Khi đo điện áp nhỏ tổng trở vôn met ảnh hưởng thế nào đến sai số đo
|
Vôn kế là một dụng cụ điện tử được sử dụng để đo sự khác biệt tiềm năng hoặc điện áp giữa 2 điểm trong mạch điện hoặc điện tử. Đơn vị chênh lệch tiềm năng được đo bằng vôn (V). Hiểu theo 1 cách đơn giản, Vôn kế hay Volt kế là dụng cụ đo điện dùng để đo hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch (hoặc các dụng cụ điện như đèn...). Trong các sơ đồ mạch điện Vôn kế thường được thể hiện bằng ký hiệu (V).  Hiện có các loại Vôn kế chính:
Khi nối Vôn kế vào mạch cần đo, thì Vôn kế trích ra một phần năng lượng điện để xác định độ lớn điện áp. Mức độ trích xác định bởi điện trở của Vôn kế ở thang đo đó, và để tránh làm sai lệch mạch cần đo thì điện trở này phải đủ lớn. Trước đây để có Vôn kế trở lớn dùng cho phép đo trong các thí nghiệm người ta chế ra Vôn kế đèn, là Vôn kế có mạch khuếch đại dùng đèn điện tử hoặc transistor, đảm bảo điện trở vào hàng chục mega Ohm. Ngày nay kỹ thuật vi mạch phát triển, các thang đo Vôn của đồng hồ vạn năng hiện số phổ thông đảm bảo được các yêu cầu về trở kháng vào cao này. Một Vôn kế analog về cơ bản bao gồm một điện kế nhạy cảm (đồng hồ đo hiện tại) nối tiếp với điện trở cao. Điện trở trong của vôn kế phải cao. Mặt khác, nó thu hút một dòng điện đáng kể và làm gián đoạn hoạt động của mạch khi thử nghiệm được thực hiện. Vôn kế dùng kim hiển hiệu điện tử trên mặt đồng hồ. Vôn kế điện tử hiển thị số giá trị hiệu điện thế của dòng điện trên màn hình điện tử của thiết bị. Vôn kế trong phòng thí nghiệm có phạm vi tối đa từ 1000 – 3000 V. Hầu hết các Vôn kế thương mại có các thang đo khác nhau. Ví dụ: 0-1 V, 0-10 V, 0-100 V và 0-1000 V. Trong ngành điện toán, vôn kế phòng thí nghiệm tiêu chuẩn là phù hợp. Vì hiệu điện thế đo được ở mức trung bình. Thường là giữa 1 V và 15 V. Thông thường, vôn kế analog được sử dụng để đo điện áp từ một phần của Vôn đến vài nghìn Vôn. Ngược lại, Vôn kế kỹ thuật số có độ chính xác cao hơn. Chúng được sử dụng để đo điện áp rất nhỏ trong phòng thí nghiệm và các thiết bị điện tử. Nguyên lý chung của Vôn kế là nó phải được mắc song song với đối tượng mà bạn muốn đo điện áp. Cách mắc này được sử dụng vì Vôn kế có giá trị hiệu điện thế cao. Vì vậy nếu Vôn kế được mắc nối tiếp thì hiệu điện thế sẽ gần như bằng không. Điều này có nghĩa là mạch đã được mở. Ngoài ra, trong mạch song song người ta biết rằng hiệu điện thế tại mọi điểm là như nhau. Do đó hiệu điện thế giữa Vôn kế và nguồn là gần như nhau. Về lý thuyết, đối với một Vôn kế lý tưởng, bạn nên có điện trở ở vô cực để dòng điện thu hút bằng không; theo cách này, không có sự mất năng lượng trong thiết bị. Nhưng điều này không khả thi trên thực tế vì bạn không thể có một vật liệu có sức đề kháng vô hạn. Vôn kế cho phép đo điện áp hoặc chênh lệch hiệu điện thế giữa hai điểm của mạch một cách an toàn, đồng thời không làm thay đổi điện áp của mạch đó. Khả năng đo điện áp là rất quan trọng của Vôn kế. Bên cạnh đó Vôn kế cũng có các ứng dụng khác. Ví dụ: bạn muốn bật quạt nhưng nó không hoạt động. Có thể quạt bị hỏng hỏng, ổ cắm trên tường có thể không nhận được điện. Khi đó Vôn kế có thể được sử dụng để đo điện áp của phích cắm. Nếu nó không ở khoảng 120V, thì phích cắm có thể bị hỏng. Một ứng dụng khác của Vôn kế là xác định xem pin đã được sạc hay xả. Khi xe không khởi động, bạn có thể đo điện áp ắc quy bằng vôn kế để xem có vấn đề gì không. Với một vài thông tin trên, hi vọng có thể giúp các bạn có sự hình dung tốt hơn về câu hỏi “Vôn kế là gì? Cấu tạo và Nguyên lí hoạt động của Vôn kế"
Hãy đến với Bảo An, chúng tôi luôn sẵn sàng mang đến cho Khách hàng:
- Trải nghiệm và cảm nhận về dịch vụ hoàn hảo - Chắc chắn sẽ không làm bạn thất vọng - Liên hệ để được hỗ trợ chi tiết: 0936.985.256 33.821 04/05/2020
Trao đổi nội dung về bài viết
Chƣơng 1KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐO LƢỜNG1.1.Các khái niệm cơ bảnĐo lường học: ngành khoa học chuyên nghiên cứu về các phương pháp đểđo các đại lượng khác nhau, nghiên cứu về mẫu và đơn vị đo.Kỹ thuật đo lường: ngành kỹ thuật chuyên nghiên cứu và áp dụng cácthành quả đo lường học vào phục vụ sản xuất và đời sống.Đo lường là quá trình so sánh, định lượng giữa đại lượng chưa biết (đạilượng đo) với đại lượng đã được chuẩn hóa (đại lượng mẫu hoặc đại lượngchuẩn).Kết quả đo lường (Ax) là giá trị bằng số, được định nghĩa bằng tỉ số giữađại lượng cần đo (X) và đơn vị đo (Xo): Ax = X/Xo.Ví dụ: đo được dòng điện I = 5A, có nghĩa là: đại lượng cần đo là dòngđiện I, đơn vị đo là A(ampe), kết quả bằng số là 5.Đơn vị đo là giá trị đơn vị tiêu chuẩn về một đại lượng đo nào đó đượcquốc tế qui định mà mỗi quốc gia đều phải tuân thủ.Hệ thống đơn vị chuẩn quốc tế là hệ SI, thành lập năm 1960, các đơn vịđược xác định: đơn vị chiều dài là mét(m); đơn vị khối lượng là kilôgam(kg);đơn vị thời gian là giây(s); đơn vị cường độ dòng điện là ampe (A); đơn vị nhiệtđộ là kelvin (K); đơn vị cường độ ánh sáng là candela (Cd); đơn vị số lượng vậtchất là mol (mol).1.2.