Đo lường điện và thiết bị đo - Chương 3

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

350
lượt xem 130
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CHƯƠNG 3. ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP (6,2,0) 3.1 Đo dòng một chiều (DC) – dòng xoay chiều (AC) 1. Đo dòng DC Tất cả cơ cấu chỉ thị kim đều có khả năng đo trực tiếp dòng DC nhưng chỉ đo được những giá trị nhỏ. Do vậy, ta phải mở rộng tầm đo để có thể đo được dòng điện có giá trị lớn hơn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đo lường điện và thiết bị đo - Chương 3

CHÖÔNG 3. ÑO DOØNG ÑIEÄN VAØ ÑIEÄN AÙP (6,2,0) 3.1 Ño doøng moät chieàu (DC) – doøng xoay chieàu (AC) 1. Ño doøng DC Taát caû cô caáu chæ thò kim ñeàu coù khaû naêng ño tröïc tieáp doøng DC nhöng chæ ño ñöôïc nhöõng giaù trò nhoû. Do vaäy, ta phaûi môû roäng taàm ño ñeå coù theå ño ñöôïc doøng ñieän coù giaù trò lôùn hôn. Hình 3.1. Maïch ño doøng Ñeå môû roäng taàm ño cuûa cô caáu töø ñieän, thoâng thöôøng ngöôøi ta söû duïng moät ñieän trôû phuï, ñöôïc goïi laø ñieän trôû shunt Rs, ñöôïc maéc nhö trong hình 3.1.b. Doøng ñieän caàn ño: I = Im + Is Trong ñoù : Im : doøng qua cô caáu chæ thò Is : doøng qua ñieän trôû shunt Ñieän trôû shunt, Rs, ñöôïc xaùc ñònh qua coâng thöùc sau: I × Rm Rs = max I t − I max Trong ñoù : Imax : doøng cöïc ñaïi cuûa cô caáu chæ thò It : doøng toái ña cuûa taàm ño Rm: noäi trôû cuûa cô caáu chæ thò VD: Xaùc ñònh giaù trò cuûa Rs trong maïch hình 3.1.b. Bieát raèng, caàn ño doøng DC vôùi giaù trò laø 1mA, doøng chòu ñöïng toái ña vaø noäi trôû cuûa cô caáu ño töông öùng laø 50µA vaø 1kΩ. Giaûi Ta coù : It = 1mA, Imax = 50µA, Rm = 1kΩ. 50.10 −6 × 10 3 50.10 −3 5 Vaäy Rs = × 10 3 = 52,6 (Ω) = = 1mA − 50µA 950.10 −6 95 9/40
Hình 3.2. Maïch ño doøng coù nhieàu taàm ño VD: Xaùc ñònh giaù trò R1, R2, R3 trong maïch hình 3.2. Bieát raèng, caàn ño doøng DC vôùi giaù trò laø 1mA, 10mA, 100mA töông öùng vôùi vò trí B, C vaø D. Doøng chòu ñöïng toái ña (Imax ) vaø noäi trôû cuûa cô caáu ño (Rm) töông öùng laø 50µA vaø 1kΩ. Giaûi + Taïi vò trí B (1mA) 50.10 −3 R1 + R2 + R3 = = 52,6 Ω (1) 950.10 −6 + Taïi vò trí C (10mA) (1kΩ + R3 )50.10 −6 (1kΩ + R3 ) R1 + R2 = (2) = 9950.10 −6 199 + Taïi vò trí D (100mA) (1kΩ + R2 + R3 )50.10 −6 1kΩ + R2 + R3 R1 = (3) = 99950.10 −6 1999 Töø (1) ⇒ R1 + R2 = 52,6 – R3 (4) 1kΩ + R3 Töø (2) vaø (4) ⇒ = 52,6 – R3 199 10467,4 − 1000 = 47,337 (Ω) ⇒ R3 = 200 Töø (1) ⇒ R2 + R3 = 52,6 – R1 (5) 1000 − 52,6 − R1 1052,6 = 0,526 (Ω) Theá (5) vaøo (3): R1 = = 1999 2000 R2 = 52,6 – (47,337 + 0,526) = 4,737 (Ω) Vaäy R1 = 0,526 (Ω); R2 = 4,737 (Ω); R3 = 47,337 (Ω) 2. Ño doøng AC Cô caáu ñieän töø vaø cô caáu ñieän ñoäng ñeàu hoaït ñoäng ñöôïc vôùi doøng AC. Cô caáu töø ñieän khoâng theå hoaït ñoäng tröïc tieáp vôùi doøng AC, do ñoù doøng AC caàn phaûi ñöôïc bieán ñoåi thaønh doøng DC. Trò trung bình cuûa doøng ñieän: T 1 I cltb = ∫ icl dt ≤ I max T0 10/40
