1. Trang Chủ
  2. Điện - Điện tử
  3. Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử: Phần 2

Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử: Phần 2

Nối tiếp phần 1, phần 2 tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản; Một số loại máy đo dùng trong viễn thông. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết. HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG -------------------- Nguyễn Trung Hiếu Đỗ Mạnh Hà Trần Thị Thục Linh BÀI GIẢNG CƠ SỞ ĐO LƢỜNG ĐIỆN TỬ Hà Nội 2014 Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản CHƢƠNG 3. MÁY ĐO VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 3.1. THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ VẠN NĂNG (MULT

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện - Điện tử

Số trang 156

Ngày tạo 4/6/2023 6:36:34 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 3.60 M

Tên tệp

Tải Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử: Phần 2 (.pdf)

Xem mẫu

  1. HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG -------------------- Nguyễn Trung Hiếu Đỗ Mạnh Hà Trần Thị Thục Linh BÀI GIẢNG CƠ SỞ ĐO LƢỜNG ĐIỆN TỬ Hà Nội 2014
  2. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản CHƢƠNG 3. MÁY ĐO VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 3.1. THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TỬ VẠN NĂNG (MULTIMETERS) Thiết bị đo điện tử vạn năng hay còn gọi là Đồng hồ vạn năng (Multimeters) là một lại dụng cụ đo điện cơ bản đa chức năng đƣợc dùng khá phổ biến, có các chức năng cơ bản là đo dòng điện, đo điện áp, và đo điện trở ngoài ra có một số đồng hồ còn có thể đo tần số dòng điện, điện dung tụ điện, kiểm tra điốt, kiểm tra Transistor lƣỡng cực... Đồng hồ vạn năng đƣợc thiết kế trên cơ sở chức năng đo cơ bản là đo dòng điện hoặc đo điện áp, và từ đó xây dựng thêm các chức năng đo khác. Có 2 loại đồng hồ vạn năng đó là: Đồng hồ vạn năng tƣơng tự (hay còn đƣợc gọi tắt là VOM – Volt-Ohm-Milliammeter), và đồng hồ vạn năng số (DMM – Digital Multimeter). 3.1.1. Thiết bị đo điện tử vạn năng tƣơng tự và số a. Đồng hồ vạn năng tƣơng tự Đồng hồ vạn năng tƣơng tự thƣờng có các chức năng đo nhƣ sau:  Đo điện áp một chiều: DCV  Đo giá trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều: ACV.  Đo cƣờng đồ dòng điện một chiều: DCA  Đo điện trở:  Ngoài ra có một số đồng hồ còn có thêm chức năng khác nhƣ:  Đo điện dung tụ điện  Kiểm tra điốt, kiểm tra Transistor lƣỡng cực… VOM thƣờng đƣợc cấu tạo từ 1 cơ cấu đo từ điện, và sử dụng các mạch đo khác nhau sẽ tạo thành chức năng đo và thang đo khác nhau, sử dụng chuyển mạch để chọn chức năng đo và thang đo, và thang chỉ thị của CCĐ đƣợc khắc độ phù hợp với mỗi chức năng và thang đo tƣơng ứng. VOM trong thực thế rất đa dạng, Hình 3.1 là ví dụ về hình ảnh của các các VOM có trong thực tế. Sơ đồ khối tổng quát của một VOM đơn giản nhƣ hình vẽ. 87