Đại lƣợng đo lƣờngĐại lượng đo là thông số xác định quá trình vật lý của tín hiệu đo. Trongmột quá trình vật lý có nhiều thông số nhưng trong mỗi trường hợp cụ thể, ta chỉquan tâm đến một thông số cụ thể.Ví dụ: nếu đại lượng vật lý cần đo là dòng điện thì đại lượng cần đo có thểlà giá trị biên độ, giá trị hiệu dụng, tần số…Dựa trên tính chất cơ bản của đại lượng đo, chúng ta có thể phân đạilượng đo lường ra thành hai loại cơ bản:- Đại lượng điện- Đại lượng không điện1Tùy thuộc vào từng tính chất cụ thể của đại lượng đo ta có thể đưa ra cácphương pháp và cách thức đo để từ đó thiết kế và chế tạo các thiết bị đo.1.1.1. Đại lượng điệna. Đại lượng điện tác độngĐại lượng điện tác động là những đại lượng điện có sẵn năng lượng điệnnên khi đo lường các đại lượng này, ta không cần cung cấp cung cấp nănglượng cho mạch đo. Đại lượng điện tác động như đại lượng điện áp, dòng điện,công suất . . .Trong trường hợp năng lượng của đại lượng cần đo quá lớn sẽ được giảmbớt cho phù hợp với mạch đo. Ví dụ điện áp cần đo quá lớn, ta có thể sử dụngcầu phân áp để cho phù hợp với cơ cấu đo hay thông qua một thiết bị khác đểgiảm nhỏ năng lượng cần đo.Trong trường hợp năng lượng quá nhỏ thì được khuếch đại đủ lớn chomạch đo có thể hoạt động được.b. Đại lượng điện thụ độngĐại lượng điện thụ động là các đại lượng không mang năng lượng điện.Vì vậy khi đo lường các đại lượng loại này, ta cần phải cung cấp nguồn nănglượng điện cho mạch đo. Đại lượng điện thụ động như điện cảm, điện trở, điệndung, hỗ cảm . . .Sau khi cung cấp năng lượng điện cho các đại lượng này, các đại lượngnày sẽ được đo lường dưới dạng đại lượng điện tác động. Như vậy các đại lượngđiện thụ động có sự tiêu hao năng lượng, cho nên phải có những yêu cầu riêngcho đại lượng này như: tiêu hao năng lượng ít, khi được cung cấp năng lượngđiện, bản chất của các đại lượng điện này không thay đổi. Ví dụ: dòng điện cungcấp cho điện trở cần đo có trị số lớn khiến cho một nhiệt lượng đốt nóng điện trởlàm thay đổi trị số điện trở.1.1.2. Đại lượng không điệnLà đại lượng không mang năng lượng điện, đó là đại lượng vật lý chẳnghạn như nhiệt độ, lực, áp suất, ánh sáng, tốc độ . . .Để đo lường các đại lượng vật lý này, người ta có những phương pháp vàthiết bị đo lường thích hợp để chuyển đổi các đại lượng không điện thành đạilượng điện. Nhất là với hệ thống tự động hóa càng hiện đại sẽ cần nhiều thôngsố để xử lý trong đó các thông số không điện cần xử lý ngày càng nhiều. Tuynhiên việc đo các đại lượng không điện thường phức tạp và rời rạc. Do đó, cần2chuyển đổi những đại lượng không điện thành đại lượng điện để phép đo đượcdễ dàng, thuận lợi, tin cậy và chính xác đồng thời tăng tính tự động hoá. Cáchthức đo này đã mở rộng kỹ thuật đo lường nói chung cho các đại lượng vàkhông điện. Những thiết bị biến đổi đại lượng vật lý sang đại lượng điện đượcgọi là cảm biến điện hoặc chuyển đổi.1.3.Các phƣơng pháp đoĐể thực hiện một phép đo, người ta có thể sử dụng, lựa chọn nhiều cáchđo khác nhau phụ thuộc vào đối tượng đo, điều kiện đo và độ chính xác yêu cầucủa phép đo. Một cách tổng quát, có thể phân loại các phương pháp đo như sau:- Phương pháp đo trực tiếp: là phương pháp đo mà kết quả nhận được từchỉ thị của dụng cụ đo thể hiện giá trị đại lượng cần đo mà không cần phải thôngqua một phép tính toán nào. Nếu bỏ qua các sai số về phương pháp đo, dụng cụđo… thì chỉ số trên dụng cụ đo chính là giá trị thực của đại lượng cần đo.Phương pháp đo này cho kết quả ngay.Ví dụ: Dùng Ôm mét đo trực tiếp điện trở, đọc ngay giá trị điện trở trênmặt chỉ thị của dụng cụ đo.- Phương pháp đo gián tiếp: là phương pháp đo mà kết quả đo được chưaphải là giá trị đại lượng cần đo. Muốn có giá trị của đại lượng đo, ta phải thôngqua một hoặc nhiều phép tính.Với phương pháp đo này, chỉ thị của dụng cụ đo chỉ cho ta số liệu cơ sởđể tính toán ra giá trị của đại lượng cần đo.Ví dụ: Đo điện trở thông qua hiệu điện thế và cường độ dòng điện. DùngVôn mét và Ampe mét để đo điện trở của tải. Sau khi có số liệu cơ sở là hiệuđiện thế và cường độ dòng điện, ta thực hiện phép tính (dựa vào định luật Ôm):R=U/I.Ngoài ra ta còn có thể kể thêm phương pháp đo so sánh, phương pháp đotương quan, phương pháp đo thống kê.Trong thực tế, với ngành điện, phương pháp đo phổ biến nhất là phươngpháp đo trực tiếp. Vì đo trực tiếp thực hiện đơn giản, cho kết quả ngay và cácdụng cụ đo trực tiếp tương đối rẻ tiền mặc dù độ chính xác chưa cao.Với những phép đo yêu cầu độ chính xác cao (chính xác đến 0,001%),người ta áp dụng phương pháp so sánh, phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gianđể đo, chỉnh và dụng cụ đo thì phức tạp và đắt