Thời gian :     4 tiết                                                                                       
Hệ :  Cao đẳng  ĐCN QT K08
Ngày soạn:      18/3/2020

 Ngày dạy :   19/3/2020

MÔ DUL: KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN 

--------------------

BÀI 2: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG

2.1   Khái niệm về cơ cấu đo.

- Cơ cấu đo cơ điện là cơ cấu đo kiểu tương tự (analong) mà số chỉ của nó là đại lượng liên tục tỷ lệ với tín hiệu cần đo. Trong đó tín hiệu vào là I, tín hiệu ra là góc quay của phần động (kim chỉ)

2.2   Các loại cơ cấu đo thông dụng.

 2.2.1  Đo dòng điện

* Yêu cầu đối với dụng cụ đo dòng điện là:

- Công suất tiêu thụ càng nhỏ càng tốt, điện trở của ampe kế càng nhỏ càng tốt và lý tưởng là bằng 0.

- Làm việc trong một dải tần cho trước để đảm bảo cấp chính xác của dụng cụ đo

- Mắc ampe kế để đo dòng phải mắc nối tiếp với dòng cần đo (hình dưới)

+ Ampe kế một chiều

Ampe kế một chiều được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị từ điện. Như đã biết, độ lệch của kim tỉ lệ thuận với dòng chạy qua cuộn động nhưng độ lệch kim được tạo ra bởi dòng điện rất nhỏ và cuộn dây quấn bằng dây có tiết diện bé nên khả năng chịu dòng rất kém. Thông thường, dòng cho phép qua cơ cấu chỉ trong khoảng 10 - 4 đến 10-2 A; điện trở của cuộn dây từ 20Ω đến 2000Ω với cấp chính xác 1,1; 1; 0,5; 0,2; và 0,05.

Để tăng khả năng chịu dòng cho cơ cấu (cho phép dòng lớn hơn qua) người ta mắc thêm điện trở sun song song với cơ cấu chỉ thị có giá trị như sau:

I là dòng cần đo và I_CT là dòng cực đại mà cơ cấu chịu đựng được (độ lệch cực đại của thang đo)

+  Ampemet xoay chiều

Để đo cường độ dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp người ta thường sử dụng ampemet từ điện chỉnh lưu, ampemet điện từ, và ampemet điện động.

2.2.2 Đo điện áp

Dụng cụ dùng để đo điện áp gọi là Vôn kế hay Vôn met (Voltmeter)

Ký hiệu là: V

Khi đo điện áp bằng Vôn kế thì Vôn kế luôn được mắc song song với đoạn mạch cần đo như hình dưới đây:

Để đo điện áp của một phần tử nào đó người ta mắc Vôn kế như hình dưới:

2.2.1 Cơ cấu đo từ điện: Cấu tạo, nguyên lý, ứng dụng, ưu điểm, nhược điểm.

a) Cấu tạo chung: như hình 2.5: gồm phần tĩnh và phần động.

- Phần tĩnh: các cuộn dây điện 2,3 có cấu tạo để khi có dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường móc vòng qua mạch từ và qua phần động, có ít nhất là 2 nam châm điện.

- Phần động: đĩa kim loại 1 (thường bằng nhôm) gắn vào trục 4 quay trên trụ 5.

Hình 2.5. Cơ cấu chỉ thị cảm ứng

b) Nguyên lý làm việc chung: dựa trên sự tác động tương hỗ giữa từ trường xoay chiều (được tạo ra bởi dòng điện trong phần tĩnh) và dòng điện xoáy tạo ra trong đĩa của phần động, do đó cơ cấu này chỉ làm việc với mạch điện xoay chiều:

Khi dòng điện I₁, I₂ vào các cuộn dây phần tĩnh → sinh ra các từ thông Ф₁, Ф₂ (các từ thông này lệch pha nhau góc ψ bằng góc lệch pha giữa các dòng điện tương ứng), từ thông Ф₁, Ф₂ cắt đĩa nhôm 1 (phần động) → xuất hiện trong đĩa nhôm các sức điện động tương ứng E1, E2 (lệch pha với Ф1, Ф2 góc π/2) → xuất hiện các dòng điện xoáy I _x1, I_x2 (lệch pha với E₁, E₂ góc α₁, α₂).

Các từ thông Ф1, Ф2 tác động tương hỗ với các dòng điện I_x1, I_x2 → sinh ra các lực F1, F2 và các mômen quay tương ứng → quay đĩa nhôm (phần động). Mômen quay được tính: 

với: C là hằng số

f là tần số của dòng điện I1, I2

ψ là góc lệch pha giữa I1, I2

c) Các đặc tính chung:

- Điều kiện để có mômen quay là ít nhất phải có hai từ trường.

