Chương trình đo điệnChương trình đo điện Chương 1Chương 1: Tổng quát về đo lường.: Tổng quát về đo lường. Chương 2Chương 2: Đo dòng và áp.: Đo dòng và áp. Chương 3Chương 3: Đo điện trở.: Đo điện trở. Chương 4Chương 4: Đo L,C,M.: Đo L,C,M. Chương 5Chương 5: Đo công suất và điện năng.: Đo công suất và điện năng. Chương 6Chương 6: Dao động kí.: Dao động kí. Chương 7Chương 7: Vôn kế số.: Vôn kế số. Chương 8Chương 8: Các cảm biến dùng trong đo lường.: Các cảm biến dùng trong đo lường.

Ch.2: Đo dòng và ápCh.2: Đo dòng và áp2.1. Cơ cấu chỉ thị kim.2.1. Cơ cấu chỉ thị kim.

2.2. Đo dòng điện AC và DC.2.2. Đo dòng điện AC và DC.

2.3. Đo điện áp AC và DC.2.3. Đo điện áp AC và DC.

2.4. Đo điện áp DC bằng phương pháp biến trở.2.4. Đo điện áp DC bằng phương pháp biến trở.

2.5. Vôn kế điện tử đo điện áp DC.2.5. Vôn kế điện tử đo điện áp DC.

2.6. Vôn kế điện tử đo điện áp AC.2.6. Vôn kế điện tử đo điện áp AC.

2.7. Ampe-kế điện tử đo dòng AC và DC.2.7. Ampe-kế điện tử đo dòng AC và DC.

2.1. Cơ cấu chỉ thị kim2.1. Cơ cấu chỉ thị kim2.1.1.Cơ cấu từ điện2.1.1.Cơ cấu từ điện:: Chỉ đo dòng DCChỉ đo dòng DC.. MMqq= NBSI = K= NBSI = KqqI; I; MMcc= K= Kccθ.θ. Độ nhạy dòng: Độ nhạy dòng:

SSI I = dθ/dI = K= dθ/dI = Kqq/K/Kcc= K.= K. Trên thực tế:STrên thực tế:SII = 1/I = 1/Ifsfs

Thang đo tuyến tính.Thang đo tuyến tính. Có độ chính xác cao.Có độ chính xác cao. IIfsfscở100μA;Rcở100μA;Rmmcở1KΩ.cở1KΩ.

H.2.1.Cơ cấu từ điện

2.1.2.Cơ cấu điện từ2.1.2.Cơ cấu điện từ

Hình 2.6. Loại hút Hình 2.7: Loại đẩyHình 2.6. Loại hút Hình 2.7: Loại đẩy

Đặc điểm cơ cấu đo điện từĐặc điểm cơ cấu đo điện từ Có 2 loại : Lực hút và lực đẩy.Có 2 loại : Lực hút và lực đẩy. Dùng với cả 2 dòng điện DC và AC.Dùng với cả 2 dòng điện DC và AC. MMqq = K = KqqII22; M; Mcc = K = Kccθ.θ. Thang đo không tuyến tính.Thang đo không tuyến tính. Tiêu thụ năng lượng nhiều hơn cơ cấu từ điện.Tiêu thụ năng lượng nhiều hơn cơ cấu từ điện. Độ chính xác nhỏ hơn cơ cấu từ điện.Độ chính xác nhỏ hơn cơ cấu từ điện. Từ trường tạo bởi cuộn dây có trị số nhỏ nên Từ trường tạo bởi cuộn dây có trị số nhỏ nên

cần có màn bảo vệ từ để tránh ảnh hưởng của cần có màn bảo vệ từ để tránh ảnh hưởng của từ trường nhiễu.từ trường nhiễu.

Chịu được sự quá tải cao.Chịu được sự quá tải cao. IIfs fs cở mA; Rcở mA; Rmm cở vài Ω đến vài trăm Ω. cở vài Ω đến vài trăm Ω.

