộn dòng sinh ra mômen quay
Cuộn 2 cộng cuộn dòng sinh ra mômen quay
Trong cơ cấu không có lò xo tạo mômen cản, M1 và M2 hoạt động ngược chiều nhau, tạo ra một mômen quay và một mômen cản Kết quả là kim sẽ ổn định ở vị trí cân bằng khi hai mômen này bằng nhau.
Người ta bố trí từ trường trong dụng cụ sao cho K’q1=f1(α), K’q2 = f2(α)
2 Đo tần số → Tần số kế cơ – điện kiểu cộng hưởng:
1 - Nam châm điện: tín hiệu xoay chiều có tần số f cần đo
2 - Phiến thép từ: gắn chặt thanh 3 => (rung với tần số f)
4 - Các lá thép: có tần số dao động riêng lệch nhau 0,5 Hz
Khi dòng điện xoay chiều có tần số f được đưa vào cuộn dây nam châm điện, phiến thép 2 và thanh 3 sẽ rung lên với tần số f Các thanh 4 cũng sẽ rung, nhưng chỉ có thanh có tần số dao động riêng bằng f mới dao động với biên độ lớn nhất Dựa vào biên độ dao động này, ta có thể xác định tần số f cần đo.
Trang 37 §7: ĐO ĐIỆN TRỞ - ĐIỆN CẢM – ĐIỆN DUNG 1.Đo điện trở: a.Dùng A-m , V-m:
- Gọi số chỉ của A-m và V-m là I , V
I Nhận xét : Rx càng lớn thì phép đo càng chính xác
Nhận xét : Rx càng nhỏ thì phép đo càng chính xác
H3: - Ở chốt 1: V-m đo hiệu điện thế 2 đầu Rx:
- Ở chốt 2: V-m đo hiệu điện thế 2 đầu Ro:
Nhận xét: R x càng nhỏ thì phép đo càng chính xác
H4 : - Ở chốt 1: A-m đo dòng điện qua Rx :
- Ở chốt 2: A-m đo dòng điện qua Ro:
Rx+RA Điều kiện: Ro, Rx >> RA => Ix
Nhận xét: R x càng lớn thì phép đo càng chính xác
-Thường chế tạo chung trong đồng hồ vạn năng kế b Dùng Ω_m
Sơ đồ như hình vẽ: chỉ dùng đồng hồ đo những điện trở ở khoảng giữa của thang đo
Chú ý rằng sau một thời gian dài, E↓ dẫn đến IC↓; vì vậy, trước khi sử dụng chập a,b (RX = 0), cần điều chỉnh RP để giữ IC = hằng số Do đó, trước khi tiến hành đo, bạn phải điều chỉnh RP sao cho kim chỉ số về 0, rồi mới bắt đầu đo Sử dụng cầu đo điện trở là phương pháp hiệu quả trong quá trình này.
RX :Điện trở cần đo
- Điều chỉnh R2 để cầu cân bằng:
→ Phương pháp đo Rx chính xác d Đo điện trở cách điện:
- Đo điện trở cách điện trong các pha của máy điện hoác rong các pha của vỏ máy → không cần chính xác: dùng MΩ-m
- Đo điện trở cách điện của vật liệu cách điện → cần phải đo chính xác
- Để đo Rcđ chính xác bằng mọi cách phải loại bỏ Irò
- Chẳng hạn: Đo điện trở cách điện của cáp
Hiện nay, việc tạo ra phần tử điện cảm thuần cảm là không khả thi, vì trên thực tế, mọi phần tử điện cảm đều có tổn hao năng lượng dưới dạng nhiệt do điện trở gây ra.
+ Sơ đồ thay thế điện cảm :
- Một số phương pháp đo điện cảm a.Dùng A-m, V-m, W-m:
+ Gọi số chỉ của dụng cụ đo là: U và I, P
Ta cần sử dụng cách sau:
Cách 2: Đặt nguồn một chiều: Rx = 𝑈1
Khi cuộn dây được quấn trên lõi sắt từ và được cấp nguồn xoay chiều, ngoài tổn hao do điện trở của cuộn dây, còn xuất hiện tổn hao trên lõi thép Do đó, để tối ưu hóa hiệu suất, cần áp dụng các phương pháp như V-m và A-m cho cuộn dây quấn trên lõi thép.
