›
›

Bài giảng Kỹ thuật đo lường - Nguyễn Thanh Hường

pdf 137 trang haiha333 07/01/2022 5780
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật đo lường - Nguyễn Thanh Hường", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ky_thuat_do_luong_nguyen_thanh_huong.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật đo lường - Nguyễn Thanh Hường

  1. Bộ môn Kỹ thuật đo & Tin học Công nghiệp Kỹ thuật Đo lường TS. Nguyễn Thanh Hường 2016
  2. Phần hai: Đo các đại lượng điện TS. Nguyễn Thanh Hường 2020
  3. §ÆcChươ ®iÓmng cña4: Ph phươươngng ph¸ppháp ®o và c¸c thi ®ế¹t ib l­ị îngđo các ®iÖn đại lượng điện áp, dòng điện § §¹i lư­îng ®iÖn cã thÓ trùc tiÕp ®o ngay kh«ng cÇn qua c¸c c¶m biÕn. §©y lµ ­ưu ®iÓm lín v× c¸c c¶m biÕn hiÖn nay lµ kh©u g©y ra sai sè nhiÒu nhÊt, chÞu ¶nh h­ưëng cña c¸c yÕu tè xung quanh nhiÒu nhÊt. § C¸c phương ph¸p ®o ®iÖn còng ®ư­îc dïng ®Ó ®o c¸c ®¹i l­ ưîng kh«ng ®iÖn v× ®Çu ra cña c¶m biÕn lµ ®iÖn § C¸c ®¹i lư­îng ®iÖn cã thÓ ph©n ra thµnh nh÷ng nhãm cã quan hÖ víi nhau Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  4. Ch§Æcươ ®iÓmng cña4: Ph phươ­¬ngng ph¸p pháp ®o và c¸c thi ®ế¹ti bl­ịîng đo các®iÖn đại lượng điện áp, dòng điện Nhãm thø nhÊt : nhãm c¸c ®¹i l­îng chÝnh thøc: §iÖn ¸p U, dßng ®iÖn I, ®iÖn l­îng q=It. §o ®¹i l­îng nµy cã thÓ suy ra c¸c ®¹i l­ îng kia Nhãm thø 2 : nhãm c¸c th«ng sè m¹ch ®iÖn: U/I =Z gåm cã R, L, C Nhãm thø 3: nhãm c«ng suÊt vµ n¨ng l­îng P=UIcosϕ vµ W=∫Pdt Nhãm thø 4: nhãm quan hÖ víi thêi gian. C¸c tÝn hiÖu xung, h×nh sin mµ x¸c ®Þnh nã ngoµi biªn ®é cßn cã thªm f, T vµ ϕ. Trong tr­ êng hîp tÝn hiÖu kh«ng quy luËt ta dïng biÖn ph¸p rêi r¹c ho¸ vµ ®o gi¸ trÞ ë tõng thêi ®iÓm råi dïng c¸c phÐp gia c«ng tÝn hiÖu ngÉu nhiªn Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  5. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Nội dung § Đo dòng điện và điện áp bằng phương pháp đo trực tiếp w Thiết bị đo hiển thị tương tự w Thiết bị đo hiển thị số § Thiết bị đo dòng và áp lớn và rất lớn w Phương pháp đo trực tiếp w Phương pháp đo gián tiếp § Thiết bị đo dòng và áp kiểu so sánh Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  6. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện II. Đo dòng trực tiếp và áp trực tiếp § Đo dòng và áp một chiều nhiều thang đo § Đo dòng và áp xoay chiều nhiều thang đo Multimét tương tự Multimét số Chỉ thị tương tự (cơ cấu chỉ thị cơ Chỉ thị số điện) Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  7. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Điện áp Dòng điện Điện trở Điện cảm Điện dung Kiểm tra diod Kiểm tra Transitor Multimét tương tự Multimét số Chỉ thị tương tự Chỉ thị số (cơ cấu chỉ thị cơ Kỹ điện) thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  8. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện A. Multimét tương tự, cơ cấu từ điện : §4.1. Chỉ thị tương tự (cơ điện) § TÝn hiệu vao lµ dßng ®Þªn hay ®iÖn ¸p, tÝn hiệu ra lµ gãc quay cña kim chØ kÌm víi thang chia ®é vµ c¸c chØ dÉn gióp cho ng­êi ®äc ®­îc kÕt qu¶ Hình 4-1: Các dạng thang hiển thị tương tự Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  9. dW Mq = e dα Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.2. Các dạng chỉ thị tương tự C¸c chi tiÕt c¬ khÝ chung cña § Chỉ thị từ điện phÇn ®éng: § Chỉ thị điện từ * Trôc vµ trô § Chỉ thị điện động * Lß xo cản § Chỉ thị sắt điện động * Kim chØ § Chỉ thị cảm ứng * C¬ cÊu c¶n dÞu § . Tham khảo SGK § Cơ cấu gồm 2 phần: phần tĩnh và phần động w Phần tĩnh: nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây w Phần động: lá thép hoặc cuộn dây quay trong lòng Kỹ thuật phần tĩnh Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  10. dW Mq = e dα Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § M«men quay cña c¬ cÊu chØ thÞ tương tự chñ yÕu do lùc ®iÖn tõ: dW Mq = e dα We: n¨ng l­îng ®Þªn tõ tÝch luü trong c¬ cÊu được xác định theo từng dạng cơ cấu α: gãc quay cña phÇn ®éng c¬ cÊu § Tèc ®é biÕn ®æi hay thêi gian biÕn ®æi lµ thêi gian tÝnh tõ lóc ®Æt tÝn hiÖu vµo chØ thÞ cho ®Õn khi chØ thÞ æn ®Þnh ®Ó ®äc ra kÕt qu¶. Dụng cô c¬ ®iÖn cần kho¶ng 1-3 gi©y § §é chÝnh x¸c: ®èi víi chØ thÞ c¬ ®iÖn, sai sè chñ yÕu lµ do sù biÕn ®æi cña ®é nh¹y S vµ do ng­ìng nh¹y cña chØ thÞ: Kỹ γct= dS/S + εX/Xn thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  11. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.3. Cơ cấu từ địên: Cấu tạo 5 1 N S § PhÇn tÜnh: m¹ch tõ khÐp kÝn gåm mét nam ch©m vÜnh cöu, c¸c dÇu cùc lµ mét g«ng tõ h×nh trô. Cã nhiÒu kiÓu kÕt cÊu m¹ch tõ nh­ng ®Òu cã môc ®Ých t¹o ra tõ tr­êng m¹nh vµ ®Òu ë khe hë kh«ng khÝ n»m trong m¹ch tõ. 1: nam ch©m vÜnh cöu, 2: kim chØ thÞ, 3: § Phần động: mét khung d©y m¹ch tõ vµ cùc tõ , 5: khung quay, 6: lâi Kỹ cã thÓ quay trong tõ tr­êng thuật s¾t tõ, 7: lß xo c¶n, 8: thang chia ®é cña nam ch©m vÜnh cöu. Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  12. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Nguyên lý làm việc § Khi cho dßng ®Þªn qua cuén d©y, t¸c ®éng t­¬ng hç gi÷a tõ tr­ êng cña nam ch©m vµ dßng ®iÖn lµm khung d©y quay. Mq = BSWI B- Tõ tr­êng cña nam ch©m vÜnh cöu (th­êng 0.2-0.4 Tesla) S: tiÕt diÖn khung quay W: Sè vßng d©y I: Dßng ®Þªn qua khung d©y § Khi khung d©y quay, lß xo sÏ sinh m«men cản tû lÖ víi gãc quay α: MC = Kα § Kim chØ ë vÞ trÝ c©n b»ng khi :M = M q C BSW S = BSW I K α = I = SI .I Kỹ K Đé nh¹y cña c¬ cấu thuật Đo Phương trình đặc tính thang đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  13. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Một số đặc tính kỹ thuật của cơ cấu từ điện BSW α = I = S .I K I § Góc quay α tỷ lệ bậc nhất với dòng điện -> thang đo tuyến tính § Từ trường cơ cấu khá mạnh -> có độ nhạy cao, không chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài § B cao -> dòng điện định mức nhỏ (25-200µA) § Khung quay thường bằng đồng -> điện trở thay đổi theo nhiệt độ Rcc=Rcc0(1+ αt) Kỹ đối với đồng α =0,4%/0C thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  14. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.4. Ampemet một chiều § Yêu cầu phải có điện trở nhỏ, mắc nối tiếp với tải I § Dßng qua chØ thÞ ICTmax = 100µA ÷ 20mA CC § Khi dòng điện lớn hơn dòng định mức của cơ cấu phải mở rộng thang đo I R DA s n = RCT ICC R R R Rcc 3 2 1 Rs = (n 1) − VS I3 I2 I1 Kỹ thuật J J Hãy tính giá trị Đo các điện trở sun??? lường Nguyễn Thanh HườngK - 2020