  3. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản Hình 3.1 - Đồng hồ vạn năng tương tự - VOM b. Đồng hồ vạn năng số - DMM Hình 3.2 – Đồng hồ vạn năng số cầm tay (Handheld DMM) 88
  4. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản Hình 3.3 – Đồng hồ vạn năng số để bàn (Bench DMM) Đồng hồ vạn năng số DMM có nhiều tính tính năng đo nổi bật hơn đồng hồ vạn năng tƣơng tự, cũng có các chức năng đo cơ bản nhƣ của VOM là:  Đo điện áp một chiều  Đo giá trị hiệu dụng (trị số đỉnh hoặc trung bình) của điện áp xoay chiều.  Đo cƣờng đồ dòng điện một chiều  Đo trị số hiệu dụng (trị số đỉnh hoặc trung bình) cùng dòng điện xoay chiều  Đo điện trở Ngoài ra có một số đồng hồ còn có thêm chức năng nổi bật khác nhƣ:  Đo tần số dòng điện.  Kiểm tra điốt, kiểm tra Transistor lƣỡng cực..  Kiểm tra nối mạch: máy kêu "bíp" khi điện trở giữa 2 đầu đo (gần) bằng 0.  Hiển thị số thay cho kim chỉ trên thƣớc.  Có thêm các bộ khuyếch đại điện để đo hiệu điện thế hay cƣờng độ dòng điện nhỏ, và 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.  Hỗ trợ cho đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt.  Đo tần số trung bình, khuyếch đại âm thanh, để điều chỉnh mạch điện của radio. Nó cho phép nghe tín hiệu thay cho nhìn thấy tín hiệu (nhƣ trong máy hiện sóng).  Dao động kế cho tần số thấp. Xuất hiện ở DMM có giao tiếp với máy tính. 89
  5. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản  Bộ kiểm tra điện thoại.  Bộ kiểm tra mạch điện ô-tô.  Lƣu giữ số liệu đo đạc và tính toán kết quả. Trong thực tế có 2 loại DMM đó là DMM cầm tay (Handheld DMM) và loại DMM để bàn (Bench DMM). Loại để DMM bàn thƣờng có tính năng, dải trình đo, độ chính xác, giá thành cao hơn loại DMM cầm tay. Sơ đồ cấu tạo của đồng hồ vạn năng số Hình 3.4 – Sơ đồ khối rút gọn của DMM số. Hình 3.5 – Sơ đồ rút gọn của chức năng đo điện áp 90
  6. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản Hình 3.6 – Sơ đồ rút gọn của chức năng đo dòng Hình 3.7 – Sơ đồ rút gọn của chức năng đo điện trở 91
  7. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản Hình 3.8 – Sơ đồ cấu tạo của một DMM trong thực tế 3.1.2. Đo dòng điện Phép đo dòng điện có phạm vi đo rộng (từ vài pA đến và vài MA), dải tần rộng (từ đo dòng 1 chiều đến đo dòng xoay chiều tần số tới hàng GHz). Tùy phạm vi đo và dải tần đo lại sử dụng các phƣơng pháp đo khác nhau. Tuy nhiên trong thực tế phép đo dòng điện thƣờng chỉ đƣợc thực hiện ở dải tần tới hàng trăm MHz, còn ở dải tần số siêu cao ngƣời ta thƣờng đo công suất. Dụng cụ đo dòng điện đƣợc gọi là Ampe mét (Ampe kế), với đồng hồ vạn năng khi để chức năng đo dòng thì cũng đƣợc gọi là Ampe mét. Ký hiệu của Ampe mét trong sơ đồ là một vòng tròn có chữ A ở giữa và có thể thêm ký hiệu các cực dƣơng và âm hai bên cho dòng điện một chiều: + - A Có 2 dạng Ampe mét khác nhau: Ampe mét can thiệp và Ampe mét không can thiệp. 92