W-m b.Phương pháp dùng cầu đo xoay chiều:
Xét 1 cầu đo Max Well – Wien:
Lx,Rx→phần tử điện cảm
R1,R2,R0,C0→phần tử mẫu Điều chỉnh R0,C0 để cầu cân bằng khi đó: Zx.Z0 = R1.R2
Không thể chê tạo phần tử điện dung thuần dung mà bao giờ phần tử điện dung cũng
Có tiêu hao E dưới dạng nhiệt
Sơ đồ thay thế phần tử điện dung:
Trang 43 a Phương pháp đo dựa trên sự phóng – nạp của tụ điện (không đo được R):
- Khóa K qua chốt 1: Cx nạp điện
- Gạt khoá K qua chốt 2: Cx phóng điện
- Gạt khóa K qua chốt 1: Cx nạp điện (quá trình lặp đi lặp lại)
Gọi f là tần số đóng cắt của khóa K (khóa điện tử)
→ Cx=(I/E.f) b.phương pháp đo dùng cầu xoay chiều (đo được R):
+ Cx, Rx :phần tử điện dung cần đo
THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ ANALOG
§1: V-M ĐIỆN TỬ 1 CHIỀU DÙNG TRANSISTOR 1.Khái niệm chung
V-m 1 chiều cơ điện có 2 nhược điểm
- Rv không thể quá cao (Rv gồm Rc+Rt,Rq)
- Không thể đo được những hiệu điện thế quá nhỏ
V-m điện tử 1 chiều có trách nhiệm khắc phục 2 nhược điểm trên
+ Khuyếch đại (nếu hđt quá nhỏ )
2 V-m điện tử 1 chiều dùng Transistor : a Sơ đồ: b Giới thiệu sơ đồ :
Ux : hiệu điện thế 1 chiều cần đo
Cơ cấu từ điện như hình vẽ
T1 ,T2 : giống nhau ,mắc theo kiểu C chung
( Ku≈1, Rv ∞ , Rr 0 ) c Nguyên lý hoạt động :
UE1= -UBE1 (UBE1≈0,7 (v)) Điều chỉnh R5 để UB2=0
Mặt khác : UB2=UBE2 + UE2 =0
- Nếu không dùng mạch điện tử Rđc Rc+RT
- Nếu dùng mạch điện tử :
Kết luận : điện trở V-m tăng 𝛽 1 𝑙ầ𝑛
- Dòng qua cơ cấu từ điện : 𝐼 𝐶1
IC1 nhỏ (do kích thế dây quấn qđ)
Ví dụ: cho IC1=1Ma
UE1E2=1.10 −3 10 3 =1(V)=Ux Để mở rộng thang đo ta dùng cần điện trở
- Khi có tải thì dòng qua R1:
U1 bị giảm so với U => sai số Để khắc phụ : làm It > Id Chọn : Ir2 = 1000 iD §3 V-M ĐIỆN TỬ XOAY CHIỀU DÙNG KHUẾCH ĐẠI THUẬT
Mạch điền tử: Dùng OA mắc theo sơ đồ khuếch đại không đảo
Chỉ thị : cơ cấu từ-điện : cần có Đ để chỉnh lưu dòng xoay chiều thành dòng
1 chiều Đ phải mắc trong vòng khuếch đại để loại bỏ điện áp rơi khi nó dẫn theo chiều thuận Đ chỉ dẫn ở 1
2 chu kì dương của tín hiệu xoay chiều
→ ur, ic có dạng chỉnh lưu nửa chu kì
→ kim sẽ quay theo tác động của 𝐼 𝑐𝑡𝑏 Gs : 𝑖𝑐=𝐼 𝑐0 sin𝜔𝑡
Bài tập Bài 1: Cho Ux = 0ữ20mV, 𝑖 𝐷 =0,1àA, cơ cấu từ-điện cú độ lệch toàn thang là 100àA, 𝑅 𝐶 +𝑅 𝑇 = 20KΩ
𝑈 𝑥 = 𝑈 𝐷 + 𝑈 𝑅 𝑝 → 𝑈 𝑥 ͌ 𝑈 𝑅 𝑝 Dòng qua cơ cấu từ điện:
𝑅 𝑝 (không phụ thuộc vào 𝑅 𝐶 + 𝑅 𝑇, t nào đó trong 1
𝑅𝑝 Chọn ωt = 𝜋/2 ( Ux lấy giá trị max )
Bài 2: Cho V-m điện tử xoay chiều mắc theo sơ đồ 3 Cho Rc + RT = 1,7KΩ,
Ux = 0÷100 (mV) Đo lệch toàn thang của cơ cấu từ- điện : 100mA Tính Rp?