Hình 3.3. Doøng chænh löu (baùn kyø) qua cô caáu Ñoái doøng AC : i = Imsinωt thì Icltb = 0,318Im = 0,318 2 Ihd Hình 3.4. Doøng chænh löu (toaøn kyø) qua cô caáu Ñoái doøng AC : i = Imsinωt qua chænh löu toaøn caàu thì Icltb = 0,636Im = 0,636 2 Ihd 3. AÛnh höôûng cuûa Amper keá ñeán maïch ño Hình 3.5. Caùch maéc Amper keá ño doøng Noùi chung, noäi trôû cuûa Amper keá thay ñoåi theo thang ño. Thang ño caøng lôùn thì noäi trôû caøng nhoû vaø ngöôïc laïi. Neáu noäi trôû cuûa Amper keá raát nhoû so vôùi ñieän trôû taûi RLoad thì sai soá do aûnh höôûng cuûa Amper keá trôû neân khoâng ñaùng keå. VD: Xaùc ñònh giaù trò cuûa caùc thang ño taïi ñieåm B, C vaø D hình 3.6. Bieát raèng,R1 = 0,05Ω, R2=0,45Ω, R3=4,5Ω. Doøng chòu ñöïng toái ña (Imax) vaø noäi trôû cuûa cô caáu ño (Rm) töông öùng laø 50µA vaø 1kΩ. 11/40
Hình 3.6. Giaûi + Taïi vò trí B Vs = I max × Rm = 50 µA × 1kΩ = 50mV Vs 50mV Is = = = 10mA R1 + R2 + R3 0,05Ω + 0,45Ω + 4,5Ω I = Is + Im = 10mA + 50µA = 10,05mA + Taïi vò trí C Vs = I max × (Rm + R3 ) = 50 µA × (1kΩ + 4,5Ω ) ≈ 50mV Vs 50mV Is = = = 100mA R1 + R2 0,05Ω + 0,45Ω Vì Is >> Im neân I = Is = 100mA + Taïi vò trí D Vs = I max × (Rm + R3 + R2 ) = 50 µA × (1kΩ + 4,5Ω + 0,45Ω ) ≈ 50mV V 50mV Is = s = = 1A R1 0,05Ω Vì Is >> Im neân I = Is = 1A 3.2 Ño ñieän aùp DC – AC 1. Ño ñieän aùp DC Nguyeân lyù chung cuûa ño ñieän aùp laø chuyeån ñieän aùp caàn ño thaønh giaù trò doøng ñieän ñi qua cô caáu ño. Vño I ño = ≤ I max R + Rm Cơ c u t ñi n, ñi n t và ñi n ñ ng ñ u ñư c dùng làm Volt k DC. ði n tr Rs ñư c n i vào ñ h n dòng ch y qua cơ c u ño. M ch ño ñi n áp ñư c minh h a hình 3.7. 12/40
Hình 3.7. M ch ño ñieän aùp Toång trôû vaøo cuûa Volt keá laø : Zv = Rs + Rm Ñeå môû roäng taàm ño (ño ñöôïc nhöõng giaù trò ñieän aùp khaùc nhau), caùch thoâng thöôøng laø noái tieáp vôùi cô caáu ño nhöõng ñieän trôû coù giaù trò thích hôïp. Toång trôû cuûa Volt keá seõ thay ñoåi theo taàm ño, toång trôû caøng lôùn thì giaù trò cuûa taàm ño ñieän aùp caøng cao vaø ngöôïc laïi. Hình 3.8. M ch môû roäng taàm ño ñieän aùp DC VD: Tính giaù trò cuûa ñieän trôû R1, R2, R3 trong hình 3.8.b. Bieát raèng, V1 = 2,5V; V2 = 10V vaø V3 = 50V. Cô caáu töø ñieän coù Imax = 100µA, Rm = 0,5kΩ. Giaûi + Taïi V1 (2,5V): V V 2,5V Rm + R1 = 1 ⇒ R1 = 1 − Rm = − 0,5kΩ = 24,5kΩ 100 µA I max I max + Taïi V2 (10V): V −V 7,5V R2 = 2 1 = = 75kΩ 100 µA I max + Taïi V3 (50V): V − V2 40V R3 = 3 = = 400kΩ 100 µA I max 13/40