  8. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản  Ampe mét can thiệp Khi đo dòng điện chạy trong một dây điện Ampe mét phải đƣợc mắc nối tiếp với dây điện, nó sẽ tiêu thụ một hiệu điện thế nhỏ nối tiếp trong mạch điện. Để giảm ảnh hƣởng đến mạch điện cần đo, hiệu điện thế tiêu thụ trong mạch của ampe kế phải càng nhỏ càng tốt. Điều này nghĩa là trở kháng tƣơng đƣơng của ampe mét trong mạch điện phải rất nhỏ so với điện trở của mạch. Khi mắc ampe mét vào mạch điện một chiều, chú ý nối các cực điện theo đúng chiều dòng điện. Luôn chọn thang đo phù hợp trƣớc khi đo: chọn thang lớn nhất trƣớc, rồi hạ dần cho đến khi thu đƣợc kết quả nằm trong thang đo. Mỗi Ampe mét đều có trong kháng trong, khi do dòng một chiều và xoay chiều tần số thấp, có thể coi trở kháng của ampe mét là thuần trở Ra (Hình 3.9-b). Nhƣng tần số cao trở kháng tƣơng đƣơng của ampe mét còn cần phải tính đến các các thành phần điện dung và điện cảm ký sinh, sơ đồ tƣơng đƣơng nhƣ Hình 3.9-a (trong đó: La- điện cảm của cuộn dây, Ca- điện dung giữa 2 đầu ampe mét, Cd- điện dung giữa 2 đầu ampe mét với đất). Ca Zn La Ra Zt Cd En Cd Ra A (a) (b) (c) Hình 3.9 - Trở kháng tương đương của ampe mét. Để giảm sai số do điện dung ký sinh ở tần số cao ngƣời ta mắc ampe mét vào vị trí nào có điện thế thấp nhất so với đất. Ví dụ nhƣ cách mắc ở Hình 3.9-c, trong đó Zn – trở kháng của nguồn, Zt – trở kháng phụ tải. Khi mắc ampe mét vào mạch đo bao giờ cũng làm cho dòng điện qua mạch thay đổi so với giá trị thực Ix En Ix  Zn  Zt Sau khi mắc ampe mét vào mạch dòng điện mà ampe mét chỉ thị là: En I đo  Z n  Zt  Z A 93
  9. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản Sai số tƣơng đối do ảnh hƣởng của trở kháng trong ampe mét đƣợc xác định nhƣ sau: I x  I đo I  .100  1 .100 % Ix Z Z 1 t  0 Zn Za Để giảm nhỏ sai số tƣơng đối cần chọn ampe mét có trở kháng trong nhỏ. Để mở rộng thang đo dòng điện cho ampe mét ở mạch một chiều và tần số thấp ngƣời ta mắc ampe mét song song với điện trở Shunt với tác dụng phân chia dòng điện. Ở tần số cao do ảnh hƣởng của hiệu ứng bề mặt, Shunt điện trở đƣợc thay bằng Shunt điện cảm, Shunt điện dung hay biến dòng đo lƣờng cao tần. Các phƣơng pháp cơ bản do dòng điện theo kiểu can thiệp nhƣ sau: - Đo dòng điện dùng cơ cấu đo từ điện - Do dòng bằng phƣơng pháp nhiệt điện - Đo dòng bằng phƣơng pháp quang điện, … a. Đo dòng điện một chiều DC dùng cơ cấu từ điện Cơ cấu đo từ điện làm việc với dòng một chiều, nhƣng dòng toàn thang Itt khá nhỏ, do đó phải mở rộng thang đo cho phù hợp bằng cách mắc CCĐ song song với điện trở Shunt Rs. Rm, AM1Itt + Rm, Itt Ix R1 R2 R3 I3 Im + I2 Ix Is Rs I1 (a) – Sơ đồ một thang đo (b) – Sơ đồ nhiều thang đo kiểu Shunt Ayrton Hình 3.10 – Sơ đồ thang đo dòng một chiều dùng CCĐ từ điện Sơ đồ thang đo dòng một chiều dùng CCĐ từ điện nhƣ Hình 3.10-a. Dòng điện đo: Ix = Im + Is 94
