Bài giảng Kĩ thuật đo lường - Phần 3: Đo lường các đại lượng điện - Nguyễn Thị Huế

188 trang haiha333 07/01/2022 5300

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kĩ thuật đo lường - Phần 3: Đo lường các đại lượng điện - Nguyễn Thị Huế", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_ki_thuat_do_luong_phan_3_do_luong_cac_dai_luong_di.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kĩ thuật đo lường - Phần 3: Đo lường các đại lượng điện - Nguyễn Thị Huế

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VI ỆN ĐIỆN KĨ THUẬT ĐO LƯỜNG Nguy ễn Th ị Hu ế BM: Kĩ thu ật đo và Tin học công nghi ệp
Nội dung môn học Ph ần 1: Cơ sở lý thuy ết kĩ thu ật đo lườ ng Ch ươ ng 1: Khái ni ệm cơ bản về kĩ thu ật đo lường Ch ươ ng 2: Ðơn vị đo, chu ẩn và mẫu Ch ươ ng 3: Đặc tính cơ bản của dụng cụ đo Ph ần 2: Các ph ần tử ch ức năng của thi ết bị đo Ch ươ ng 4: Cấu trúc cơ bản của dụng cụ đo Ch ươ ng 5: Cơ cấu ch ỉ th ị cơ điện, tự ghi và ch ỉ th ị số Ch ươ ng 6: Mạch đo lường và gia công thông tin đo Ch ươ ng 7: Các chuy ển đố i đo lườ ng sơ cấp Ph ần 3: Đo lườ ng các đạ i lượ ng điện Ch ươ ng 8: Ðo dòng điện Ch ươ ng 9: Đo điện áp Ch ươ ng 10: Ðo công su ất và năng lượng Ch ươ ng 11: Ðo góc lệch pha, kho ảng th ời gian và tần số Ch ươ ng 12: Ðo thông số mạch điện Ch ươ ng 13: Dao độ ng kí Ph ần 4: Đo lườ ng các đạ i lượ ng không điện Ch ươ ng 14: Đo nhi ệt độ Ch ươ ng 15: Đo lực 10/18/2016 Ch ươ ng 16: Đo các đạ i lượ ng không điện khác 2
Tài li ệu tham khảo Sách: Kĩ thu ật đo lườ ng các đại lượ ng điện tập 1,2- Ph ạm Th ượ ng Hàn, Nguy ễn Tr ọng Qu ế . Ðo lườ ng điện và các bộ cảm bi ến: Ng.V.Hoà và Hoàng Si Hồng Bài gi ảng và website: Bài gi ảng kĩ thu ật đo lườ ng và cảm bi ến-Hoàng Sĩ Hồng. Bài gi ảng Cảm bi ến và kỹ thu ật đo: P.T.N.Yến, Ng.T.L.Huong, Lê Q. Huy Bài gi ảng MEMs ITIMS - BKHN Website: sciendirect.com/sensors and actuators A and B 10/18/2016 3
Chương 8: Đo dòng điện Kí hi u Phân lo i Nếu chia theo kết cấu ta có: + Ampe kế từ điện + Ampe kế điện từ + Ampe kế điện độ ng + Ampe kế nhi ệt điện + Ampe kế bán dẫn Nếu chia theo tính ch ất c ủa đạ i Nếu chia theo lo ại ch ỉ th ị ta có: lượ ng đo, ta có: + Ampe kế ch ỉ th ị số (Digital) + Ampe kế một chi ều +Ampe kế ch ỉ th ị kim (ki ểu tươ ng + Ampe kế xoay chi ều tự / Analog) 10/18/2016 4
Chương 8: Đo dòng điện Yêu cầu đố i với dụng cụ đo dòng điện là: Công su ất tiêu th ụ càng nh ỏ càng tốt, điện tr ở của ampe kế càng nh ỏ càng tốt và lý tưở ng là bằng 0. Điều ki ện làm vi ệc Về giá tr ị đo: Iđo < In Iđo: dòng điện đo bởi Ampemet; In: dòng điện đị nh mức của Ampemet Về sai số: βđo < βyc βđo: sai số tươ ng đố i của phép đo, ; βyc : sai số yêu cầu. Dựa trên 2 điều ki ện ấy, ta có th ể ch ọn dụng cụ đo thích hợp với Iđomax <I n và Xn < β γ yc Xdomin 10/18/2016 5
Chương 8: Đo dòng điện Sai số ph ương pháp: Khi Ampemet đượ c ghép nối ti ếp vào ph ụ tải sẽ gây ra một sự bi ến đổ i về dòng điện và gây ra sai số ph ươ ng pháp ∆I R ≈ A γpp = IR t Mắc ampe kế để đo dòng ph ải mắc nối ti ếp với dòng cần đo (hình dướ i) 10/18/2016 6
Chương 8: Đo dòng điện Đo dòng một chi ều Đo bằng cơ cấu tươ ng tự Đo bằng cơ cấu số Đo dòng điện rất lớn Đo dòng điện rất nh ỏ Đo dòng xoay chi ều Đo dòng tức th ời Đo dòng hi ệu dụng Bi ến dòng điện 10/18/2016 7
Cơ cấu t ương tự - Ampe kế một chi ều Ampe kế một chi ều đượ c ch ế tạo dựa trên cơ cấu ch ỉ th ị từ điện. BSW Trong cơ cấu từ điện, góc quay: α = I = K I D I BSW K = là hệ số bi ến đổ i dòng điện của cơ cấu từ điện. I D Độ lệch của kim tỉ lệ thu ận với dòng ch ạy qua cu ộn độ ng nh ưng độ lệch kim đượ c tạo ra bởi dòng điện rất nh ỏ và cu ộn dây qu ấn bằng dây có ti ết di ện bé nên kh ả năng ch ịu dòng rất kém. Thông th ườ ng, dòng cho phép qua cơ cấu ch ỉ trong kho ảng 10 -4 đế n 10 -2 A; điện tr ở của cu ộn dây từ 20 Ω đế n 2000 Ω với cấp chính xác 0,1; 1; 0,5; 0,2; và 0,05 10/18/2016 8
Cơ c ấu t ương t ự - Ampe k ế một chi ều Để tăng kh ả năng ch ịu dòng cho cơ cấu (cho phép dòng lớn hơn qua) ng ườ i ta mắc thêm điện tr ở sun song song với cơ cấu ch ỉ th ị 10/18/2016 9
Ampe kế một chi ều  RS2 +R S3 +R CC  RS1 =  n1 -1  RS3 +R CC  RS1 +R S2 =  n2 -1  R CC RS1 +R S2 +R S3 =  n3 -1 10/18/2016 10
Ampe kế một chi ều Sai số do nhi ệt độ và bù nhi ệt độ trong Ampemet từ điện: 1 1  ∆I=RICC Sdo  -  RCC (1+αt)+R S R CCS +R  Để bù sai số đó ta nối ti ếp với cơ cấu đo một nhi ệt điện tr ở bán dẫn có hệ số nhi ệt độ β ∆ RC C + R T βt = 0 Điện tr ở bán dẫn có giá tr ị R α R = - C C T β 10/18/2016 11
Ampe kế một chi ều Ví d: 1. Một dụng cụ từ điện có dòng cực đạ i qua ch ỉ th ị là µ Ω 100 A và điện tr ở cu ộn dây RCT = 1k . Tính điện tr ở sun cần thi ết để bi ến dụng cụ thành 1 ampek ế có độ lệch thang đo 100mA và độ lệch thang đo 1A. 2. Một ampe kế từ điện có dòng điện cực đạ i ch ạy qua ch ỉ Ω th ị là 0,1mA; điện tr ở khung dây ch ỉ th ị RCT = 99 . Điện Ω tr ở sun RS = 1 . Xác đị nh dòng đo đượ c khi kim của ampe kế ở vị trí: + Lệch toàn thang đo + Lệch 1/2 thang đo + Lệch 1/4 thang đo 10/18/2016 12
Ampe kế một chi ều Bài 1 Độ lệch thang do 100mA = = Ω µ = VCT RCT .I CT 1k .100 A 100 mV = − = − µ = I S I I CT 100 mA 100 A 99 ,9mA V = CT = 100 = Ω RS ,1 001 I S 99 ,9 Độ lệch thang do 10A = = Ω µ = VCT RCT .I CT 1k .100 A 100 mV = − = − µ = I S I I CT 1A 100 A 999 ,9mA V = CT = 100 = Ω RS 0,10001 I S 999 ,9 10/18/2016 13
Bài 2 Lệch toàn thang đo = I CT 1,0 mA = = −3 = −3 = U CT I CT .RCT 1,0 .10 .99 9,9 .10 V 9,9 mV U −3 = CT = 9,9 .10 = −3 I S 9,9 .10 A RS 1 = + = + = I I CT I S 1,0 9,9 10 mA Lệch 1/2 thang đo 1,0 I = 0= , 50mA CT 2 = = −3 = −3 U CT I CT .RCT 0 ,. 50 01. 994 ,. 59 01 V −3 U − = CT 4= ,. 59 01 = 3 I S 4 ,. 59 01 A RS 1 1,0 I = I + I = 4+ , 59= 5mA CT S 2 10/18/2016 14
Ví dụ 3: một ampe có 3 thang đo với các điện tr ở sun Ω Ω Ω Ω R1=0,05 ; R2=0,45 ; R3=4,5 mắc nối ti ếp. RCT = 1k ; µ ICT = 50 A Tính giá tr ị dòng cực đạ i qua ch ỉ th ị trong 3 tr ườ ng hợp đó. Ví dụ 4:Một miliampe kế từ điện có thang đo 150 vạch với giá tr ị độ chia là C=0.1mA; Rct = 100 Ω. Tính giá tr ị Rs để đo đượ c các giá tr ị dòng tối đa là 1A, 2A và 3A 10/18/2016 15
Bài tập 3. R = R1+ R2 + R3 = 5Ω Khóa ở vị trí 3 S I .R −6 3 = CT CT = 50 .10 .10 = I S 10 mA RS 5 kho¶ ng do cña ampe kÕ lµ 10mA = + = Ω RS R1 R2 0,5 Khóa ở vị trí 2 I .R −6 + 3 = CT CT = 50 .10 .( 4,5 10 ) = I S 100 mA RS 0,5 kho¶ ng do cña ampe kÕ lµ 100mA = = Ω RS R1 ,0 05 Khóa ở vị trí 1. I .R −6 + 3 = CT CT = 50 .10 .( ,0 45 5,4 ). 10 = I S 1A RS 5 kho¶ ng do cña ampe kÕ lµ 1A 10/18/2016 16
Ampemet số chuy ển đổi thời gian Nguyên tắc ho ạt độ ng: Ix tỷ lệ với Ux, Bộ đế m đượ c dùng để đế m số lượ ng xung (N) tỉ lệ với Ux để suy ra Ux. Sơ đồ kh ối: Trong đó: SS : Bộ so sánh MFRC : mạch phát tín hi ệu r ăng c ưa BĐ: bộ đế m MFX: mạch phát xung chu ẩn tần số f0 Trigo: mạch lật CT: bộ ch ỉ th ị số (bao gồm cả K: Khóa điện t ử đượ c điều khi ển b ởi mạch mã hoá, gi ải mã và hi ển trigo th ị) 10/18/2016 17
Ampe k ế s ố Ampe kế số là dụng cụ ch ỉ th ị kết qu ả bằng con số mà không ph ụ thu ộc vào cách đọ c của ng ườ i đo. 10/18/2016 18
Các phương pháp khác đo dòng điện một chi ều Đo dòng điện lớn 2 Khi dòng điện đo quá lớn, hao tổn trên Sun pth = RS.I rất lớn. Để cho pth đủ nh ỏ thì RS ph ải vô cùng nh ỏ (cỡ nΩ) rất khó ch ế tạo. Ng ườ i ta sử dụng ph ươ ng pháp không ti ếp xúc. Dòng điện I gây ra một từ tr ườ ng quanh nó theo công th ức I H: Từ tr ườ ng trong mặt ph ẳng vuông góc với dây dẫn H= I: Dòng điện ch ạy trong dây 2πd d: Kho ảng cách từ điểm đo đế n dây dẫn Từ cảm ứng: B=µH Để đo B có th ể sử dụng các bi ện pháp sau: Cu ộn dây cảm ứng với mạch tích phân Cảm bi ến Hall Cộng hưở ng từ hạt nhân. 10/18/2016 19
Các phương pháp khác đo dòng điện một chi ều Đo dòng điện rất nh ỏ Từ công th ức: US=RSIđo Nếu dòng điện Iđo nh ỏ, để cho US đủ để đo đượ c (cỡ 10mV tr ở lên), điện tr ở Sun RS ph ải lớn. Ta dùng bi ện pháp bù dòng bằng khu ếch đạ i thu ật toán ở sơ đồ dướ i gọi là mạch electromet. U ra = IK = Ido R K Nên: Ura = RK.I đo 10/18/2016 20
9.2 Ampemet xoay chi ều Dòng điện bi ến thiên It = f(t) là dòng điện thay đổ i theo th ời gian. Trong th ực tế, dòng điện chu kỳ có hai dạng thông Dòng điện hình sin : =ω + ϕ i Im sin( t ) o Để xác đị nh dòng điện hình sin ph ải xác đị nh Im, ω và φ. o Cũng có th ể xác đị nh dòng trung bình và dòng hi ệu dụng của một dòng điện bi ến thiên. Dòng điện xung o Dòng điện xung là dòng có chu kỳ; có hai dạng thông dụng: xung nh ọn và xung vuông . 10/18/2016 21
9.2 Ampemet xoay chi ều Đo dòng điện tức th ời Đo dòng điện tức th ời tức là xác đị nh đượ c giá tr ị dòng điện ở các th ời điểm khác nhau. Sự ra đờ i của các ADC tốc độ cao và các vi xử lý cho phép theo dõi các tín hi ệu bi ến thiên có tốc độ rất cao (MHz hay cao hơn nữa). Hi ện nay các ADC ki ểu so sánh song song có th ể đạ t đế n 25GS/s cho phép theo dõi các quá trình xảy ra cỡ ns hay tín hi ệu có tần số 500MHz, tức vượ t các máy hi ện sóng hi ện đạ i. 10/18/2016 22