2.1.3.Cơ cấu điện động2.1.3.Cơ cấu điện động Dùng với cả 2 dòng điện Dùng với cả 2 dòng điện

DC và AC.DC và AC. Là cơ cấu có sự phối Là cơ cấu có sự phối

hợp của cơ cấu từ điện hợp của cơ cấu từ điện và điện từ.và điện từ.

Dùng làm bộ chỉ thị cho Dùng làm bộ chỉ thị cho vôn kế,ampe kế, watt kế.vôn kế,ampe kế, watt kế.

MMqq = K = KqqII11II22 (DC). (DC).

)(.1

0 21 ACdtiiT

KMT

qq

2.2. Đo dòng DC và AC2.2. Đo dòng DC và AC

2.2.1.Nguyên lý2.2.1.Nguyên lý: Cả 3 cơ cấu nói ở trên đều được : Cả 3 cơ cấu nói ở trên đều được dùng làm bộ chỉ thị ampe-kế. Riêng cơ cấu từ điện dùng làm bộ chỉ thị ampe-kế. Riêng cơ cấu từ điện khi đo dòng AC thì phải biến đổi AC ra DC. khi đo dòng AC thì phải biến đổi AC ra DC. Điều Điều kiện Ikiện Iđođo≤ I≤ Ifsfs hoặc cần nới rộng tầm đo. hoặc cần nới rộng tầm đo.

2.2.2.Nới rộng tầm đo ampe-kế2.2.2.Nới rộng tầm đo ampe-kế

Dùng điện trở shuntDùng điện trở shunt: R: Rss=I=IfsfsRRmm/(I/(Itđtđ-I-Ifsfs). Nới rộng nhiều ). Nới rộng nhiều tầm đo với điện trở shunt có cách mắc thông thường tầm đo với điện trở shunt có cách mắc thông thường và cách mắc Ayrton.và cách mắc Ayrton.

Thay đổi số vòng dây quấn cơ cấu đoThay đổi số vòng dây quấn cơ cấu đo (điện từ, điện (điện từ, điện động).động).

Dùng biến dòngDùng biến dòng (dùng cho ampe-kế AC). K (dùng cho ampe-kế AC). K i i = I= I11/I/I22≈ ≈ nn22/n/n11.. Không được để hở thứ cấp khi sơ cấp có dòngKhông được để hở thứ cấp khi sơ cấp có dòng ..

..

2.2.3.Đo dòng AC dùng cơ cấu đo 2.2.3.Đo dòng AC dùng cơ cấu đo từ điệntừ điện

H.2.16.Chỉnh lưu bán kỳ H.2.17.Chỉnh lưu toàn kỳ.H.2.16.Chỉnh lưu bán kỳ H.2.17.Chỉnh lưu toàn kỳ. Dùng diod chỉnh lưuDùng diod chỉnh lưu: Chỉnh lưu bán kỳ và toàn kỳ.: Chỉnh lưu bán kỳ và toàn kỳ.

Bán kỳ: IBán kỳ: Ihdhd=2.22I=2.22Itb. tb. Toàn kỳ: IToàn kỳ: Ihdhd=1.11I=1.11Itb. tb.

Dùng cặp nhiệt điệnDùng cặp nhiệt điện: Cặp nhiệt điện được cung cấp : Cặp nhiệt điện được cung cấp nhiệt lượng do dòng điện này, tạo nên điện áp DC nhiệt lượng do dòng điện này, tạo nên điện áp DC cho cơ cấu từ điện (dùng với tín hiệu không sin).cho cơ cấu từ điện (dùng với tín hiệu không sin).

2.2.4.Ampe-kế kẹp2.2.4.Ampe-kế kẹp

Là thiết bị đo dòng điện mà không cần ngắt mạch nên Là thiết bị đo dòng điện mà không cần ngắt mạch nên rất tiện lợi (ví dụ như đo dòng động cơ điện).rất tiện lợi (ví dụ như đo dòng động cơ điện).