  10. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản Dòng điện đo đƣợc lớn nhất của thang đo là Imax. Khi Ix = Imax thì Im=Itt, dó đó điện trở Shunt đƣợc xác định nhƣ sau: Rm Rs  , với n  I max I tt - hệ số mở rộng thang đo. n 1 Với Ampe mét có nhiều thang đo thì dùng nhiều điện trở Shunt, thông thƣơng các điện trở Shunt đƣợc mắc nối tiếp theo kiểu Shunt Ayrton nhƣ Hình 3.10-b với 3 thang đo là I1, I2, I3, hệ số mở rộng của mỗi thang đo là nk (k=1,2,3). Rmk , với nk  Ik RSk  nk  1 I tt + Thang đo I1: Rs1=R1, Rm1=Rm+R2+R3. + Thang đo I2: Rs2=R1+R2, Rm2=Rm+R3. + Thang đo I3: Rs3=R1+R2+R3, Rm3=Rm. b. Đo dòng điện xoay chiều AC dùng cơ cấu từ điện Cơ cấu đo từ điện chỉ làm việc với dòng một chiều, do đo khi đo dòng xoay chiều AC phải biến đổi dòng AC thành dòng DC khi qua CCĐ theo các cách khác nhau nhƣ: Dùng phƣơng pháp chỉnh lƣu bằng Điốt, Dùng phƣơng pháp biến đổi nhiệt điện. Hình 5.1 Dùng phương pháp chỉnh lưu bằng Điốt: Ví dụ thang đo dòng AC dùng mạch chỉnh lƣu ½ chu kỳ nhƣ Hình 3.11-a, và dùng mạch chỉnh lƣu cầu nhƣ Hình 3.11-b. Xây dựng thang đo trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều hình sin cho các thang đo này. Giả sử dòng điện AC là iac=Imsint. Nếu giới hạn của thang đo là Imax, thì khi dòng điện AC có giá trị hiệu dụng IRMS=Imax thì dòng điện trung bình qua CCĐ là imtb=Itt. Hình 3.11 – Thang đo dòng xoay chiều iac Xem lại vị trí của Diode D1 D2 im Rm, AM2Itt D + idc im Rm, AM4Itt + iac is Rs is D4 D3 Rs (a) (b) 95
  11. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản iac iac Im Im t t idc im Im I‟m t t im (c) I‟m t - Tính tại vị trí toàn thang: (d) I m  I max 2 - Tính tại vị trí toàn thang: I m' I m  I max 2 imtb   I tt => I m'   .I tt  2 I m'  .I tt imtb   I tt => I m  ' I Rm  U D '  => RS  2 m I m  I m' I m' Rm => RS  I m  I m'  Ampe mét không can thiệp Ampe mét can thiệp có nhƣợc điểm là cần phải đƣợc lắp đặt nhƣ một thành phần trong mạch điện. Chúng không dùng đƣợc cho các mạch điện đã đƣợc chế tạo khó thay đổi. Đối với các mạch điện này, ngƣời ta có thể đo đạc từ trƣờng sinh ra bởi dòng điện để suy ra cƣờng độ dòng điện. Phƣơng pháp đo nhƣ vậy không gây ảnh hƣởng đến mạch điện, an toàn, nhƣng đôi khi độ chính xác không cao bằng phƣơng pháp can thiệp. a. Đo dòng điện bằng hiệu ứng Hall Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý đƣợc thực hiện khi áp dụng một từ trƣờng vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫn hay chất dẫn điện nói chung (thanh Hall) đang có dòng điện chạy qua. Lúc đó ngƣời ta nhận đƣợc hiệu điện thế (hiệu thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall. Tỷ số giữa hiệu thế Hall và dòng điện chạy qua thanh Hall gọi là điện trở Hall, đặc trƣng cho vật liệu làm nên thanh Hall. Hiệu ứng này đƣợc khám phá bởi Edwin Herbert Hall vào năm 1879. 96