Ampemet xoay chi ều Đo dòng trung bình, hi ệu dụng Để đo cườ ng độ dòng điện xoay chi ều tần số công nghi ệp ng ườ i ta th ườ ng sử dụng Ampemet từ điện ch ỉnh lưu Ampemet điện từ Ampemet điện độ ng 10/18/2016 24
Ampemet t ừ điện chỉnh l ưu Là dụng cụ đo dòng điện xoay chi ều kết hợp gi ữa cơ cấu ch ỉ th ị từ điện và mạch ch ỉnh lưu bằng diode 10/18/2016 25
Ampemet t ừ điện chỉnh l ưu Dòng trung bình Với ch ỉnh lưu nửa chu kì T 12 1 1 I= Isinω tdtI =() cos0 −= cos π I tb∫ IMω IM π IM T0 T Ch ỉnh lưu hai nửa chu kì Đố i với dòng điện hình sin Itb lấy trong một chu kỳ đố i xứng. Vì vậy Itb ch ỉ có ngh ĩa khi lấy giá tr ị trong ½ chu kỳ: T/2 2 2 1 T/2 2I m Itb =∫ Isin( mωt)dt= - I m cos( ωt) = TT0 ω0 π 10/18/2016 26
Ampemet t ừ điện chỉnh l ưu Đo dòng hi ệu dụng T 1 T 1 I2 I I = i2 dt I = (Isin ωt)dt=2 m = m hd T ∫ hd ∫ m 0 T0 2 2 Ch ỉnh lưu nửa chu kì 1 2 1 II= = I = I tbπ IM π Ihd2,22 Ihd Ch ỉnh lưu cả chu kì 2 22× 1 II= = I = I tbπ IM π Ihd1,11 Ihd 10/18/2016 27
Ampemet t ừ điện chỉnh l ưu Ch ỉnh lưu cả chu kì Đố i với dòng điện hình sin 2 I=. I = 0,637. I trbπ P m I I=p = 0,707. I rms2 m = Irms1,11. I trb I - dòng đỉ nh m Giá tr ị dòng mà kim ch ỉ th ị I - dòng trung bình trb dừng là giá tr ị dòng trung bình I - dòng hi ệu dụng rms nh ưng thang kh ắc độ th ườ ng theo giá tr ị rms 10/18/2016 28
Ampemet t ừ điện chỉnh l ưu Ví dụ:Một ampe kế ch ỉnh lưu hai nửa chu kỳ (s ơ đồ nh ư hình dướ i) có với dòng sơ cấp là 250mA. Máy đo có dòng qua cơ cấu ch ỉ th ị là 1mA; Rct là 1,7kΩ. Bi ến áp dòng có số vòng dây của cu ộn sơ cấp và th ứ cấp là 4 và 500 vòng; sụt áp trên diode là 0,7V; Rm là 20kΩ. Xác đị nh RL RL đượ c ch ọn để gánh ph ần dòng dư th ừa gi ữa Itrb và Ict hay chính là sun mở rộng thang đo 10/18/2016 29
Gi ải: U rms = 2 Ta có: RL IL rms = U2 rms0,707. U 2 p = + + U2 p I 2 p.( Rm Rct ) 2. V D Itrb1 mA I p= = = 1,57 mA 2 0,637 0,637 =−3 ⋅+= 3 ⇒ U2 rms 0,707(1,57.10 21,7.10 2.0,7) 25,08 V = − I L rms I 2 rms I ct rms N = 1 = 4 = I 2 rms .I1rms .250 mA 2mA N 2 500 = = = I ct rms1 , 11.I ct trb 1 , 111. mA 1 , 11mA = − = ⇒ I L rms 21 ,0 11 , 89mA ,25 08V ⇒ R = = ,28 18kΩ L0 , 89mA 10/18/2016 30
Ampemet điện động Th ườ ng đượ c sử dụng để đo dòng điện ở tần số 50Hz và cao hơn (400 – 2.000Hz) với độ chính xác khá cao (c ấp 0,5 – 2) Khi dòng điện đo nh ỏ hơn 0,5A ng ườ i ta mắc nối ti ếp cu ộn tĩnh và cu ộn độ ng còn khi dòng lớn hơn 0,5A thì mắc song song Do độ lệch của dụng cụ đo điện độ ng tỉ 2 lệ với I nên máy đo ch ỉ giá tr ị rms . Dụng cụ có th ể đo giá tr ị hi ệu dụng của dòng một chi ều ho ặc xoay chi ều. Rp A1 T1 10TO1 B A2 10/18/2016 31
Ampemet điện t ừ Là dụng cụ đo dòng điện dựa trên cơ cấu ch ỉ th ị điện từ. Trong cơ cấu này, góc quay dL α = I 2 2Ddα Mỗi cơ cấu điện từ đượ c ch ế tạo với số ampe vòng xác đị nh (I.W là một hằng số) Các ampemet điện từ th ườ ng có số vòng rất ít. Đố i với các ampemet có cu ộn dây tròn IW = 200 (A.vòng). Để thay đổ i thang đo, ta ch ỉ cần thay đổ i số vòng qu ấn của ampemet. 10/18/2016 32
Ampemet nhi ệt điện Là dụng cụ kết hợp gi ữa ch ỉ th ị từ điện và cặp nhi ệt điện. Cặp nhi ệt điện (hay còn gọi là cặp nhi ệt ng ẫu) một đầ u gọi là điểm làm vi ệc (nhi ệt độ t1), hai đầ u kia nối với milivonk ế gọi là đầ u tự do (nhi ệt độ t0). Khi nhi ệt độ đầ u làm vi ệc t1 khác nhi ệt độ đầ u tự do t0 thì cặp nhi ệt sẽ sinh ra sức điện độ ng Et = k1.θ 0 θ 0 = t1− t0 Khi dùng dòng Ix để đố t nóng đầ u t1 thì: θ 0 = 2 k2.I x = 2 = 2 ⇒ Et k1.k2.I x k.I x 10/18/2016 33
Ampemet s Dòng điện Ix tạo trên Sun một điện áp UI, điện áp này đượ c khu ếch đạ i thông qua một khu ếch đạ i đo lườ ng chính xác cao, sau đó qua một ADC tốc độ đủ lớn bi ến thành số tỷ lệ với dòng tức th ời. Con số này đượ c bình ph ươ ng, lấy trung bình, lấy căn thành Nrms . Các phép bình ph ươ ng, cộng, chia, lấy căn đề u th ực hi ện trong không gian số nh ờ vi xử lý. N N 1 2 1 2 Ihd = ∑ I i NNrms= ∑ ADCi N i=1 N i=1 10/18/2016 34
Bi ến dòng điện Khi cần đo dòng điện lớn ho ặc đo dòng điện ở điện áp cao, ng ườ i ta sử dụng bi ến dòng điện. Bi ến dòng điện TI là một lo ại bi ến áp nh ỏ có cu ộn dây sơ cấp rất ít vòng W1 cho dòng điện cần đo Ix ch ạy qua. Cu ộn dây th ứ cấp W2 nhi ều vòng nối tr ực ti ếp vào Ampemet điện từ Ampemet có điện tr ở rất nh ỏ, bi ến dòng điện (TI) là bi ến áp làm vi ệc ở ch ế độ ng ắn mạch th ứ cấp nên ta có IWW 1 2→ 2 = I=I1 2 IWW2 1 1 10/18/2016 35
Bi ến dòng điện Bi ến dòng điện là một lõi hình xuy ến có số vòng W2 lớn còn W1 ch ỉ là một vòng ứng với dây dẫn xuyên qua lõi thép nên W1=1 Thứ cấp ng ắn mạch ph ải đặ t một điện tr ở Sun bi ến dòng th ứ cấp thành điện áp US=I 2RS. RS còn có nhi ệm vụ đả m bảo là bi ến dòng làm vi ệc ở ch ế độ th ứ cấp ng ắn mạch (tức RS<<RW2). 10/18/2016 36
Bi ến dòng điện Để ti ện lợi cho vi ệc đo, ng ườ i ta ch ế tạo các bi ến dòng, có cu ộn dây th ứ cấp có nhi ều vòng ứng với các hệ số bi ến dòng điện hay hệ số bi ến đổ i dòng – áp khác nhau. Để ph ục vụ cho vi ệc đo dòng điện trên đườ ng dây đang ho ạt độ ng, ng ườ i ta ch ế tạo ra các bi ến dòng lõi thép có th ể mở ra – đóng lại để có th ể cặp lên đườ ng dây. Ta gọi là Ampemet kìm. 10/18/2016 37
Chương 9: Đo điện áp Dụng cụ dùng để đo điện áp gọi là Vôn kế hay Vôn met (Voltmeter) Ký hi ệu là Khi đo điện áp bằng Vôn kế thì Vôn kế luôn đượ c mắc song song với đoạn mạch cần đo nh ư hình dướ i đây Rng Rv + Rt E - 10/18/2016 38
Volmet một chi ều từ điện Cơ cấu từ điện ch ủ yếu ch ế tạo để đo dòng điện một chi ều. Bản thân cơ cấu có cu ộn dây bằng đồ ng điện tr ở vào kho ảng 5-600 Ω ứng với dòng điện 150µA tức vào kho ảng UCC = 100mV. Để đo các điện áp trên 100mV, ta ph ải mở rộng thang đo. Điện tr ở RCC làm một điện tr ở của phân áp, điện tr ở kia đượ c gọi là điện tr ở ph ụ của Volmet 10/18/2016 39
Volmet một chi ều từ điện Một dụng cụ đo C với ĐLT Đ (độ lệch thang đo) là 100 µA và Rct = 1kΩ đượ c sử dụng để làm Vôn kế. + Xác đị nh điện tr ở nhân cần thi ết nếu mu ốn đo điện áp 100 V trên toàn thang. + Tính điện áp đặ t vào khi kim ch ỉ 3/4; 1/2 và 1/4 ĐLT Đ 10/18/2016 40
Gi ải + Để đo điện áp 100V trên toàn thang thì ph ải sử dụng điện tr ở Rp có giá tr ị nh ư sau: Rp =Rct. (m - 1) UU 100 m == = = 1000 Uct Ict. Rct 100.10−6 .10 3 ⇒ Rp=(1000 − 1).1 k Ω = 999 k Ω Với ĐLTT Ict = 100 µA = 3 + = 3/4 LTT s có Ux .Ict .( Rct Rp ) 75 V Đ ẽ 4 1 1/2 ĐLTT sẽ có Ux = .Ict .( Rct + Rp ) = 50 V 2 1 1/4 ĐLTT sẽ có Ux = .Ict .( Rct + Rp ) = 25 V 4 10/18/2016 41
Đo điện áp xoay chi ều Volmet ch ỉnh lưu từ điện Volmet xoay chi ều điện từ Vôn kế điện độ ng Vôn kế số Bi ến áp 10/18/2016 42
Volmet chỉnh lưu từ điện S đ ch nh lu cu Rm Đố i với sóng đầ u T4 10TO1 vào hình sin thì các Rct giá tr ị điện áp đượ c tính nh ư sau: = VVrms0,707. p = VVtrb0,637. p = VVrms1,11. trb 10/18/2016 43
Volmet chỉnh lưu từ điện Ví dụ:Một dụng cụ đo với ĐLT Đ là 100 µA và Rct = 1kΩ đượ c dùng nh ư một Vôn kế xoay chi ều có ĐLT Đ là 100V bằng cách sử dụng sơ đồ ch ỉnh lưu cầu diode nh ư hình trên. + Xác đị nh giá tr ị của điện tr ở nhân cần thi ết + Xác đị nh số ch ỉ của kim khi điện áp vào Vrms là 75V và 50V + Tính độ nh ạy của Vôn kế trên Rm T4 10TO1 Rct 10/18/2016 44
Bài tập Gi ải: Xác đị nh điện tr ở nhân điện tr ở toàn ph ần của mạch = (điện áp đỉ nh đặ t vào - độ sụt áp ch ỉnh lưu)/dòng đỉ nh ch ạy trong mạch ĐLT Đ của cơ cấu ch ỉ th ị TĐNCVC là 100 µA ⇒ Itrb = 100 µA ĐLT Đ của Vôn kế là 100V ⇒ Vrms = 100V Từ đó ta có công th ức tính các đạ i lượ ng liên quan là: Vp = Vrms / 0,707 =100V / 0,707 = 141,44V VD = 0,7V (gi ả sử mạch cầu sử dụng diode Si) Ip = Itrb / 0.637 = 156,99 µA Vp − 2.V 141 ,44 − 2.0,7 Rm + Rct = D = = 892 .10 3 Ω Ip 156 ,99 .10 −6 vì Rct = 1kΩ ⇒ Rm = 892 –1 = 891kΩ 10/18/2016 45
Bài tập Xác đị nh số ch ỉ của kim, ngh ĩa là xác đị nh giá tr ị dòng trung bình ứng với các điện áp đầ u vào là 75V và 50V Khi điện áp đầ u vào là 75V ta có: Vp = 2.Vrms = .2 57 Vp − 2.V .2 57− 7,0.2 100 µA ⇒ Itrb = ,0 637 .Ip = ,0 637 . D = ,0 637 . . ≈ 75 µA Rm + Rct 2.100 − 2 ,0. 7 ,0 637 Khi điện áp đầ u vào là 75V ta có: Vp = 2.Vrms = .2 50 Vp − .2 V .2 50− 7,0.2 100 µA ⇒ Itrb = ,0 637 .Ip = ,0 637 . D = ,0 637 . . ≈ 50 µA Rm + Rct 2.100 − 7,0.2 ,0 637 10/18/2016 46
Tính độ nh ạy của Vôn kế Độ nh ạy = 1 / giá tr ị dòng rms trên toàn thang đo = điện tr ở của Vôn kế / giá tr ị điện áp rms trên toàn thang đo Vôn kế trên có dòng trb ứng với ĐLTT là 100 µA ⇒ Irms = 1,11.Itrb = 1,11.100 µA = 111 µA ⇒ độ nh ạy của Vôn kế là 1 / 111 µA = 9.009kΩ/V Có th ể tính cách khác nh ư sau: Vrms = 100V Vrms 100 R = = V Irms 1,11 .100 .10 −6 Rv Độ nh ạy = 90 9kΩ /V Vrms 10/18/2016 47