  15. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện RCT I1 RS 2 > RS3 R R R R R = R + R + R = CT 3 2 1 S1 1 2 3 I 1 −1 V I I I ICT S 3 2 1 R + R R = R + R = CT 1 S 2 2 3 I K 2 −1 (S¬ ®å a) ICT R + R + R R = R = CT 2 1 S3 3 I 3 −1 ICT Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  16. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Cho R1=4,5 (Ω), R2 = 0,45 (Ω), R3 = 0,05(Ω), RCT = 1(KΩ), ICTmax= 50(µA). TÝnh 3 khoảng ®o cña ampemet. + Khi K ë tiÕp ®iÓm I1. VS = ICTRCT = 50µA .1KΩ = 50mV. VS 50mV I S = = = 10mA R1 + R2 + R3 0,05Ω + 0,45Ω + 4,5Ω I = I CT + I S = 50µA +10mA = 10,05mA Khoảng ®o cña ampemet ≈ 10mA. + Khi K ë tiÕp ®iÓm I2. VS = ICT(RCT + R1) = 50µA .(1KΩ + 4,5Ω) ≈ 50mV. VS 50mV I S = = = 100mA R2 + R3 0,05Ω + 0,45Ω I I I 50 A 100mA 100,05mA Kỹ = CT + S = µ + = thuật Khoảng ®o cña ampemet ≈ 100mA. Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  17. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện + Khi K ë tiÕp ®iÓm I3. VS = ICT(RCT + R1 + R2) = 50µA .(1KΩ + 4,5Ω + 0,45Ω) ≈ 50mV. VS 50mV I S = = = 1A R3 0,05Ω I = I CT + I S = 50µA +1A ≈ 1A Khoảng ®o cña ampemet ≈ 1A. Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  18. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện R CT RCT R 3 R2 R1 R K 1 I1 A B I R2 I2 VS I3 I2 I1 R3 I3 K (S¬ ®å a) (S¬ ®å b) J J So sánh ưu nhược điểm của hai sơ đồ (a) và (b) Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  19. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § S¬ ®å (b) tÝnh to¸n dÔ dµng, c¸c thang RCT RCT Nhược RS1 = R1 = = ®o ®éc lËp ®èi víi I1 n −1 điểm ??? −1 1 nhau. ICT § Nh­ưîc ®iÓm : NÕu R R kho¸ K háng th× dßng qua R = R = CT = CT S2 2 I n 1 c¬ cÊu lín sÏ ph¸ huû c¬ 2 −1 2 − cÊu. ICT § Nh­îc ®iÓm nµy ®­îc R R kh¾c phôc ë s¬ ®å (a) - nÕu R = R = CT = CT S3 3 I n 1 kho¸ K háng th× kh«ng cã 3 −1 3 − dßng ®iÖn qua c¬ cÊu - nh­ ICT ng s¬ ®å nµy cã nh­îc ®iÓm lµ tÝnh to¸n phøc t¹p h¬n. Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  20. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 2 ®Çu ¸p Cấu tạo của sun § Sun cã cÊu t¹o nh­ ®iÖn trë 4 ®Çu : 2 ®Çu dßng vµ 2 ®Çu ¸p. § Hai ®Çu dßng ®Ó ®­a dßng IS vµo, hai 2 ®Çu dßng ®Çu ¸p m¾c vµo c¬ cÊu chØ thÞ. § §iÖn trë ®o ®­îc trªn hai ®Çu ¸p. §iÒu nµy ®¶m b¶o cho ®iÖn trë m¾c song song víi cuén d©y RS ®­îc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c vµ ®iÖn trë tiÕp xóc cña c¸c ®Çu ra dßng ®­îc t¸ch khái RS. § Th­êng trªn Sun cã ghi gi¸ trÞ dßng IS cã thÓ ®i qua nã, ghi ®iÖn ¸p ®Çu ra US = ISRS = ( I - ICT)RS vµ ghi cÊp Kỹ chÝnh x¸c. thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  21. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § Sun th­êng ®­îc lµm b»ng ®iÖn trë kh«ng phô thuéc vµo nhiÖt ®é nh­ maganin. § CÊp chÝnh x¸c cña sun ph¶i lín h¬n cÊp chÝnh x¸c cña c¬ cÊu chØ thÞ Ýt nhÊt mét cÊp. § CÊp chÝnh x¸c cña sun : 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Kỹ thuật § CÊp chÝnh x¸c cña ampemet tõ 0,2÷2,5. Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  22. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Sai số của Ampemet γs= γRs + γRcc+ γcc γRs= Sai số biến động của giá trị sun -> nhỏ γRcc= Sai số của cơ cấu γcc = Sai số hay biến động về giá trị của điện trở cơ cấu I Sai số chủ yếu do nhiệt độ RS ICC t0 R J J Làm thế nào để giảm sai số C nhiệt độ ??? Rt Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  23. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện R JJ Làm thế nào I b Rcd để giảm sai số CT nhiệt độ ??? RchØ thÞ § M¾c nèi tiÕp víi cuén d©y mét ®iÖn trë bï lµm b»ng maganin hoÆc constantan cã hÖ sè ®iÖn trë phô thuéc nhiÖt ®é b»ng 0. J J Giải thÝch vµ chän ®é lín cña Rb so Kỹ thuật víi Rcd??? Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  24. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § NÕu ®iÖn trë bï gÊp 9 lÇn ®iÖn trë cuén d©y th× khi ®iÖn trë cuén d©y thay ®æi 1%, ®iÖn trë toµn phÇn (Rbï + Rcuén d©y) chØ thay ®æi 0,1% Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  25. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.5. Volmét một chiều § Yêu cầu điện trở lớn và mắc song song với tải § Điện áp định mức của cơ cấu từ điện ICC RP Ucc = Icc.RCC R Icc: dòng điện định mức của cơ cấu CC Rcc : điện trở của cơ cấu U U * CC X Vấn đề mở rộng thang đo n Khi điện áp lớn hơn điện áp định mức -> mở rộng thang đo n Hệ số mở rộng thang đo m= UX/Ucc Kỹ thuật Rp = Rcc(m-1) Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  26. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện R1 R2 R3 UCC U * U1 U2 3 a) ⎛ U1 ⎞ RP1 = R1 = RCC ⎜ −1⎟ = RCC (m1 −1) ⎝UCC ⎠ ⎛ U2 ⎞ RP2 = R2 + R1 = RCT ⎜ −1⎟ = RCC (m2 −1) ⎝UCC ⎠ ⎛ U3 ⎞ RP3 = R1 + R2 + R3 = RCC ⎜ −1⎟ = RCC (m3 −1) Kỹ ⎜U ⎟ thuật ⎝ CC ⎠ Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  27. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện R1 Cã thÓ dïng c¸c ®iÖn trë R K chuyÓn m¹ch để mở 2 R rộng thang đo 3 * b) U S¬ ®å a chÕ t¹o rÎ h¬n v× chØ yªu cÇu R1 cã ®é chÝnh x¸c ®Æc biÖt, R2 vµ R3 lµ c¸c ®iÖn trë chÝnh x¸c. Cßn s¬ ®å b) yªu cÇu c¶ 3 ®iÖn trë ®Òu cã ®é chÝnh x¸c ®Æc biÖt. Sai sè cña volmet chñ yÕu lµ sai sè do nhiÖt ®é. Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  28. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.6. Kết hợp sơ đồ dòng-áp Rcc ICC R R S1 RS2 RS3 RP1 RP2 P3 I I I I I U U * 1 2 3 U1 2 3 Tính toán điện trở Sun như phần đo dòng điện Tính toán điện trở phụ phải tính điện trở sun song song với cơ cấu ⎡ R ∑ R ⎤ U = I R + cc s = IR Kỹ TÝnh U1? 1 ⎢ p1 ⎥ 1 thuật ⎣ Rcc + ∑ Rs ⎦ Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  29. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.7. Ampemét xoay chiều a) Ampemét xoay chiều sử dụng cơ cấu từ điện: RS Đ o gi¸ trÞ hiÖu dông cña + + dßng xoay chiÒu dùng chỉnh a) lưu: w Một nửa chu kỳ w Hai nửa chu kỳ w b) R c) Iđ Iđ I Irms Itb rms Itb Kỹ thuật LL Dßng ®iÖn trung b×nh trong m¹ch chØnh Đo l­u hai 1/2 chu kú??? lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  30. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § Dßng ®iÖn trung b×nh trong m¹ch chØnh l­u hai 1/2 chu kú: 2 T / 2 Itb = ∫ Im sinωt.dt T 0 2Im 2 2Ihd Itb = = π π HÖ sè h×nh d¸ng: 2√2/π §èi víi dòng h×nh sin Ihd=1.11Itb Nếu dòng điện khác sin: sai số hình dáng 1 T / 2 Itb = ∫ Im sinωt.dt Dßng ®iÖn trung b×nh trong T 0 Kỹ m¹ch chØnh l­u 1/2 chu kú??? thuật Im 2Ihd Itb = = Đo π π lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  31. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện ¦u nh­îc ®iÓm cña Ampemét xoay chiều sử dụng cơ cấu từ điện: § DÔ dµng t¹o nhiÒu kho¶ng ®o § Cã nhiÒu sai sè phô: w Sai sè nhiÖt ®é do hÖ sè chØnh l­u w Sai sè vÒ tÇn sè v× ¶nh h­ëng c¸c tô ký sinh w Sai sè phi tuyÕn do ®Æc tÝnh Volt-ampe cña c¸c diode § Khi ®o ë tÇn sè cao ng­êi ta còng cã 2 I thÓ dïng bé biÕn ®æi nhiÖt ngÉu: ET=KI § §o ET ta suy ra ®­îc dßng hiÖu dông ch¹y qua c¸c d©y ®èt. TÇn sè cã thÓ lªn tíi MHz Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  32. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện NhËn xÐt: § A chØnh l­u ph¶i cã ®iÖn trë rÊt nhá v× nã ®­îc m¾c trùc tiÕp víi m¹ch cÇn ®o dßng ®iÖn à sôt ¸p trªn A chØnh l­u ph¶i nhá (th«ng th­êng < 100mA). § §é sôt ¸p trªn ®iot tõ 0,3V-0,7V (tuú thuéc ®iot silic hay gecmani) § Sö dông m¹ch cÇu chØnh l­u: ®é sôt ¸p tæng trªn ®iot tõ 0,6V-1,4V à Dông cô ®o chØnh l­u kh«ng thÝch hîp ®Ó dïng trùc tiÕp nh­ mét A xoay chiÒu C¸ch kh¾c phôc: dïng biÕn ¸p dßng Kỹ LLT¹i sao??? thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  33. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện BiÕn ¸p dßng - T¨ng ®iÖn ¸p ®Çu vµo (sè vßng thø cÊp nhiÒu h¬n sè vßng s¬ cÊp) ®ñ cung cÊp cho c¸c bé chØnh l­u ho¹t ®éng Ip Np - Gi¶m dßng s¬ cÊp tíi møc thÝch hîp ®Ó cã = thÓ ®o b»ng c¬ cÊu tõ ®iÖn (th­êng dßng qua c¬ I N cÊu kho¶ng 100 µA) s s - V× biÕn ¸p ®­îc dïng trong m¹ch Amet nªn LL T¹i sao l¹i Kỹ tû sè biÕn ®æi dßng rÊt quan träng. m¾c t¶I // víi thuật cuén thø cÊp ? Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  34. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện - RL lÊy ®i mét phÇn dßng thø cÊp kh«ng cÇn cho chØ thÞ ®o. - VÝ dô: Dßng cùc ®¹i (trung b×nh) qua chØ thÞ ®Ó chØ thÞ lÖch hÕt thang ®o lµ Ip Np LL T¹i sao l¹i 100 A. Ns=2000; = m¾c t¶I // víi µ Is Ns Np=5. cuén thø cÊp ? Gi¶ sö dßng hiÖu dông s¬ cÊp Ihdp=100mA. Dßng hiÖu dông thø cÊp sÏ lµ: Ihds=250µA àItbs=0,637x 250µA =159,25 µA Kỹ thuật àGi¸ trÞ RL sÏ ®­îc tÝnh ®Ó lo¹i trõ 59,25 µA dßng thõa. Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  35. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Bµi tËp vÝ dô: Amet chØnh l­u dïng chØ thÞ tõ ®iÖn. C¬ cÊu CT cã ®é lÖch cùc ®¹i (toµn thang)=1mA khi dßng qua cuén s¬ cÊp lµ 250mA. Rm=1700Ω; Ns=500;Np=4. Sôt ¸p trªn mçi ®iot = 0,7V; Rs=20kΩ ; RL=? Chó ý c¸c quan hÖ gi÷a dßng/¸p trung b×nh víi dßng/¸p hiÖu dông vµ dßng/¸p ®Ønh. ¸p/dßng vµo m¹ch:dßng /¸p hiÖu dông C¬ cÊu CT cã ®é lÖch cùc ®¹i (toµn thang)=1mAà ë ®é lÖch toµn thang, dßng trung b×nh qua c¬ cÊu CT=1mA; Kỹ Sôt ¸p trªn ®iot: tÝnh theo ¸p ®Ønh thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  36. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Dßng ®Ønh m¸y ®o: Imm=Imtb/0,637= 1,57 mAà Imhd=1,11.Imtb=1,11mA §iÖn ¸p ®Ønh ë cuén d©y thø cÊp cña biÕn ¸p: Esm=Im(Rs+Rm)+2VF=35,5V àEshd=25,1V Ishd=Iphd.(Np/Ns)=2mA = Imhd + IL IL= 0,89 mA Kỹ RL=Eshd/IL=28,2 k Ω thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  37. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện b) Ampemét xoay chiều sử dụng cơ cấu điện từ Sử dụng chñ yÕu ®Ó ®o gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng xoay chiÒu b1. Cấu tạo § PhÇn tÜnh: cuén d©y ph¼ng § PhÇn ®éng: lâi thÐp 2 ®­îc g¾n lªn trôc quay 5. § Lâi thÐp cã thÓ quay tù do trong khe lµm viÖc cña cuén d©y. § Bé phËn c¶n dÞu kh«ng khÝ 4, kim 6 vµ ®èi träng 7 ®­îc g¾n vµo trôc quay. § Kim quay trªn b¶ng kh¾c ®é 8. §Ó quay hÕt thang ®o, søc Kỹ § M«men c¶n ®­îc t¹o bëi hai lß tõ ®éng IW ®­îc chÕ t¹o thuật xo 3 ng­îc chiÒu nhau. Đo kho¶ng 100-150 Avßng lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  38. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Một số lo¹i c¬ cÊu ®iÖn tõ khác: phần tĩnh là cuén d©y trßn vµ lo¹i m¹ch tõ kÝn §Ó quay hÕt thang ®o, søc tõ §Ó quay hÕt thang ®o, søc tõ ®éng IW ®­îc chÕ t¹o kho¶ng ®éng IW ®­îc chÕ t¹o kho¶ng 200Avßng 50-100Avßng Kỹ thuật §Ó thay ®æi kho¶ng ®o, chØ cÇn thay ®æi sè vßng cña cuén Đo d©y phÇn tÜnh. lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  39. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện b2.Nguyên lý làm việc § Khi dßng ®Þªn ch¹y qua cuén d©y xuÊt hiÖn m«men quay: dW M = c q dα § N¨ng l­îng ®iÖn We ®­îc x¸c ®Þnh : LI 2 W = e 2 L: ®iÖn c¶m cña cuén d©y 1 dL 2 § Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng m«men ta cã α = I 2D dα Kỹ phương trình đặc tính thang đo của cơ cấu thuật điện từ: Đo LL Nhận xét tính chất của p/t lường đặc tính thang đo??? Nguyễn Thanh Hường - 2020
  40. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § Gãc α tû lÖ víi b×nh ph­¬ng cña dßng ®iÖn, kh«ng phô thuéc vµo chiÒu cña dßng ®iÖn àc¬ cÊu chØ thÞ ®Þªn tõ cã thÓ sö dông ®Ó ®o trong m¹ch mét chiÒu vµ trong m¹ch xoay chiÒu § Thang ®o kh«ng ®Òu X S I2 tt S LL Phương pháp tuyến tính hoá b đặc tính thang đo??? Kỹ Y thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  41. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện b3. Sử dụng cơ cấu địên từ § §Ó cã dông cô nhiÒu kho¶ng ®o, chia cuén d©y phÇn tÜnh thµnh nhiÒu ph©n ®o¹n b»ng nhau § ĐÓ thay ®æi kho¶ng ®o, bè trÝ ghÐp nèi tiÕp hoÆc song song các phân đoạn theo s¬ ®å: I Muèn cã dông cô W/4 I nhiÒu kho¶ng ®o h¬n, I I hoÆc ®o dßng lớn h¬n 2I 5I 200A, dïng biÕn dßng ®iÖn I Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  42. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện b4. ưu nhược điểm của cơ cấu địên từ § CÊu t¹o ®¬n gi¶n, chÞu ®­îc qu¸ t¶i lín § C«ng suÊt tiªu thô t­¬ng ®èi cao, ®é chÝnh x¸c kh«ng cao nhÊt lµ khi ®o ë m¹ch mét chiÒu sÏ bÞ sai sè do hiÖn t­îng tõ trÔ vµ tõ d­, ®é nh¹y thÊp, bÞ ¶nh h­ ëng bëi tõ tr­êng ngoµi . Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  43. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.8. Volmét xoay chiều a) Volmét xoay chiều sử dụng cơ cấu điện từ b) Volmét xoay chiều chỉnh l­u Nguyªn lý gièng Ampemet Nãi chung c¸c Voltmet xoay chiÒu tiªu thô c«ng suÊt rÊt lín. Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  44. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Bµi tËp vÝ dô: Tính số vòng dây trong cơ cấu c¬ cÊu ®iÖn tõ cuén d©y trßn, ®Ó dßng ®iÖn ch¹y trong Voltmet lµ 5mA ? Sè vßng sÏ lµ : W=200/5.10-3 = 40.000 vßng. §iÖn trë phô cña Voltmet ®­îc tÝnh U R = dm − R P CC Idm Trong ®ã: U®m- §iÖn ¸p ®Þnh møc cña Voltmet cÇn t¹o ra. I®m - Dßng ®Þnh møc mµ ta muèn ch¹y trong c¬ cÊu Rcc - §iÖn trë cña c¬ cÊu Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  45. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện c) Volmet ®iÖn tö § C¸c volmet chÕ t¹o b»ng dông cô ®o chØ thÞ c¬ ®iÖn cã mét sè h¹n chÕ quan träng : ®iÖn trë cña c¸c dông cô ®o qu¸ nhá → kh«ng thÓ ®o ®­îc ë c¸c m¹ch cã trë kh¸ng cao vµ do ®ã còng kh«ng ®o ®­îc ë ®iÖn ¸p qu¸ thÊp § Nh­îc ®iÓm nµy cã thÓ ®­îc kh¾c phôc b»ng c¸ch sö dông c¸c dông cô ®o ®iÖn tö cã ®iÖn trë ®Çu vµo cao vµ cã thÓ khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p thÊp tíi møc cã thÓ ®o ®­îc. § PhÇn lín c¸c dông cô ®o ®iÖn tö ®­îc chÕ t¹o cã phÇn chØ thÞ ®Ó ®äc th¼ng, cã thÓ lµ dông cô tù ghi hoÆc m¸y hiÖn sãng. Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  46. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § ­u ®iÓm c¬ b¶n cña dông cô ®o ®iÖn tö lµ cã ®é nh¹y cao, gi¶i th«ng tÇn sè réng, ph¹m vi ®o ®éng réng, c«ng suÊt tæn hao nhá. § Nh­îc ®iÓm cña dông cô ®o ®iÖn tö lµ cã sai sè lín (sai sè b»ng tæng sai sè cña chØ thÞ c¬ ®iÖn vµ sai sè cña biÕn ®æi ®iÖn tö), cÊp chÝnh x¸c tõ 1 ÷ 5, kÝch th­íc t­¬ng ®èi lín, cÇn cã thªm nguån cung cÊp phô. Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  47. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện S¬ ®å khèi c¬ b¶n cña V mÐt ®iÖn tö D¹ng chØ thÞ ??? = Ux Ux >= C¬ cÊu tõ KhuÕch ®¹i 1 chiÒu ®iÖn > Ux Kỹ thuật KhuÕch ®¹i xoay chiÒu Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  48. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § VÝ dô Volmet ®iÖn tö m¹ch g¸nh Emitor (a) NhËn xÐt ­u ®iÓm cña s¬ ®å (a) (a) so víi (b) ? (b) So s¸nh ®iÖn trë vµo cña hai c¬ cÊu E=10V ; T silic Vcc= 20V Rs+Rm=9,3 k Ω Im=1mA toµn Kỹ thuật thang, k=100 Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  49. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện VE= E - VBE =9,3V IE= VE/(RS+Rm)=1mA IB=IE/k=10µA §iÖn trë vµo cña Vmet (a): Ra=E/IB= 1MΩ §iÖn trë vµo cña Vmet (b) : Rb=E/IB= 10V/1mA= 10kΩ §iÖn trë vµo t¨ng à HiÖu øng t¶I gi¶m ®i ®¸ng kÓ. LLNh­îc ®iÓm cña Vmet ®iÖn JJSai sè g©y ra do ®é sôt tö thÓ hiÖn trªn h×nh (a)??? ¸p B-E Kỹ VD: E=5V à IE=0,46mA thay thuật Đo v× IE=0,5mA lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  50. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Cã thÓ kh¾c phôc b»ng c¸ch sö dông c¸c m¹ch chia ¸p vµ m¹ch g¸nh emitor VCC=+10V V =-10V §iÒu chØnh R5 ®Ó khi EB=0àVp=VE=-0,7V à V=0 EE Kỹ E=5Và V=5V thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  51. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện VÝ dô m¹ch Vmet ®iÖn tö khuyÕch ®¹i mét chiÒu dïng IC +V U = I (R + R ). CC ra m S m IB HÖ sè khuÕch ®¹i : ≈0 -V R4 R + R CC 4 3 RS + Rm K = I4 Ura R3 E IB {Ura = I4 (R4 + R3) CT R U = E = I R } 3 Im vµo 4 3 KhuÕch ®¹i kh«ng ®¶o §iÖn trë toµn phÇn = (R3 + R4) = Vra/I4. M¹ch c¬ cÊu chØ thÞ I4 >> IB → IB kh«ng ¶nh h­ëng tíi ®iÖn ¸p håi tiÕp. Kỹ thuật LLøng dông thiÕt kÕ m¹ch Amet ??? Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  52. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện + V - §é sôt ¸p nhá trªn ®iÖn trë RS ®­îc khuÕch ®¹i tr­íc khi ®­a vµo dông cô ®o. Cã thÓ ¸p dông - V Rm ®Ó ®o dßng mét chiÒu còng nh­ dßng xoay chiÒu. - §èi víi dßng trung b×nh hoÆc lín th× kh«ng cÇn sö dông c¸c bé khuÕch ®¹i ®iÖn tö. R 3 - Kho¶ng ®o dßng cña ampe kÕ R S ®iÖn tö nãi chung nhá, mét dông cô ®o dßng ®iÓn h×nh cã kho¶ng I ®o dßng mét chiÒu tõ 1,5µA ®Õn §Çu ra ampe 150mA. kÕ Kỹ thuật Ampe kÕ ®iÖn tö ®o dßng rÊt nhá Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  53. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện B. Multimét số § Bộ biến đổi tương tự /sè § Các loại hiện thị số § Tổ chức Volmét số Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  54. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.9. Bộ biến đổi tương tự số - số tương tự Môc ®Ých cña chuyÓn ®æi t­¬ng tù /sè vµ sè/t­¬ng tù lµ lµm t­¬ng øng mét sè nhÞ ph©n N víi mét ®iÖn ¸p t­¬ng tù V Sè nhÞ ph©n N sÏ ®­îc m« t¶ b»ng sè bit (hoÆc sè) a0 ®Õn an-1 (ai=1 hoÆc 0) N= an-1 an-2 a1 a0 a0 bit cã träng sè nhá nhÊt LSB (least significant bit) an-1 bit cã träng sè lín nhÊt MSB (most significant bit) Sè thËp ph©n t­¬ng øng: n-1 n-2 1 0 NthËp ph©n= an-12 + an-2 2 + +a12 + a02 VD: số nhị ph©n 8 bit: 00110101 t­¬ng øng víi gi¸ trÞ thËp ph©n: Kỹ 7 0 5 4 3 2 1 0 thuật NthËp ph©n= 0.2 + 0 2 + 1.2 1.2 +0.2 +1.2 +0.2 + 1.2 = 53 Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  55. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p biÕn ®æi V lµ rêi r¹c vµ ®­îc nh©n víi mét gi¸ trÞ c¬ b¶n gäi lµ b­íc l­îng tö ho¸ q (thùc chÊt lµ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p t­ ¬ng tù c¬ b¶n) Gt: q=2 mV V = q NthËp ph©n V= ??? mV volt volt sè thËp ph©n n-1 n-2 1 0 V= q [an-12 + an-2 2 + +a12 + a02 ] V= 106 mV §Æc tÝnh c¬ b¶n cña c¸c bé biÕn ®æi t­¬ng tù/sè vµ sè/t­¬ng tù § Sè bits: n Kỹ thuật § Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p t­¬ng tù c¬ b¶n: q Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  56. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 1. C¸c bé chuyÓn ®æi sè - t­¬ng tù D/A ü C¸c bé biÕn ®æi D/A lµm nhiÖm vô biÕn ®æi mét tÝn hiÖu sè biÓu diÔn theo mét m· x¸c ®Þnh thµnh mét tÝn hiÖu t­¬ng tù. VÝ dô chuyÓn ®æi tõ m· nhÞ ph©n sang mét ®iÖn ¸p t­¬ng tù theo quan hÖ: n−1 1 0 Vs = q(an−12 + + a12 + a02 ) N Vsmax = (2 −1)q ü TÝn hiÖu ra t­¬ng tù cã thÓ nhËn 2N gi¸ trÞ kh¸c nhau N Vs = i.q víi 0 ≤ i ≤ 2 -1 , i nguyªn Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  57. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Thùc tÕ th­êng sö dông c¸c bé D/A cã cÊu tróc song song : - D/A ®iÖn trë träng l­îng Kỹ - D/A l­íi ®iÖn trë R-2R thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  58. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện D/A ®iÖn trë träng l­îng Vs Vref Vref Vref = −[ an−1 + + a1 + a0 R R 2n−2R 2n−1R a1 a0 Vs = −Vref [an−1 + + + ] 2n−2 2n−1 Vref n−1 1 0 Vs = − [an−12 + + a12 + a02 ] 2n−1 Vref D/A 4 bits q = − 2n−1 a a a V = −V [a + 2 + 1 + 0 ] Kỹ s ref 3 thuật 2 4 8 Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  59. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 2. §Æc tÝnh c¬ b¶n cña c¸c bé chuyÓn ®æi D/A ü Sè bÝt n ü B­íc l­îng tö q ü Gi¸ trÞ cùc ®¹i cña tÝn hiÖu ra Vsmax 1 ü §é ph©n gi¶i r = 2N −1 ü Thêi gian biÕn ®æi: lµ thêi gian ®iÖn ¸p ra t¨ng tõ 0 tíi gi¸ trÞ ®Çy thang ü Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ra [0- Vsmax] hoÆc [- Vsmax-Vsmax] ü Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p vµo theo chuÈn TTL hoÆc CMOS Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  60. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 3. Một sè sai số của bé chuyÓn ®æi D/A Sai sè offset: Vra ≠0 khi Vvµo=0 Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  61. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Sai sè khuÕch ®¹i (sai sè hÖ sè thang ®o) Sai sè K§ th­êng g©y ra do ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é. Sai sè khuÕch ®¹i th­êng tû lÖ thuËn víi ®iÖn ¸p ra so víi ®iÖn ¸p lý thuyÕt Ph¶i th­êng xuyªn kiÓm tra ®Æc tÝnh cña D/A Sù thay ®æi t­¬ng ®èi cña gãc cña ®­êng chuyÓn ®æi theo hµm cña nhiÖt ®é Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  62. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Sai sè phi tuyÕn Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  63. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 4. C¸c bé chuyÓn ®æi t­¬ng tù - sè A/D ü C¸c bé biÕn ®æi ADC lµm nhiÖm vô biÕn ®æi mét tÝn hiÖu t­¬ng tù thµnh mét tÝn hiÖu sè biÓu diÔn theo mét m· x¸c ®Þnh. VÝ dô chuyÓn ®æi tõ mét ®iÖn ¸p t­¬ng tù sang m· nhÞ ph©n theo quan hÖ: n−1 1 0 Ve = q(an−12 + + a12 + a02 ) ü NÕu gi÷ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p vµo cùc ®¹i vµ sè bÝt N cña bé chuyÓn ®æi kh«ng thay ®æi, cã thÓ tÝnh ®­îc b­íc l­îng tö q: N−1 q = Vemax /(2 ) ü VÒ mÆt lý thuyÕt, hµm truyÒn ®¹t cña bé chuyÓn ®æi sÏ biÓu diÔn quan hÖ gi÷a gi¸ trÞ ra b»ng sè N vµ tÝn hiÖu vµo t­¬ng tù Ve Kỹ d¹ng quan hÖ bËc thang thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  64. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Nq-1/2q≤Ve≤Nq+1/2q Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  65. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện NhiÒu kü thuËt thùc hiÖn kÕ c¸c bé chuyÓn ®æi A/D phô thuéc vµ ®Æc tÝnh kü thuËt ­u tiªn: - ChÝnh x¸c: A/D tÝch hîp 1 s­ên xung, 2 s­ên xung - Kinh tÕ vµ nhanh: A/D sö dông D/A - RÊt nhanh (flash): A/D song song Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  66. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện A/D tÝch hîp 1 s­ên xung theo nguyªn lý biÕn ®æi ®iÖn ¸p à thêi gian RC t1 − t0 = Ve ( ) = Nδ Vref Víi bé A/D 8 bÝt, ®ång hå nhÞp RC 1Mhz, thêi gian biÕn ®æi lµ bao Kỹ N V ( ) thuật = e nhiªu ???JJ Đo Vrefδ lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  67. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện A/D 8 bits à 255 xung §ång hå 1 Mhz à thêi gian chuyÓn ®æi 255 µs Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  68. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện A/D sö dông D/A ThuËt to¸n ra mÉu/so s¸nh Ve>VDA Vcomp=1 Ve<VDA Vcomp=0 Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  69. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 22 20 18 16 14 12 10 8 6 ng phân ly (bits) kh ản ă ngphân ly(bits) 10-4 10-3 10-2 10-1 1 101 102 103 Tốc độ lấy mẫu (Triệu mẫu trên một giây) Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  70. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 5. Một số ví dụ về các loại ADC Loại kiểu mã hoá song song: n AD 7821: « 8 bit « thời gian chuyển đổi: 660ns Xem thêm tài liệu « Tốc độ lấy mẫu: 1MHz tham khảo « Có dấu Loại xấp xỉ liên tiếp n AD571 « 12 bit « thời gian chuyển đổi: 10µs « Điện áp định mức: 5V n Họ ADC: 0800; 0804; 0808; 0816, Loại đếm xung n Họ chuyển đổi mã BCD: ICL 7106; 7106; MC 14 433 (motorola) n Họ chuyển đổi mã nhị phân: ICL 7109 Kỹ Loại Delta-Sigma thuật n AD 7721; 7726 Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  71. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.10. Các loại hiện thị số Đèn LED ( Litgh Emiter Diod) Đèn LCD Đèn phóng điện và Plasma Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  72. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 1. Đèn LED (Light- emitting Diod) ü Nguyên lý dựa trên hiện tượng phát quang của lớp chuyển tiếp pn n Khi dòng điện chạy qua, điện tử tự do chuyển từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác. Khi chuyển về từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp, phát ra ánh sáng phụ thuộc vào hiệu năng giữa các mức năng lượng n Ánh sáng nhìn thấy được hay ở vùng hồng ngoại, có các màu sắc khác nhau tuỳ thuộc vào vật liệu bán dẫn sử dụng n Ví dụ u GaAS ( Galium ArSenide) mức năng lượng 1.37eV ánh sáng đỏ u GaP( galium Phosphoride) mức năng lượng 2.25eV Kỹ xanh lá cây thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  73. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Nếu ánh sáng ở vùng hồng ngoại, trên bề mặt LED sẽ được phủ một lớp phốt pho à phốt pho bị kích ứng sẽ tạo ra ánh sáng nhìn thấy được. üDòng cung cấp cho đèn thường 20mA Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  74. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Ưu điểm của đèn LED - Nhỏ, gọn, có thể được coi như một nguồn điểm sáng à có thể được đặt trong một ma trận mật độ cao để coi như là một điểm hiển thị số - Hàm ánh sáng phát ra phụ thuộc vào dòng điện được cung cấp à có thể điều khiển được độ sáng /tối của một đèn LED - Có nhiều màu sắc khác nhau - Đáp ứng của LED rất nhanh à thời gian bật/tắt trong vòng 1ns - Đòi hỏi nguồn cung cấp thấp Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  75. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 2. Đèn LED 7 thanh Kỹ thuật üLoại đèn tổ chức 7 thanh: Loại cathod chung và Anod chung Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  76. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Đèn LED 7 thanh Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  77. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 3. Đèn LCD ( Liquid Crystal Dipslay) Nguyên lý: § Dựa vào hiện tượng ánh sáng truyền trong môi trường (vật liệu hữu cơ - dạng tinh thể lỏng). Các phần tử của tinh thể lỏng có dạng hình trụ cho phép ánh sáng truyền qua dọc theo phần tử (theo một hướng xác định) § LCD bao gồm một lớp mỏng tinh thể lỏng khoảng 10 µm, được đặt giữa hai tấm thuỷ tinh mỏng có các điện cực, ít nhất một trong hai tấm trong suốt Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  78. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Đèn LCD 7 thanh Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  79. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  80. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện M¸y §4.11. Volmét số t¹o nhÞp 200KHz ÷10 ÷16 §Õm vµ hiÖn sè ÷16 Trigger NAND M¸y tÝch ph©n Kho¸ vµ ®Æt l¹i Kỹ §iÖn Chän V thuật ¸p vµo 1 kho¶ng Đo Bé chän dÊu chÊm thËp ph©n lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  81. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § M¸y t¹o nhÞp cã tÇn sè 200KHz ®­îc chia bëi mét m¸y ®Õm thËp ph©n vµ hai m¸y ®Õm chia 16, cho mçi tÇn sè xÊp xØ 78Hz ®Ó lµm xung ®iÒu khiÓn m¹ch tÝch ph©n. § TÝn hiÖu vµo m¹ch NAND gåm xung nhÞp, xung ®iÒu khiÓn vµ ®Çu ra cña m¹ch tÝch ph©n. § Xung nhÞp 200KHz t¸c ®éng nh­ tÝn hiÖu khëi ®éng m¹ch ®Õm khi 2 ®Çu vµo tíi cöa NAND lµ cao. §iÒu nµy x¶y ra trong thêi gian t2. § §Çu ra cña bé dß qua kh«ng ®­îc sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn m¹ch ®Õm vµ m¹ch kho¸. C¸c m¹ch ®Õm ®­îc ®iÒu chØnh l¹i lóc b¾t ®Çu kho¶ng thêi gian t1. ViÖc ®Õm b¾t ®Çu l¹i ë kho¶ng thêi gian t2. M¹ch kho¸ ®­îc chuyÓn sang ®ãng ë cuèi t2 ®Ó ®iÒu chØnh c¸c bé hiÖn sè theo c¸c m¹ch ®Õm. § Bé chän kho¶ng ®o ®­îc ®iÒu chØnh ®Ó thÝch hîp víi ®iÖn ¸p Kỹ thuật vµo. Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  82. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  83. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện u §iÖn ¸p cÇn ®o (Vi) ®­îc ®­a vµo m¹ch lÆp ®iÖn ¸p t¹o ra trë kh¸ng vµo cao. u Nguån dßng chÝnh x¸c ®­îc m¾c vµo ®Çu vµo cña m¹ch tÝch ph©n Miller u Møc ra cña m¹ch tÝch ph©n ®­îc gi¸m s¸t bëi bé dß qua kh«ng (zero crossing detector) cã ®é khuÕch ®¹i cao, ®iÒu khiÓn FET Q2. u Bé dß qua kh«ng cã ®Çu ra d­¬ng lín ®­îc t¹o ra khi tÝn hiÖu vµo chØ h¬i v­ît møc ®Êt vµ cã ®Çu ra ©m lín xuÊt hiÖn khi ®Çu vµo ë d­íi møc ®Êt. u Khi ®Çu ra cña bé dß qua kh«ng lµ cao, Q2 th«ng → C1 ng¾n Kỹ m¹ch. Khi bé dß qua kh«ng cã ®Çu ra thÊp, Q ng¾t C1 ®­îc n¹p. thuật 2 → Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  84. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện u Lèi vµo ®iÒu khiÓn lµ c¸c xung vu«ng tíi Q1 ®iÒu khiÓn kho¶ng thêi gian Ii tíi R5 vµ IR ra khái R5 (Ii lµ dßng n¹p, IR lµ dßng phãng C1). u NÕu xung ®iÒu khiÓn vµo ©m, Q1 ng¾t vµ Vi bÞ c¸ch ly. Do cã nguån dßng, trong thêi gian Q1 ng¾t dßng chuÈn IR qua R5 sÏ lµ: VZ IR = − R3 + R4 + R5 u IR cã xu h­íng n¹p ®iÖn d­¬ng ë b¶n bªn ph¶i. §Çu ra cña bé tÝch ph©n Miller ë cuèi chu kú ©m t¨ng tíi møc ®Êt → bé dß qua kh«ng sÏ cã tÝn hiÖu ra lµ mét møc d­¬ng lín lµm Q2 ®ãng → ng¾n m¹ch C1. Khi C1 ng¾n m¹ch th× ®Çu ra cña Miller lu«n ®­îc gi÷ gÇn víi møc ®Êt. Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  85. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Xung nhÞp t1 t2 TÝn hiÖu vµo 1 ®iÒu khiÓn TÝn hiÖu ra tõ m¹ch Miller Q2 ®ãng Q1 on Q1 off Q2 off Q2 off TÝn hiÖu ra tõ bé dß qua kh«ng ngõng ®Õm B¾t ®Çu ®Õm Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  86. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § Khi xung ®iÒu khiÓn d­¬ng → Q1 ®ãng → Vi ®­îc nèi víi R5 t¹o thµnh dßng vµo Ii = Vi/R5. § C1 ®­îc tÝch ®iÖn vµ t¹o ra mét tÝn hiÖu ra theo chiÒu ©m cña m¹ch Miller. Do ®ã bé dß qua kh«ng cã ®Çu ra ©m → Q2 ng¾t → cho phÐp C1 n¹p ®iÖn. § §Çu ra cña bé tÝch ph©n Miller lµ mét xung r¨ng c­a ©m tuyÕn tÝnh. Biªn ®é xung r¨ng c­a tØ lÖ thuËn víi Vi. § Khi xung ®iÒu khiÓn ©m th× Q1 ng¾t → dßng chuÈn qua R5 vµ C1. Trë l¹i chu kú ®Çu. § Thêi gian t2 ®Ó xung r¨ng c­a lªn ®Õn møc kh«ng tØ lÖ thuËn víi Vi. § t2 : b¾t ®Çu ®Õm ë s­ên xuèng cña tÝn hiÖu vµo ®iÒu khiÓn, ngõng ®Õm ë s­ên lªn cña bé dß ®iÓm kh«ng. Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  87. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện VD: Xung ®iÒu khiÓn cã mçi nöa chu kú t­¬ng ®­¬ng víi 1280 xung ®ång hå. TÇn sè xung ®ång hå 200KHz. NÕu 1000 xung trong thêi gian t2 ph¶i biÓu diÔn ®Çu vµo Vi = 1V. H·y x¸c ®Þnh møc dßng chuÈn cÇn thiÕt. Vi It ⎛ 1 ⎞ Ii = ;Vi = 1V C = ⎜u = ∫ idt ⎟ R5 V ⎝ C ⎠ 1V Iit1 100µA × 6,4ms Ii = = 100µA V0 = = = 6,4V 10kΩ C1 0,1µF 1 1 T1xung = = = 5µs fchuan 200 Kỹ thuật t1 = 1280× 5µs = 6,4ms Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  88. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện NÕu t2 thêi gian cña 1000 xung : t2 = 1000 x 5µs =5ms IR lµ dßng phãng cña C1 trong thêi gian t2 : V0C1 6,4V × 0,1µF IR = = = 128µA t2 5ms Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  89. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  90. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện III. Do dòng điện và điện áp rất lớn ü Đo cao áp bằng ampemet sử dụng điện trở/điện dung nối tiếp ü Dùng biến dòng hoặc biến áp ü Phương pháp đo thông qua từ trường của dòng điện § Phương pháp cảm ứng § Phương pháp cảm ứng Hall § Cộng hưởng từ hạt nhân ü Phương pháp thông qua hiệu ứng nhiệt. Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  91. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.12. Đo điện áp cao bằng ampemet sử dụng chuỗi điện trở nối tiếp (a) Đo điện áp thông qua ampemet nối tiếp với điện trở R (b) Đo điện áp thông qua phân áp R1, R2 OP – thiết bị bảo vệ chống quá áp Cần chú ý đến sai số do nhiệt độ khi cho các Kỹ điện trở sử dụng thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  92. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện (a) Có thể sử dụng các điện trở kim loại Cu-Ni; Cu-Mn; Cu-Cr với hệ số nhiệt độ 10-5/K Các điện trở này thường dài à sinh ra các điện dung và điện cảm ký sinh Giá thành đắt Mặt cắt Điện trở mẫu 100-MΩ, 100-kV Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  93. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện (b) Đo điện áp thông qua mạch phân áp Với điều kiện Dòng điện qua volmet phụ thuộc tỉ số của R1/R2, Điện trở thường cỡ MΩ Thường dùng oxit kim loại để Kỹ có hệ số nhiệt độ thấp thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  94. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Ví dụ: 300-kV phân áp DC: 210 cm (PTB, Đức) Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  95. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Phương pháp Chubb–Fortescue Nguyên lý: Đo dòng xoay chiều bằng cơ cấu từ điện Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  96. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Dòng điện đi qua Ampemet Dòng trung bình Đo dòng điện trung bình suy ra địên áp à cần phải biết điện dung và tần số. Thông thường dòng cỡ mA Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  97. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Phân áp kiểu điện dung Hằng số thời gian của mạch đo τ = Rd.CS khoảng 0.5-1s CS phải nhỏ hơn C2; R2 phải nhỏ hơn Rd. Sai số do nạp e là sai do phóng điện d Sai số do tần số được tính: Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  98. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Ví dụ mạch đo điện áp với phân áp số courtesy Haefely & Co Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  99. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Sun mắc song song R1 ĐiÒu kiÖn I1 r1/R1=r2/R2= =C R2 r’1/R1=r’2/R2= =C’ I I2 R3 I3 ’ ’ r1 r2 r3 r 1 r’2 r 3 ¦u ®iÓm: Cã thÓ ®o ë ®iÖn mét chiÒu, xoay chiÒu vµ c¸c dßng xung khi tÇn sè O O’ Kỹ cña dßng ®o lªn trªn 10MHz thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  100. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Phương pháp sử dụng tụ điện- điện áp cao để đo dòng điện Tụ điện chịu điện áp cao được tạo nên từ các phần tử tụ địên điện áp thấp 1. điện cực bên trong. 1’. Điện cực bên ngoài 2. điện cực điện áp thấp với vỏ bảo vệ, 2’. 3. ống đỡ. 4. xây xoắn nối với điện cực cảm nhận điện áp thấp 5. ống cách điện Giá trị của tụ được tính theo chiều dài như sau Kỹ D- khỏang cách giữa hai bản tụ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  101. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Ngày nay người ta thường dùng tụ khí nén thay cho tụ chân không trước đây Người ta có thể chế tạo tụ điện đến 1500 kV với các chất khí như CO2, N2 hoặc SF6. Điện môi của các chất khí đó được tính theo công thức Kỹ Phân bố điện áp của tụ khí nén thuật Đo theo chiều dài của điện cực lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  102. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Tụ điện điện áp cao với từ chuỗi các tụ điện điện áp cao (10kV) Dòng điện xuống đất được tính ’ ’ C = C0/n, Ce = nC e, Ch= nC h, và n là số các phần tử tụ C0 – đủ lớn Công thức rút gọn Kỹ Địên dung tương đương theo chiều dài thuật của tụ 10- 15pF/m Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  103. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Ví dụ Kỹ thuật courtesy Micafil, Switzerland Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  104. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.13. Biến dòng điện § §o dßng ®iÖn lín ®Õn vµi chôc KA § Ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn t¾c cña c¸c biÕn ¸p lµm viÖc ë chÕ ®é ng¾n m¹ch. § Tû lÖ gi÷a 2 dßng ®iÖn s¬ cÊp vµ thø cÊp I1 W2 = = KI .I2 I2 W1 § §Ó thuËn lîi cho viÖc sö dông ng­êi ta thèng nhÊt ho¸ dßng ®iÖn I2 lµ 5A hoÆc 1A, vµ dông cô ®iÖn tõ thø cÊp còng ®­îc chÕ t¹o hoÆc 5A hoÆc 1A nh­ng thang chia ®é ®­îc kh¾c theo dßng ®iÖn s¬ cÊp I1 cña biÕn dßng ®iÖn ®i kÌm vµ cã ký hiÖu KI trªn mÆt dông cô Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  105. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Sơ đồ nối dây I 1 I2 ZT1 ZT2 W1 W1,r2, x2 Chú ý: v Nối đất cuộn thứ cấp Kỹ thuật v Chiều cuộn dây (đánh dấu sao) Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  106. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Signal from MV C E current transformer RADSB Transformer differential Kỹ protection thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  107. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Thông số của máy biến dòng 1. Điện áp định mức là trị số của điện áp dây của lưới điện mà biến dòng làm việc. Điện áp này quyết định cách điện giữa phía sơ cấp và thứ cấp của biến dòng 2. Dòng điện định mức phía sơ cấp và thứ cấp là dòng làm việc dài hạn theo phát nóng có dự trữ Kdm.I2 − I1 3. Hệ số biến đổi : kđm= I1đΔmI %/ I=2đm 100 ố của biến dòng điện: I1 Kỹ 4. Sai s thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  108. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § Khi dßng qu¸ lín (tr¨m KA) th× theo c«ng thøc sè vßng W2 sÏ rÊt lín lµm cho biÕn dßng ®iÖn rÊt cång kÒnh vµ tèn kÐm. § Trong mét sè truêng hîp biÕn dßng ®iÖn chØ cã môc ®Ých ng¨n ®iÖn ¸p cao cña l­íi cao ¸p víi c¸c thiÕt bÞ ®o mµ th«i. § Khi cÇn thiÕt ®Ó ®o dßng ®iÖn mét chiÒu ng­êi ta cã thÓ chÕ ra biÕn dßng ®iÖn mét chiÒu, dùa trªn c¬ sè cña m¹ch khuyÕch ®¹i tõ Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  109. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Theo vị trí đặt: Trong nhà hoặc ngoài trời. ü Cấp chính xác: Tùy theo mục đích sử dụng (công tơ cấp chính xác 0,5). ü Điện áp: UđmBI≥ U HT ü Dòng điện: IđmBI ≥ Icb/1,2, Vì BI cho phép quá tải lâu dài 20% Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  110. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện BiÕn dßng ph¶i ®­îc chän cã cÊp chÝnh x¸c cao h¬n hai cÊp dông cô chØ thÞ ®Ó kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn sai sè cña toµn bé thiÕt bÞ Sai sè cña biÕn dßng ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: K In − K Ix γ TI = K In KIn- HÖ sè biÕn ®æi ®Þnh møc ghi trªn biÕn dßng ®iÖn KIx- HÖ sè biÕn ®æi cña biÕn dßng ®iÖn kiÓm tra (®o thùc tÕ) γTI - Thay ®æi theo dßng ®iÖn I1 vµ theo t¶i cña thiÕt bÞ ®o m¾c ë cuén d©y thø cÊp cña biÕn dßng ®iÖn Kỹ Chó ý: Khi sö dông biÕn dßng kh«ng ®­îc ®Ó cuén thø cÊp hë m¹ch thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  111. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.14. Biến điện áp § Khi ®o điện cao ¸p (cì hµng chôc KV) nÕu dïng ®iÖn trë phô hay ph©n ¸p cã hai nh­îc ®iÓm: w C«ng suÊt tiªu thô trong ®iÖn trë phô lµ rÊt lín w Kh«ng an toµn v× dông cô ®o nèi galvanic víi cao ¸p § BiÕn ®iÖn ¸p lµ mét biÕn ¸p th«ng th­êng c«ng suÊt nhá, s¬ cÊp nèi víi ®iÖn ¸p cÇn ®o, thø cÊp nèi víi c¬ cÊu ®o. Do dông cô ®o ë thø cÊp cã ®iÖn trë ®Çu vµo lín biÕn ¸p coi nh­ kh«ng t¶i vµ ta cã U1 W1 = = K U U 2 W2 Kỹ KU HÖ sè biÕn ¸p thuật U1 = K U U 2 Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  112. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện C«ng suÊt tiªu thô trong c¸c dông cô ®o hoÆc thiÕt bÞ b¶o vÖ ë thø cÊp biÕn ®iÖn ¸p rÊt nhá (kh«ng qu¸ 10W) nh­ng kÝch th­íc cña c¸c biÕn ¸p kh«ng ph¶i lµ nhá do sè vßng d©y W1 qu¸ lín vµ c¸ch ®iÖn rÊt dµy. C¸c biÕn ¸p ®o l­êng (biÕn dßng vµ biÕn ¸p) ë ®iÖn ¸p cao rÊt nÆng vµ ®¾t tiÒn (BiÕn ¸p ®o l­êng ë ®iÖn ¸p 220kV nÆng hµng tÊn vµ gi¸ kho¶ng vµi chôc ngµn USD) Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  113. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.15. §o dßng ®iÖn th«ng qua tõ tr­êng do dßng ®iÖn t¹o ra. Khi ®o dßng ®iÖn ch¹y trong d©y dÉn, tõ tr­êng do nã t¹o ra xung quanh d©y dÉn sÏ lµ I H = 2πd d- kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm kh¶o s¸t ®Õn d©y dÉn §o H cã thÓ suy ra I Kỹ XÐt c¸c ph­¬ng ph¸p ®o H thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  114. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 1. §èi víi dßng xoay chiÒu : § Dïng cuén d©y ®o lµ cuén d©y c¶m øng § D­íi t¸c dông cña tõ tr­êng H søc ®iÖn ®éng c¶m øng ë cuén d©y ®o: E X = 4,44fWdµH xS 4.44.f.W µSI E = d x X 2πd f- tÇn sè cña dßng ®iÖn cÇn ®o Wd - Sè vßng cña cuén d©y ®o µ - Tõ thÈm cña cuén d©y d – kho¶ng c¸ch tõ cuén ®o ®Õn d©y dÉn ®iÖn. Kỹ Ph­¬ng ph¸p nµy kh«ng chÝnh x¸c v× chÞu nhiÒu ¶nh h­ëng thuật Đo ®Æc biÖt kho¶ng c¸ch d lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  115. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 2. §o tõ tr­êng b»ng c¶m biÕn Hall § C¶m biÕn Hall dïng chñ yªó ®Ó ®o tõ E ~iB tr­êng H § C¶m biÕn Hall lµ mét m¹ng 4 cöa ®­ îc chÕ t¹o b»ng mét tÊm máng b¸n dÉn cã dßng diÖn ch¹y qua. Khi cã tõ tr­êng t¸c dông lªn mÆt cña m¶nh b¸n dÉn ®ã xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng Hall EH= KH.BIHsin(B, IH) TÊm b¸n dÉn IH Tõ th«ng B Kỹ Kµ0I x thuật E H = IH sin(B,IH ) Đo 2πd lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  116. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện C¶m biÕn Hall ®­îc d¸n trªn c¸c c¸nh b»ng Ferit 1- H×nh trô xung quanh ®­êng d©y Søc ®iÖn ®éng ra lµ tæng 2-C¶m biÕn Hall cña c¸c søc ®iÖn 3- TÊm s¾t tõ ®éng cña tõng c¶m 4-Cuén d©y thu EH 5- Vá bªn ngoµi biÕn Hall: Era=∑EHi § Do sù bè trÝ cña c¶m biÕn xung quanh d©y dÉn, sù thay ®æi cña kho¶ng c¸ch d vµ tÝnh kh«ng vu«ng gãc gi÷a tõ tr­êng víi dßng ®iÖn trong tõng c¶m biÕn Hall sÏ kh«ng g©y t¸c ®éng ®Õn Era cña tæng c¸c søc ®iÖn ®éng cña tõng c¶m biÕn § ¦u ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p: cã thÓ ®o dßng ®iÖn ë tÇn sè cao Kỹ thuật hoÆc dßng xung. Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  117. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 3. §o tõ tr­êng b»ng ph­¬ng ph¸p céng h­ëng tõ h¹t nh©n § §¶m b¶o phÐp ®o ®¹t ®é chÝnh x¸c cao v× cho phÐp ®o tõ tr­ êng mét chiÒu víi ®é chÝnh x¸c cao (0.001%) § CÊu t¹o cña biÕn ®æi I -> B nh­ h×nh vÏ 1-cuén d©y h×nh trô, 2-kªnh kh«ng khÝ; 3- thiÕt bÞ ®o dßng; 4-cuén d©y céng h­ëng tõ Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  118. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Bé biÕn ®æi gåm mét cuén d©y dÉn h×nh trô cã ®­êng kÝnh D, trong ®ã cã khoan mét lç h×nh trô cã ®­êng kÝnh d vµ kho¶ng c¸ch gi÷a t©m hai trô lµ b. Ta cã tõ c¶m t­¬ng øng ë trong lç kh«ng khÝ lµ ®Òu vµ cã chiÒu song song víi trôc x 2µ b B = 0 I π(D2 − d 2 ) MÆt kh¸c, ®o céng h­ëng tõ h¹t nh©n ta cã B=2πf/γ f - tÇn sè tuÕ sai cña spin γ - hÖ sè håi chuyÓn tõ cña h¹t nh©n sö dông π2 (D2 − d 2 )f Kỹ I Kf thuật Ta cã: = = Đo µ0bγ lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  119. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện VD: Bé biÕn ®æi ®o dßng ®iÖn tõ 5-35kA, dïng céng h­ëng tõ -8 -1 -1 proton (γpr=2.675/3.10 sc Tesla ) cã hÖ sè k=0.001A/Hz Ph­¬ng ph¸p céng h­ëng tõ cho phÐp x¸c ®Þnh dßng ®iÖn víi ®é chÝnh x¸c cao, tuy nhiªn do thiÕt bÞ phøc t¹p vµ gi¸ thµnh cao nªn hiÖn nay chØ míi sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chuÈn dßng ®iÖn Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  120. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.16. Đo dòng điện và điện áp ở đường dây siêu cao áp ë c¸c ®­êng d©y siªu cao ¸p, viÖc c¸ch ®iÖn gi÷a l­íi ®iÖn cao ¸p vµ thiÕt bÞ ®o lµ vÊn ®Ò c¬ b¶n vµ tèn kÐm, v× thÕ cã nhiÒu ph­¬ng ¸n ®· ®­îc ®Ò ra nh­ng cho ®Õn nay th× ph­ ¬ng ¸n ®o ë cao ¸p vµ truyÒn vÒ b»ng c¸c d©y quang dÉn lµ cã triÓn väng nhÊt Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  121. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Khái niệm chung về sợi quang - Gồm lâi vµ vá bäc, ®Òu b»ng thuû tinh cã chiÕt xuÊt (n) kh¸c nhau: lâi (n1) ®Ó dÉn ¸nh s¸ng, vá bäc (n2<n1) ®Ó gi÷ ¸nh s¸ng tËp trung trong lâi nhê ph¶n x¹ toµn phÇn - ¸nh s¸ng truyÒn trong sîi quang sÏ ®­îc ph¶n x¹ nhiÒu lÇn trªn mÆt tiÕp xóc gi÷ lâi vµ vá bäc, cã thÓ ®­îc truyÒn trong sîi cã cù ly dµi ngay c¶ khi sîi bÞ uèn cong víi ®é cong giíi h¹n - Sîi ®¬n mode (cã kÝch th­íc nhá, chØ cã sãng c¬ b¶n ®­îc truyÒn) ®­îc sö dông réng r·i víi ®é suy hao 0,2 dB/km ë b­íc sãng 1550nm Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  122. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  123. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện P §é suy hao trªn ®­êng truyÒn: A(dB) =10 lg 1 P 2 A(dB) HÖ sè suy hao trªn ®­êng truyÒn: a(dB / km) =10lg L(km) Sù t¸n s¾c: tÝn hiÖu bÞ mÐo khi truyÒn qua c¸p quang, ®­ Kỹ îc tÝnh theo ®é réng cña xung vµo vµ xung ra thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  124. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Hệ thống truyền dẫn quang - Gåm 3 khèi chÝnh: thiÕt bÞ ph¸t, sîi quang vµ thiÕt bÞ thu. Ngoµi ra nÕu truyÒn trªn ®­êng dµi cã thÓ cã thªm c¸c tr¹m chuyÓn tiÕp ®Ó bï sù suy gi¶m trªn ®­êng truyÒn Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  125. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Hệ thống truyền dẫn quang - TÝn hiÖu ®iÖn cã thÓ lµ tÝn hiÖu t­¬ng tù hoÆc sè, tuy nhiªn phæ biÕn lµ tÝn hiÖu sè. - ThiÕt bÞ ph¸t bao gåm c¸c linh kiªn biÕn ®æi tÝn hiÖu ®iÖn thµnh tÝn hiÖu quang, gäi lµ nguån quang. Cã nhiÖm vô ph¸t ¸nh s¸ng cã c«ng suÊt tû lÖ víi dßng ®iÖn qua nã. Nguån quang hiÖn nay chñ yÕu lµ c¸c LED vµ LARSER - ThiÕt bÞ thu gåm c¸c linh kiÖn biÕn ®æi tÝn hiÖu quang thµnh tÝn hiÖu ®iÖn gäi lµ linh kiÖn t¸ch sãng quang. Cã nhiÖm vô t¹o dßng ®iÖn cã c­êng ®é tû lÖ víi c«ng suÊt quang chiÕu vµo nã. Hai diode t¸ch sãng quang th­êng dïng lµ: PIN vµ Kỹ thuật APD (Avalanche Photo Diode) Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  126. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 1. Ph­¬ng ph¸p ph¸t quang § C¸c biÕn dßng ®iÖn hay c¸c sun ®­ îc ®Æt trªn l­íi cao ¸p. § §iÖn ¸p hoÆc dßng thø cÊp ®­îc m· ho¸ thµnh xung (sè xung hoÆc tÇn sè xung) vµ chuyÓn vÒ th«ng qua ®­êng d©y quang dÉn, võa dÉn tÝn hiÖu võa c¸ch ®iÖn víi l­íi cao ¸p 1- Bộ điều chế biªn ®é vµ m· ho¸; 2- §ièt ph¸t quang; 3- D©y dÉn quang; 4- Photo®ièt; 5- ThiÕt bÞ Kỹ thuật ®o thø cÊp Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  127. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện 2. Ph­¬ng ph¸p dïng c¸c hiÖu øng quay gãc ph©n cùc cña ¸nh s¸ng. § Dïng hiÖu øng Faraday hay hiÖu øng Kerr : ü Dßng ®iÖn t¹o ra tõ tr­êng xung quanh nã. Tõ tr­êng nµy cã t¸c dông lµm cho gãc ph©n cùc cña sãng ¸nh s¸ng thay ®æi khi ®i qua tõ tr­êng t¹o ra bëi dßng ®iÖn. 1- Ph¸t lazer; 2,4- läc ph©n cùc; 3- cuén d©y hiÖu øng Faraday; 5-d©y quang dÉn; 6- Bé phËn thu vµ biÕn ®æi Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  128. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § ¸nh s¸ng laser ph¸t ra tõ bé ph¸t ë d­íi ®Êt chuyÓn b»ng d©y dÉn quang xuyªn qua c¶m biÕn Faraday vµ bÞ quay cùc § ¸nh s¸ng bÞ quay cùc ®­îc dÉn vÒ bé phËn thu ®­îc so s¸nh víi ¸nh s¸ng ph¸t ®Ó x¸c ®Þnh gãc quay cùc, tõ ®ã suy ra dßng ®iÖn cÇn ®o. 1- Ph¸t lazer; 2,4- läc ph©n cùc; 3- cuén d©y hiÖu Kỹ øng Faraday; 5-d©y quang dÉn; 6- Bé phËn thu vµ thuật biÕn ®æi Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  129. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện IV. Đo dòng và áp bằng phương pháp so sánh (tự đọc) ü Điện thế kế một chiều ü Volmét vi sai ü So sánh sức điện động ü So sánh sức từ động (thông qua cảm biến Hall) ü Đo xoay chiều bằng phương pháp so sánh Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  130. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.17. Điện thế kế một chiều Ux §o M § §iÖn ¸p mét chiÒu ®­îc so víi UK t¹o nªn mét ph©n ¸p cã thÓ thay ®æi tû lÖ ph©n ¸p U = R .I ±ε K K Rk Rn RK - Cã thÓ thay ®æi ph©n thµnh ®Ò c¸t ε - Lµ ng­ìng cña ®iÖn thÕ kÕ R U § §Ó x¸c ®Þnh dßng I chÝnh x¸c ta so s¸nh k ®iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë Rn víi pin mÉu chÝnh x¸c E =R .I ±ε n n §iÖn thÕ kÕ th­êng ®­ U = U = (E /R ).R ±ε X k n n k îc chÕ t¹o ®Ó ®o ®iÖn Sai sè: ¸p nhá cì vµi volt γUx = γEn + γRn + γRk + ε/Ukn γ - sai sè cña pin mÉu Kỹ En thuật γRn , γRk – sai sè cu¶ c¸c ®iÖn trë trong ®iÖn thÕ kÕ Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  131. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện M¹ch ®iÖn thÕ kÕ: ®iÖn trë nhá dïng ®Ó ®o c¸c ®iÖn ¸p nhá (d­íi 100mV). §iÖn ¸p bï Uk ®­îc t¹o nªn b»ng tæng cña nhiÒu nguån dßng song song cung cÊp cho ®iÖn trë R U =R I K ∑ i K1 K2 K3 K4 UX=UK= R∑Ii±ε U I I I I R x 1 2 3 4 R R1 R2 R3 4 Sai sè: γUx= γX +nγIi +ε/UKn E Gi¸ trÞ Ii ®­îc thay ®æi theo gi¸ trÞ cña c¸c kho¸ K Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  132. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Nguån dßng ®iÖn ®­îc E n r U bè trÝ theo m· thËp ph©n, 1 R x hoÆc nhÞ ph©n theo ®iÒu K 1 r khiÓn b»ng D/A 2 K2 r3 K3 rn Kn Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  133. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.18. Volmét vi sai Nk § Dùa vµo ph­¬ng ph¸p so s¸nh kh«ng c©n b»ng: UX = UK + ΔU 4 ΔU - ®­îc ®o b»ng dông cô ®o cã ®é nh¹y ΔU cao. 3 Uk chØ phÇn ch½n, ΔU chØ phÇn lÎ. § §Ó thuËn lîi cho viÖc ®äc kÕt qu¶ ®o. Uk ®­îc 2 chia ra thµnh mét sè ph©n cÊp bï vµ mçi cÊp bï U =NU b»ng ΔUn; ΔUn - ®­îc chia thµnh con sè thËp ph©n 1 K k0 § Sai sè: γUx = γUk + γΔ (ΔUn/Ukn) = γUk + γΔ(1/Nk) Sai sè phô thuéc vµo sai sè cña ®iÖn ¸p bï vµ Uk0 sè cÊp bï. B»ng c¸ch nµy ng­êi ta ®· chÕ t¹o ra c¸c ®iÖn thÕ kÕ b¸n Kỹ tù ®éng vµ c¸c voltmet vi sai cã ®é chÝnh x¸c rÊt cao. thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  134. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện §4.19. §o dßng vµ ¸p b»ng ph­¬ng ph¸p so s¸nh søc tõ ®éng § §©y chÝnh lµ nguyªn lý cña biÕn dßng ®iÖn trong ®ã søc tõ ®éng ®­ îc sinh ra bëi dßng s¬ cÊp I1W1 ®­ îc bï bëi søc tù ®éng thø cÊp I2W2 § Thø cÊp kh«ng hoµn toµn ng¾n m¹ch, ph¶i duy tr× mét tõ th«ng trong m¹ch. I1W1 = I2W2 = I0W3 • I0 – Dßng duy tr× tõ th«ng t¹o nªn ®iÖn ¸p ®Çu ra cña biÕn dßng. • I0W3 g©y ra sai sè trong c¸c biÕn dßng. Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  135. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện § Søc tõ ®éng I1W1 ®­îc bï bëi søc tõ ®éng I2W2, I2 lµ dßng ®iÖn ë ®Çu ra cña bé khuyÕch ®¹i. (I2=Ira) § §Çu vµo cña bé khuyÕch ®¹i lµ søc ®iÖn ®éng sinh ra bëi cuén d©y W3: E3=4.44fW3Sµ(I1W1-I2W2), HÖ sè khuÕch ®¹i thuËt to¸n rÊt lín à E3 cã thÓ ®­îc coi b»ng 0 vµ ΔF=I1W1-I2W2 à0; thùc chÊt (I1W1-I2W2 )<εF I1 = W2/W1 I2 Sai sè: γI1= γI2 + εF /I1W1 Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  136. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Kìm điện Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020
  137. Chương 4: Phương pháp và thiết bị đo các đại lượng điện áp, dòng điện Kìm điện (2) Kỹ thuật Đo lường Nguyễn Thanh Hường - 2020