A-m điện tử thực chất là một V-m điện tử khi dùng nó đo hiệu điện thế hai đầu điện trở mẫu, lúc có dòng điện cần đo đi qua
Nếu A-m có nhiều thang đo → có nhiều Ro
Nếu A-m: RA=Ro thi thường A-m điện tử có RA lớn hơn A-m điệncơ
A-m điện tử có thể đo những đòng điện nhỏ và rất nhỏ
Vấn đề chọn thang đo cần chú ý chọn Ro cho phù hợp để tránh sai số
Dùng A-m điện tử có 2 thang đo :
R R §5: ĐO DIỆN TRỞ, ĐIỆN DUNG, ĐIỆN CẢM 1.Đo điện trở: a Sơ đồ 1:
- Rx điện trở cần đo
E ở giữa thang đo b Sơ đồ 2: Ohm -met tuyến tính
IE = IB + IC → IE = IC
R1, R2 : cầu phân áp điện trở Điều kiện : IR1,IR2 >> IB→ IR1 = IR2
𝑅𝐸 → Chọn RE = const mà UE = const →IE =const → IC = const
URX = IC RX : quan hệ URX = f(RX) : tuyến tính c Sơ đồ 3: Ohm met dùng KĐTT có đảo
RX : Điện trở cần đo
Cơ cấu từ điện : Chỉ UR→ ta khắc độ theo RX
2 Đo điện dung: Xét sơ đồ sau
CX :Điện dung cần đo
3.Đo điện cảm : giới thiệu sơ đồ dùng phương pháp cộng hưởng
Trị hiệu dụng biết trước
+ Thay đổi C0 để mạch có cộng hưởng (Imax)
Chương IV: Thiết bị đo số §1: Khái niệm chung Thiết bị đo số là những thiết bị thực hiện quá trình lan truyền, gia công và xử lý thông tin trong mạch đo, được thực hiện theo thời gian hoặc theo giá trị.
Tín hiệu ở đầu ra được thực hiện dưới dạng một số nhị phân n bit
Hiện nay, thiết bị đo số được sử dụng rộng rãi bởi các lý do sau:
Thời gian đo nhanh, độ chính xác cao, không có sai số do người đọc
Đầu ra là mã nhị phân n bit, giúp dễ dàng truyền tải qua khoảng cách xa mà ít bị nhiễu, đồng thời thuận tiện cho việc xử lý kết quả tiếp theo bằng máy tính.
Dễ thực hiện quá trình tự động hóa
Trong thiết bị đo số, thời gian, tần số và điện áp một chiều là những đại lượng dễ dàng được gián đoạn hóa Do đó, mọi đại lượng cần đo đều được quy về các đại lượng này Sau đó, thiết bị đo số sẽ sử dụng thời gian, tần số và điện áp một chiều để thực hiện việc đo lường Gián đoạn hóa là khái niệm quan trọng trong quá trình này.