tiền.1.4.Chức năng và đặc tính của thiết bị đo lƣờng3Thiết bị đo là thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tinđo thành dạng tiện lợi cho người quan sát. Thiết bị đo gồm thiết bị mẫu, cácchuyển đổi đo lường, các dụng cụ đo lường, các tổ hợp thiết bị đo lường và hệthống thông tin đo lường... Mỗi loại thiết bị thực hiện những chức năng riêngtrong quá trình đo lường.Các thiết bị đo có chức năng cung cấp cho chúng ta kết quả đo của đạilượng đang khảo sát. Kết quả này được chỉ thị hoặc ghi lại trong suốt quá trìnhđo, hoặc được dùng để tự động điều khiển đại lượng đang được đo.Ví dụ: trong hệ thống điều khiển nhiệt độ, máy đo nhiệt độ có nhiệm vụđo và ghi lại kết quả đo của hệ thống đang hoạt động, giúp cho hệ thống xử lý vàđiều khiển tự động theo thông số nhiệt độ.1.4.1. MẫuLà thiết bị đo để khôi phục một đại lượng vật lý nhất định.Thiết bị mẫu phải có độ chính xác rất cao từ 0,001% đến 0,1% tùy theotừng cấp, từng loại.1.4.2. Dụng cụ đoLà thiết bị để gia công các thông tin đo lường và thể hiện kết quả đo dướidạng con số, đồ thị hoặc bảng số.1.4.3. Chuyển đổi đo lườngLà thiết bị biến đổi tín hiệu đo ở đầu vào thành tín hiệu ra thuận tiện choviệc truyền, biến đổi, gia công tiếp theo hoặc lưu giữ mà không cho kết quả ratrực tiếp.Có 2 loại chuyển đổi:- Chuyển đổi các đại lượng điện thành các đại lượng điện khác: các bộphân áp, phân dòng; biến áp, biến dòng; các bộ A/D, D/A…- Chuyển đổi các đại lượng không điện thành các đại lượng điện: là cácchuyển đổi sơ cấp - bộ phận chính của đầu đo (cảm biến - sensor): các chuyểnđổi nhiệt điện trở, cặp nhiệt, chuyển đổi quang điện…1.4.4. Hệ thống thông tin đo lườngLà tổ hợp các thiết bị đo và những thiết bi phụ để tự động thu thập số liệutừ nhiều nguồn khác nhau, truyền các thông tin đo lường qua khoảng cách theokênh liên lạc và chuyển nó về một dạng để tiện cho việc đo và điều khiển.Có thể phân hệ thống thông tin đo lường thành nhiều nhóm:- Hệ thống đo lường: là hệ thống để đo và ghi lại các đại lượng đo.4- Hệ thống kiểm tra tự động: là hệ thống thực hiện nhiệm vụ kiểm tra cácđại lượng đo, cho ra kết quả lớn hơn, nhỏ hơn hay bằng chuẩn.- Hệ thống chẩn đoán kỹ thuật: là hệ thống kiểm tra sự làm việc của đốitượng để chỉ ra chỗ hỏng hóc cần sữa chữa.- Hệ thống nhận dạng: là hệ thống kết hợp việc đo lường, kiểm tra đểphân loại đối tượng tương ứng với mẫu đã cho.- Tổ hợp đo lường tính toán: có chức năng có thể bao quát toàn bộ cácthiết bị ở trên, là sự ghép nối hệ thống thông tin đo lường với máy tính; có thểtiến hành đo, kiểm ra nhận dạng, chẩn đoán và cả điều khiển đối tượng.Hệ thống thông tin đo lường có thể phục vụ cho đối tượng ở gần (khoảngcách dưới 2km) nhưng cũng có thể phục vụ cho đối tượng ở xa, khi đó cần phảighép nối vào các kênh liên lạc. Một hệ thống như vậy gọi là hệ thống thông tinđo lường từ xa.1.5.Sai số của phép đo1.3.1. Sai số của phép đoKhi đo lường, số chỉ của dụng cụ đo cũng như kết quả tính toán luôn cósự sai lệch với giá trị thực của đại lượng cần đo. Giá trị sai lệch này gọi là sai số.Trong thực tế, khi thực hiện phép đo, ta thường phải so sánh đại lượngcần đo với đại lượng mẫu thông qua dụng cụ đo hoặc cho phép đại lượng cần đotác dụng trực tiếp lên dụng cụ đo. Quá trình này thực chất là phương pháp vật lýthực nghiệm, nên kết quả thường là các giá trị gần đúng. Vì vậy bất kỳ phép đonào cũng có một sai số nào đó, nghĩa là phép đo chỉ được công nhận sau khi đãbiết sai số của phép đo.Muốn có kết quả chính xác của phép đo thì trước khi đo phải xem xét cácđiều kiện đo để chọn phương pháp đo, dụng cụ đo phù hợp và tuyệt đối tuân thủcác quy định về đo lường; sau khi đo cần phải gia công các kết quả thu đượcnhằm tìm được kết quả chính xác.Nguyên nhân gây sai số thường do nguyên nhân chủ quan và nguyên nhânkhách quan:- Nguyên nhân chủ quan là do không thành thạo trong việc thực hiện đo,thao tác chưa chính xác, chọn phương pháp đo không phù hợp, không tuân thủcác qui định của khi sử dụng dụng cụ đo, các qui định về đo lường…5- Nguyên nhân khách quan là do dụng cụ đo không hoàn hảo, độ chínhxác của dụng cụ đo không cao, đại lượng cần đo bị nhiễu, không ổn định, ảnhhưởng của điều kiện môi trường….Giá trị thực Xth của đại lượng đo: là giá trị của đại lượng đo xác định đượcvới một độ chính xác nào đó (thường nhờ các dụng cụ mẫu có cáp chính xác caohơn dụng cụ đo được sử dụng trong phép đo đang xét).Giá trị chính xác (giá trị đúng) của đại lượng đo thường không biết trước,vì vậy khi đánh giá sai số của phép đo thường sử dụng giá trị thực X th của đạilượng đo.Như vậy ta chỉ có sự đánh giá gần đúng về kết quả của phép đo. Việc xácđịnh sai số của phép đo - tức là xác định độ tin tưởng của kết quả đo là mộttrong những nhiệm vụ cơ bản của đo lường học.Sai số của phép đo có thể phân loại theo cách thể hiện bằng số, theonguồn gây ra sai số hoặc theo