  12. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản Hiệu ứng Hall đƣợc giải thích dựa vào bản chất của dòng điện chạy trong vật dẫn điện. Dòng điện này chính là sự chuyển động của các điện tích (ví dụ nhƣ electron trong kim loại). Khi chạy qua từ trƣờng, các điện tích chịu lực Lorentz bị đẩy về một trong hai phía của thanh Hall, tùy theo điện tích chuyển động đó âm hay dƣơng. Sự tập trung các điện tích về một phía tạo nên sự tích điện trái dầu ở 2 mặt của thanh Hall, gây ra hiệu điện thế Hall. Công thức liên hệ giữa hiệu thế Hall, dòng điện và từ trƣờng là: V H = (I.B)/(d.e.n), trong đó VH là hiệu thế Hall, I là cƣờng độ dòng điện, B là cƣờng độ từ trƣờng, d là độ dày của thanh Hall, e là điện tích của hạt mang điện chuyển động trong thanh Hall, và n mật độ các hạt này trong thanh Hall. Phƣơng pháp đo này sử dụng hiệu ứng Hall tạo ra một hiệu điện thế tỷ lệ thuận (với hệ số tỷ lệ biết trƣớc) với cƣờng độ dòng điện cần đo. Hiệu điện thế Hall V gần nhƣ tỷ lệ thuận với cƣờng độ từ trƣờng sinh ra bởi dòng điện, do đó tỷ lệ thuận với cƣờng độ của dòng điện đó. Chỉ cần cuốn một hoặc vài vòng dây mang dòng điện cần đo quanh một lõi sắt từ của đầu đo là ta có đƣợc từ trƣờng đủ để kích thích hoạt động của đầu đo. Thậm chí đôi khi chỉ cần kẹp lõi sắt cạnh đƣờng dây là đủ. Hình 3.12 – Sơ đồ đo dòng xoay chiều dung hiệu ứng Hall Sơ đồ mạch điện của một đầu đo cƣờng độ dòng điện sử dụng hiệu ứng Hall. Sử dụng lõi sắt từ, thanh Hall, bộ khuyếch đại điện, điện trở. Điện thế ra vM tỷ lệ với cƣờng độ dòng điện vào ip. Tuy nhiên hiện tƣợng từ trễ không tuyến tính trong sắt từ có thể làm giảm độ chính xác của phép đo. Trên thực tế ngƣời ta có thể sử dụng một mạch điện hồi tiếp để giữ cho từ thông trong lõi sắt luôn xấp xỉ không, giảm thiểu hiệu ứng từ trễ và tăng độ nhạy của đầu đo, nhƣ trong hình vẽ. Dòng điện hồi tiếp iS đƣợc chuyển hóa thành hiệu điện thế ra vS nhờ bộ khuyếch đại điện. Tỷ lệ giữa số vòng cuốn trên lõi sắt từ m (thƣờng trong khoảng từ 1000 đến 10000) cho phép liên hệ giữa dòng cần đo và dòng hồi tiếp: i S = 1/m.iP. Các ưu điểm: Hiệu điện thế tiêu thụ trên đoạn dây cuốn vào đầu đo chỉ chừng vài mV. 97
  13. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản Hệ thống rất an toàn do đƣợc cách điện với mạch điện. Hệ thống có thể đo dòng điện xoay chiều có tần số từ 0 (tức là điện một chiều) đến 100kHz Hệ thống này cũng đƣợc ứng dụng trong đồng hồ vạn năng điện tử, hay thậm chí trong máy hiện sóng. b. Đầu dò biến đổi dòng – điện áp dùng biến thế Ido Khi đo dòng điện xoay chiều, nhất là đo dòng IA điện lớn, có thể dùng đầu dò biến đổi dòng – điện áp dùng biến thế theo nguyên lý nhƣ hình vẽ bên: W1 A I đo W2 W2   n , W1- số vòng dây của cuộn sơ cấp. IA W1 W2- số vòng dây của cuộn thứ cấp.  I đo  n.I A , n đƣợc gọi là hệ số biến dòng. * Ampe mét không can thiệp sử dụng đầu dò dòng hiệu hứng hall hoặc đầu dò biến đổi dòng - điện áp dùng biến thế thƣờng đƣợc chế tạo dƣới dạng Ampe kìm (clamp Ampemeter). Ix (a) (b) 98