Mạch đo dòng điện sử dụng biến dòng với cơ cấu đo Mạch đo dòng điện sử dụng biến dòng với cơ cấu đo từ điện và diod chỉnh lưu có phần mở rộng tầm đotừ điện và diod chỉnh lưu có phần mở rộng tầm đo. . Biến dòng không có cuộn sơBiến dòng không có cuộn sơ, lấy dây dẩn dòng điện , lấy dây dẩn dòng điện làm sơ cấp với làm sơ cấp với qui định số vòng sơ cấp là 1.qui định số vòng sơ cấp là 1.

Hình 2.20: Keïp ño doøng ñieän.

2.2.5.Ảnh hưởng ampe-kế trên mạch đo2.2.5.Ảnh hưởng ampe-kế trên mạch đo

Hình a: I = V/R.Hình a: I = V/R. Hình b: IHình b: Iaa = V/(R+R = V/(R+Raa))

I ≈ II ≈ Iaa ↔ R ↔ Raa « R. « R.

Khi mắc ampe-kế vào Khi mắc ampe-kế vào mạch đo tương đương mạch đo tương đương với việc ta mắc nối tiếp với việc ta mắc nối tiếp vào mạch đo 1 điện trở vào mạch đo 1 điện trở bằng nội trở ampe-kế.bằng nội trở ampe-kế.

Để ampe-kế chỉ kết quả Để ampe-kế chỉ kết quả chính xác ta cần Rchính xác ta cần Raa « R « R

(điện trở tải).(điện trở tải).

2.3.Đo điện áp AC và DC2.3.Đo điện áp AC và DC 2.3.1Nguyên lý:2.3.1Nguyên lý: Điện áp đo được Điện áp đo được

chuyển thành dòng chuyển thành dòng điện đo đi qua cơ cấu điện đo đi qua cơ cấu chỉ thị với điều kiện:chỉ thị với điều kiện:

IIđođo = V = Vđođo/(R/(Rss+R+Rmm) ≤I) ≤Ifsfs..

RRss: Điện trở tầm đo.: Điện trở tầm đo.

RRss+R+Rmm: Nội trở vôn kế.: Nội trở vôn kế.

SSvv= Nội trở vôn kế/V= Nội trở vôn kế/Vtđotđo: :

Độ nhạy của vôn kế, Độ nhạy của vôn kế, đơn vị: KΩ/vôn.đơn vị: KΩ/vôn.

2.3.2.Nới rộng tầm đo vôn kế2.3.2.Nới rộng tầm đo vôn kế

Thay đổi điện trở tầm đoThay đổi điện trở tầm đo (áp dụng trong máy đo (áp dụng trong máy đo VOM). Có 2 cách thực hiện như hình trên. Nội VOM). Có 2 cách thực hiện như hình trên. Nội trở vôn kế càng lớn khi Vtrở vôn kế càng lớn khi Vtđotđo càng lớn. càng lớn.

Dùng biến ápDùng biến áp ( dùng với vôn kế AC). Sơ cấp nối ( dùng với vôn kế AC). Sơ cấp nối với điện áp đo, thứ cấp nối với vôn kế.với điện áp đo, thứ cấp nối với vôn kế.

Tỉ số biến áp KTỉ số biến áp Kvv = V1/V2 ≈ n = V1/V2 ≈ n11/n/n22

2.3.3.Đo áp AC dùng cơ cấu đo từ điện2.3.3.Đo áp AC dùng cơ cấu đo từ điện

Ta phải dùng cặp nhiệt Ta phải dùng cặp nhiệt điện (tín hiệu không sin) điện (tín hiệu không sin) hay diod chỉnh lưu để hay diod chỉnh lưu để biến đổi tín hiệu AC ra biến đổi tín hiệu AC ra DC đưa vào cơ cấu đo.DC đưa vào cơ cấu đo.

Dùng diod chỉnh lưu có Dùng diod chỉnh lưu có thể sử dụng chỉnh lưu thể sử dụng chỉnh lưu bán kỳ như hình bên bán kỳ như hình bên hoặc chỉnh lưu toàn kỳ. hoặc chỉnh lưu toàn kỳ.