qui luật xuất hiện của sai số.Tiêu chíphân loạiTheo cách thể hiện Theo nguồn gây rabằng sốsai sốTheo quy luật xuấthiện sai sốLoại sai số- Sai số tuyệt đối- Sai số tương đối- Sai số hệ thống- Sai số ngẫu nhiên- Sai số phương pháp- Sai số thiết bị- Sai số chủ quan- Sai số bên ngoàiSai số tuyệt đối ∆X: là hiệu giữa đại lượng đo X và giá trị thực Xth:∆X = |X - Xth|Sai số tương đối X: là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực tính bằngphần trăm: X % X.100%X thvì X ≈ Xth nên có thể có: X % X.100%XĐộ chính xác tương đối:A = 100% - x%Ví dụ: Điện áp 2 đầu điện trở có trị số thực 50V. Dùng vôn kế đo được49V.Như vậy sai số tuyệt đối ∆X = 1VSai số tương đối X % 1.100% 2%506Độ chính xác A = 98%Sai số hệ thống (systematic error): là sai số cơ bản, do các yếu tố thườngxuyên hay có quy luật tác động làm cho kết quả đo luôn không đổi hoặc thay đổicó quy luật và không đúng với giá trị thực. Sai số hệ thống phụ thuộc vào thiếtbị đo, điều kiện môi trường ...- Sai số do thiết bị đo: các phần tử của thiết bị đo có sai số do công nghệchế tạo, sự lão hóa khi sử dụng. Để giảm sai số này thì phải bảo trì định kỳ chothiết bị đo.- Sai số do ảnh hưởng của điều kiện môi trường: nhiệt độ tăng cao, ápsuất tăng, độ ẩm tăng, điện trường hoặc từ trường tăng đều ảnh hưởng đến sai sốcủa thiết bị đo lường. Để giảm sai số này cần giữ cho điều kiện môi trường ítthay đổi, có các biện pháp chống ảnh hưởng của từ trưởng ...Sai số ngẫu nhiên: ngoài sự hiện diện sai số do chủ quan trong cách thứcđo và sai số hệ thống thì còn lại là sai số ngẫu nhiên. Sai số ngẫu nhiên là sai sốmà giá trị của nó thay đổi bất thường không theo quy luật nào. Thông thường saisố ngẫu nhiên được thu thập từ một số lớn những ảnh hưởng nhỏ được tính toántrong đo lường có độ chính xác cao.Cấp chính xác: Để đánh giá độ chính xác của một dụng cụ đo, người taquy định ra cấp chính xác. Cấp chính xác của dụng cụ đo là giá trị sai số cực đạimà dụng cụ đo mắc phải. Cấp chính xác của dụng cụ đo được qui định đúngbằng sai số tương đối quy đổi của dụng cụ đó và được Nhà nước qui định cụ thể: qdX X m.100%Xmvới ∆Xm- sai số tuyệt đối cực đại; Xm- giá trị lớn nhất của thang đo.Ví dụ: Dụng cụ đo 5A, cấp chính xác là 1 thì sai số tuyệt đối phạm phải là5.1% = 0,05 (A)Sau khi xuất xưởng chế tạo thiết bị đo lường sẽ được kiểm nghiệm chấtlượng, chuẩn hóa và xác định cấp chính xác. Từ cấp chính xác của thiết bị đolường sẽ đánh giá được sai số của kết quả đo.Thường cấp chính xác của dụng cụ đo được ghi ngay trên dụng cụ hoặcghi trong sổ tay kỹ thuật của dụng cụ đo. Theo tiêu chuẩn đo dụng cụ có các cấpchính xác: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4.Các dụng cụ đo có cấp chính xác nhỏ hơn 0,5 thường được dùng làmdụng cụ mẫu. Các dụng cụ dùng trong công nghiệp có cấp chính xác từ 1 -:- 2,5.71.3.2. Tính toán sai sốa. Sai số tuyệt đốiSai số tuyệt đối được định nghĩa bằng biểu thức: ∆X = |X - Xth|Nhưng trong thực tế sai số tuyệt đối không xác định được vì Xth không thểxác định. Cho nên trong thực tế chúng ta chỉ xác định trị số giới hạn lớn nhất củasai số tuyệt đối ∆X mà thôi.∆X = |X - Xth|maxVí dụ: Một điện trở có trị số được viết như sau: R = 200 ± 20 Ohm± 20 Ohm có ý nghĩa là giới hạn sai số tuyệt đối của điện trở đo được.Nên biểu diễn giới hạn sai số theo phần trăm (%):X (%) 20.100(%) 10%200b. Sai số tương đốiSai số tương đối được xác định theo biểu thức: X X.100%X thTrong thực tế trị số sai số tương đối tính theo (%) thường được suy từ độchính xác hoặc cấp chính xác của thiết bị đo thường được cho bởi nhà sản xuấtvà thường đựơc ghi trên thiết bị đo.c. Sai số tương đối của tầm đo (thang đo)Đối với thiết bị đo có nhiều tầm đo khác nhau người ta thường dùng sai sốtương đối của tầm đo. Sai số tương đối của tầm đo được xác định như sau:L XLVới L là trị số lớn nhất của tầm đoVí dụ: Một volt kế có tầm đo 0 – 150V trị số ∆X của Volt kế này là 1V5.Như vậy sai số tương đối của tầm đo này là:L 1,5 0,01 1%150Nếu trị số tầm đo tối đa là 100V thì sai số tương đối của thang đo này là:L 1,5 0,015 1,5%100Như vậy nếu ∆X không đổi trong tầm đo và trị số đo thay đổi thì khi số đocàng nhỏ thì sai số tương đối càng lớn. Cho nên thông thường ∆X được xác địnhtheo tầm đo và độ chính xác trên thiết bị đo.8d. Sai số tương đối của tổng hai đại lượngNếu 2 đại lượng đó có tính chất độc lập với nhau mỗi đại lượng có trị sốsai số tương đối riêng biệt a và b. Sai số tương đối của tổng 2 đại lượng a và bđược xác định: X ( a b ) a babTa có: a bavà b ba→ X ( a b ) a.a b.babe. Sai số tương đối của tích hai đại lượngNếu 2 đại lượng đó có tính chất độc lập với nhau mỗi đại lượng có trị sốsai số tương đối riêng biệt a và b. Sai số tương đối của tích 2 đại lượng a và bđược xác định:x(a.b) = a + bCó thể suy rộng ra cho nhiều đại lượng độc lập:x = iVí dụ: Vôn kế và ampe kế được dùng để xác