- Là biến 1 thực hiện liên tục theo thời gian thành một tín hiệu gián đoạn theo thời gian (Lấy mẫu và duy trì - S/H - Sample & Hold)
- t1,t2,ti là các thang điểm lấy mẫu
→ Chu kỳ lấy mẫu : T=ti-ti-1
- f = 𝑇 1 : tần số lấy mẫu ; nếu f càng lớn:
+ Khả năng phục hồi tín hiệu càng chính xác
- Đóng K: C nạp với thời hằng Tnap = R nạp C = 0
- Mở K: C phóng với thời hằng Tphóng = Rphóng C= α
→ C hầu như phóng điện 2 thì lặp đi lặp lại
- Chu kỳ lấy mẫu : do sự đóng cắt khoá K quyết định
→ K là khoá điện tử được điều khiển bởi 1 dãy xung mà có tần số bằng tần số lấy mẫu
Giá trị thành một tín hiệu gián đoạn theo giá trị
Nói cách khác :tạo bước lượng tử q rồi so sánh đại lượng cần đo q,v và định ra kết quả bằng số
Cách định ra kết quả bằng số :Nq < X < (N+1)q
−Nếu X = (N + 1)q ∶ lấy già } sai số ∆Xmax =q
− Nếu X=(N+0,5)q :lấy trung bình : sai số →∆Xmax = 0,5q
*Lượng tử hóa thời gian
− Việc tạo ra bước lượng tử q rất dể và rất chính xác bằng dao động thạch anh + bộ chia tần số f0=(1Mhz→4Mhz)
Ví dụ: fo = 4Mhz → To 0
Lượng tử hóa thời gian là quá trình sử dụng các xung mẫu T0 (với T0 = q) để lấp đầy khoảng thời gian t, trong đó q càng nhỏ thì việc phục hồi tín hiệu càng dễ dàng Sau khi lấp đầy, ta tiến hành đếm số xung N để xác định kết quả Sơ đồ nguyên lý cho việc đo tần số % sẽ được trình bày trong phần tiếp theo.
Trigơsmit: biến tín hiệu lien tục có tần số fx→ dãy xung có tần số.
Gọi x1= đầu điều khiển (control) x2= đầu dữ liệu (data) x1= 0 → y = 0: cổng đóng x2= 1 → y = x2: cổng mở
Phát xung lượng tử thạch anh + bộ chưa tần số tạo ra thời gian chuẩn cho mạch đo theo yêu cầu:
Txđ = nTo ( n: bội số của bộ chia tần số )
- Txđ: thời gian chuẩn của mạch đo được xác định từ thời điểm t1→t2
Q = 1→x1 = 1→Sử dụng cổng AND để mở dãy xung có tần số cần đo fx, sau đó chuyển tín hiệu đến bộ đếm BCD Bộ đếm BCD sẽ bắt đầu đếm số xung Tx từ xung 1 tại thời điểm t1.
- Q = 0→x1 = 0→cổng AND đóng: quá trình đo kết thúc
- Q= 1: + xóa nội dung bộ đếm ( chuẩn bị cho lần đo tiếp theo)
Nạp nội dung vào thanh ghi
Có: Txđ = NTx ( dùng Tx lượng tử hóa Txđ)
Để giảm sai số trong phép đo, ta cần giảm Tx và tăng fx; tức là phương pháp này phù hợp cho việc đo tần số lớn, vì khi fx càng lớn, phép đo sẽ càng chính xác.
Tại thời điểm t =t Q 1 : = →1 AND mở → dãy xung f o qua AND → bộ đếm
→ bộ đếm ban đầu đếm số xung f o từ xung 1
Tại thời điểm t 2 :t=t 2 :Q= →0 AND đóng → quá trình đo kết thúc
T =NT (dùng T o lượng tử hóa T x )
Bộ nhân ALO giúp hiển thị T x, với q = T o để đảm bảo phép đo chính xác Việc đo f x nhỏ càng chính xác hơn khi giá trị càng nhỏ Bên cạnh đó, bộ biến đổi D/A (Digital – Analog) được sử dụng để chuyển đổi mã nhị phân n bit ở đầu vào thành điện áp một chiều tại đầu ra.