  14. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản (c): Đầu dò dòng dùng biến áp (d) Đầu dò dòng dùng hiệu ứng Hall Hình 3.13 – Ampe mét kìm (clamp Ampemeter) 3.1.3. Đo điện áp Phép đo điện áp có phạm vi đo rộng (từ vài V đến và vài kV), dải tần rộng (từ đo dòng 1 chiều đến đo dòng xoay chiều tần số tới hàng GHz). Tùy phạm vi đo và dải tần đo lại sử dụng các phƣơng pháp đo khác nhau. Tuy nhiên trong thực tế phép đo điện áp thƣờng chỉ đƣợc thực hiện ở dải tần tới hàng trăm MHz, còn ở dải tần số siêu cao ngƣời ta thƣờng đo công suất. 3.1.3.1. Các trị số điện áp Trong thực tế tín hiệu điện áp biến thiên có nhiều dạng nhau, do đó các trị số điện áp của nó cũng khác nhau. Phép đo điện áp là phép đo để xác định các trị số điện áp này. Giả sử tín hiệu điện áp tuần hoàn theo chu kỳ T, ví dụ dạng điện áp nhƣ Hình 3.14. u(t) T Um+ t 0 Um- Hình 3.14 – Đồ thị tín hiệu điện áp + Biên độ điện áp: - Biên độ điện áp dƣơng: Um+ - Biên độ điện áp âm: Um- Nếu điện áp có Um+=-Um-=Um, thì chỉ cần đo biện độ điện áp Um. + Thành phần điện áp một chiều UDC hay U0 99
  15. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản T  t0 U DC  U 0   u(t )dt to + Trị số điện áp trung bình Utb hay U T  t0 U tb  U   u(t ) dt to + Trị số điện áp hiệu dụng Uhd hay URMS T t0 1 U RMS  U hd  u 2 (t )dt T to + Hệ số biên độ Um kb  U RMS + Hệ số dạng U RMS kd  U tb Ví dụ điện áp điều hòa hình sin: u(t)=Umsint(V). Các trị số điện áp là: Um+=-Um-=Um UDC=0 V Um U RMS  (V ) 2 2U m U tb  (V )  U m kb  2 kd   1,11 2 2 Trong khi đó điện áp dạng xung vuông chuẩn có kb=kd=1. 3.1.3.2. Giới thiệu về dụng cụ đo điện áp Dụng cụ đo dòng điện đƣợc gọi là Vôn mét (Vôn kế), với đồng hồ vạn năng khi để chức năng đo điện áp thì cũng đƣợc gọi là Vôn mét. Ký hiệu của Vôn Ampe mét trong sơ 100
  16. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản đồ là một vòng tròn có chữ V ở giữa và có thể thêm ký hiệu các cực dƣơng và âm hai bên cho dòng điện một chiều: + - V Khi đo điện áp phải đƣợc mắc song song Vôn met với đoạn mạch cần đo điện áp. Để giảm ảnh hƣởng đến mạch điện cần đo, dòng điện trong mạch của Vôn mét phải càng nhỏ càng tốt. Điều này nghĩa là trở kháng tƣơng đƣơng của Vôn mét ZV trong mạch điện phải lớn hơn rất nhiều trở kháng tƣơng đƣơng của đoạn mạch cần đo điện áp. Khi mắc Vôn mét vào mạch điện một chiều, chú ý nối các cực điện theo đúng chiều điện áp. Luôn chọn thang đo phù hợp trƣớc khi đo: chọn thang lớn nhất trƣớc, rồi hạ dần cho đến khi thu đƣợc kết quả nằm trong thang đo. Mỗi Vôn mét đều có trở kháng trong hữu hạn, khi do điện áp một chiều và xoay chiều tần số thấp, có thể coi trở kháng của Vôn mét là thuần trở RV (Hình 3.15-b). Nhƣng tần số cao trở kháng tƣơng đƣơng của ampe mét còn cần phải tính đến các các thành phần điện dung và điện cảm ký sinh, sơ đồ tƣơng đƣơng nhƣ Hình 3.15- a (trong đó: LV- điện cảm của cuộn dây, CV- điện dung giữa 2 đầu Vôn mét, Cd- điện dung giữa 2 đầu Vôn mét với đất). CV Zn LV RV Zt ZV V Cd E Cd RV (a) (b) (c) Hình 3.15 - Trở kháng tương đương của Vôn mét Ví dụ nhƣ cách mắc Vôn mét đo điện áp trên tải Zt nhƣ Hình 3.15–c, trong đó Z0 – trở kháng của nguồn, Zt – trở kháng phụ tải. Khi mắc Vôn mét vào mạch đo bao giờ cũng làm cho điện áp trên tải thay đổi so với giá trị thực Ux E.Z t Ux  Z n  Zt Sau khi mắc Vôn mét vào mạch điện áp mà Vôn mét chỉ thị là: E.Z tđ Z t ZV U đo  trong đó Z tđ  Z n  Z tđ Z t  ZV 101