Volmet chỉnh lưu từ điện S đ ch nh lu na sóng R1 D1 1 I= .0,637. I trb p Rct 2 D2 R2 1 I= . I rms2 p S đ ch nh lu na cu toàn sóng D1 = R1 VVrms0,707. p = Rct VVtrb0,637. p D2 = R2 VVrms1,11. trb 10/18/2016 48
Volmet chỉnh lưu từ điện Một dụng cụ đo với ĐLTT là 50 và Rct = 1,7kΩ. D1 ph ải có dòng thu ận minh 100 µA khi điện áp cần đo là 20% ĐLTT. Vôn kế ch ỉ 50V tại toàn thang. + Xác đị nh R1 và R2 + Tính độ nh ạy của Vôn kế ở trên khi có D2 và không có D2 R1 D1 Rct D2 R2 10/18/2016 49
Volmet xoay chi ều điện từ Lúc ch ế tạo cơ cấu điện từ, IW có một giá tr ị cố đị nh. Vì th ế khi ch ế tạo volmet điện từ, ng ườ i ta ch ế tạo cu ộn dây với rất nhi ều vòng (hàng vạn vòng), dòng điện đủ nh ỏ; khi điện tr ở của cu ộn dây ch ưa đủ lớn. Ta nối ti ếp nó với một điện tr ở ph ụ để đả m bảo điện tr ở vào của volmet. Tuy nhiên, công su ất tiêu th ụ của volmet điện từ lớn và sai số lớn. Hơn nữa, thi ết bị đo điện tử rẻ hơn so với thi ết bị đo điện từ. Vì vậy, ngày nay thi ết bị đo điện từ ch ỉ còn đượ c sử dụng rất ít 10/18/2016 50
Vôn k ế điện động Cu ộn kích đượ c chia làm 2 ph ần nối ti ếp nhau và nối ti ếp với cu ộn độ ng. Độ lệch của kim ch ỉ th ị tỉ lệ với I2 nên kim dừng ở giá tr ị trung bình của I2 tức giá tr ị tức th ời rms. Tác dụng của dòng rms gi ống nh ư tr ị số dòng một chi ều tươ ng đươ ng nên có th ể khác độ theo giá tr ị một chi ều và dùng cho cả xoay chi ều Rp A1 T1 10TO1 B A2 10/18/2016 51
Vôn kế số Vôn kế số là dụng cụ ch ỉ th ị kết qu ả bằng con số mà không ph ụ thu ộc vào cách đọ c của ng ườ i đo. 10/18/2016 52
Bi ến điện áp Bi ến điện áp hay bi ến áp đo lườ ng đượ c dùng trong các hệ th ống điện bi ến điện áp cao áp ở các cấp khác nhau thành điện áp th ống nh ất ở th ứ cấp. Đó là một bi ến áp công su ất nh ỏ nh ư nh ững bi ến áp điện lực. Sơ cấp đượ c nối vào lướ i điện cao áp, th ứ cấp nối với các Volmet để đo điện áp Theo nguyên lý các Volmet có điện tr ở vào rất lớn nên th ứ cấp của bi ến điện áp coi là hở mạch UWW 1= 1 →= 1 = UUKU1 2u 2 UWW2 2 2 Ku Hệ số bi ến điện áp 10/18/2016 53
Chương 10: Đo công suất và năng lượng Công su ất là đạ i lượ ng cơ bản của các hi ện tượ ng và quá trình vật lý nói chung và của các hệ th ống điện tử nói riêng, do vậy vi ệc xác đị nh công su ất là phép đo quan tr ọng và ph ổ bi ến. Trong th ực tế, ng ườ i ta phân công su ất thành các lo ại nh ư sau: Công su ất th ực (công su ất hữu công): P Công su ất ph ản kháng (công su ất vô công): Q Công su ất bi ểu ki ến (công su ất danh đị nh): S Dải đo của công su ất từ 10 -20 W đế n 10 10 W và dải tần từ 0 tới 10 9 Hz 10/18/2016 54
Đo công suất và năng lượng * Đố i với mạch điện một chi ều công su ất th ực P đượ c tính theo một trong các công th ức sau đây: P = U.I P = I 2.R P = U2 / R Trong đó: I là dòng trong mạch U là điện áp rơi trên ph ụ tải có điện tr ở R * Đố i với mạch điện xoay chi ều một pha 1 T 1 T P = .∫ pdt = ∫u.idt T 0 T 0 Trong đó: p, u, i là các giá tr ị tức th ời của công su ất, áp và dòng. T là chu kỳ 10/18/2016 55
Đo công suất và năng lượng Nh ư vậy công su ất tác dụng trong mạch xoay chi ều một pha đượ c xác đị nh nh ư là một giá tr ị trung bình của công su ất trong một chu kỳ T Nếu dòng điện và điện áp có dạng hình sin thì công su ất đượ c tính theo công th ức: P = U.I.cos ϕ Q = U.I.sin ϕ S = U.I Trong đó: U,Ilàcácgiátr ị hi ệu dụng cos ϕ đượ c gọi là hệ số công su ất Năng lượ ng trong mạch T T W=∫Pdt = ∫ uidt . 0 0 10/18/2016 56
10.1. Dụng c ụ đo công suất trong mạch một pha Từ công th ức tính P ta có th ể th ấy ngay rằng để đo công su ất của mạch một chi ều trên ph ụ tải R thì có th ể sử dụng các cặp dụng cụ nh ư sau: + Ampe kế và Vôn kế Khi đó: P = U.I U và I là kết qu ả ch ỉ th ị trên Vôn kế và Ampe kế 10/18/2016 57
Dụng c ụ đo công suất trong mạch một pha Có các ph ương pháp đo cơ bản sau: Đo theo ph ươ ng pháp cơ điện: Watmet điện độ ng Watmet sắt điện độ ng Đo theo ph ươ ng pháp điện: Watmet ch ỉnh lưu điện tử Watmet dùng chuy ển đổ i Hall Watmet dùng ph ươ ng pháp nhi ệt điện Watmet dùng ph ươ ng pháp điều ch ế Dùng ADC, Vi xử lý, 10/18/2016 58
Đo theo phương pháp c ơ điện (Oat k ế điện động) * B Oat kế điện độ ng (ho ặc sắt điện độ ng) là dụng cụ A * cơ điện để đo công su ất th ực trong mạch điện Ru Iu một chi ều ho ặc xoay chi ều một pha. Cấu tạo ch ủ R Ux yếu của Oat kế điện độ ng là cơ cấu ch ỉ th ị điện Rp độ ng Với mạch một chi ều α = 1 dM12 .I1.I2. D dα Cuén Cuén = dßng dßng I1 I U ⇒α = = Nguån Cuén ¸p T¶i I = K.U.I K.P 2 Ru + Rp = 1 dM12 = dM K . const g / s: 12 = const D.( Ru + Rp ) dα dα D: momen cản riêng của lò xo ph ản kháng I1,I2: dòng qua cu ộn tĩnh và cu ộn độ ng M12 : hỗ cảm gi ữa 2 cu ộn dây K đượ c gọi là hệ số của Oat met với dòng một chi ều 10/18/2016 59
Đo theo phương pháp c ơ điện (Oat k ế điện động) Với mạch xoay chi ều 1 dM α = .I.Iu . 12 cos δ D dα U Iu = .cos γ Ru + Rp δ =ϕ −γ 1 U.I ⇒α = . .cos γ.cos( ϕ −γ ) D Ru + Rp Nếuϕ =γ ⇒α = K.U.I.cos ϕ = K.P ngh ĩa là số ch ỉ của Oatmet tỉ lệ với công su ất tiêu th ụ trên ph ụ tải. 10/18/2016 60
Sơ đồ mắc trong mạch * Cuén Cuén ¸p * dßng * * Z t R Zt RV V a) b) Mạch a) phù hợp cho tải nh ỏ còn b phù hợp cho tải lớn Để xác đị nh được chi ều công su ất cÇn đánh dấu đầ u cu ối của cu ộn dây. 61
Đo công su ất b ằng ph ương pháp điều ch ế tín hi ệu Oatmet nhi t đin Bi ến áp có điện áp th ứ cấp tỉ lệ với điện áp U và tạo ra dòng iu tỉ lệ với U và bi ến dòng có dòng th ứ cấp tỉ lệ với dòng điện I và I tạo dòng ii tỉ lệ với dòng tải I. BiÕn dßng Với s ơ đồ nh ư trên ta có dòng đố t nóng i i R1 là (i i + i u) và dòng đố t nóng R2 là i i BiÕn ¸p (i i – iu) i Theo công th ức c ủa c ặp nhi ệt điện ta có: u milivoltmet e = k.(i +i )2 và e = k.(i – i )2 Rt 1 i u 2 i u U Nguån e e (gi ả s ử 2 c ặp nhi ệt điện có h ệ s ố k nh ư +1 2 + nhau) R1 R2 Số ch ỉ c ủa milivonmet khi đó là iu +ii iu - ii Era = e 1 – e2 = 4ki uii Do b ộ bi ến đổ i nhi ệt có quán tính nhi ệt cao nên lo ại b ỏ thành ph ần xoay chi ều ta s ẽ có: Era = K.U.I = K.P 10/18/2016 62
Đo công su ất b ằng ph ương pháp điều ch ế tín hi ệu Oatmet dùng chuy n đ i Hall Cho chuy ển đổ i vào khe hở của nam châm điện. Hướ ng của từ tr ườ ng nh ư hình vẽ (đườ ng gạch – gạch). Dòng qua cu ộn hút L chính là dòng qua ph ụ tải. Dòng qua 2 cực T – T tỉ lệ với điện áp đặ t lên ph ụ tải (load). Rmultiplier (điện tr ở ph ụ) để hạn ch ế dòng. Milivonke để xác đị nh áp gi ữa hai cực áp X - X Khi đó th ế điện độ ng Hall đượ c tính nh ư sau: X TT ex = k.u.i = k.P X Trong đó: ex đượ c xác đị nh bởi milivon kế; k là hệ số tỉ lệ Do đó có th ể suy ra giá tr ị của công su ất P là: P = ex/ k 10/18/2016 63
Nhân bằng Logarithm và Anti-logarithm Log U1=LnU x U x + A-Log - U U U =LnU ra y Log 2 y Hai đạ i lượ ng Ux và Uy đượ c đư a vào hai bộ loga: U1 = LnUX ; U2 = LnUY U1 ,U2 đượ c cho vào bộ cộng: U3 = U1+U2 =Ln(Ux.Uy) Ura = antilog(Ln(U XUY)) = UXUy =k.U XIY 10/18/2016 64
Nhân bằng phần tử A/D và D/A UX đư a vào bộ A/D K1 K2 bi ến thành NX: K K U N =K U Ux 1 2 y X 1 X A/D D/A N NX lại đư a vào b ộ D/A x đượ c ch ế t ạo đặ c bi ệt U ~I có điện áp cung c ấp y x U =K K U U nền UY ra 1 2 X Y Ura=K 2NxUY =KUXIX Để đả m bảo bộ bi ến đổ i đượ c Công su ất tức th ời, thì th ời gian bi ến đổ i của A/D và D/A ph ải đủ nhanh (c ỡ 100 µs) Ng ườ i ta ch ế tạo D/A đặ c bi ệt cho bộ nhân, bộ phân áp có điều khi ển, bộ bi ến đổ i mã dòng - điện. Ví dụ ADC 7107 thu ộc họ Intel. 10/18/2016 65
Đo theo phương pháp điện Watmet dùng ph ng pháp điu ch Ui Uu MF f 0 Utrb=K.P Ui 0 t ĐRX BĐX TP ĐRX 0 t MF f 0: máy phát xung tần số chu ẩn f0 Uu ĐRX: b ộ điều ch ế độ r ộng xung BĐX: b ộ điều ch ế biên độ xung 0 t TP: bộ tích phân Utrb P = = = 0 t S(t) k2.Uu .ti k1.k2.Uu .Ui K.Uu .Ui 10/18/2016 66
Mạch nhân tức thời dùng vi xử lý Vi xử lý th ực hi ện vi ệc nhân các giá tr ị tức th ời ux(t) và uy(t) Chú ý: Giá tr ị ux(t) và uy(t) ph ải đượ c lấy cùng th ời điểm Ux S&H Uxt MUX Nx A/D µP Uy S&H Ny U yt §K UX đượ c b ộ A/D bi ến thành N X = K 1UX Uy đượ c b ộ A/D bi ến thành Ny = K 2Uy Nz là giá tr ị NX và Ny đượ c đư a vào b ộ vi x ử lý để làm tức th ời của p, phép nhân có giá tr ị khác NZ=N XNY = K 1K2UXUY nhau ở các Nếu UX =KX.u ; u điện áp t ức th ời th ời điểm Uy=Ky.i; idòngtức th ời khác nhau. 10/18/2016 67
Mạch nhân tức thời dùng vi xử lý (2) Để xét sự bi ến thiên của p theo th ời gian NZ đượ c lưu gi ữ lại thành một bảng số li ệu về giá tr ị tức th ời ở các th ời điểm khác nhau và cũng có th ể vẽ trên màn hình ở giá tr ị bi ến thiên theo t, ho ặc in ra. Để công su ất tức th ời p=ui, giá tr ị tức th ời của u và i ph ải đượ c lấy cùng th ời gian. Bộ lấy mẫu S&H đượ c dùng để ghim gi ữ giá tr ị của u và i vào cùng một th ời điểm. Cũng có th ể sử dụng một A/D cùng cho cả hai bi ến u và i. Để gi ảm sai số lượ ng tử hoá của p, số lần lấy mẫu cho một chu kỳ ph ải đủ lớn, chu kỳ lấy mẫu đủ nh ỏ, tốc độ bi ến thiên của A/D ph ải đủ lớn. Tốc độ tính toán của bộ xử lý ph ải đủ nhanh để có th ể tính toán theo th ời gian th ực. 10/18/2016 68
