CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN Mã Chương: 01 Giới thiệu: Đo lường là sự so sánh 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 lương là nối thiết bị do vào hệ thống được khảo sát và quan sát kết quả đo được các đại lượng cần thiết trên thiết bị đo. Trong thực tế rất khó xác định “ trị số thực ” của đại lượng đo. Vì vậy trị số đo được bởi thiết bị đo được gọi là trị số tin được.
Bất kỳ đại lượng đo nào cũng bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số. Do đó kết quả đo rất ít khi phản ảnh đúng trị số tin cậy. Cho nên có nhiều hệ số ảnh hưởng trong đo lường liên quan đến thiết bị đo. Như vậy độ chính xác của thiết bị đo được diễn ra dưới hình thức sai số.
Mục tiêu: Giải thích được nguyên lý cấu tạo và làm việc của các cơ cấu đo thông dụng: từ điện, điện từ, điện động, cảm ứng. Phân biệt được dụng cụ đo kiểu trực tiếp, so sánh, đo đại lượng điện, đại lượng không điện Trình bày được các dạng sai số, các thành phần cấu tạo cơ bản của dụng cụ đo. Đọc đúng các ký hiệu trên mặt dụng cụ. Nội dung chương: 2.
Định nghĩa đo lường Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị đo. Kết quả đo lường (Ax) là giá trị bằng số, được định nghĩa bằng tỉ số giữa đại lượng cần đo (X) và đơn vị đo (Xo): Kết quả đo được biểu diễn dưới dạng: A = X0 X và ta có X = A.X0 Trong đó: X - đại lượng đo X0 - đơn vị đo A - con số kết quả đo.1) có phương trình cơ bản của phép đo: X = Ax. Xo , chỉ rõ sự so sánh X so với Xo, như vậy muốn đo được thì đại lượng cần đo X phải có tính chất là các giá trị của nó có thể so sánh được, khi muốn đo một đại lượng không có tính chất so sánh được thường phải chuyển đổi chúng thành đại lượng có thể so sánh được. Sơ đồ khối dụng cụ đo 2.
Kiểu trực tiếp 5 Phương pháp đo trực tiếp: là phương pháp đo mà đại lượng cần đo được so sánh trực tiếp với mẫu đo. Phương pháp này được chia thành 2 cách đo: - Phương pháp đo đọc số thẳng. - Phương pháp đo so sánh là phương pháp mà đại lượng cần đo được so sánh với mẫu đo cùng loại đã biết trị số. Ví dụ: Dùng cầu đo điện để đo điện trở, dùng cầu đo để đo điện dụng v.
Kiểu gián tiếp Phương pháp đo gián tiếp: là phương pháp đo trong đó đại lượng cần đo sẽ được tính ra từ kết quả đo các đại lượng khác có liên quan. Ví dụ: Muốn đo điện áp nhưng ta không có Vônmét, ta đo điện áp bằng cách: - Dùng ômmét đo điện trở của mạch. - Dùng Ampemét đo dòng điện đi qua mạch. Sau đó áp dụng các công thức hoặc các định luật đã biết để tính ra trị số điện áp cần đo.
Các thành phần cấu tạo cơ bản của dụng cụ đo điện Thông thường một dụng cụ đo lường điện tử có cấu trúc gồm khối cảm biến, bộ khuếch đại, bộ xử lý và cuối cùng là bộ hiển thị. Bộ cảm biến có nhiệm vụ thực hiện cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý hoặc phi vật lý cần đo thành các tín hiệu điện. Các tín hiệu điện này sau đó sẽ được khuếch đại và hiệu chỉnh sao cho tương quan sự biến đổi giữa các đại lượng vật lý hoặc phi vật lý và tín hiệu điện sau cảm biến có tính chất tuyến tính. Hay nói cách khác, sự biến đổi của tín hiệu điện sau cảm biến sẽ phản ánh thực chất của quá trình biến đổi các đại lượng vật lý/phi vật lý đó.