định công suất tiêu thụ củađiện trở. Cả hai thiết bị này đều có sai số tầm đo 1%. Nếu vôn kế được đọc ởtầm đo 150V có chỉ thị 80V, và ampe kế được đọc ở tầm đo 100mA là 70mA.Sai số tầm đo vôn kế: 150V x 1% = 1,5 VSai số ở trị số 80V: 1,5/80 x 100% = 1,86%Sai số tầm đo ampe kế: 100mA x 1% = 1 mASai số ở trị số 70V: 1/70 x 100% = 1,43%Sai số công suất đo được: 1,86% + 1, 43% = 3,29%f. Sai số ngẫu nhiênDựa vào số lớn các giá trị đo được có thể xác định qui luật thay đổi củasai số ngẫu nhiên nhờ sử dụng các phương pháp toán học thống kê và lý thuyếtxác suất.Nhiệm vụ của việc tính toán sai số ngẫu nhiên là chỉ rõ giới hạn thay đổicủa sai số của kết quả đo khi thực hiện phép đo nhiều lần, như vậy phép đo nàocó kết quả với sai số ngẫu nhiên vượt quá giới hạn sẽ bị loại bỏ.Việc tính toán sai số ngẫu nhiên dựa trên giả thiết là sai số ngẫu nhiên củacác phép đo các đại lượng vật lý thường tuân theo luật phân bố chuẩn (luật phân9bố Gauss). Nếu sai số ngẫu nhiên vượt quá một giá trị nào đó thì xác suất xuấthiện sẽ hầu như bằng không và vì thế kết quả đo nào có sai số ngẫu nhiên nhưvậy sẽ bị loại bỏ.Các bước tính sai số ngẫu nhiên:Xét n kết quả đo với các kết quả đo thu được là x1, x2, ... , xn- Ước lượng trị số trung bình của n kết quả đo:X0 nx1 x2 ... xnx ini 1 n- Xác định độ lệch ngẫu nhiên (còn gọi là sai số dư):Ai = |xi – X0|- Sai số ngẫu nhiên được xác định:n2X 3Ai2A12 A22 ... An2 2 i 1n(n 1)3 n(n 1)- Giới hạn của sai số ngẫu nhiên được cho bởi công thức:X = 4,5.XNhững trị số đo nào vượt quá trị số giới hạn này sẽ bị loại bỏ.- Kết quả đo có thể được viết như sau: X = X0 XVí dụ: Trong một thí nghiệm xác định điện trở, trong 8 lần đo có kết quảđo lần lượt như sau: R1 = 116,2; R2 = 118,2; R3 = 118,5; R4 = 117; R5 = 118,2;R6 = 118,4; R7 = 117,8; R8 = 118,1.Ta có giá trị trung bình của điện trở:R0 R1 R2 ... R8 117,8()8Độ lệch ngẫu nhiên:A1 = |R1 – R0| = 1,6;A2 = |R2 – R0| = 0,4;A3 = |R3 – R0| = 0,7;A4 = |R4 – R0| = 0,8;A5 = |R5 – R0| = 0,4;A6 = |R6 – R0| = 0,6;A7 = |R7 – R0| = 0;A8 = |R8 – R0| = 0,3;Sai số ngẫu nhiên:2X 3A12 A22 ... A82 0,27.810Giới hạn của sai số ngẫu nhiên là 4,5.0,2 = 0,9. Như vậy kết quả đo lầnthứ nhất có A1 = 1,6 sẽ bị loại bỏ. Kết quả đo có thể viết: R = 117,8 0,2 ().11Chƣơng 2CƠ CẤU ĐO2.1.Cơ sở chung của các thiết bị cơ điệnNguyên tắc hoạt động của đa số các dụng cụ đo điện chỉ thị kim được dựatrên sự quay phần động dưới tác dụng của mômen quay. Mômen quay tạo nênbởi dòng điện, mà dòng điện này lại phụ thuộc vào đại lượng đo. Do vậy, dụngcụ đo điện loại này thường có hai bộ phận chính là cơ cấu đo và mạch đo. Mạchđo sẽ biến đổi các đại lượng cần đo thành tín hiệu điện (dòng điện, điện áp...) tácdụng trực tiếp lên cơ cấu đo. Cơ cấu đo gồm 2 phần: phần tĩnh biến đổi điệnnăng thành cơ năng tác dụng lên phần động; phần động gắn với kim chỉ thị.Muốn cho phần động được cân bằng thì phải tác dụng lên nó một mômen nữa làmômen phản kháng, nếu không kim chỉ thị sẽ quay với tốc độ rất nhanh, quayhết mặt thang đo và sẽ không trở lại vị trí ban đầu khi dừng đo.Đối với các dụng cụ đo chỉ thị kim, tuy nguyên lý làm việc khác nhau,nhưng về cơ bản thì các phần tử, bộ phận tạo nên dụng cụ đo có công dụnggiống nhau. Có thể mô tả chung cùng một loại, cấu tạo như sau:- Trục và trụ: là bộ phận đảm bảo cho phần động quay trên trục như:khung dây, kim chỉ thị, lò xo cản… Trục được làm bằng thép cứng pha iridihoặc osimic và có tiết diện tròn có đường kính từ 0,8 đến 1,5mm, đầu trục hìnhchóp với góc đỉnh là 45– 600 và đỉnh bán cầu có bán kính 0,05 – 0,3mm.- Lò xo phản kháng: tạo ra mômen cản và dẫn dòng điện vào khung dây.Lò xo được chế tạo bằng đồng berili hoặc đồng phốt phát để có độ đàn hồi tốt vàdễ hàn, lò xo được chế tạo thành hình xoắn ốc.- Dây căng và dây treo: được sử dụng khi cần giảm mômen cản để tăng độnhạy của cơ cấu chỉ thị. Dây căng và dây treo là các đoạn dây phẳng, có tiết diệnhình chữ nhật được làm bằng đồng berili hoặc đồng phốt phát. Momen phảnkháng của dây căng và dây treo nhỏ để hạn chế ma sát.- Bộ phận cản dịu: có tác dụng rút ngắn quá trình dao động của phầnđộng, xác lập vị trí cân bằng nhanh chóng.- Kim chỉ thị: được gắn vào trục quay, độ di chuyển của kim trên thangchia độ tỉ lệ với góc quay α. Kim chỉ thị được chế tạo bằng nhôm hay hợp kimnhôm. Với dụng cụ có cấp chính xác cao, kim được làm bằng thủy tinh, hình12dáng của kim chỉ thị được chế tạo tuỳ theo cấp chính xác của dụng cụ đo và vịtrí đặt dụng cụ để quan sát.