Mạch nhân tức thời dùng vi xử lý (3) Từ công th ức tính công su ất tức th ời p, công su ất trung bình hay năng lượ ng truy ền cho tải: 1 T 1 n t n P = uidt hay P= ui = ∫ ∑ k k W uidt W=∑ uik k T n k=1 ∫ 0 0 k=1 Có th ể tính năng lượ ng gi ờ cao điểm và th ấp điểm, tính hệ số cos ϕ =P/UI ở th ời điểm khác nhau Bằng cách này công ty ARDETEM Pháp đã ch ế tạo bộ bi ến đổ i (P,U,I) số PECA-2000 trong đó dùng bộ bi ến đổ i tươ ng tự số 12 bit tốc độ lớn để băm tín hi ệu điện, điện áp thành 300 điểm rời rạc hoá trong một chu kỳ. Vi xử lý dùng để xử lý thu ật toán là bộ vi xử lý 32 bit tốc độ nhanh 10/18/2016 69
10.2 Đo năng l ượng trong mạch xoay chi ều một pha 10/18/2016 70
10.2 Đo năng l ượng trong mạch xoay chi ều một pha Năng lượ ng trong mạch xoay chi ều một pha đươ c tính: T T W=∫Pdt = ∫ u . idt 0 0 Dụng cụ đo để đo năng lượ ng là công tơ. Công tơ đượ c ch ế tạo dựa trên cơ cấu ch ỉ th ị cảm ứng 10/18/2016 71
Công t ơ một pha Cấu tạo: Cu ộn dây 1 (t ạo nên nam châm điện 1): gọi là cu ộn áp đượ c mắc song song với ph ụ tải. Cu ộn này có số vòng dây nhi ều, ti ết di ện dây nh ỏ để ch ịu đượ c điện áp cao. Cu ộn dây 2 (t ạo nên nam châm điện 2): gọi là cu ộn dòng đượ c mắc nối ti ếp với ph ụ tải. Cu ộn này dây to, số vòng ít, ch ịu đượ c dòng lớn. Đĩ a nhôm 3: đượ c gắn lên tr ục tì vào tr ụ có th ể quay tự do 5 gi ữa hai cu ộn dây 1, 2. Hộp số cơ khí 5: gắn với tr ục 1 của đĩ a nhôm. 4 Nam châm vĩnh cửu 4: có từ tr ườ ng của nó xuyên qua đĩ a 3 2 6 nhôm để tạo ra mômen hãm 10/18/2016 72
Công tơ một pha Nguyên lý làm vi c khi có dòng điện I ch ạy trong ph ụ tải, qua cu ộn dòng tạo ra từ thông ΦI cắt đĩ a nhôm hai lần. Đồ ng th ời điện áp U đượ c đặ t vào cu ộn áp sinh ra dòng Iu, dòng này ch ạy trong cu ộn áp tạo từ thông ΦU : φ= φ = = U IikI; uu kIk u Zu kI , kU: là hệ số tỉ lệ về dòng và áp; Zu: là tổng tr ở của cu ộn áp 10/18/2016 73
Công tơ một pha Vì cu ộn áp có điện tr ở thu ần nh ỏ so với điện kháng của nó cho nên u ϕ i UU φ ZX≈ = 2π fL⇒ φ = k = k α I uu uuuπ u 2 fLu f β ψ Mômen quay của cơ cấu ch ỉ th ị cảm ứng φ đượ c tính: U =⋅⋅⋅⋅φ φ ψ =⋅⋅⋅⋅⋅ ψ =⋅⋅⋅ ψ MCfq IUsin CkkUI uu sin kUI sin ψ= β − α − ϕ β− α = π Để th ực hi ện điều ki ện 2 ta có th ể điều ch ỉnh góc β, tức là điều ch ỉnh Φu bằng cách thay đổ i vị trí sun từ của cu ộn áp ho ặc điều ch ỉnh góc α bằng cách thêm ho ặc bớt vòng ng ắn mạch của cu ộn dòng 10/18/2016 74
Công tơ một pha Mômen quay tỉ lệ với công su ất. =⋅⋅⋅ϕ =⋅ Mq k U Icos k P Mômen hãm sinh ra do từ thông của nam châm vĩnh cửu ΦM và dòng điện xoáy sinh ra ở trong đĩ a nhôm IM MC = k 1.ΦM.I M khi cân bằng có: = ⇔ = Φ2 Mq M C kPk . 3 M n 0 = Sau một th ời gian t đĩ a quay đượ c N vòng tức là n0 N/ t N k  k. P= k. Φ2 . ⇒ N=  ⋅ Pt 3 M Φ2 t k 3 M  10/18/2016 75
Công tơ một pha Sau một th ời gian t đĩ a quay đượ c N vòng suy ra: N = Cp P.t = Cp.W NN Cp là hằng số công tơ C = = P W P⋅ t Cp là số vòng của công tơ khi tiêu hao công su ất là 1kW trong 1 gi ờ , hằng số này không đổ i và ghi trên mặt công tơ Sai s ca công t đ c tính nh sau : WW−CC − β () =N do ⋅= N do ⋅ w % 100% 100% WdoC do WN,CPN : là năng lượ ng và hằng số công tơ đị nh mức. Wđo,CPđo: là năng lượ ng và hằng số công tơ đo đượ c. Cấp chính xác của công tơ th ường là: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 10/18/2016 76
10.2 Đo n ăng l ượng trong mạch xoay chi ều một pha Ý NGH ĨA CÁC THÔNG SỐ 220V: điện áp đị nh mức của công tơ 10(40)A : Dòng điện đị nh mức của công tơ là 10A. Có th ể sử dụng quá tải đế n 40A mà vẫn đả m bảo độ chính xác. Nếu sử dụng quá 40A thì công tơ ch ạy không đả m bảo chính xác và có th ể hỏng. 450 vòng/kWh : Đĩ a công tơ quay 450 vòng thì đượ c 1 kWh. 900 vòng/kWh, 225vòng/kWh cũng tươ ng tự Cấp 2:Cấp chính xác của công tơ. Sai số 2% toàn dải đo. Tươ ng tự cho cấp 1, cấp 0.5. 50Hz :Tần số lướ i điện 10/18/2016 77
Ki ểm tra công tơ ° Ki ểm tra công tơ với ý ngh ĩa ®¶m b¶o mômen bù ma sát lớn hơn mômen ma sát một ít. ° Điều ch ỉnh tự quay của công tơ: ° Điều ch ỉnh góc ° Ch ỉnh hằng số công tơ, xác đị nh sai số tươ ng đố i quy đổ i với các tải khác nhau và cos ϕ khác nhau. 10/18/2016 78
Ki ểm tra công tơ Điu ch nh t quay ca công t: Ch ỉ L2 sao cho U = UN; ch ỉ L1 sao cho I=0 -> công tơ đứ ng yên, nếu công tơ quay là hi ện tượ ng tự quay, ch ỉnh mô men hãm Điu ch nh góc β− α = π 2 Ch ỉnh L2 sao cho U=U , Điều ch ỉnh L1 I=I , điều ch ỉnh góc ϕ = π N N lệch pha 2 Lúc này watmet ch ỉ 0, công tơ lúc này ph ải đứ ng yên, nếu β− α ≠ π công tơ quay điều đó có ngh ĩa là2 và công tơ không tỉ lệ với công su ất ta điều ch ỉnh từ thông Φu bằng cách điều ch ỉnh bộ ph ận phân nhánh từ của cu ộn áp 10/18/2016 79
Ki ểm tra công tơ Ki m tra hng s công t ϕ = 0 Ch ỉnh L2 sao cho U=UN, I=I N, điều ch ỉnh góc lệch pha Đo th ời gian quay của công tơ bằng đồ ng hồ bấm giây t. Đế m số vòng N mà công tơ quay đượ c trong kho ảng th ời gian t. Từ đó ta tính đượ c hằng số công tơ: =N = N CP vòng /kWh W U⋅ I ⋅ t Sai số Trong th ực tế đôi khi ng ườ i ta sử dụng một đạ i lượ ng ngh ịch đả o với hằng số Cp đó là hằng số k: 10/18/2016 80
Công t ơ s ố Để ch ế tạo công tơ điện tử, ng ườ i ta bi ến đổ i dòng điện I thành điện áp U1 tỉ lệ với nó: U1 = k1I ° Một điện áp khác t ỉ l ệ v ới điện áp đặ t vào U: U2 = k2U U1, U2 qua bộ ph ận điện tử (nhân analog) sẽ nh ận đượ c điện áp U3 tỉ lệ với công su ất P: U3 = k 3.P 10/18/2016 81
Công t ơ s ố Ti ếp theo điện áp này sẽ lần lượ t qua các khâu: qua bộ bi ến đổ i điện áp-tần số (ho ặc bộ bi ến đổ i A/D), vào bộ đế m, ra ch ỉ th ị số.Số ch ỉ của cơ cấu ch ỉ th ị số sẽ tỉ lệ với năng lượ ng N = CW trong kho ảng th ời gian cần đo năng lượ ng đó. 10/18/2016 82
Công t ơ s ố 10/18/2016 83
Một số dòng IC chế tạo công tơ số Bi ến đổ i dùng để ch ế tạo công tơ 1 pha gồm các IC: AD7750, AD7751, AD7755, ADE 7757 Bi ến đổ i vạn năng 1 pha gồm các IC: ADE7753, ADE7756, ADE7759, v.v Ở các lo ại IC này cho phép giao ti ếp với vi xử lý MCU thông qua các đầ u: IRQ, SPI và DIN, DOUT; cho phép lấy ra các số li ệu sau: Điện áp hi ệu dụng Urms , dòng điện hi ệu dụng Irms , điện áp tức th ời ut, dòng điện tức th ời it, công su ất tức th ời p, công su ất tác dụng P, công su ất ph ản kháng Q, công su ất bi ểu ki ến S, năng lượ ng tác dụng Ea, năng lượ ng ph ản kháng Er, tần số f, hệ số công su ất cos φ và góc lệch pha φ. 10/18/2016 84
Gi ới thi ệu ADE7753 ADE7753 có th ể coi là một bộ bi ến đổ i vạn năng một pha điển hình. Sơ đồ cấu trúc ch ức năng của ADE7753 có th ể tóm tắt ở sơ đồ hình sau 10/18/2016 85
Gi ới thi ệu ADE7753 Với giá tr ị đị nh mức 500mV. Tín hi ệu qua 2 khu ếch đạ i lập trình đượ c (PGA) với các giá tr ị sau: 1, 2, 4, 8, 16 điều khi ển bằng 6 bit của thanh ghi ch ọn thang đo. ADC là một bộ bi ến đổ i tươ ng tự số có th ể lên đế n 24 bit; tốc độ bi ến đổ i 900 ks/sc đả m bảo cho đượ c giá tr ị tức th ời của các tín hi ệu dòng và áp lên đế n 20kHz. Sai số có th ể đạ t đượ c là 0.1 %. Nh ư vậy là sau ADC là các số li ệu số của 2 điện áp V1 và V2. Các ch ức năng còn lại trong sơ đồ đề u th ực hi ện trong không gian số nh ờ một DSP mạnh (TS-320 của Texcas Instrument) các bộ lọc thông cao, thông th ấp, nhân, cộng, bi ến đổ i số thành tần v.v đề u th ực hi ện bằng số 10/18/2016 86
Gi ới thi ệu ADE7753 Các khâu hi ệu ch ỉnh đượ c lập trình trên các thanh ghi của DSP và điều khi ển thông qua các cổng của ADE. Dòng và áp hi ệu dụng đượ c xủa lý theo công th ức 1 n 1 n 2 =∑ I 2 U =∑ U I rm s i rms i n i= 1 n i=1 Công su ất tác dụng P đượ c tính 1 n P=∑ p i n i=1 10/18/2016 87
Gi ới thi ệu ADE7753 10/18/2016 88
Gi ới thi ệu ADE7753 Mô hình ch ế tạo thi ết bị V1P LCD din V1N dout ADE7753 sclk AT irq MEGA Tr.Tin cs 48 V2P PhÝm R bÊm V2N RAM eeprom 62256 2864 10/18/2016 89
Bài tập Trong sơ đồ đó công tơ có các thông số sau: 5A -220V; hằng số công tơ 1100 vòng/kWh. Voltmet có kho ảng đo 0-250V 100 vạch Ampemet có kho ảng đo 0-5A 100vạch chia Wattmet có kho ảng đo 0-1500W 150 vạch chia Tính toán các giá tr ị I,U,P trong bảng kết qu ả thí nghi ệm sau? Uv¹ch 88 88 88 88 88 Iv¹ch 20 40 60 80 100 Pv¹ch 22 44 66 88 110 Nvßng 5 5 10 10 10 t gi©y 68,1 34 45,2 34 27,2 Tính sai số ở các giá tr ị khác nhau của P? Lập quan hệ γ = f( p ) bằng đồ th ị? 10/18/2016 90
Bài tập Sau một tháng công tơ của một tr ạm bi ến th ế quay 125.000 vòng, với hằng số công tơ 600vòng/kWh. Công tơ đượ c nối qua bi ến điện áp có: ku= 15.000/100 và bi ến dòng ki=100/5 Tính số ti ền ph ải tr ả, bi ết giá điện năng là 1300 đ/kWh Công tơ ph ản kháng quay 100.000vòng . Tính hệ số cos ϕ . Tính ti ền điện ph ải tr ả với giá điện sau: cos ϕ >0.8 Giá điện 1400 đ/kWh 0.7 <cos ϕ <0.8 Giá điện 1500 đ/kWh 0.5 < cos ϕ < 0.7 Giá điện 2000 đ/kWh 10/18/2016 91