- Mômen quay đạt giá trị cực đại nếu góc lệch pha ψ giữa I1, I2 bằng π/2.

- Mômen quay phụ thuộc tần số của dòng điện tạo ra các từ trường.

- Chỉ làm việc trong mạch xoay chiều.

- Nhược điểm: mômen quay phụ thuộc tần số nên cần phải ổn định tần số.

d) Ứng dụng: chủ yếu để chế tạo côngtơ đo năng lượng; có thể đo tần số…

2.2.2 Cơ cấu đo điện từ: Cấu tạo, nguyên lý, ứng dụng, ưu điểm, nhược điểm.

a) Cấu tạo chung:  như hình 2.4: gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động:

- Phần động: là lõi thép 2 được gắn lên trục quay 5, lõi thép có thể quay tự do trong khe làm việc của cuộn dây. Trên trục quay có gắn: bộ phận cản dịu không khí 4, kim chỉ 6, đối trọng 7. Ngoài ra còn có lò xo cản 3, bảng khắc độ 8.

b) Nguyên lý làm việc: dòng điện I chạy vào cuộn dây 1 (phần tĩnh) tạo thành một nam châm điện hút lõi thép 2 (phần động) vào khe hở không khí với mômen quay:

c) Các đặc tính chung:

- Góc quay α tỉ lệ với bình phương của dòng điện, tức là không phụ thuộc vào chiều của dòng điện nên có thể đo trong cả mạch xoay chiều hoặc một chiều.

- Thang đo không đều, có đặc tính phụ thuộc vào tỉ số dL/dαlà một đại lượng phi tuyến.

- Cản dịu thường bằng không khí hoặc cảm ứng.

- Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu được quá tải lớn.

- Nhược điểm: độ chính xác không cao nhất là khi đo ở mạch một chiều sẽ bị sai

số (do hiện tượng từ trễ, từ dư…); độ nhạy thấp; bị ảnh hưởng của từ trường ngoài (do từ trường của cơ cấu yếu khi dòng nhỏ).

d) Ứng dụng: thường được sử dụng đẻ chế tạo các loại ampemét, vônmét trong mạch xoay chiều tần số công nghiệp với độ chính xác cấp 1÷2. Ít dùng trong các mạch có tần số cao.

2.2.3 Cơ cấu đo điện động: Cấu tạo, nguyên lý, ứng dụng, ưu điểm, nhược điểm.

a) Cấu tạo chung: như hình 2.4: gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động:

- Phần tĩnh: gồm: cuộn dây 1 (được chia thành hai phần nối tiếp nhau) để tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua. Trục quay chui qua khe hở giữa hai phần cuộn dây tĩnh.

- Phần động: gồm một khung dây 2 đặt trong lòng cuộn dây tĩnh. Khung dây 2 được gắn với trục quay, trên trục có lò xo cản, bộ phận cản dịu và kim chỉ thị. Cả phần động và phần tĩnh được bọc kín bằng màn chắn để ngăn chặn ảnh hưởng của từ trường ngoài.

b) Nguyên lý làm việc chung: khi có dòng điện I1 chạy vào cuộn dây 1 (phần tĩnh) làm xuất hiện từ trường trong lòng cuộn dây. Từ trường này tác động lên dòng điện I₂ chạy trong khung dây 2 (phần động) tạo nên mômen quay làm khung dây 2 quay một góc α.

Hình 2.4. Cấu tạo của cơ cấu chỉ thị điện động

c) Các đặc tính chung:

- Có thể dùng trong cả mạch điện một chiều và xoay chiều.

- Góc quay α phụ thuộc tích (I1.I2) nên thang đo không đều

- Trong mạch điện xoay chiều α phụ thuộc góc lệch pha ψ giữa hai dòng điện nên có thể ứng dụng làm Oátmét đo công suất.

- Ưu điểm cơ bản: có độ chính xác cao khi đo trong mạch điện xoay chiều.

- Nhược điểm: công suất tiêu thụ lớn nên không thích hợp trong mạch công suất

nhỏ. Chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài, muốn làm việc tốt phải có bộ phận chắn từ. Độ nhạy thấp vì mạch từ yếu.

d) Ứng dụng: chế tạo các ampemét, vônmét, óatmét một chiều và xoay chiều tần số công nghiệp; các pha kế để đo góc lệch pha hay hệ số công suất cosφ.

Trong mạch có tần số cao phải có mạch bù tần số (đo được dải tần đến 20KHz).