- Thang đo: khắc giá trị của đại lượng đo. Có nhiều loại thang đo khácnhau, tùy thuộc vào cấp chính xác và bản chất của cơ cấu chỉ thị. Thang đothường được chế tạo từ nhôm lá, trên mặt có khắc vạch chia độ. Để tránh sai sốtrong quá trình đo trên mặt thang đo người ta gắn thêm “mặt gương“ phản chiếuphía dưới và khi đọc kết quả đo bắt buộc kim và bóng của kim đo trên mặtgương phải trùng nhau. Đặc biệt đối với các dụng cụ làm việc cả ban đêm vàban ngày, các số trên thang đo được kẻ bằng chất phát quang (dạ quang) trongbóng tối.Nguyên lý làm việc chung: Khi cho dòng điện vào một cơ cấu chỉ thị cơđiện, trong cơ cấu sẽ tích lũy một năng lượng điện từ WeDo tác động của từ trường (do nam châm vĩnh cửu hoặc do dòng điện đưavào sinh ra) lên phần động của cơ cấu đo sẽ sinh ra mômen quay MqMq dWedMômen quay này làm phần động quay đi một góc nào đó và lò xo phảnkháng bị xoắn lại tạo ra mômen cản Mc tỷ lệ với góc quay .Mc = Kc. (Kc là hệ số phụ thuộc kích thước vật liệu chế tạo lò xo)Khi cân bằng, mômen quay bằng mômen cản: Mq = Mc→ 2.2.1 dWeK c dCơ cấu đo từ điện2.2.1. Cấu tạoNam châm vĩnh cữuKhung dâyLò xo phản khángLõi sắt nonCực từHình 2.1: Cơ cấu đo từ điện13Cấu tạo gồm 2 phần cơ bản:- Phần tĩnh: gồm nam châm vĩnh cửu; mạch từ và cực từ và lõi sắt hìnhthành mạch từ kín. Giữa cực từ và lõi sắt có có khe hở không khí đều gọi là khehở làm việc, ở giữa đặt khung quay chuyển động.- Phần động: gồm khung nhôm hình chữ nhật (khung quay) được quấnbằng dây đồng. Khung quay được gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo).Kim chỉ thị được gắn chặt trên trục quay hoặc dây treo. Phía sau kim chỉ thị cómang đối trọng để sao cho trọng tâm của kim chỉ thị nằm trên trục quay hoặcdây treo. Lò xo phản kháng hoặc dây treo có nhiệm vụ kéo kim chỉ thị về vị tríban đầu (vị trí 0) và kiểm soát độ quay của kim chỉ thị.2.2.2. Nguyên lý làm việcKhi có dòng điện I đi vào cuộn dây phần động, dưới tác dụng của từtrường nam châm vĩnh cửu, sinh ra năng lượng từ trường làm quay phần động.Từ thông qua khung dây: = B.S.W.Trong đó: B: mật độ từ thông xuyên qua khung dây.S: diện tích khung dâyW: số vòng dây của cuộn dây.: góc lệch của khung dây so với vị trí ban đầuNăng lượng từ trường:We = .I = B.S.W..IMômen quay sinh ra được xác định theo biểu thức:Mq dWe B.S .W .I K q .IdMômen quay này làm phần động mang kim đo quay đi một góc nào đóvà lò xo phản kháng bị xoắn lại tạo ra mômen cản Mc tỷ lệ với góc quay .Mc = Kc.(Kc là hằng số xoắn của lò xo)Khi cân bằng, mômen quay bằng mômen cản:Mq = Mc → Kq.I = Kc.→VớiCKqKcI C.IB.S .W ConstKc14C gọi là độ nhạy của cơ cấu đo từ điện (A/mm). Cho biết dòng điện cầnthiết chạy qua cơ cấu đo để kim đo lệch được 1mm hay 1 vạch.Kết luận: qua biểu thức trên ta thấy rằng góc quay của kim đo tỷ lệ bậcnhất với dòng điện cần đo và độ nhạy của cơ cấu đo, dòng điện và độ nhạy cànglớn thì góc quay càng lớn.2.2.3. Đặc điểm, ứng dụngĐặc điểm:- Từ trường là do nam châm vĩnh cửu sinh ra, ít bị ảnh hưởng của từtrường ngoài.- Công suất tiêu thụ nhỏ nên ảnh hưởng không đáng kể đến chế độ củamạch đo.- Thang đo đều do góc quay tuyến tính theo dòng điện.- Có độ chính xác cao, có thể đạt được cấp chính xác 0,5%.- Cuộn dây của khung quay thường chịu đựng qua tải nhỏ nên thường dểbị hư hỏng nếu dòng điện quá mức đi qua.- Chỉ sử dụng dòng điện một chiều, không hoạt động ở dòng điện xoaychiều.- Độ chính xác của phép đo bị ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ.- Đối với khung quay có dây xoắn dễ hư hỏng khi bị chấn động mạnhhoặc di chuyển quá mức giới hạn.Ứng dụng:- Cơ cấu này thường được dùng rộng rãi trong lĩnh vực đo lường, đối vớicơ cấu chỉ thị kim như: ampemét, vônmét, ômmét nhiều thang đo và có dải đorộng; độ chính xác cao (cấp 0,1 ÷ 0,5).- Có thể dùng với các bộ biến đổi khác như chỉnh lưu, cảm biến cặp nhiệtđể có thể đo được dòng, áp xoay chiều.2.3.Cơ cấu đo điện từ2.3.1. Cấu tạoCơ cấu đo điện từ có 2 loại:- Loại lực hút- Loại lực đẩya. Loại lực hút150124335216Hình 2.2: Cơ cấu đo điện từ loại lực hút1. Cuộn dây phần tĩnh.4. Trục quay.2 Rãnh hẹp.3. Phiến thép5. Bộ cản dịu kiểu không khí6. Lò xo đối kháng.Gồm có cuộn dây cố định , miếng sắt di động trong vùng từ trường docuộn dây tạo ra khi có dòng điện chạy qua cuộn dây. Nếu từ trường tạo ra cànglớn thì miếng sắt càng bị hút mạnh vào và kim chỉ thị càng bị lệch nhiều. Để cânbằng lực hút, ta gắn thêm lò xo kiểm soát đối kháng lại. Khi không có dòng điệnchạy qua cuộn dây, từ trường sẽ không còn nên kim chỉ thị sẽ trở về vị trí cânbằng ban đầuSự chuyển động của kim chỉ thị cũng được đệm để làm dịu, bộ phận đệmgồm một lá nhôm gắn chặt với kim chỉ thị di chuyển trong buồng được che kín.b. Loại lực đẩyHình 2.3: Cơ cấu đo điện từ loại lực đẩy16Gồm có hai miếng sắt di động được gắn chặt với trục quay, còn miếng sắtcố định được gắn với vách trong của nòng cuộn dây. Khi có dòng điện chạy quasẽ từ hóa 2 miếng sắt có cùng cực tính cho nên 2 miếng sắt sẽ đẩy nhau, khi đómiếng sắt di động sẽ di chuyển.2.3.2. Nguyên lý làm việcDòng điện I chạy vào cuộn dây phần tĩnh tạo thành một nam châm điệnhút lõi thép phần động vào khe hở không khí với mômen quay:Mq dWe1với We LI 22dTrong đó L là điện cảm của cuộn dây.