Đo công suất mạch ba pha Trong mạch điện 3 pha, ph ụ tải th ườ ng đượ c mắc theo hai cách: ph ụ tải mắc hình sao ho ặc ph ụ tải mắc hình tam giác. Đố i với ph ụ tải hình sao có th ể không có dây trung tính (ngh ĩa là mạch ch ỉ có 3 dây) ho ặc có dây trung tính (tức là mạch có 4 dây) 10/18/2016 93
Đo công suất mạch ba pha Các điện áp uAB , uBC , uAC là các giá tr ị tức th ời của điện áp dây; uAN , uBN , uCN là các giá tr ị tức th ời của điện áp pha ; iA, iB, iC là các giá tr ị tức th ời của dòng điện pha. Ta có th ể vi ết các ph ươ ng trình sau đây : iA + i B + i C = 0; P Σ = uAN iA + u BN iB + uCN iC Suy ra: PΣ = uAN iA + uBN iB – uCN iA – uCN iB = iA.(u AN - uCN ) + iB.(u BN + uCN ) = iA.uAC + iB.uBC . 10/18/2016 94
Đo công suất mạch ba pha Đo công su ất bằng một watmet Nếu nh ư mạch 3 pha có ph ụ tải hình sao đố i xứng ho ặc mắc tam giác đố i xứng : ch ỉ cần đo công su ất ở một pha của ph ụ tải sau đó nhân 3 ta nh ận đượ c công su ất tổng 10/18/2016 95
Đo công suất mạch ba pha Đo công su ất bằng hai watmet + . PΣ = uAC iA + uBC iB ; P Σ = uAB iA+ uCB iC ; P Σ = uBA iB uCA iC Không ph ụ thu ộc vào ph ụ tải (đố i xứng hay không đố i xứng, tam giác hay hình sao không có dây trung tính) đề u có th ể đo công su ất tổng bằng hai watmet theo một trong 3 cách mắc nh ư sau: 10/18/2016 96
Đo công suất mạch ba pha Đo công su ất bằng ba watmet: Trong tr ườ ng hợp mạch 3 pha có tải hình sao có dây trung tính: ngh ĩa là mạch 3 pha 4 dây ph ụ tải không đố i xứng. Để đo đượ c công su ất tổng ta ph ải sử dụng 3 watmet, công su ất tổng bằng tổng công su ất của cả 3 watmet PΣ = PA + P B +P C 10/18/2016 97
10.4 Đo năng l ượng trong mạch 3 pha Cũng gi ống nh ư tr ườ ng hợp đo công su ất, đo năng lượ ng trong mạch 3 pha ta cũng sử dụng ph ươ ng pháp 1 công tơ, 2 công tơ, hay 3 công tơ một pha: Tr ườ ng hợp sử dụng ph ươ ng pháp 1 công tơ khi mà ph ụ tải hoàn toàn đố i xứng: năng lượ ng tổng bằng 3 lần năng lượ ng của một pha. Tr ườ ng hợp sử dụng ph ươ ng pháp 2 công tơ khi ph ụ tải bất kỳ, và mạch ch ỉ có 3 dây: năng lượ ng tổng bằng tổng năng lượ ng của hai công tơ. Tr ườ ng hợp sử dụng ph ươ ng pháp 3 công tơ khi mạch có 4 dây (ngh ĩa là tải hình sao có dây trung tính) và đặ c tính của ph ụ tải có th ể đố i xứng hay không đố i xứng: năng lượ ng tổng bằng tổng năng lượ ng của ba công tơ. 10/18/2016 98
10.4 Đo năng l ượng trong mạch 3 pha Tuy nhiên trong th ực tế ng ườ i ta sử dụng công tơ 3 pha. Côngt ơ 3 pha có hai lo ại: Lo ại 2 ph ần tử (d ựa trên ph ươ ng pháp 2 công tơ) Lo ại 3 ph ần tử (d ựa trên ph ươ ng pháp 3 công tơ) Sơ đồ c ấu t ạo c ủa m ột công t ơ 2 ph ần t ử 10/18/2016 99
10.4 Đo năng l ượng trong mạch 3 pha Ph ần độ ng gồm 2 đĩ a nhôm đượ c gắn vào cùng một tr ục dựa vào tr ụ có th ể quay đượ c. Mỗi đĩ a nhôm đề u nằm trong từ tr ườ ng của cu ộn áp và cu ộn dòng của pha tươ ng ứng (ph ần tĩnh). Cu ộn áp đượ c mắc song song với ph ụ tải (có một pha chung), cu ộn dòng của các pha đượ c mắc nối ti ếp với ph ụ tải. 10/18/2016 100
10.4 Đo năng l ượng trong mạch 3 pha Nam châm vĩnh cửu đượ c đặ t vào một trong hai đĩ a nhôm. Nh ư vậy mômen quay tạo ra sẽ bằng tổng của hai mômen quay do hai ph ần tử sinh ra và năng lượ ng đo đượ c chính là tổng của mạch 3 pha. 10/18/2016 101
10.4 Đo năng l ượng trong mạch 3 pha Công tơ điện tử ba pha 10/18/2016 102
10.4 Đo năng l ượng trong mạch 3 pha Công tơ điện tử ba pha 10/18/2016 103
10.4 Đo năng l ượng trong mạch 3 pha Công tơ điện tử ba pha 10/18/2016 104
10.4 Đo năng lượng trong mạch 3 pha 10/18/2016 105
10.4 Đo năng l ượng trong mạch 3 pha Sơ đồ đấ u nối dây 10/18/2016 106
IC Bi ến đổi vạn năng 3 pha của Analog Devices Analog device đư a ra th ị tr ườ ng các bộ bi ến đổ i vạn năng 3 pha AD7752 ADE7754 và ADE7758. Các bộ bi ến đổ i này cho phép thu th ập các số li ệu sau: Điện áp hi ệu dụng 3 pha Ua,Ub,Uc; dòng điện hi ệu dụng 3 pha Ia,Ib,Ic; công su ất tác dụng 3 pha P3 pha ; công su ất ph ản kháng Q3 pha ; công su ất bi ểu ki ến S; năng lượ ng tác dụng Ea; năng lượ ng ph ản kháng Er; tần số f; cos φ. Nh ư vậy là với bộ các IC bi ến đổ i của Analog device cho phép ứng dụng để đo tất cả các đạ i lượ ng điện trong công nghi ệp với độ chính xác theo yêu cầu của công ngh ệ phát điện truy ền tải và sử dụng điện năng. Các công tơ 3 pha nhi ều ch ức năng hi ện nay đề u đượ c xây dựng trên cơ sở các IC này. 10/18/2016 107
IC Bi ến đổi vạn năng 3 pha của Analog Devices 10/18/2016 108
Đo CS, năng lượng trong mạch 3 pha cao áp Thông th ườ ng kết qu ả đo ph ụ thu ộc vào sai số của dụng cụ đo và của bi ến áp và bi ến dòng đo lườ ng mà ch ủ yếu là sai số góc. Kết qu ả đo công su ất tổng bằng tổng công su ất (và năng lượ ng) của từng dụng cụ đo nhân với hệ số bi ến áp và 10/18/2016bi ến dòng 109
Chương 11: Đo thông số của mạch điện Thông số của mạch điện bao gồm điện tr ở R, điện cảm L, điện dung C, góc tổn hao của tụ điện và hệ số ph ẩm ch ất của cu ộn dây. Có 2 ph ươ ng pháp đo thông số của mạch là đo tr ực ti ếp và đo gián ti ếp. + Đo gián ti ếp là sử dụng ampe kế và vôn kế đo dòng và áp để từ các ph ươ ng trình và đị nh lu ật suy ra thông số cần đo. + Đo tr ực ti ếp là dùng các thi ết bị xác đị nh tr ực ti ếp thông số cần đo nh ư Ohmmet, Henrimet, Faramet 10/18/2016 110
Chương 11: Đo thông số của mạch điện Các quan hệ trong mạch điện Trong mạch điện một chi ều U Điện tr ở R= I Điện cảm và điện dung không có tác dụng Trong mạch điện xoay chi ều di Điện áp trên điện cảm: U =-L L dt 1 Điện áp trên điện dung UC = idt C ∫ 1 di U=RI+ idt-L C∫ dt 10/18/2016 111
Chương 11: Đo thông số của mạch điện Trong mạch điện tín hi ệu hình sin, ta có: Điện áp trên điện cảm: UL =L ωI= X L I 1 Điện áp trên điện dung U= =XI CωC C Trong mạch điện xoay chi ều hình sin có R, L, C, quan hệ gi ữa dòng điện và điện áp đượ c vi ết theo quan hệ véct ơ U=IR+(XL -X C )I Hay vi ết theo giá tr ị hi ệu dụng 2 2 U= R +(XL -X C ) I=ZI 10/18/2016 112
Chương 11: Đo thông số của mạch điện Các điều ki ện kỹ thu ật Sai số về thi ết bị đo. U U U R= ; X =L ; X = C IL I C I U, I đượ c đo bằng volmet và ampemet. Sai số γ =γU+γ I Sai số ph ươ ng pháp Để đả m bảo sai số yêu cầu sai số ph ươ ng pháp ph ải nh ỏ hơn rất nhi ều so với sai số của thi ết bị đo. Đố i với các thi ết bị đo U và I ph ải có các điều ki ện sau RV >> Rđo : điện tr ở thi ết bị đo điện áp. RV R đo / γ yc 10/18/2016 113
Chương 11: Đo thông số của mạch điện Sai số do yếu tố ảnh hưởng. Điện tr ở, điện cảm, điện dung th ườ ng ch ịu ảnh hưở ng của môi tr ườ ng.Ví dụ: o Điện tr ở của dây dẫn ch ịu ảnh hưở ng của nhi ệt độ . o Điện cảm ch ịu ảnh hưở ng của từ tr ườ ng bên ngoài. o Điện dung thay đổ i theo nhi ệt độ và độ ẩm. Vì th ế, khi đo thông số của mạch điện ph ải chú ý đế n sai số gây ra do các yếu tố ảnh hưở ng nói trên. Ngoài ra, nhi ều khi ng ườ i ta lại sử dụng các yếu tố ảnh hưở ng đế n thông số của mạch điện để đo các đạ i lượ ng ảnh hưở ng đế n các thông số ấy.Ví dụ: o Đo nhi ệt độ bằng nhi ệt điện tr ở, o Đo độ ẩm bằng cảm bi ến điện dung 10/18/2016 114
11.1. Đo điện tr ở Đo điện tr ở gián ti ếp Đo bằng ph ướ ng pháp U I Đo điện tr ở bằng ph ươ ng pháp so sánh với điện tr ở mẫu Đo điện tr ở tr ực ti ếp Đo điện tr ở tr ực ti ếp bằng Ohmmet Đo điện tr ở cách điện của vật li ệu (đo điện tr ở rất lớn) Meghomet tươ ng tự Meghomet ch ỉ số Ph ươ ng pháp đo điện tr ở rất nh ỏ (điện tr ở 4 đầ u) 10/18/2016 115
Đo điện tr ở gián ti ếp S dng Ampe k và Vôn k U R = Dựa vào đị nh lu ật Ohm ta xác đị nh đượ c I Có th ể mắc theo một trong hai sơ đồ sau: I A Ix + Ix + A U V U V - Rx - Rx UUU =v = v = v R 'x U− U U − IR. I I− I U =v A = v AA x A v I − v R 'x A I I Rv A A Hình a Hình b 10/18/2016 116
Đo điện tr ở gián ti ếp Hình a: Ta th ấy phép đo đạ t giá tr ị chính xác cao khi Rv càng lớn càng tốt (Rv >> Rx). > Đả m bảo sai số yêu cầu RRRRA đo.γyc⇒ đo A / γ yc Sơ đồ b th ườ ng dựng để đo điện tr ở Rx lớn 10/18/2016 117
Đo điện tr ở gián ti ếp Đo đin tr bng ph ng pháp so sánh vi đin tr mu So sánh hai điện tr ở nối ti ếp So sánh hai điện tr ở song song U Io Ix + Ro Rx R0 Rx + U - - 1 2 Uo + + Ux V A Uo= Ux= Ux Io ⇒ Rx. Ro Io. Ro= Ix . Rx⇒ Rx= . Ro Ro Rx Uo Ix Thích hợp cho đo điện tr ở nh ỏ Thích hợp cho đo điện tr ở rất lớn 1 1 R. x ;R V0 >R. 10/18/2016 γ γ 118
Các phương pháp đo điện tr ở (Đo tr ực ti ếp) Đo đin tr tr c ti p bng Ohmmet Ohmmet là dụng cụ đo có cơ cấu ch ỉ th ị từ điện với ngu ồn cung cấp là pin và các điện tr ở chu ẩn Dựa vào đị nh lu ật Ohm ta có R=U/I,, nếu gi ữ U không đổ i thì dòng điện I qua mạch đo sẽ thay đổ i khi điện tr ở thay đổ i (t ức là kim sẽ lệch nh ững góc khác nhau khi giá tr ị của điện tr ở thay đổ i). Có hai lo ại Ohmmet là Ohmmet nối ti ếp Ohmmet song song. 10/18/2016 119