VD: Moät Volt keá coù taàm ño 0V-300V, Imax = 50mA, xaùc ñònh giaù trò vaø coâng suaát tieâu taùn ñieän trôû (R) noái tieáp vôùi cô caáu ño cuûa Volt keá ñoù, bieát raèng cô caáu ño coù noäi trôû laø 100Ω. Giaûi Ta coù : 300 300 R + Rm = ⇒R= − Rm = 6kΩ − 0,1kΩ = 5,9kΩ 50mA 50mA PR = RI 2 = 5,9kΩ × (50mA) = 14,75W 2 2. Ño ñieän aùp AC Nguyeân taéc: Ñoái vôùi cô caáu töø ñieän, ñieän aùp AC ñöôïc chuyeån thaønh DC roài aùp duïng phöông phaùp ño ñieän aùp DC. D2 R1 Im V1 Rm D1 ~ VAC Vm + - Vp VRMS + + Vcltb Hình 3.9. M ch ño ñieän aùp AC Ta coù: VAC (RMS) = (R1 + Rm)Ihd + VD(RMS) Icltb = Imax = 0,318 2 Ihd VD: Xaùc ñònh R1, bieát raèng Rm=1kΩ, Imax=50µA. taàm ño VAC = 20V (RMS), VD=0,7V (RMS). Giaûi 14/40
VAC (RMS ) − VD (RMS ) 20 − 0,7 R1 + Rm = = = 171,39kΩ 50 µA / 0,444 I max ( ) 0,314 2 R1 = 171,39kΩ − 1kΩ = 170,39kΩ 3. AÛnh höôûng cuûa Volt keá ñeán maïch ño Khi Volt keá ñöôïc maéc vaøo phaàn töû caàn ño ñieän aùp, giaù trò ñieän aùp ño ñöôïc seõ bò aûnh höôûng do noäi trôû cuûa Volt keá. Neáu toång trôû cuûa Volt keá caøng lôùn thì sai soá cuûa giaù trò ño caøng nhoû vaø ngöôïc laïi. Hình 3.10. M ch töông ñöông khi maéc Volt keá VD: Xaùc ñònh sai soá do aûnh höôûng cuûa Volt keá. Bieát V =20V, R1= R2 = 10kΩ, RV = 250kΩ. Giaûi V × R2 20 × 10kΩ Ñieän aùp treân Rs: VR2 = = = 10V R1 + R2 20kΩ 125 20 × V × (R2 // Rv ) 13 = 500 = 9,804V Chæ soá Volt keá: VR' 2 = = R1 + (R2 // RV ) 10 + 125 51 13  9,804  Sai soá do aûnh höôûng cuûa Volt keá: 1 − × 100% = 1,96% 10    3.3 Ño ñieän aùp DC baèng bieán trôû Ñieän aùp DC coù theå ñöôïc ño baèng caùch duøng moät bieán trôû chuyeân duøng ñöôïc goïi laø bieán trôû ño löôøng. Hình 3.11. M ch ño ñieän aùp baèng bieán trôû 15/40
+ Ñònh chuaån: Ban ñaàu coâng taéc S ñöôïc ñeå ôû vò trí 1, bieán trôû R1 vaø vò trí cuûa con chaïy C c a bi n tr ño lư ng ñöôïc ñieàu chænh sao cho kim cuûa ñieän keá chæ soá “0”vaø vò trí cuûa con chaïy C ôû vò trí chuaån (ôû vaïch “0”). + Ño ñieän aùp: Coâng taéc S ñöôïc chuyeån sang vò trí 2, con chaïy C ñöôïc thay ñoåi sao cho doøng qua ñieän keá chæ “0”. Luùc naøy, giaù trò cuûa aùp ño ñöôïc hieån trò treân vaïch, töông öùng vôùi vò trí cuûa con chaïy C. Öu ñieåm lôùn nhaát cuûa phöông phaùp ño naøy laø khoâng bò aûnh höôûng noäi trôû cuûa nguoàn caàn ño Vx. 3.4 Volt keá ñieän töû DC 1. Ño ñieän aùp DC duøng Transistor Hình 3.12. M ch ño ñieän aùp DC duøng BJT (ngoõ vaøo ñôn cöïc) Hình 3.13. M ch ño ñieän aùp DC duøng BJT (ngoõ vaøo vi sai) 16/40