→ Mq 1 dL 2I Kq I 22 dTại vị trí cân bằng:Mq = Mc → KqI2 = KcHay KqKcI2Vậy góc quay tỉ lệ với bình phương dòng điện tức là không phụ thuộc vàochiều của dòng điện nên có thể đo trong cả mạch xoay chiều hoặc một chiều.2.3.3. Đặc điểm, ứng dụngĐặc điểm:- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ.- Đo được điện một chiều và xoay chiều.- Khả năng quá tải tốt vì có thể chế tạo cuộn dây phần tĩnh với tiết diệndây lớn.- Do cuộn dây có lõi là không khí nên từ trường yếu, vì vậy độ nhạy kémvà chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài.- Thang đo không đều, có đặc tính phụ thuộc vào tỉ số dL/d là một đạilượng phi tuyến.- Độ chính xác không cao nhất là khi đo ở mạch một chiều sẽ bị sai số (dohiện tượng từ trễ, từ dư…)Ứng dụng:17Thường được sử dụng để chế tạo các loại ampemét, vônmét trong mạchxoay chiều tần số công nghiệp với độ chính xác cấp 1 -:- 2. Ít dùng trong cácmạch có tần số cao.2.4.Cơ cấu đo điện động2.4.1. Cấu tạoHình 2.4: Cơ cấu đo điện động- Phần tĩnh: gồm cuộn dây cố định (được chia thành hai phần nối tiếpnhau) để tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua. Trục quay chui qua khe hởgiữa hai phần cuộn dây tĩnh.- Phần động: gồm một khung dây đặt trong lòng cuộn dây tĩnh. Khungdây được gắn với trục quay, trên trục có lò xo cản, bộ phận cản dịu và kim chỉthị. Thông thường cuộn dây di động không có lõi sắt mà là lõi không khí chonên tránh được hiện tượng từ trễ và dòng điện xoáy.Cả phần động và phần tĩnh được bọc kín bằng màn chắn để ngăn chặn ảnhhưởng của từ trường ngoài.2.4.2. Nguyên lý làm việc- Khi cho dòng điện một chiều I1, I2 chạy vào cuộn dây phần tĩnh và phầnđộng, làm xuất hiện từ trường trong lòng cuộn dây phần tĩnh. Từ trường này tácđộng lên dòng điện I2 chạy trong cuộn dây phần động tạo ra mômen quay:Mq dWe11với We L1 I12 L2 I 22 M 12 I1 I 222dTrong đó L1, L2 là điện cảm của các cuộn dây (không phụ thuộc ); M12 làhỗ cảm của 2 cuộn dây phần tĩnh và phần động (phụ thuộc ).→ Mq dM 12I1 I 2 K q I1 I 2dỞ vị trí cân bằng:Mq = Mc → KqI1I2 = Kc18(Kc: hằng số xoắn của lò xo kiểm soát hoặc dây treo)Hay KqKcI1 I 2- Khi cho dòng điện xoay chiều đi vào cuộn dây tĩnh. Mômen quay đượcxác định:Mq Trong đó:dWe dM 12i1i2ddi1 = I1 sint; i2 = I2 sin(t-)I1, I2 là các giá trị hiệu dụng của dòng điện lần lượt chạy trong cáccuộn dây phần tĩnh và phần động. là góc lệch pha giữa 2 dòng điệnDo có quán tính nên phần động không kịp thay đổi theo giá trị tức thời.Cho nên , trên thực tế người ta lấy giá trị trung bình trong một chu kỳ:Mq TdM 121M q (t )dt I1 I 2 cos K q I1 I 2 cos T0dTại vị trí cân bằng:Mq = Mc → KqI1I2cos = KcHay KqKcI 1 I 2 cos 2.4.3. Đặc điểm, ứng dụngĐặc điểm:- 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 giữa hai dòngđiện nên có thể ứng dụng làm Watt kế đo công suất.- Có độ chính xác cao khi đo trong mạch điện xoay chiều.- 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 phậnchắn từ.- Độ nhạy thấp vì mạch từ yếu.- Cấu tạo phức tạp, đắt tiền.Ứng dụng:19- Chế tạo các ampe kế, vôn kế, oát kế một chiều và xoay chiều tần số côngnghiệp; 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 đến20KHz).2.5.Cơ cấu đo cảm ứng2.5.1. Cấu tạoHình 2.5: Cơ cấu đo cảm ứngPhần tĩnh gồm có hai cuộn dây quấn trên mạch từ (lõi thép kỹ thuật) đểtạo ra nam châm điện. Khi có dòng điện chạy qua các cuộn dây sẽ sinh ra từtrường móc vòng qua mạch từ và qua phần động. Có ít nhất là 2 nam châm điện.Phần động là một đĩa kim loại thường làm bằng nhôm gắn vào trục quayvà trên có mang kim chỉ thị.2.5.2. Nguyên lý làm việcKhi dòng điện I1, I2 vào các cuộn dây phần tĩnh → sinh ra các từ thôngФ1, Ф2. Các từ thông này lệch pha nhau góc bằng góc lệch pha giữa các dòngđiện tương ứng. Từ thông Ф1, Ф2 cắt đĩa nhôm phần động → xuất hiện trong đĩanhôm các sức điện động tương ứng E1, E2 (lệch pha với Ф1, Ф2 góc π/2) → xuấthiện các dòng điện xoáy Ix1, Ix2 (lệch pha với E1, E2 góc α1, α2).Các từ thông Ф1, Ф2 tác động tương hỗ với các dòng điện Ix1, Ix2 → sinhra các lực F1, F2 và các mômen quay tương ứng → quay đĩa nhôm (phần động).Mômen quay được tính:Mq = C.f. Ф1.Ф2.sinVớiC là hằng số của cơ cấu đo là góc lệch pha giữa I1, I220Mômen quay cũng được tính:Mq = Kq.U.I.cos = Kq.PMômen phản kháng tỉ lệ với tốc độ quay của đĩa nhômMc = Kc.nKhi đĩa nhôm quay đều thì mômen quay bằng mômen phản khángMq = Mc → Kq.P = Kc.nHay n KqKcPNhư vậy tốc độ quay của đĩa nhôm tỷ lệ với công suất của tải.2.5.3. Đặc điểm, ứng dụngĐặc điểm:- 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 giữa I1, I2 bằng π/2.- Cơ cấu đo kiểu cảm ứng chỉ làm việc trong mạch điện xoay chiều.- Có moment lớn, cấu tạo chắc chắn, khả năng chịu quá tải cao.- Độ chính xác thấp do có sai số và do từ trễ nên chủ yếu dùng để đo côngsuất xoay chiều.- Moment quay phụ thuộc vào tần số nên cần phải ổn định tần số.