  17. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản Sai số tƣơng đối do ảnh hƣởng của trở kháng trong ampe mét đƣợc xác định nhƣ sau: U x  U đo I  .100  1 .100 % Ux Z Z 1 V  V Z n Zt Để giảm nhỏ sai số tƣơng đối cần chọn Vôn mét có trở kháng trong càng lớn càng tốt. Các Vôn mét dùng trong đo lƣờng điện tử đƣợc phân loại căn cứ vào các tính năng sau đây: - Dạng chỉ thị: Vôn mét chỉ thị kim hay Vôn mét chỉ thị số. - Thông số của điện áp đo: Vôn mét đo điện áp đỉnh, điện áp trung binh hay điện áp hiệu dụng. - Dải trị số điện áp đo: Micro Vôn mét, Mili Vôn mét hay Kilô Vôn mét. - Mục đích sử dụng: Vôn mét mẫu (để làm chuẩn), Vôn mét xoay chiều, Vôn mét một chiều, Vôn mét xung hay Vôn mét có tính năng đặc biệt (Vôn mét nhạy pha, Vôn mét chọn lọc...). Các phƣơng pháp cơ bản đo điện áp: - Đo điện áp dùng cơ cấu đo. - Do dòng dùng Vôn mét điện tử tƣơng tự, Vôn mét điện tử số. … 3.1.3.3. Đo điện áp sử dụng cơ cấu đo từ điện a. Đo điện áp một chiều DC Cơ cấu đo từ điện làm việc với điện áp một chiều, nhƣng điện áp toàn thang khá nhỏ Utt=Rm.Itt, nên do đó phải mở rộng thang đo điện áp cho phù hợp bằng cách mắc CCĐ nối tiếp với điện trở phụ Rp. R3 R2 R1 Rm, Itt + Rp Rm, Itt U3 U2 U1 + Ux Ux (a) – Sơ đồ một thang đo (b) – Sơ đồ nhiều thang điện áp Hình 3.16 – Sơ đồ thang đo điện áp một chiều dùng CCĐ từ điện 102
  18. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản Sơ đồ thang đo điện áp một chiều dùng CCĐ từ điện nhƣ Hình 3.16-a. Điện áp đo: Ux = URp + Um Điện áp đo đƣợc lớn nhất của thang đo là Umax. Khi Ux = Umax thì Im=Itt, dó đó điện trở phụ đƣợc xác định nhƣ sau: n  U max U max R p  Rm (n  1) , với Utt Itt Rm - hệ số mở rộng thang đo. Với Vôn mét có nhiều thang đo thì dùng nhiều điện trở phụ, thông thƣơng các điện trở phụ đƣợc mắc theo kiểu nối tiếp nhƣ Hình 3.16-b với 3 thang đo là U1, U2, U3, hệ số mở rộng của mỗi thang đo là nk (k=1,2,3). R pk  Rm , với nk  UUttk  Uk I tt Rm nk  1 + Thang đo U1: Rp1=R1. + Thang đo U2: Rp2=R1+R2. + Thang đo U3: Rp3=R1+R2+R3. Chú ý: Trong trƣờng hợp Itt nhỏ, có thể mắc thêm điện trở Shunt Rs song song với CCĐ để tăng dòng toàn thang tổng trƣớc khi mắc nối tiếp với các điện trở phụ. b. Đo điện áp xoay chiều AC dùng cơ cấu từ điện Cơ cấu đo từ điện chỉ làm việc với điện áp một chiều, do đo khi đo điện áp xoay chiều AC phải biến đổi điện áp AC thành điện áp DC đặt vào CCĐ theo các cách khác nhau nhƣ: Dùng phƣơng pháp chỉnh lƣu bằng Điốt, Dùng phƣơng pháp biến đổi nhiệt điện. Dùng phương pháp chỉnh lưu bằng Điốt: Ví dụ thang đo dòng AC dùng mạch chỉnh lƣu ½ chu kỳ nhƣ Hình 3.17-a, và dùng mạch chỉnh lƣu cầu nhƣ Hình 3.17-b. Xây dựng thang đo trị số hiệu dụng của điện áp xoay chiều hình sin cho các thang đo này. Giả sử dòng điện AC là uac=Umsint. Nếu giới hạn của thang đo là Umax, thì khi điện áp AC có giá trị hiệu dụng URMS=Umax thì dòng điện trung bình qua CCĐ là imtb=Itt. Hình 3.17 – Thang đo dòng xoay chiều 103