Ohmmet nối ti ếp Đây là Ohmmet trong đó điện tr ở Rp cần đo mắc nối ti ếp với cơ cấu ch ỉ th ị. Uo + 1 Ohmmet lo ại này th ườ ng để đo giá tr ị điện tr ở Rx cỡ từ Ohm tr ở lên. 2 Rx Rp là điện tr ở ph ụ đả m bảo khi Rx = 0 dòng điện qua cơ cấu đo là lớn nh ất (h ết thang chia độ ) và để bảo U Rx = 0 I = o vệ cơ cấu ch ỉ th ị. ct max + RctR p Điện tr ở trong của Ohmmet đượ c U xác đị nh là Rx ≠ 0 I = o ct R+ R + R Uo ct p x RΩ = Rct + Rp = Ict max R = ∞ = x Ict 0 10/18/2016 Nh ư v ậy thang đo c ủa Ohmmet song song có d ạng ngh ịch 120
Ohmmet nối ti ếp Ngoài ra số ch ỉ của Ohmmet còn ph ụ thu ộc vào ngu ồn pin cung cấp bên trong. Khi Uo gi ảm thì sai số khá lớn. Để điều ch ỉnh sai số này (hay còn gọi là điều ch ỉnh zero) ng ườ i ta mắc thêm chi ết áp Rm nh ư hình bên: Cách ch ỉnh zero: mỗi lần sử dụng Ohmmet ta ng ắn mạch đầ u vào (cho Rx = 0 bằng cách ch ập hai đầ u que đo với nhau), vặn núm điều ch ỉnh của Rm để kim ch ỉ zero trên thang đo. Bằng cách làm nh ư trên ta sẽ có kết qu ả đo chính xác hơn dù ngu ồn pin bị yếu đi. 10/18/2016 121
Ohmmet song song Lo ại Ohmmet này có điện tr ở cần đo Rx mắc song song với cơ cấu ch ỉ th ị nh ư hình dướ i đây Ohmmet lo ại này dùng để đo điện tr ở R khá nh ỏ, nó có = ∞ thang đo thu ận chi ều vì khi không có Rx (t ức làRx ) dòng qua ch ỉ th ị là lớn nh ất còn khi Rx = 0 dòng qua ch ỉ th ị xấp xỉ 0. Rp R U = o Rm Ict Uo +    Rx +1 + 1 RRct1 p    Rct Rx   Nh ư vậy thang đo của Ohmmet song song có dạng thu ận 10/18/2016 122
Ohmmet nhi ều thang đo Vi ệc mở rộng nhi ều chØnh lÖch kh«ng thang đo cho Ohmmet sẽ tuân theo nguyên R2 R1 tắc chuy ển từ gi ới hạn R3 R4 R5 R6 đo này sang gi ới hạn đo khác bằng cách thay đổ i điện tr ở vào R7 R8 R9 R10 R11 của Ohmmet với một Rx1k Rx100 Rx10 số lần nh ất đị nh sao Rx10k Rx1 cho khi Rx = 0 kim ch ỉ + + vẫn đả m bảo lệch hết 9V 1.5V thang đo tức là dòng c«ng t¾c qua cơ cấu đo bằng Rx giá tr ị đị nh mức đã ch ọn Ohmmet nhiÒu thang ®o 10/18/2016 123
Các phương pháp đo điện tr ở (Cầu đo điện tr ở) Cu Wheatstone (c u đ n) Để xác đị nh điện tr ở Rx ng ườ i ta R2 R3 + điều ch ỉnh con ch ạy của R1 để ch ỉ Uo th ị ch ỉ 0, khi đó cầu ở tr ạng thái cân a b bằng, tức là Uab = 0 R1 Rx Theo công th ức phân áp ta có: R R R V= 1 . U V = V ⇒ 1 = x CÇu Wheatstone a+ o a b + + R1 R 2 RR1 2 R 3 R x R ⇔ = Đư a điện tr ở Rx vào cầu V= x . U RR1. 3 RR 2 . x và điều ch ỉnh con ch ạy bR+ R o x 3 R của R1 sao cho kim ch ỉ ⇒ R= 3 . R th ị ch ỉ 0, khi đó x 1 R R2 = 3 Rx . R 1 R2 Hệ số R3 / R2 bi ết tr ướ c nên thang kh ắc độ có th ể kh ắc tr ực ti ếp giá tr ị của điện tr ở cần đo tu ỳ thu ộc vào vị trí con ch ạy của R1 10/18/2016 124
Các phương pháp đo điện tr ở (Cầu đo điện tr ở) Cu Wheatstone (c u đ n) Thông th ườ ng để mở rộng thang đo R2 K 1 R3 ng ườ i ta + x1 x10 x100 x1k Uo 2 Giữ nguyên R2 a R5 b R3 đượ c thay bởi một dãy các điện R1 Rx tr ở có giá tr ị hơn kém nhau 10 lần CÇu Wheatstone nhiÒu thang ®o khi đó ta sẽ có hệ R5 là chi ết áp điều ch ỉnh độ nh ạy của ch ỉ số nhân là bội của th ị. Cách điều ch ỉnh 10. -Cho K ở vị trí 1 để ch ỉnh thô, bảo vệ quá dòng cho ch ỉ th ị -Cho K ở vị trí 2 để ch ỉnh tinh sao cho cầu cân bằng hoàn toàn 10/18/2016 125
Các phương pháp đo điện tr ở (Cầu đo điện tr ở) Cu Kelvin (cu kép) Đây là dụng cụ dùng để đo điện tr ở nh ỏ và rất nh ỏ mà cầu đơ n ở trên không đo đượ c ho ặc có sai số quá lớn do điện tr ở dây nối và điện tr ở ti ếp xúc. Dướ i đây là mạch nguyên lý và sơ đồ thông th ườ ng của cầu kép: R1 I1 R2 I1 R3 R4 I Rx I2 R I2 Ro I + A Uo Rdc 10/18/2016 126
Các phương pháp đo điện tr ở (Cầu đo điện tr ở) Cu Kelvin (cu kép) Khi cầu cân bằng ta có ch ỉ th ị ch ỉ 0, dòng qua ch ỉ th ị bằng 0 nên dòng qua R1,R2 là dòng I1, dòng qua R3 ,R4 là dòng I2 R1 R2 Vòng 1 I1 I1 = + IR11. IR.x IR 23. = IR.x IR1. 1 – I 2 . R3 Vòng 1 R3 R4 Vòng 2 R = − 3 I Rx I2 R I2 Ro I ⇒ IR.x RI1 ( 1 I 2 . ) R1 Vòng 2 + A = + Rdc IR12. IR.o IR 24. Uo = R IR.o IR1. 2 – I 2 . R4 − 3 R R I1 I 2 . Neu 3 = 4 R Rx R1 R 1 R R ⇒ = − 4 ⇒ = . 1 2 IR.o RI2 ( 1 I 2 . ) R R Ro R 2 − 4 R1 2 I1 I 2 . ⇒ R= R. R x o R 2 2 127
Đo điênh tr ở chỉ thị s ố 10/18/2016 128
Đo điện tr ở chỉ thị s ố Tụ C phóng điện qua điện tr ở RX theo ph ươ ng trình : −t/ T UT = E. e T= RX C hằng số th ời gian của mạch -1 Sau kho ảng t=T , ta có UI=E.e Trong quá trình ch ế tạo, ch ọn R1 và R2 sao cho : -1 UII =E.R2/ (R1 +R2)=E.e Tức là sau kho ảng th ời gian t=T=RC điện áp đầ u vào bộ so sánh là bằng nhau, tức là đầ u ra bộ so sánh có tín hi ệu, tín hi ệu này kích ho ạt trig ơ T làm T chuy ển tr ạng thái ‘1’ >‘0’, làm cho mạch ch ọn xung ng ừng không cho xung qua, mạch đế m kết thúc quá trình đế m. Bộ ch ỉ th ị ch ỉ th ị kết qu ả đo 10/18/2016 129
Đo điện tr ở chỉ thị s ố 10/18/2016 130
Đo điện tr ở Xác đị nh kho ảng đo điện tr ở của Ommet nối ti ếp có các ch ỉ kỹ thu ật sau: Ω Điện áp cung cấp U0= 3V; điện tr ở ph ụ nối ti ếp Rp= 30k ; Ω điện tr ở điều ch ỉnh “0” RM = 50 nối song song với các cơ µ ε µ cấu ch ỉ th ị :Ictmax = 50 A, ng ưỡ ng nh ạy =1 A Vẽ sơ đồ Ommet, xác đị nh kho ảng đo R và tính các Rx tươ ng ứng với các dòng điện sau: Ict = 1/2Ictmax ;Ict = 3/4Ictmax 10/18/2016 131
Đo điện tr ở cách điện của vật li ệu (đo điện tr ở rất lớn) Điện tr ở cách điện của vật li ệu đo đượ c thông qua đo dòng xuyên qua vật li ệu gọi là cách điện kh ối. Điện tr ở cách điện của vật li ệu đo đượ c thông qua đo dòng bò trên bề mặt vật li ệu gọi là cách điện mặt. Ph ươ ng pháp đo là ph ươ ng pháp U, I nh ưng khi đo cách điện kh ối thì ph ải lo ại tr ừ dòng điện bò trên mặt và ng ượ c lại. 10/18/2016 132
Đo điện tr ở cách điện của vật li ệu (đo điện tr ở rất lớn) Meghomet tương tự để có ngu ồn cao áp, trong meghomet ph ải có một máy phát điện một chi ều quay tay. Ng ườ i đo ph ải quay máy phát với một tốc độ đủ lớn để phát đượ c điện áp đủ cho phép đo. Góc quay IR  UU   α=f2  =f( : )=f  x  IRRR1  0x 0  10/18/2016 133
Đo điện tr ở cách điện của vật li ệu (đo điện tr ở rất lớn) Meghomet ch ỉ số Ngu ồn cao áp đượ c ch ế tạo bằng một bộ phát ngh ẹt (blocking generator). Logomet sử dụng là bộ mã hoá tích phân 2 sườ n xung ICL 7106. 10/18/2016 134
Phương pháp đo điện tr ở rất nhỏ (điện tr ở 4 đầ u) Trong th ực tế ng ườ i ta ph ải đo nh ững điện tr ở nh ỏ nh ư đo điện tr ở của các cu ộn dây của độ ng cơ. Nếu dùng ph ươ ng pháp U, I; UV= IRx+ 2IRtx . Để lo ại tr ừ ảnh hưở ng của điện tr ở ti ếp xúc, ta th ực hi ện phép đo với sơ đồ điện tr ở 4 đầ u Tuy nhiên, để có th ể đo các điện tr ở rất nh ỏ, I ph ải đủ lớn (10-100A) và dụng cụ đo áp ph ải đủ nh ạy (cỡ mV). Ví dụ: Dòng I =10A, U = 5mV Điện tr ở R =0.5mΩ. 10/18/2016 x x 135
11.2 Cầu dòng xoay chi ều (Đo C, L) Đây là dụng cụ dựa trên cầu đơ n để đo điện cảm, điện dung, góc tổn hao và hệ số ph ẩm ch ất Q. Ngu ồn cung cấp là ngu ồn xoay chi ều tần số công nghi ệp (50 – 60Hz), âm tần ho ặc cao tần từ máy phát tần. Ch ỉ th ị zero là dụng cụ xoay chi ều nh ư điện kế điện tử, máy hi ện sóng Trong đó Z là tổng tr ở của các nhánh, Z = R +jX với R là ph ần th ực Z1 Z2 và X là ph ần ảo. Uo ~ Điều ki ện cân bằng của cầu là: Z4 Z3 Z1.Z3 = Z2.Z4 Điều ki ện trên tho ả mãn khi các điều ki ện cân bằng biên độ và cân bằng M¹ch cÇu dßng xoay chiªu pha đượ c tho ả mãn. 10/18/2016 136
11.2.1 Cầu xoay chi ều đo điện dung Tụ điện lý tưở ng là tụ không tiêu th ụ công su ất (dòng điện một chi ều không qua tụ) nh ưng trong th ực tế vẫn có thành ph ần dòng rò đi qua lớp điện môi vì vậy trong tụ có sự tổn hao công su ất. Để đặ c tr ưng cho sự tổn hao này ng ườ i ta sử dụng thông số góc tổn hao tg Với tụ có tổn hao nh ỏ tgδ= R ⋅ ω ⋅ C Với tụ có tổn hao lớn tgδ=1 ( R ⋅ ω ⋅ C) Trong đó R, C là hai thành ph ần đạ i di ện cho ph ần thu ần tr ở và ph ần thu ần dung của tụ điện. 10/18/2016 137
a. Cầu đo t ụ điện t ổn hao nhỏ Tụ điện có tổn hao nh ỏ đượ c bi ểu Cx R1 di ễn bởi một tụ điện lý tưở ng mắc Rx nối ti ếp với một điện tr ở. Khi đó Uo ~ ng ườ i ta mắc cầu nh ư hình bên R2 Rm Cx, Rx là nhánh tụ điện cần đo Cm Cm, Rm là nhánh tụ mẫu điều ch ỉnh CÇu ®o tô ®iÖn cã tæn hao nhá Khi cầu cân bằng ta có mối quan hệ: Z x.Z 2 = Z 1.Zm 1 1 1 (R+ ). RRR = ( + ) Z= R + xω2 1 m ω x x ω jCx jC m j C x  R 1 R= 1 . R Z= R + =  x m m m ω RR2.x RR 1 . m  R 2 j C m ⇔ ⇔  RCRC/= / R Z= R, Z = R  2x 1 m C= 2 . C 1 1 2 2  x m  R1 10/18/2016 138
b. Cầu đo t ụ điện t ổn hao lớn Cầu cân bằng ta có điều ki ện: Cx Zx.Z2=Z1.Zm R1 1 R . x jω C Rx =x = 1 Z x Uo ~ 1 1/ R+ jω C Rm R2 Rx + x x ω j C x 1 R . Cm m jω C 1 Z =m = m 1 1/ R+ jω C CÇu ®o tô ®iÖn cã tæn hao lín R + m m m ω j Cm = = ZR11 ZR 22  R1  R1 R 2 Rx= . Rm R1 R 2 =  R2 ⇒ = ⇔Rx Rm ⇔  +ω + ω R2 1/Rm jCm 1/ Rx jCx R1. Cx= R 2. Cm  Cx= . Cm  R1 ⇒ R1(1 / Rx+ jCxω ) = R 2.(1 / Rm + jCm ω ) 10/18/2016 139
