| Article Index |
|---|
| Cơ sở lý thuyết cấu tạo đồng hồ đo lường điện |
| 2 |
| All Pages |
Phần 1 : Cơ cấu chỉ thị
1.Cấu trúc dụng cụ đo lường điện tử
Các đồng hồ đo lường các đại lượng điện rất da dạng phong phú nhưng chúng đều được cấu tạo từ các bộ phân cơ bản như hình sau:
+ CĐSC- Khâu chuyển đổi sơ cấp: làm nhiệm vụ biến đổi các đại lượng đo thành tín hiệu điện. Đây là khâu quan trọng nhất của thiết bị đo lường.
+ MĐ- Mạch đo: là khâu gia công tính toán sau CĐSC, làm nhiệm vụ tính toán và thực hiện phép tính trên sơ đồ mạch.
+ CT- Cơ cấu chỉ thị: là khâu cuối cùng của dụng cụ đo để hiển thị con số so với đơn vị đo.
2. Các cơ cấu chỉ thị của dụng cụ đo lường điện tử
Cơ cấu chỉ thị (CCCT) của các đồng hồ đo lường các đại lượng điện được chia thành hai nhóm chính:
- Nhóm chỉ thị bằng kim (hay còn gọi CCCT cơ điện) gồm có CCCT từ điện, điện từ và điện động
- Nhóm chỉ thị số
+ CCCT từ điện
Cơ cấu chỉ thị (CCCT) từ điện được cấu tạo gồm hai thành phần cơ bản như hình vẽ dưới đây:
Phần tĩnh: là một nam châm vĩnh cửu (hình móng ngựa), lõi sắt, cực từ (bằng sắt non). Giữa cực từ và lõi sắt có khe hở không khí rất nhỏ.
Phần động: Khung dây được quấn bằng dây đồng. Khung dây gắn trên trục, quay trong khe hở không khí.
Hình 2: Cơ cấu chỉ thị từ điện
+ CCCT điện từ
Dưới đây là sơ đồ cấu tạo CCCT điện từ (Hình 1.9) (bên trái là hình chiếu bằng). Cơ cấu chỉ thị (CCCT) điện động được cấu tạo gồm hai phần như hình vẽ dưới đây:
Phần tĩnh: Dòng điện cần đo được đưa vào cuộn dây quấn quanh lá thép cố định (gọi là lá thép tĩnh), bên trong có khe hở không khí .
Phần động: Lá thép có khả năng di chuyển tương đối (gọi là lá động) với lá tĩnh trong khe hở không khí. Lá động gắn với trục trên có gắn kim và lò xo phản kháng.
Hình 3: Cơ cấu chỉ thị điện từ
+ CCCT điện động
Dưới đây là sơ đồ cấu tạo của cơ cấu chỉ thị điện động
Hình 4: Cơ cấu chỉ thị điện động
Phần tĩnh là cuộn dây được chia thành hai phần nối tiếp nhau tạo ra từ trường đều khi có dòng chạy qua nó.
Phần động:khung dây được quấn bằng dây đồng. Khung dây gắn trên trục quay.
+ CCCT hiển thị số
Chúng ta sử dụng LED 7 thanh hoặc màn hình LCD để hiển thị kết quả đo.
Hình 5: Cơ cấu chỉ thị hiển thị số
Phần 2 : Ampe kế
1) Khái niệm chung về đo dòng điện
Dòng điện cần đo có các trị số biểu thị đặc tính là : trị số đỉnh (biên độ), trị số hiệu dụng, trị số trung bình.
Trị số đỉnh (Im): là giá trị tức thời cực đại của dòng điện trong khoảng thời gian quan sát (hay một chu kì). Đối với dòng điện có cực tính không đối xứng thì có hai giá trị đỉnh: đỉnh dương và đỉnh âm. Với dòng điện xoay chiều điều hòa thì trị số đỉnh chính là trị số biên độ.
Trị số hiệu dụng (Irms): là giá trị trung bình bình phương của dòng điện tức thời trong khoảng thời gian đo (hay trong một chu kì).