Hình 3.14. M ch ño ñieän aùp coù bieán trôû chænh “0” 2. Ño ñieän aùp DC duøng FET Hình 3.15. M ch ño ñieän aùp DC coù taàng ngoõ vaøo JFET 3. Ño ñieän aùp DC duøng khueách ñaïi thuaät toaùn (Op-amp) +VCC v+ + - vout v- -VCC Hình 3.16. Kyù hieäu maïch cuûa Op-amp Caùc böôùc phaân tích maïch coù chöùa Op-amp • Vieát phöông trình Kirchhoff (KCL) taïi nuùt cuûa ngoõ vaøo ñaûo v- vaø ngoõ vaøo khoâng ñaûo v+. • Cho v- = v+ 17/40
Hình 3.17. M ch ño ñieän aùp DC duøng Op-amp coù heä soá khueách ñaïi baèng 1 V Heä soá khueách ñaïi : o = 1 Vi Hình 3.18. M ch ño ñieän aùp DC duøng cho tín hieäu nhoû V R Heä soá khueách ñaïi : o = 1 + f 1  Vi  R f 2    4. Ño ñieän aùp DC giaù trò nhoû duøng phöông phaùp “Chopper” Ñoái vôùi ñieän aùp DC coù giaù trò nhoû, khoaûng vaøi mV, vieäc ño tröïc tieáp gaëp nhieàu khoù khaên vaø sai soá lôùn. Do vaäy, phöông phaùp Chopper ñöôïc söû duïng ñeå ño ñieän aùp DC coù giaù trò nhoû, sô ñoà khoái ñöôïc moâ taû sau ñaây: 18/40
Hình 3.19. Sô ñoà khoái maïch ño ñieän aùp DC söû duïng phöông phaùp Chopper 3.5 Volt keá ñieän töû AC 1. Khaùi quaùt Ñeå ño ñieän aùp AC, chuùng ta caàn chuyeån sang ñieän aùp DC, coù 3 phöông phaùp thöôøng ñöôïc söû duïng: • Chænh löu diode • Trò hieäu duïng thöïc (True RMS) • Trò ñænh 2. Phöông phaùp chænh löu diode Hình 3.20. Ño ñieän aùp AC söû duïng phöông phaùp chænh löu trung bình Ta coù: Vi = icltb R1 iR I m = cltb 1 R2 Trong ñoù: icltb ñöôïc tính nhö phaàn ño ñieän aùp AC duøng phöông phaùp chænh löu. 3. Phöông phaùp trò hieäu duïng thöïc Giaù trò hieäu duïng cuûa ñieän aùp vin(t) ñöôïc tính: T ∫ [vin (t )] dt Vhd (RMS ) = 1 2 T0 Sô ñoà khoái cuûa phöông phaùp ñöôïc moâ taû ôû hình 3.21. 19/40
Hình 3.21. Ño ñieän aùp AC söû duïng phöông phaùp trò hieäu duïng thöïc 4. Phöông phaùp trò ñænh Ñieän aùp AC caàn ño ñöôïc bieán ñoåi thaønh ñieän aùp DC, giaù trò cuûa dieän aùp DC baèng giaù trò ñænh cuûa ñieän aùp AC. Sô ñoà khoái ñöôïc toùm taét trong hình 3.22. VDC(ñ nh) Laáy giaù trò ñænh Cô caáu ño vin Hình 3.22. Ño ñieän aùp AC söû duïng phöông phaùp trò giaù trò ñænh 3.6 Amper keá ñieän töû ño DC-AC 1. Ño doøng DC Nguyeân lyù ño doøng DC söû duïng Amper keá ñieän töû laø chuyeån doøng ñieän thaønh ñieän aùp, sau ñoù aùp duïng caùc phöông phaùp ño aùp DC. Hình 3.23. Maïch ño doøng DC 2. Ño doøng AC Doøng AC ñöôïc chuyeån sang doøng DC, sau ñoù aùp duïng phöông phaùp ño doøng DC. 20/40