Chỉnh lưu bán kỳ:Chỉnh lưu bán kỳ:

VVtđotđo = 2.22I = 2.22Ifsfs(R(R11+R+Rmm)+V)+Vdd

Chỉnh lưu toàn kỳ: Chỉnh lưu toàn kỳ: Có thể dùng cầu 4 diod hoặc 2 diod Có thể dùng cầu 4 diod hoặc 2 diod và 2 điện trở như hình trênvà 2 điện trở như hình trên..

Khuyết điểm của vôn kế AC dùng diod chỉnh lưu là Khuyết điểm của vôn kế AC dùng diod chỉnh lưu là phụ thuộc vào dạng tín hiệu và tần số cao có ảnh phụ thuộc vào dạng tín hiệu và tần số cao có ảnh hưởng đến tổng trở và điện dung ký sinh của diod.hưởng đến tổng trở và điện dung ký sinh của diod.

Trường hợp 4 diod: VTrường hợp 4 diod: Vtđtđ = 1.11I = 1.11Ifsfs(R+R(R+Rmm) + 2V) + 2Vdd..

2.3.4.Ảnh hưởng vôn kế trên mạch đo2.3.4.Ảnh hưởng vôn kế trên mạch đo

H.2.27: H.2.28:H.2.27: H.2.28:

Mạch tương đương khi mắc vôn kế. Mạch đo nguồn ápMạch tương đương khi mắc vôn kế. Mạch đo nguồn áp Khi mắc vôn kế vào mạch đo thì có thể xem như tổng Khi mắc vôn kế vào mạch đo thì có thể xem như tổng

trở vào vôn kế mắc song song với phần tử đo.trở vào vôn kế mắc song song với phần tử đo. Để vôn kế chỉ kết quả chính xác ta cần có nội trở vôn Để vôn kế chỉ kết quả chính xác ta cần có nội trở vôn

kế rất lớn so với điện trở tải hoặc nội trở của nguồn.kế rất lớn so với điện trở tải hoặc nội trở của nguồn.

2.4.Đo điện áp DC bằng ph.ph. biến trở2.4.Đo điện áp DC bằng ph.ph. biến trở

Hình 2.29: Mạch đo điện áp DC bằng biến trở.Hình 2.29: Mạch đo điện áp DC bằng biến trở. Khi đo S ở vị trí 1, chỉnh con chạy để điện kế chỉ 0.Khi đo S ở vị trí 1, chỉnh con chạy để điện kế chỉ 0. Ta xác định được điện áp cần đo VTa xác định được điện áp cần đo Vxx = R = R’’

BCBCI = VI = V’’BCBC với I với I

= B= B11/(K/(K11RR11+R+RABAB); 0 ≤ K); 0 ≤ K1 1 ≤1.≤1.

Kết quả đo không phụ thuộc vào nội trở của nguồn Kết quả đo không phụ thuộc vào nội trở của nguồn điện áp cần đo.điện áp cần đo.

2.5.Vôn kế điện tử DC2.5.Vôn kế điện tử DC

2.5.1.Vôn kế điện tử DC dùng transistor.2.5.1.Vôn kế điện tử DC dùng transistor.

1.Mạch đo dùng transistor có cách mắc kiểu điện 1.Mạch đo dùng transistor có cách mắc kiểu điện áp hay gọi là cách mắc không khuếch đại như áp hay gọi là cách mắc không khuếch đại như hình trên.hình trên.

Dùng để thiết kế tầm đo đủ lớn.Dùng để thiết kế tầm đo đủ lớn.

2.Mạch khuếch đại hồi tiếp âm2.Mạch khuếch đại hồi tiếp âm : Như hình trên. : Như hình trên. Cho ta độ lợi ổn định ACho ta độ lợi ổn định Avv lớn hơn 1. lớn hơn 1.

Dùng thiết kế mạch đo điện áp có trị số nhỏ.Dùng thiết kế mạch đo điện áp có trị số nhỏ.