Tiếp sau, các tín hiệu này sẽ được tiếp tục đưa qua các hệ thống xử lý tín hiệu (có thể là xử lý tín hiệu số hoặc tương tự) rồi sau đó phối ghép và đưa qua các phương tiện hiển thị như màn hình, bảng hiển thị LED, các thiết bị in ấn hoặc các thiết bị ngoại vi khác. Các ký hiệu trên mặt dụng cụ đo 2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cơ đấu đo thông dụng 2. Cơ cấu đo kiểu từ điện 6 Cơ cấu đo kiểu từ điện có hai phần chính là phần tĩnh và phần động.
Phần tĩnh (1) Nam châm vĩnh cửu (2) Cực từ (3) Lõi sắt Phần động Hình 2.1: Cơ cấu chỉ thị từ điện (4) Kim chỉ thị (5) Khung dây (6) Lò xo xoắn Khung dây: gồm nhiều vòng dây làm bằng đồng cùng quấn trên một khuôn nhôm hình chữ nhật. Dây đồng có tiết diện nhỏ khoảng (0,02 ÷ 0,05)mm có phủ cách điện bên ngoài. Toàn bộ khung dây được đặt trên trục quay. Khung dây chuyển động nhờ lực tương tác giữa từ trường của khung dây (khi có dòng điện chạy qua) và từ trường của nam châm vĩnh cửu.
Khối lượng của khung dây phải càng nhỏ càng tốt để Momen quán tính không ảnh hưởng nhiều đến chuyển động quay của khung dây. Lõi sắt: có dạng hình trụ tròn được đặt giữa hai cực của nam châm vĩnh cửu sao cho khe hở không khí giữa chúng đủ nhỏ và cách đều các cực từ. Nhờ lõi sắt mà từ trở giữa các cực từ được giảm nhỏ và do đó làm tăng mật độ từ thông qua khe hở không khí. Lò xo xoắn ốc: được bố trí ở hai đầu của khung dây với chiều ngược nhau, một đầu lò xo gắn vào trục của khung dây, đầu kia gắn cố định.
Lò xo xoắn ốc có nhiệm vụ chủ yếu là tạo ra Momen cản (Mc) cân bằng với lực điện từ, ngoài ra lò xo được dùng để dẫn dòng điện vào và ra khung dây và khi không có dòng điện đi vào, lò xo sẽ đưa kim chỉ thị về vị trí ban đầu. Kim chỉ thị: được gắn liền với khung dây để có thể dịch chuyển theo khung, vị trí kim sẽ chỉ giá trị tương ứng trên mặt thang đo. Kim thường làm bằng nhôm mỏng, đuôi kim có gắn đối trọng để trọng tâm của kim nằm trên trục quay, điều này giúp giữ thăng bằng cho phần động. Đầu kim dẹt và có chiều dày bé hơn khoảng cách các vạch trên thang chia độ.
Nam châm vĩnh cửu: gồm hai cực N và S được thiết kế bo tròn theo lõi sắt sao cho khe hở giữa phần tĩnh và phần động đủ nhỏ nhằm tạo ra từ trường đều. Cơ cấu đo kiểu điện động Mục tiêu: Trình bày được cấu tạo, nguyên lý, đặc điểm và ứng dụng của cơ cấu đo kiểu điện động. Kí hiệu: 7 Cấu tạo: Phần tĩnh: Gồm cuộn dây tĩnh (1) (không lõi thép) hay còn gọi là cuộn kích thích có số vòng dây ít được chia làm 2 phần bằng nhau mắc nối tiếp nhau (quấn theo cùng chiều) để tạo thành nam châm điện khi có dòng điện chạy qua. Ngoài ra còn có bảng chỉ thị và trụ đỡ.8: Cơ cấu chỉ thị điện động Phần động: Gồm có cuộn dây động 2 có khung bằng nhôm trên có quấn các vòng dây điện từ với số vòng nhiều tiết kiện dây bé gắn trên trục quay trong từ trường được tạo ra bởi cuộn tĩnh.