Số nhị phân bit Điện áp 1 chiều
Trang 64 Điện trở Rv : do các điện trở mắc song song tạo thành : khi các khoá ki
Là các khoá điện tử
Sự đóng, mở các khoá ki được điều khiển bởi các bit bioF số nhị phân n bit
U 0 : điện áp mẫu R 0 : điện trở mẫu
U q R → U =−qN 2 §6: BỘ BIẾN ĐỔI A/D ( Analog/ Digital ) Khái niệm:
− A/D gián tiếp: U→ thời gian/trị số → N2
U0 –> Điện áp một chiều mẫu chọn Uo=Uxmax
Ví dụ: UxmaxmV Ux b0 b1 b2 q = 2(mV)
Lưới R - > tạo bước lượng tử q (i=1/(2 n −1))
Các bộ S 2 : S 2 đồng thời Ux v Ui( i= 1÷7)
Theo nguyên tắc : Ux ≥ Ui thì Si=1
Bộ biến đổi mã biến Si( i=1-2 n-1) biến Si ở đầu vào thành bản mã n bit ở đầu ra : b0 b1 bn
Cho 1 xung khởi động xóa nội dung bộ đếm để đếm từ 1 xung đặc vào đầu vào S=1
Lúc đó : R=0 → Q=1 → cổng AND mở
Các xung qua cổng AND tới bộ đếm
Bộ đếm bắt đầu đếm từ xung 1
Qua bộ D/A → Ua tăng dần theo từng xung đếm Đếm khi Ua=Ux → người ta phát 1 xung STOP,xung này làm cho S=0 Lúc đó: R=1 → Q=0 → cổng AND đóng
Ux → T gian → N2 a Sơ đồ: phương pháp 1 sườn dốc
Uo: điện áp 1 chiều chuẩn
Nguyên tắc bộ so sánh:
Tại thời điểm t1: phát 1 xung không động → Đóng khoá K →Mạch tfân bắt đầu hoạt động (bắt đầu tích phân U0)
→điện áp tăng tuyến tính.
Xoá sạch nội dung bộ nhớ
→ Q = 1→AND mở → dãy xung chuẩn T0 qua được cổng AND tới bộ đếm → bộ đếm bắt đầu đếm số xung T0 từ thời điểm T1 từ xung 1
Tại thời điểm T2: Uq= Ux lúc đó R=1
→ Ta phát 1 xung dừng: phát vào đầu S cho S = 0
→ Quá trình đo kết thúc
RC b Sơ đồ 2: Phương pháp 2 sườn dốc
K1 đóng, K2 mở → Tích phân Ux
K1 mở, K2 đóng → tích phân Uo ( Chọn Uo và Ux trái dấu)
Tại thời điểm t1: phát xung khởi động START
Tác động mạch logic: nhiệm vụ đóng K1, mở K2
Bộ đếm dung lượng No → Tích phân Ux
Bắt đầu hoạt động (Ví dụ: 3 bit → No=7 → Đếm tới 7 dừng )
+ Tại thời điểm t2 : (khi dung lượng đạt N0 –đã đầy)
S = 1, R=0→ Q = 1→AND mở → xung t 0 qua AND tới bộ đếm xung t0 từ thời điểm t2 (đếm từ xung 1 trở đi)
Tại thời điểm t3: phát xung STOP để S = 0
→AND đóng →quá trình đó kết thúc
Sơ đồ 1: Sơ đồ 2: q = 𝑈o.To
Sai số thấp: q chỉ phụ thuộc U0 ( N0 :chuẩn)
→ Sơ đồ 2 chính xác hơn rất nhiều so với sơ đồ 1
Trang 72 §7: PHƯƠNG PHÁP SỐ ĐO R, C %
- Tại thời điểm T1 : phát 1 xung k’đ
+ Chuyển K từ 1 → 2: tụ C xung điện qua R → Uc giảm theo quy luật hàm mũ
+ Xoá nội dung bộ đếm
Bộ so sánh: Uc >Uo/e → R= 0
S =1→ xung để qua AND tới bộ đếm ban đầu đếm số xung T0 từ xung 1 tại thời điểm t1
Tại thời điểm t2: phát 1 xung dừng Stop → S=0, R=0 → AND đóng → quá trình đo kết thúc.