  19. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản Rp D1 Rp im D1 D2 + im Rm, AM5Itt uac D2 uac Rm, Itt + D4 D3 (a) (b) uac uac Um Um t t im im Im Im t t (c) (d) - Tính tại vị trí toàn thang: - Tính tại vị trí toàn thang: U m  U max 2 U m  U max 2 Im 2I m  .I tt imtb   I tt => I m   .I tt imtb   I tt => I m    2 Um U D U m  2U D => R p  => R p  Im Im 3.1.3.4. Vôn mét điện tử Khi đo điện áp xoay chiều cao tần, thì thiết bị đo đƣợc sử dụng nhiều hơn cả là Vôn mét điện tử, vì vôn-mét điện tử có một số ƣu điểm cơ bản nhƣ: trở kháng vào lớn, độ nhạy cao, tiêu thụ ít năng lƣợng của mạch điện đƣợc đo, và chịu đƣợc quá tải. Tuy nhiên vôn-mét điện tử cũng có những nhƣợc điểm là cần yêu cầu có nguồn cung cấp, nguồn cung cấp cần phải ổn định, và độ chính xác của thang độ chỉ thị phụ thuộc nhiều vào đặc tính thông số của phần tử tích cực nhƣ Điốt, BJT, KĐTT,… nên khi thay thế phần tử này thì thiết bị đo có thể bị ảnh hƣởng. 104
  20. Chương 3 – Máy đo và phương pháp đo điện tử cơ bản Vôn-mét điện tử có nhiều loại, tuỳ theo cấu tạo mà nó có thể dùng để đo điện áp một chiều, điện áp xoay chiều hay đo cả hai loại điện áp này. Cũng tuỳ theo cấu tạo mà kết quả đo đƣợc chỉ thị bằng kim hay chỉ thị bằng số. a. Vôn mét điện tử chỉ thị kim Sơ đồ khối rút gọn của Vôn mét điện tử chỉ thị kim nhƣ Hình 3.18. Cũng nhƣ các máy đo thông số tín hiệu khác, thiết bị vào ở đây thƣờng gồm các phần tử để biến đổi điện áp đo ở đầu vào, nhƣ bộ phân áp, suy giảm và mạch khuếch đại đệm vào để tăng trở kháng vào của vôn-mét. Chức năng đo điện áp sau khuếch đại một chiều DC sẽ đƣợc thực hiện ở mạch đo và chỉ thị bằng cơ cấu đo chỉ thị kim, CCĐ từ điện đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong trƣờng hợp này. DC ux Mạch Khuếch Tách Khuếch vào đại AC sóng AC đại DC Ux- Mạch CCĐ đo Hình 3.18 – Sơ đồ khối rút gọn của Vôn mét điện tử chỉ thị kim Khối tách sóng có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều trị số trung bình tỉ lệ với trị số điện áp nào đó của điện áp xoay chiều. Có các cách phân loại mạch Tách sóng nhƣ sau: - Theo trị số điện áp hay theo dòng điện ra của bộ tách sóng: Tách sóng đỉnh (biên độ), Tách sóng hiệu dụng hay Tách sóng trung bình. - Theo chế độ tách sóng: chế độ A, chế độ B hay chế độ C. - Theo mạch điện tách sóng: Tách sóng mạch Điốt, Tách sóng dùng Transistor,… - Theo cấu tạo mạch vào tách sóng: Tách sóng mạch vào đóng hay tách sóng mạch vào mở. - Theo đặc tuyến tách sóng: Tách sóng đƣờng thẳng hay tách sóng bậc hai. Trong phần này, ta sẽ xét bộ tách sóng của vôn-mét theo cách phân loại đầu tiên, vì nó tƣơng đối tổng quát và phù hợp với cách phân loại các loại vôn-mét hơn. b. Vôn mét điện tử chỉ thị số Sơ đồ khối rút gọn của Vôn mét điện tử số nhƣ Hình 3.19. Về cơ bản Vôn mét điện tử số cũng có khác khối chức năng nhƣ Vôn mét điện tử chỉ thị kim, chúng chỉ khác nhau ở phần đo điện áp Ux- sau khuếch đại một chiều. Trong Vôn mét điện tử số điện áp một 105
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học