Ngoài ra trên trục còn gắn kim chỉ thị, lò xo tạo momen cản và các chi tiết phụ trợ khác. Thông thường chúng sẽ được bọc kín bằng màn chắn từ để tránh ảnh hưởng của từ trường bên ngoài. Nguyên lý hoạt động: a) Khi cho dòng điện và các cuộn dây thì từ trường của 2 cuộn dây tương tác với nhau khiến cho cuộn động di chuyển và kim bị lệch đi khỏi vị trí zero. Các lò xo xoắn tạo ra lực điều khiển và đóng vai trò dẫn dòng vào cuộn động.
Việc tạo ra sự cân bằng của hệ thống động (điều chỉnh zero) được thực hiện nhờ điều chỉnh vị trí lò xo. Dụng cụ đo kiểu điện động thường có cản dịu kiểu không khí vì nó không thể cản dịu bảng dòng xoáy như dụng cụ đo kiểu từ điện. Do không có lõi sắt trong dụng điện động nên môi trường dẫn từ hoàn toàn là không khí do đó cảm ứng từ nhỏ hơn rất nhiều so với ở dụng cụ từ điện. Điều này đồng nghĩa với việc để tạo ra momen quay đủ lớn để quay phần động thì dòng điện chạy trong cuộn động phải khá lớn.
Như vậy, độ nhạy của dụng cụ đo điện động nhỏ hơn rất nhiều so với dụng cụ đo từ điện. Momen quay do 2 từ trường tương tác nhau được tính bằng: b) Khi cho dòng xoay chiều vào các cuộn dây Phần động vì có quán tính mà không kịp thay đổi theo giá trị tức thời nên thực tế lấy theo giá trị số trung bình trong một chu kì T. Đặc điểm và ứng dụng Vì góc lệch không tỉ lệ tuyến tính với dùng cần đo nên thang đo của cơ cấu điện động là thang đo không đều. Có thể thay đổi vị trí tương đối của các cuộn dây để thay đổi tỷ số dM/da theo hàm ngược với I1.I2 nhằm đạt được thang đo đều (thường từ 20% - 100% cuối thang đo có thể chia đều, còn 20% đầu thang đo chia không đều).
8 Cơ cấu điện động có thể được sử dụng để đo dòng xoay chiều và một chiều. Tuy nhiên nó có độ nhạy kém và tiêu thụ công suất khá lớn nên dùng trong mạch công suất nhỏ không thích hợp. Cơ cấu có độ chính xác cao khi đo trong mạch xoay chiều vì không sử dụng vật liệu sắt từ tức là loại bỏ được sai số đo dòng xoáy và bão hòa từ. Cơ cấu không có lõi thép nên từ trưởng của cơ cấu yếu, độ ổn định thấp do phụ thuộc vào trừ trường ngoài, độ nhạy thấp.
Khả năng chịu được quá tải thấp Cấu tạo tương đối phức tạp, giá thành cao. Cơ cấu được ứng dụng chế tạo vôn kế, ampe kế và oát kế 2. Cơ cấu đo kiểu sắt điện động 2. Cơ cấu đo kiểu cảm ứng Mục tiêu: Trình bày được cấu tạo, nguyên lý, đặc điểm và ứng dụng của cơ cấu đo kiểu cảm ứng.
Ký hiệu: Cấu tạo: Hình 1.8: Cơ cấu chỉ thị cảm ứng Cấu tạo của cơ cấu đo cảm ứng có hai phần là phần tĩnh và phần động: Phần tĩnh là các cuộc dây điện 2,3 có cấu tạo để khi có dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường móc vòng qua mạch từ và qua phần động, có ít nhất là 2 nam châm điện.