3.Mạch đo áp DC dùng transistor trường(JFET)3.Mạch đo áp DC dùng transistor trường(JFET) Mạch đo có ngõ vào dùng JFET để có tổng trở Mạch đo có ngõ vào dùng JFET để có tổng trở

vào lớn.vào lớn. Kết hợp mạch phân tầm đo ở ngõ vào.Kết hợp mạch phân tầm đo ở ngõ vào.

2.5.2.Vôn kế điện tử DC dùng OP-AMP2.5.2.Vôn kế điện tử DC dùng OP-AMP

1.Mạch đo không có khuếch đại điện áp1.Mạch đo không có khuếch đại điện áp: Như hình trên.: Như hình trên. Tổng trở vào của vôn kế là tổng trở vào của mạch phân tầm Tổng trở vào của vôn kế là tổng trở vào của mạch phân tầm

đo: Zđo: Zii = R = R11 + R + R22 + R + R33 + R + R44 = h.s. (1) = h.s. (1) Điện áp ngõ ra mạch phân tầm là không đổi khi điện áp ngõ Điện áp ngõ ra mạch phân tầm là không đổi khi điện áp ngõ

vào bằng điện áp tầm đo:vào bằng điện áp tầm đo:

VV11 = V = V22(R(R22+R+R33+R+R44)/Z)/Zi i = V= V33(R(R33+R+R44)/Z)/Zii = V = V44RR44/Z/Zii. (2). (2) VVin+in+≈ V≈ Vin-in- = V = Voo = I = Imm(R(Rss + R + Rmm) . ) . Tính VTính V11??

2.Mạch khuếch đại không đảo pha2.Mạch khuếch đại không đảo pha: Dùng cho tầm đo bé.: Dùng cho tầm đo bé. Điện áp ngõ ra: VĐiện áp ngõ ra: Voo = A = AvvVVii; Độ lợi A; Độ lợi Av v = 1+(R= 1+(R11/R/R22) .) .

Tính điện áp tầm đo:VTính điện áp tầm đo:Vtđotđo=V=Voo/ A/ Avv;Với V;Với Voo= I= Imaxmax(R(Rss+R+Rmaxmax))

3.Mạch chuyển đổi điện áp ra dòng điện3.Mạch chuyển đổi điện áp ra dòng điện: Như hình trên.: Như hình trên. Ta có : VTa có : Vi+i+ ≈ V ≈ Vi- i- = V= VR1R1 = I = Imm R R11

Tính điện áp tầm đo: VTính điện áp tầm đo: Vtđtđ = V = VR1R1 = I = Imaxmax R R11..

Hình 2.43: Maïch ño chuyeån ñoåi ñieän aùp sang doøng ñieän

4. Mạch khuếch đại vi sai: 4. Mạch khuếch đại vi sai: Như hình trên.Như hình trên. Điện áp ra V = VĐiện áp ra V = V0202 – V – V0101 = (1+2R = (1+2R22/R/R11)(E)(E2 2 – E– E11))

2.5.3.Đo điện áp DC nhỏ dùng 2.5.3.Đo điện áp DC nhỏ dùng phương pháp “chopper”phương pháp “chopper”

Khuếch đại AC Mạch giảiđiều chế

Vi

DEMOD.

-V

+V+V

+V

-V

0V

Dao động

-V

0V

+

+

–

–

DC DC

Mạchchopper

Mạch điều hợptổng trở

2.6.Vôn kế điện tử AC2.6.Vôn kế điện tử AC

2.6.1.Tổng quát2.6.1.Tổng quát: Để đo áp AC, ta chuyển điện áp AC ra DC bằng : Để đo áp AC, ta chuyển điện áp AC ra DC bằng 3 phương pháp:3 phương pháp:

1.Chỉnh lưu trung bình. 2.Trị hiệu dụng thực. 3.Trị đỉnh.1.Chỉnh lưu trung bình. 2.Trị hiệu dụng thực. 3.Trị đỉnh. Hệ số dạng KHệ số dạng Kf f =Trị hiệu dụng/Trị chỉnh lưu trung bình.=Trị hiệu dụng/Trị chỉnh lưu trung bình. Hệ số đỉnh KHệ số đỉnh Kpp = Trị đỉnh/Trị hiệu dụng. = Trị đỉnh/Trị hiệu dụng.