Trị số trung bình (Itb): là trị số trung bình cộng các giá trị tức thời trong khoảng thời gian đo (hay trong một chu kì)
Dụng cụ dùng để đo dòng điện gọi là ampe kế hay ampemet. Kí hiệu như hình sau:
Yêu cầu chung đối với dụng cụ đo dòng điện
+ Công suất tiêu thụ càng nhỏ càng tốt, điện trở của ampe kế càng nhỏ càng tốt và lý tưởng 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
2. Ampe kế một chiều cơ bản
Ampe kế một chiều được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị từ điện. 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 A÷ 10-2 A; điện trở của cuộn dây từ 20Ω ÷ 2000Ω với cấp chính xác 1,1; 1; 0,5; 0,2; 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:
Chú ý: Điện trở SUN được chế tạo bằng Manganin (hồn hợp gồm 55% đồng và 45% nikel) có độ chính xác cao hơn độ chính xác của cơ cấu đo ít nhất 1 cấp.
Khi Ampe kế có nhiều thang đo ta có thể mắc theo hai cách:
+ Mắc điện trở SUN kiểu nối tiếp (Hình a)
+ Mắc điện trở SUN kiểu song song (Hình b)
a. Sơ đồ mắc điện trở SUN kiểu nối tiếp b. Sơ đồ mắc điện trở SUN kiểu song song
Hình 1: Mở rộng thang đo cho Ampe kế
Tính điện trở SUN ứng với dòng cần đo được xác định theo công thức:
Do cuộn dây động của cơ cấu chỉ thị được quấn bằng dây đồng mảnh, điện trở thay đổi đáng kể khi nhiệt độ của môi trường thay đổi và sau một thời gian làm việc bản thân dòng điện chạy qua cuộn dây cũng tạo ra nhiệt độ. Để giảm ảnh hưởng của sự thay đổi điện trở cuộn dây khi nhiệt độ thay đổi, người ta mắc thêm điện trở bù bằng Manganin hoặc Constantan với sơ đồ như sau:
Hình 2: Mắc điện trở bù nhiệt độ
3. Ampe kế xoay chiều cơ bản
Để đo cường độ dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp người ta thường sử dụng ampe kế từ điện chỉnh lưu, ampe kế điện từ, và ampe kế điện động.
- Ampe kế từ điện chỉnh lưu
Kim chỉ thị dừng ở vị trí chỉ dòng trung bình qua cuộn dây động. Mối quan hệ giữa dòng đỉnh IP, dòng trung bình Itrb và dòng trung bình bình phương Irms của sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu như sau:
Hình 3: Mạch Ampe kế chỉnh lưu từ điện
Chú ý: Giá trị dòng kim chỉ thị dừng là giá trị dòng trung bình nhưng thang khắc độ thường theo giá trị rms
Ampe kế có độ chính xác không cao (từ 1 tới 1,5) do hệ số chỉnh lưu thay đổi theo nhiệt độ và thay đổi theo tần số. Có thể sử dụng sơ đồ bù sai số do nhiệt và do tần số cho ampe kế chỉnh lưu như sau:
Hình 4: Sơ đồ bù sai số do nhiệt và do tần số cho Ampe kế chỉnh lưu từ điện
- Ampe kế điện động
Ampe kế điện động là dụng cụ đo dòng điện dựa trên cơ cấu chỉ thị điện động. Khi dòng điện đo nhỏ hơn 0,5A người ta mắc nối tiếp cuộn tĩnh và cuộn động còn khi dòng lớn hơn 0,5A thì mắc song song. Đo dòng điện ở tần số 50Hz và cao hơn (400 ÷ 2.000Hz) với độ chính xác khá cao (cấp 0,5 – 0,2).
Hình 5: Sơ đồ Ampe kế điện động
Trong đó các điện trở và cuộn dây (L3, R3), (L4, R4) là để bù sai số do nhiệt (thường làm bằng manganin hoặc constantan) và sai số do tần số (để dòng qua hai cuộn tĩnh và cuộn động trùng pha nhau). Do độ lệch của dụng cụ đo điện động tỉ lệ với I2 nên máy đo chỉ giá trị rms. Giá trị rms của dòng xoay chiều có tác dụng như trị số dòng một chiều tương đương nên có thể đọc thang đo của dụng cụ như dòng một chiều hoặc xoay chiều rms.
- Ampe kế điện từ
Ampe kế điện từ dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ. Mỗi cơ cấu điện từ được chế tạo với số ampe vòng xác định (I.W hằng số). Do đó khi đo dòng có giá trị nhỏ người ta mắc các cuộn dây nối tiếp và khi đo dòng lớn người ta mắc các cuộn dây song song.
Hình 6: Sơ đồ mắc các cuộn dây của Ampe kế điện từ