11.2.2 Cầu đo điện c ảm Cu ộn cảm lý tưở ng là cu ộn dây ch ỉ có thành phân điện kháng là (X L = L) ho ặc ch ỉ thu ần khi ết là điện cảm L, nh ưng trong th ực tế các cu ộn dây bao gi ờ cũng có một điện tr ở nh ất đị nh. Điện tr ở càng lớn ph ẩm ch ất của cu ộn dây càng kém. Q là thông số đặ c tr ưng cho ph ẩm ch ất của cu ộn dây, nó đượ c tính bằng: X Q = L RL Để đo các thông số của cu ộn dây ng ườ i ta th ườ ng dùng mạch cầu xoay chi ều. 10/18/2016 140
Cầu xoay chi ều dùng điện c ảm mẫu Khi cầu cân bằng ta có: Lx Rx R1 Zx.Z2 = Z1.Zm Uo ~ Lm = + ω R2 Zx R x jL x = + ω Rm Zm R m jL m Z = RZ, = R 1 1 2 2 CÇu ®o ®iÖn c¶m ⇒ (Rx+ jLxRω ).2( = Rm + jLmR ω ).1  = R1 =  Rx. Rm wLx. wLm .  RxR.2 RmR .1  R 2 ⇒ = = ⇔ ⇔  Qx  LxR.2= LmR .1) R 1 Rx Rm  Lx= . Lm  R 2 10/18/2016 141
Cầu điện c ảm Maxwell Khi cầu cân bằng ta có: Lx Rx Z .Z = Z .Z x m 1 2 R1 Z = R + jLω Uo ~ x x x Rm 1 Z = R2 m + ω Cm 1Rm j C m = = Z1 RZ 1, 2 R 2 CÇu ®iÖn c¶m Maxwell +ω 1 = ⇒ (RjLx x ). RR1 . 2 + ω  R1. R 2 1/ Rm j C m R = ⇔ x R 1  m R+ jω L = R. R ( + j ω C )  = x x1 2 m Lx RRC1. 2 . m Rm ω.L =x = ω Qx. C m . R m Rx 10/18/2016 142
Cầu điện c ảm Hay Khi cầu cân bằng ta có: Rx Zx.Zm = Z1.Z2 Lx R ⋅ jω L R1 Z = x x Uo ~ x + ω Rx j L x 1 R2 Z = R + Cm Rm m m ω j Cm = = Cầu điện c ảm Hay Z1 RZ 1, 2 R 2 L= RRC. . R. jω L 1  x1 2 m ⇒ x x (R+ ) = R . R ⇔  R. R + ωm ω 1 2 R = 1 2 Rx jL x jC m  x  Rm ω.L =x = ω Qx. C m . R m Rx 10/18/2016 143
11.3. Đo điện dung, điện cảm với bộ bi ến đổ i vạn năng Sử dụng ADE7753 có th ể đo tổn hao của tụ điện cùng với điện dung của tụ điện Điện áp đượ c đo bằng đầ u V2 thông qua phân áp. UV R IC = U =U . 2 1  2 2 V   +R 2 R1 +R 2 ωC  S 10/18/2016 144
Đo điện dung, điện cảm với bộ bi ến đổ i vạn năng ADE7753 cho ta Urms ,Irms , ptổn hao , f. 1 C= 2 U    2 π c P 2 f  - 2  Ic   I  Các công th ức trên đượ c tính trong MCU nối với ADE7753. Các số li ệu f, IC,Uc,P đượ c lấy trong các thanh ghi tươ ng ứng 10/18/2016 145
Đo điện dung, điện cảm với bộ bi ến đổ i vạn năng Đầ u vào điện áp V1 và V2 của ADE7753 có nhi ều thang đo và có th ể lập trình điều khi ển tự độ ng.  2  2 1Urms P L=  - 2  2Πf Irms  I rms  10/18/2016 146
Vạn năng kế Vạn năng kế đượ c ch ế tạo để đo các đạ i lượ ng điện th ườ ng gặp trong th ực tế. Các đạ i lượ ng cần đo nh ư là: điện áp một chi ều, điện áp xoay chi ều, dòng điện một chi ều, dòng điện xoay chi ều, điện tr ở. Các đạ i lượ ng đo đượ c bố trí và có nhi ều thang đo do ng ườ i sử dụng tu ỳ ch ọn ho ặc có th ể tự độ ng ch ọn thang đo Vạn năng kế tươ ng tự Vạn năng kế số 10/18/2016 147
Vạn năng kế Van năng kế tươ ng tự 10/18/2016 148
Vạn năng kế Van năng kế tươ ng tự Dòng điện và điện áp xoay chi ều đượ c ch ỉnh lưu cho ta giá tr ị trung bình của điện áp hay dòng điện. Điện tr ở đượ c đo bằng ph ươ ng pháp U, I nh ưng điện áp U đượ c duy trì cố đị nh, đo dòng điện để suy ra R. 10/18/2016 149
Vạn năng kế Bộ bi ến đổ i vạn năng và vạn năng kế số. 10/18/2016 150
Vạn năng kế Bộ bi ến đổ i vạn năng và vạn năng kế số. Ví dụ trên cho th ấy dòng di ện có th ể đo đượ c từ 1µA đế n 107 µA và có lập trình cho rất nhi ều thang đo (35 thang), điện áp có th ể đo từ 31,2mV đế n 2048V với 20 thang đo ở 2 đầ u vào. Dòng và áp nh ư vậy có th ể bố trí đo công su ất với kho ảng đo rất th ấp đế n rất cao. Cũng có th ể bố trí đo điện tr ở thông qua U, I, P; đo L và C bằng ph ươ ng pháp U, I, P nói ở trên. Ph ối hợp với máy tính có th ể bi ến thành thi ết bị tự ghi dòng, áp, công su ất, tần số. 10/18/2016 151
Chương 12: Đo tần số, chu kì và góc pha Tần số kế tươ ng tự Tần số kế điện từ Tần số kế ch ỉnh lưu Tần số kế ki ểu điện độ ng Tần số cộng hưở ng Tần số kế số Bộ đế m vạn năng Tần số kế, máy đo chu kỳ, kho ảng th ời gian 10/18/2016 153
12.1Tần số kế tương tự Tần số kế tươ ng tụ là tần số kế mà đầ u ra là dòng điện ho ặc điện áp ch ỉ th ị bằng dụng cụ ch ỉ th ị cơ điện Cấu trúc chung của tần số kế Tín hi ệu vào bất kỳ có tần số f. BĐ là bộ bi ến đổ i tần số - áp ho ặc tần số - dòng. Dòng ho ặc áp qua cơ cấu cơ điện (CCCĐ) bi ến thành goc quay ch ỉ th ị trên thang chia độ 10/18/2016 154
Tần số kế tương tự Tần số kế điện từ Bộ bi ến đổ i (B Đ) là một khâu có đặ c tính tần ph ụ thu ộc tần số, là ph ần tử điện cảm, ho ặc điện dung có đặ c tính , tỷ lệ ngh ịch ho ặc tỷ lệ thu ận với tần số. UU U I= = I= =UωC=U2 πfC ωL 2 πfL 1/( ωC) C ho ặc L cố đị nh, I ph ụ thu ộc vào U và f để lo ại tr ừ ảnh hưở ng của U bi ến độ ng ph ải dùng cơ cấu điện từ ki ểu logomet điện từ 10/18/2016 155
Tần s ố k ế điện từ Tần số kế điện từ Logomet điện từ đượ c ch ế tạo gồm 2 cu ộn dây ph ần tĩnh L1 và L2 dL dL M =1 I2 = 2 I 2 = M 1dα 1dα 22 2 I  dL dL 1  = 2 : 1 =f( α) I2  d α dα logomet điện từ Ở tần số ki ểu điện từ th ườ ng ít đượ c dùng vìI1 =UωC tỷ lệ với tần số f nh ưng độ nh ạy th ấp vì C không th ể lớn đượ c và Độ chính xác của cơ cấu điện từ th ấp. 10/18/2016 156
Tần số kế tương tự Tần số kế ch ỉnh lưu Để cái thi ện đặ c tính tần số của bộ bi ến đổ i (B Đ) và độ nh ạy của cơ cấu cơ điện (CCCĐ) ta dùng một mạch cộng hưở ng (RLC) ở bộ bi ến đổ i (B Đ) và dùng logomet từ điện ở CCCT. Do logomet từ điện dùng cho điện một chi ều nên cầu có 2 bộ ch ỉnh lưu I  α=f 1  I2  . I1 . =R/Z( ω) I2 10/18/2016 157
Tần số kế tương tự Tần số kế ki ểu điện độ ng . . . . I1 = U /Z( ω) I2 = U /R dM dM M=1 .I.I= 2 .I.I= M q1dα 1dα 2 q2 dM2 I ⇒ 1 = dα dM I2 1 dα IR    α=G1  =G  =F( ω) I2   Z( ω)  10/18/2016 158
Tần số kế tương tự Tn s k cng h ng đin t Cấu tạo Nam châm điện Thanh rung bằng các lá thép có tần số cộng hưở ng riêng. Một đầ u của thanh rung bị gắn ch ặt còn một đầ u dao độ ng tự do. Tần số dao độ ng riêng của mỗi thanh bằng 2 lần tần số cần đo. Thang đo kh ắc độ theo tần số, có th ể dạng đĩ a ho ặc dạng thanh 10/18/2016 159
Tần số kế tương tự Tn s k cng h ng đin t Điện áp của tín hi ệu đo đượ c đặ t vào cu ộn dây đo. Dòng điện ch ạy trong cu ộn dây tạo ra từ tr ườ ng có tần số bằng tần số của điện áp đo. Nếu tần số của từ tr ườ ng bằng tần số 1 thanh rung nào đó, thanh rung ấy rung mạnh lên và tạo ra một dải rộng hơn các thanh rung khác 10/18/2016 160
12.2. Tần số kế số Đo tần số ho ặc chu kỳ là một vì từ f T hay ng ượ c lại. Tx=Nx.T0 trong phép đo chu kỳ hay T0=NxTx trong phép đo tần số. Nh ư vậy tần số kế gồm 3 ph ần: Bộ đế m xung nhi ều bit (để có Nx lớn). Bộ phát xung chu ẩn chính xác cao (để có T0 chính xác). Bộ khoá điện tử điều khi ển đóng mở bộ đế m. Trong th ực tế, ng ườ i ta th ườ ng sản xu ất trên một máy có các bộ ph ận: Bộ đế m vạn năng Tần số kế Đo chu kỳ. 10/18/2016 161
12.2.1 Bộ đế m vạn năng Sơ đồ kh ối của bộ đế m vạn năng TX: tạo xung KĐT: khoá điện tử ĐK: điều khi ển ĐX: đế m xung GM: gi ải mã; HT: hi ển th ị. 10/18/2016 162
12.2.1 Bộ đế m vạn năng Tạo xung Bi ến đổ i tín hi ệu dạng bất kỳ thành xung vuông, sau đó thành xung nh ọn thu ận lợi cho vi ệc đế m. Mạch tạo xung th ườ ng đượ c xây dựng trên cơ sở của Trigger Smith bi ến xung bất kỳ thành xung vuông. Sau đó là mạch vi phân bi ến xung vuông thành xung nh ọn. Bộ đế m xung Bộ đế m xung (ĐX) đượ c ch ế tạo bằng ghép các ph ần tử logic “trigger” 10/18/2016 163
12.2.1 Bộ đế m vạn năng Khoá điện tử Khóa điện tử là một ph ần tử điều khi ển có các tính ch ất sau: Khi xung điều khi ển ở tr ạng thái “0” điện tr ở của ph ần tử bằng vô cực (tr ạng thái hở mạch), xung không truy ền qua. Lúc xung điều khi ển ở tr ạng thái “1” điện tr ở của ph ần tử bằng 0, xung truy ền qua. 10/18/2016 164
12.2.1 Bộ đế m vạn năng Bộ gi ải mã Trong bộ đế m hexa (gồm có 4 trigger) nếu ta dừng tại xung th ứ 10 (0 đế n 9), ta có bộ đế m nh ị th ập phân (BCD Bộ gi ải mã có nhi ệm vụ bi ến các ký hi ệu ở mã nh ị phân hay hexa thành mã th ập phân. Ch ỉ th ị Ngày nay để hi ển th ị các con số ng ườ i ta dùng ki ểu số ghép gồm 7 thanh LED (diode phát quang) Công nghi ệp điện tử ngày nay đã tạo ra đầ y đủ linh ki ện về bộ đế m, gi ải mã, khoá điện tử và các bộ hi ển th ị theo các yêu cầu cần thi ết. 10/18/2016 165
Tần số kế, máy đo chu kỳ, khoảng thời gian Máy phát tần số chu ẩn Máy phát tần số chu ẩn tạo th ời gian chu ẩn T0 vì th ế đòi hỏi ph ải có độ chính xác cao, độ ổn đị nh cao Ngày nay, mạch phát tần số mẫu th ườ ng dùng là mạch phát xung chu ẩn bằng th ạch anh Mạch tạo xung Mạch tạo xung rất đơ n gi ản, có th ể sử dụng một trong các sơ đồ 10/18/2016 166
12.2.2 Tần số kế, máy đo chu kỳ, kho ảng th ời gian Các bộ đế m điện tử, máy phát tần số chu ẩn ta có th ể ph ối hợp để th ực hi ện vi ệc đo tần số (tần số kế), đo chu kỳ ho ặc đo và đị nh th ời gian TX: tạo xung KĐT: khoá điện tử ĐK: điều khi ển ĐĐ T: Đế m điện tử; CT: Chia tần. CTS:Ch ỉ th ị số 10/18/2016 167