2.6.2.Ph. Ph. trị chỉnh lưu trung bình2.6.2.Ph. Ph. trị chỉnh lưu trung bình:(tín hiệu sin). :(tín hiệu sin). Tính VTính Vtđotđo??

2.6.3.Phương pháp trị hiệu 2.6.3.Phương pháp trị hiệu dụng thực (tín hiệu không sin)dụng thực (tín hiệu không sin)

.1

20 đoVVAR

RV Ta có:Ta có:

I2(DC)

Vđo

AVVđo

I2

R1

I1

I2

Rm

+

–

A2A1

I1(RMS)

+Vcc

-VEE

+Vcc

-VEE

+

–

+

–

E1 E2

TC2TC1

R2

2.6.4.Phương pháp trị đỉnh2.6.4.Phương pháp trị đỉnh

Hình 2.53.Mạch đo áp AC dùng mạch nhân đôi điện ápHình 2.53.Mạch đo áp AC dùng mạch nhân đôi điện áp. . Điện áp AC được biến đổi ra áp DC có trị số bằng trị Điện áp AC được biến đổi ra áp DC có trị số bằng trị

đỉnh bằng 2 cách:đỉnh bằng 2 cách: Dùng mạch nhân đôi điện áp hoặc mạch kẹpDùng mạch nhân đôi điện áp hoặc mạch kẹp..

H.a: Mạch kẹp đỉnh âm. H.a: Mạch kẹp đỉnh âm. H.Mạch kẹp và mạch lọc hạ thôngH.Mạch kẹp và mạch lọc hạ thông

H.b: Mạch kẹp đỉnh dươngH.b: Mạch kẹp đỉnh dương

Hình 2.56. Mạch đo trị đỉnh dùng IC:Hình 2.56. Mạch đo trị đỉnh dùng IC:a.Mạch đo trị đỉnh không có hồi tiếp. b.Mạch đo trị đỉnh có hồi tiếp a.Mạch đo trị đỉnh không có hồi tiếp. b.Mạch đo trị đỉnh có hồi tiếp

Đầu đo

Đầu “mass”

Dây dẫn đồng trục”

Mạch kẹp trong “probe đo”

A1

D1 vC

CSA2

E=Em tri đỉnh của

e(t)

e(t)

)aR2

A2

Cs

R1V1

D1

A1

D2

e(t)

Ri

E=Em

)b

R1

2.7.Ampe-kế điện tử đo dòng điện2.7.Ampe-kế điện tử đo dòng điện

Đo dòng trong ampe-kế điện tử là chuyển dòng IĐo dòng trong ampe-kế điện tử là chuyển dòng Iđođo

thành điện áp Vthành điện áp Vđođo bằng cách cho dòng điện I bằng cách cho dòng điện Iđo đo qua qua

điện trở Rđiện trở Rss như hình 2.57.(Đo dòng DC và AC). như hình 2.57.(Đo dòng DC và AC).

Phân tầm đo dòng điện bằng cách thay đổi điện trở Phân tầm đo dòng điện bằng cách thay đổi điện trở như hình 2.58. Mạch phân tầm có đặc điểm:như hình 2.58. Mạch phân tầm có đặc điểm:

II11(R(Rs1s1+R+Rs2s2+R+Rs3s3+R+Rs4s4)=I)=I22(R(Rs2s2+R+Rs3s3+R+Rs4s4)=I)=I33(R(Rs3s3+R+Rs4s4)=I)=I44RRs4s4=h.s=h.s

I1

I2

I3

I4

RS1

RS2

RS3

RS4

Iđo

A

B

Mạch đo điện áp DC

Iđo

Iđo

A

B

+

–

R1

Ifs

Rm

Rs

Vđo +

Iđo

_

Hình 2.57: Mạch đo dòng DC H.2.58: Mạch phân tầm đo dòng .