Ứng dụng:Chủ yếu để chế tạo công tơ đo năng lượng; có thể đo tần số…21Chƣơng 3ĐO DÕNG ĐIỆN – ĐIỆN ÁP3.1.Cơ sở chung3.1.1. Đo dòng điệna. Các phương pháp đoTrong các đại lượng điện, dòng điện và điện áp là các đại lượng cơ bảnnhất. Vì vậy trong công nghiệp cũng như trong các công trình nguyên cứu khoahọc người ta luôn quan tâm đến các phương pháp và thiết bị đo dòng điện.Các phương pháp đo dòng điện phổ biến gồm:- Phương pháp đo trực tiếp: dùng các dụng cụ đo dòng điện như ampe kế,mili ampe kế, micrô ampe kế ... để đo dòng và trực tiếp đọc kết quả trên thangchia độ của dụng cụ đo.- Phương pháp đo gián tiếp: có thể dùng vôn kế đo điện áp rơi trên mộtđiện trở mẫu (mắc trong mạch có dòng điện cần đo chạy qua); thông qua phươngpháp tính toán ta sẽ được dòng điện cần đo.- Phương pháp so sánh: đo dòng điện bằng cách so sánh dòng điện cần đovới dòng điện mẫu chính xác; ở trạng thái cân bằng của dòng cần đo và dòngmẫu sẽ đọc được kết quả trên mẫu. Có thể so sánh trực tiếp và so sánh gián tiếp.b. Yêu cầu chungYêu cầu đối với dụng cụ đo dòng điện:- Công suất tiêu thụ: khi đo dòng điện ampe kế được mắc nối tiếp với cácmạch cần đo. Như vậy ampe kế sẽ tiêu thụ một phần năng lượng của mạch đogây sai số trong quá trình đo. Phần năng lượng này còn được gọi là công suấttiêu thụ của ampe kế PA và được tính: PA = IA2.RA. Trong phép đo dòng điện yêucầu công suất tiêu thụ PA càng nhỏ càng tốt, tức là yêu cầu RA càng nhỏ càng tốt.- Dải tần hoạt động: khi đo dòng điện xoay chiều, tổng trở của ampe kếcòn chịu ảnh hưởng của tần số: ZA = RA + XL với XL = 2fL là thành phần trởkháng của cuộn dây ampe kế. Để đảm bảo cấp chính xác của dụng cụ đo, dụngcụ đo xoay chiều phải được thiết kế chỉ để đo ở các miền tần số sử dụng nhấtđịnh (dải tần nhất định).Lưu ý quá trình đo:22- Trước khi đo phải kiểm tra sự an toàn cho người và thiết bị đo; đảm bảođộ tin cậy của mạch cần đo.- Trong khi đo phải chọn thang đo phù hợp; điều chỉnh kim, que đo đúngvị trí.- Sau khi đo phải đánh giá kết quả đo được và tính toán được sai số.c. Cách tính sai sốHình 3.1: Mạch đo dòng điệnMắc ampe kế nối tiếp với phụ tải như hình vẽGọi: I là dòng điện qua phụ tải khi chưa mắc ampe kế (khi khoá K đóng)IA là dòng điện qua phụ tải khi mắc ampe kế (khi khóa K mở)RA là điện trở nội của ampe kếR là điện trở của phụ tảiU là điện áp nguồn cung cấp cho mạch điệnTa có: I UUvà I A RR RASai số tương đối: I (%) I IARA.100% .100%IR RA3.1.2. Đo điện ápVolt kế được mắc song song với phụ tảiKhi điện áp cần đo tạo ra dòng điện nằm trong giới hạn dòng tối đa của cơcấu, thì ta có thể đo trực tiếp.Khi điện áp cần đo lớn, ta phải mở rộng tầm đo cho volt kế.Khi mắc volt kế vào mạch điện, volt kế sẽ tiêu thụ một phần điện năngnên gây ra sai số trong quá trình đo.23Hình 3.2: Mạch đo điện ápKhi chưa mắc vôn kế, điện áp rơi trên tải:U I .RtKhi mắc vôn kế vào mạch, điện áp rơi trên tải:UV I.Rt .RvRt RvSai số tương đối:U (%) U UVRt.100% .100%URt RvU V2Công suất tiêu hao trên vôn kế: PV RVĐể công suất tiêu hao trên volt kế nhỏ thì nội trở của volt kế phải rất lớn(lớn hơn điện trở tải càng nhiều càng tốt, tốt nhất là 10 lần)Ví dụ: Một vôn kế có tầm đo 5V được mắc vào mạch như sơ đồa. Tính giá trị điện áp trên điện trở R2 khi chưa mắc vôn kế vào mạchb. Tính giá trị điện áp trên điện trở R2 khi mắc vôn kế vào mạch (vôn kếcó RV = 100 k)Biết rằng R1 = 70 k và R2 = 50kKhi chưa mắc vôn kế, ta có:24U R2 E12R2 50 5(V )R1 R270 50Khi mắc vôn kế vào mạch:U R2 E12Rtd .33,3 3,87(V )R1 Rtd70 33,3Trong đó: Rtd R2 // RV R2 .RV100.50 33,3(k)R2 RV 100 50Ta nhận thấy giá trị đo nhỏ hơn giá trị thực vì lúc này có nội trở của vônkế tham gia vào mạch làm cho giá trị của phép đo bị thay đổi.3.2.Đo dòng điện một chiều3.2.1. Đặc điểmĐể đo dòng điện một chiều ta có thể sử dụng cơ cấu đo kiểu điện từ, từđiện hay điện động. Thông thường ta sử dụng cơ cấu đo kiểu từ điện vì có độnhạy cao lại tiêu thụ năng lượng ít khoảng 0,2 -:- 0,4W và vạch chia trên thangđo đều nên dễ đọc.Khung dây của ampe kế kiểu từ điện được quấn bằng dây đồng có đườngkính từ 0,03 -:- 0,2mm, số vòng dây khoảng 300 vòng nên dòng điện cho phépqua cơ cấu đo từ 100µA -:- 20mA và điện trở của cơ cấu đo khoảng 20-:-2000.3.2.2. Phương pháp mở rộng thang đoTrong quá trình đo dòng điện, đôi khi giá trị cần đo lớn hơn giới hạn chophép củacơ cấu đo, khi đó ta phải mở rộng thang đo cho ampe kế. Phương phápphổ biến là dùng điện trở Shunt, điện trở Shunt thường làm bằng manganin mắcsong song với cơ cấu đo (thường dòng điện đi qua điện trở Shunt lớn hơn dòngđiện đi qua cơ cấu đo rất nhiều).Khi có điện trở Shunt trong mạch đo, dòng điện phân nhánh vào khungquay và điện trở Shunt tỉ lệ nghịch với giá trị điện trở của chúng. Để thay đổigiới hạn khung đo của ampe kế, ta thay đổi giá trị điện trở Shunt. Ta có thể điềuchỉnh giá trị điện trở Shunt để phù hợp cho từng giá trị dòng điện cần đo.25 |