Tần số kế, máy đo chu kỳ, khoảng thời gian Ho ạt độ ng của tần số kế Tín hi ệu có tần số fx đượ c đư a vào bộ tạo xung (TX) bi ến thành xung hẹp (nh ọn) thu ận lợi cho vi ệc đế m xung. Xung đi qua một khóa điện tử mở cho xung vào bộ đế m xung điện tử (ĐXĐT). Khoá điện tử làm vi ệc theo sự điều khi ển của một bộ điều khi ển theo th ời gian đế m Tđ;Tđ đượ c tạo ra chính xác do bộ phát tần số mẫu FTSM và bộ chia tần (CT), hệ số chia đượ c xác đị nh là N0 th ế nào để cho Tđ là một ướ c số của giây (10, 1, 0.1, 0.01, v.v ). Gi ả sử trong th ời gian Tđ bộ ĐXĐT đế m đượ c Nx xung thì fx= Nx/Tđ. Ví dụ trong 0.1 giây đế m đượ c Nx= 353750 xung thì fx= 353750/0.1= 3.5375 MHz. 10/18/2016 168
Tần số kế, máy đo chu kỳ, khoảng thời gian Đo chu kỳ Ph ươ ng pháp đo chu kỳ đượ c th ực hi ện trong tr ườ ng hợp tần số cần đo fx nh ỏ FXC: Phát xung chu ẩn Tín hi ệu vào có chu kỳ Tx đượ c đư a vào bộ tạo xung (TX) bi ến thành xung nh ọn vào bộ điều khi ển (ĐK) để tạo ra tín hi ệu mở và đóng khoá điện tử theo chu kỳ xung Tx f Nx → 0 T=NT=xx0 f= x f0 N x 10/18/2016 169
Tần số kế, máy đo chu kỳ, khoảng thời gian Đo góc lệch pha Góc lệch pha gi ữa hai tín hi ệu chu kỳ đượ c tính là th ời gian lệch tφ từ lúc tín hi ệu th ứ nh ất qua Zero cho đế n khi tín hi ệu th ứ 2 qua Zero = N tϕ N ϕ T 0 ϕ 2πN T ϕ = ϕ 0 T TCk 0 Tín hi ệu X1 qua điểm Zero, bộ tạo xung cho 1 xung vào điều khi ển mở khóa điện tử (K ĐT) và bộ đế m điện tử đế m số xung từ bộ phát xung chu ẩn. Khi tín hi ệu X2 qua giá tr ị Zero, xung th ứ hai khoá khoá điện tử lại 10/18/2016 170
Tần s ố k ế, máy đo chu k ỳ, khoảng thời gian Ta có một bộ đế m điện tử có số đế m tối đa là 99999, một bộ phát xung mẫu 1MHz sai số 10 -6. 1. Lập sơ đồ đo tần số. Xác đị nh th ời gian đế m khi đo tần số 10MHz,0.1MHz, và 50Hz. Điều ki ện tận dụng tối đa bộ đế m, và từ bộ đế m đư a th ẳng ra ph ần hi ện th ị 2. Đo góc pha gi ữa hai điện áp 50Hz ta đượ c con số 2000, tính góc pha ϕ bằng độ 10/18/2016 171
Tần số kế, máy đo chu kỳ, khoảng thời gian Đo bằng vi xử lý 10/18/2016 172
Chương 12: Đo tần số, chu kì và góc pha Đo tn s bng ph ng pháp bi n đ i th ng bao gm các lo i sau: Tần số kế cơ điện tươ ng tự (t ần số kế điện từ, điện độ ng, sắt điện độ ng). Lo ại tần số kế này dùng để đo tần số trong kho ảng từ 20Hz – 2,5kHz với cấp chính xác không cao (0,2; 0,5; 1,5 và 2,5) và tiêu th ụ điện năng khá lớn Tần số kế điện dung tươ ng tự để đo tần số trong dải từ 10Hz – 500kHz Tần số kế ch ỉ th ị số có th ể đo khá chính xác tần số của tín hi ệu xung và tín hi ệu đa hài trong dải tần từ 10Hz – 50GHz. Ngoài ra nó còn đượ c sử dụng để đo tỉ số gi ữa các tần số, chu kỳ, độ dài xung và kho ảng th ời gian. 10/18/2016 173
Chương 12: Đo tần số, chu kì và góc pha Đo tn s bng ph ng pháp so sánh bao gm: Tần số kế tr ộn tần dùng để đo tần số của các tín hi ệu xoay chi ều, tín hi ệu điều ch ế biên độ trong kho ảng 100kHz – 20GHz Tần số kế cộng hưở ng để đo tần số trong dải tần 50kHz – 10GHz Cầu xoay chi ều ph ụ thu ộc vào tần số để đo tần số trong kho ảng 20Hz – 20kHz Máy hi ện sóng (oscilloscope) để so sánh tần số cần đo với tần số của máy phát chu ẩn, dải tần đo có th ể từ 10Hz – 100MHz (lo ại hi ện đạ i nh ất hi ện nay có th ể lên tới 500MHz) 10/18/2016 174
Chương 13: Dao động kí điện tử Máy hi ện sóng điện tử hay còn gọi là dao độ ng ký điện tử (electronic oscilloscope) là một dụng cụ hi ển th ị dạng sóng rất thông dụng 10/18/2016 175
Chương 13: Dao động kí điện tử Bằng cách sử dụng máy hi ện sóng ta xác đị nh đượ c: Giá tr ị điện áp và th ời gian tươ ng ứng của tín hi ệu Tần số dao độ ng của tín hi ệu Góc lệch pha gi ữa hai tín hi ệu Dạng sóng tại mỗi điểm khác nhau trên mạch điện tử Thành ph ần của tín hi ệu gồm thành ph ần một chi ều và xoay chi ều nh ư th ế nào Trong tín hi ệu có bao nhiêu thành ph ần nhi ễu và nhi ễu đó có thay đổ i theo th ời gian hay không 10/18/2016 176
Chương 13: Dao động kí điện tử Màn hình của máy hi ện sóng đượ c chia ô, 10 ô theo chi ều ngang và 8 ô theo chi ều đứ ng. ở ch ế độ hi ển th ị thông th ườ ng, máy hi ện sóng hi ện dạng sóng bi ến đổ i theo th ời gian: Trục đứ ng Y là tr ục điện áp, Trục ngang X là tr ục th ời gian. Độ chói hay độ sáng của màn hình đôi khi còn gọi là tr ục Z 10/18/2016 177
Chương 13: Dao động kí điện tử Các thi ết bị điện tử th ườ ng đượ c chia thành 2 nhóm Máy hi ện sóng tươ ng tự (Analog oscilloscope) sẽ chuy ển tr ực ti ếp tín hi ệu điện cần đo thành dòng electron bắn lên màn hình. Điện áp làm lệch chùm electron một cách tỉ lệ và tạo ra tức th ời dạng sóng tươ ng ứng trên màn hình. Máy hi ện sóng số (Digital osciloscope) sẽ lấy mẫu dạng sóng, đư a qua bộ chuy ển đổ i tươ ng tự / số (ADC). Sau đó nó sử dụng các thông tin dướ i dạng số để tái tạo lại dạng sóng trên màn hình. 10/18/2016 178
Chương 13: Dao động kí điện tử Sơ đồ kh ối của một máy hi ện sóng thông dụng AC GND DC 10/18/2016 179
Chương 13: Dao động kí điện tử Thi t lp ch đ ho t đ ng Panel tr ướ c của máy hi ện sóng gồm 3 ph ần chính là VERTICAL (ph ần điều khi ển đứ ng), HORIZONTAL (ph ần điều khi ển ngang) và TRIGGER (ph ần điều khi ển đồ ng bộ). Một số ph ần còn lại (FOCUS - độ nét, INTENSITY - độ sáng ) có th ể khác nhau tu ỳ thu ộc vào hãng sản xu ất, lo ại máy, và model. Nối các đầ u đo vào đúng v ị trí (th ườ ng có ký hi ệu CH1, CH2 v ới ki ểu đấ u n ối BNC (xem hình bên). Các máy hi ện sóng thông th ườ ng s ẽ có 2 que đo ứng với 2 kênh và màn hình s ẽ hi ện d ạng sóng t ươ ng ứng v ới mỗi kênh 10/18/2016 180
Chương 13: Dao động kí điện tử Cách điều khi ển một máy hi ện sóng Điu khi n màn hình Ph ần này bao gồm: Điều ch ỉnh độ sáng- INTENSITY - của dạng sóng. Thông th ườ ng khi tăng tần số quét cần tăng thêm độ sáng để ti ện quan sát hơn. Th ực ch ất đây là điều ch ỉnh điện áp lướ i Điều ch ỉnh độ nét – FOCUS - của dạng sóng. Th ực ch ất là điều ch ỉnh điện áp các anot A1, A2 và A3 Điều ch ỉnh độ lệch của tr ục ngang – TRACE - (khi vị trí của máy ở nh ững điểm khác nhau thì tác dụng của từ tr ườ ng trái đấ t cũng khác nhau nên đôi khi ph ải điều ch ỉnh để có vị trí cân bằng) 10/18/2016 181
Chương 13: Dao động kí điện tử Điều khi ển theo tr ục đứ ng Ph ần này sẽ điều khi ển vị trí và tỉ lệ của dạng sóng theo chi ều đứ ng. Khi tín hi ệu đư a vào càng lớn thì VOLTS/DIV cũng ph ải ở vị trí lớn và ng ượ c lại Ngoài ra còn một số ph ần nh ư INVERT: đả o dạng sóng DC/AC/GD: hi ển th ị ph ần một chi ều/ xoay chi ều/ đấ t của dạng sóng CH I/II: ch ọn kênh 1 ho ặc kênh 2 DUAL: ch ọn cả hai kênh ADD: cộng tín hi ệu của cả hai kênh 10/18/2016 182
Chương 13: Dao động kí điện tử Điều khi ển theo tr ục ngang Ph ần này điều khi ển vị trí và tỉ lệ của dạng sóng theo chi ều ngang. Khi tín hi ệu đư a vào có tần số càng cao thì TIME/DIV ph ải càng nh ỏ và ng ượ c lại. Ngoài ra còn một số ph ần sau: X-Y: ở ch ế độ này kênh th ứ 2 sẽ làm tr ục X thay cho th ời gian nh ư ở ch ế độ th ườ ng. 10/18/2016 183
Chương 13: Dao động kí điện tử Ứng dụng của máy hi ện sóng trong kỹ thu ật đo lường Máy hi ện sóng hi ện nay đượ c gọi là máy hi ện sóng vạn năng vì không đơ n thu ần là hi ển th ị dạng sóng mà nó còn th ực hi ện đượ c nhi ều kỹ thu ật khác nh ư th ực hi ện hàm toán học, thu th ập và xử lý số li ệu và th ậm chí còn phân tích cả ph ổ tín hi ệu Trong ph ần này chúng ta ch ỉ nói tới nh ững ứng dụng cơ bản nh ất của một máy hi ện sóng Quan sát tín hi ệu Đo điện áp Đo tần số và kho ảng th ời gian Đo tần số và độ lệch pha 10/18/2016 184
Chương 13: Dao động kí điện tử Đo điện áp Vi ệc tính giá tr ị điện áp của tín hi ệu đượ c th ực hi ện bằng cách đế m số ô trên màn hình và nhân với giá tr ị VOLTS/DIV Ví dụ: VOLTS/DIV ch ỉ 1V thì tín hi ệu cho ở hình trên có: Vp = 2,7ô x 1V = 2,8V Vpp = 5,4ô x 1V = 5,4V Vrms = 0,707Vp = 1.98V Ngoài ra, với tín hi ệu xung ng ườ i ta còn sử dụng máy hi ện sóng để xác đị nh th ời gian tăng sườ n xung (rise time), gi ảm sườ n xung (fall time) và độ rộng xung (pulse width) với cách tính nh ư hình bên 10/18/2016 185
Chương 13: Dao động kí điện tử Đo tần số và kho ảng th ời gian Kho ảng th ời gian gi ữa hai điểm của tín hi ệu cũng đượ c tính bằng cách đế m số ô theo chi ều ngang gi ưã hai điểm và nhân với giá tr ị của TIME/DIV Ví dụ: ở hình bên s/div là 1ms. Chu kỳ của tín hi ệu dài 16ô, do vậy chu kỳ là 16ms ⇒ f = 1/16ms = 62,5Hz 10/18/2016 186
Chương 13: Dao động kí điện tử So sánh tần số của tín hi ệu cần đo fx với tần số chu ẩn fo Điều ch ỉnh tần số chu ẩn tới khi tần số cần đo là bội ho ặc ướ c nguyên của tần số chu ẩn thì trên màn hình sẽ có một đườ ng Lissajou đứ ng yên. Hình dáng của đườ ng Lissajou rất khác nhau tu ỳ thu ộc vào tỉ số tần số gi ữa hai tín hi ệu và độ lệch pha gi ữa chúng fo = m fx n n là số múi theo chi ều ngang m là số múi theo chi ều dọc 10/18/2016 187
Chương 13: Dao động kí điện tử Nếu mu ốn đo độ lệch pha ta cho 2 tần số của hai tín hi ệu bằng nhau, khi đó đườ ng Lissajou có dạng elip. Điều ch ỉnh Y-POS và X-POS sao cho tâm của elip trùng với tâm màn hình (g ốc to ạ độ ). với A, B là đườ ng kính tr ục A ϕ = arctg ( ) dài và đườ ng kính tr ục B ng ắn của elip 10/18/2016 188