›
›

Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 10: Đo tham số mạch

pdf 33 trang phuongnguyen 3790
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 10: Đo tham số mạch", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mon_do_luong_dien_bai_10_do_tham_so_mach.pdf

Nội dung text: Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 10: Đo tham số mạch

  1. Môn học: Đo lường điện L Bài 10 Đ §o tham sè m¹ch LTM- Mai Quốc Khánh Khoamôn Vô tuy ến điện tử ộ Học viện KTQS B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 1/33
  2. Nội dung L Đ  Khái niệm chung về đo tham số mạch  Các phương pháp đo tham số mạch: Các phương pháp theo định luật ôm Phương pháp cầu LTM- Phương pháp cộng hưởng Phương pháp hiện số ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 2/33
  3. Phần I Khái niệm chung L Đ  Phân loại các phương pháp đo tham số mạch  Mẫu điện trở, điện dung và điện cảm LTM- ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 3/33
  4. Các tham số mạch L  Các tham số mạch cơ bản: Đ  Điện trở (R)  Điện cảm (L)  Điện dung (C)  Góc tổn hao của tụ điện LTM-(tgδ)  Hệ số phẩm chất cuộn cảm (Q)  Tham số của các linh kiện: điốt, transistor, vi mạch  Tùy thuộc vào các phương pháp đo được sử dụng, các đại lượng trên được xác định với phạm vi đo khác nhau, độ chính xácộ khác môn nhau B Electronic Components © Mai Quốc Khánh - 04/2010 4/33
  5. Phân loại các phương pháp đo tham số mạchL Đ §o tham sè m¹ch PhÐp ®o trùc tiÕp PhÐp ®o gi¸n tiÕp LTM- PP PP PP PP PP ®¸nh gi¸ so s¸nh V«n-Ampe dïng céng trùc tiÕp ampemet - h­ëng v«nmÐt - o¸t mÐt ¤m mÐt Logo CÇumôn TB tõ ®iÖn mÐt ộ ®o bï B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 5/33
  6. Phân loại các phương pháp đo tham số Lmạch Đ  Phương pháp đo tham số mạch rất đa dạng chỉ xét những phương pháp cơ bản: Nhóm phương pháp theo định luật ôm Phương pháp cầu LTM- Phương pháp cộng hưởng Phương pháp hiện số ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 6/33
  7. Mẫu điện trở, điện dung và điện cảm L Đ  Mẫu điện trở: LTM-  Bộ các cuộn điện trở đơn trị hoặc các đề các điện trở nối tiếp có giá trị danh định xếp thành dãy theo bậc 10n  Vật liệu thường dùng để tạo mẫu điện trở là các vật liệu có hệ số nhiệtmôn nhỏ (VD: manganin - hợp kim Cu, Mn, Si và ộconstantan - hợp kim Cu và Ni). B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Resistance Box (1) Resistance Box (2) 7/33
  8. Mẫu điện trở, điện dung và điện cảm L  Mẫu điện dung Đ  Tụ điện có điện dung không đổi và thay đổi (dưới dạng tụ xoay) và đề các  Yêu cầu mẫu điện dung phải có điện trở và điện cảm bản thân nhỏ  Chất lượng của mẫu điệnLTM- dung phụ thuộc vào góc tổn hao δ (tổn hao năng lượng dưới dạng nhiệt trên điện trở bản thân)  Mẫu điện cảm  Hộp điện cảm mẫu đơn trị và đa trị dưới dạng đề các  môn Chất lượngộ của cuộn cảm được đặc trưng bởi hệ số phẩmB chất Q © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Capacitance Box (1) Capacitance Box (2) 8/33
  9. Phương pháp vôn ampe RA RA L IA A A Đ I IV RX UA E E V UV U R UV V R RX x x LTM- + ' UUVV R x ' U UURA v x Rx = = = Rx= = =RRxA + IA II RV+ Rx IIAA x 1+ RV  Sai số phương pháp  Sai số phương pháp R R δ = A môn δ = − x PP ộR PP RR+ B x xV © Mai Quốc Khánh - 04/2010 9/33
  10. Phương pháp vôn ampeL  Sai số của phép đo điện trở bằng phươngĐ pháp V-A  Sai số của vôn mét  Sai số của ampemét  Sai số phương pháp  Cách giảm sai số phương phápLTM-:  Chọn vôn mét có điện trở vào lớn, ampe mét có điện trở trong nhỏ  Chọn mạch đo thích hợp  Để đo điện dung, điện cảm bằng phương pháp V-A  Cấp nguồn nuôimôn xoay chiều cho phần tử cần đo  Dùng vônộ mét và ampe mét xoay chiều B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 10/33
  11. Phương pháp cầu L  CÇu c©n b»ng kiÓu 4 nh¸nh Đ  CÇu sÏ c©n b»ng khi ®iÖn ¸p trªn ®­êng chÐo chØ thÞ b»ng 0   ZZ13 = ZZ 24 jϕjϕ jjϕϕ  13 LTM-24 Tæng qu¸t Ze13 Ze= Ze 2 Ze 4 hay lµ ZZ13 = ZZ 24 ϕϕ13+=+ ϕϕ 24 ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 LCR-Digibridge 11/33
  12. Phương pháp cầu L  Dùa vµo ®iÒu kiÖn c©n b»ng CÇu ®oĐ ®iÖn c¶m cÇu, ta cã: “cÇu tÝch sè” 1 RR13.= ( Rxx + jω L ). 1 Rx + ω jC4 Lx R4 RR. 13 LTM- +=+jωω CRR41. 3 Rxx j L R4  Do vËy: RR13. Rx = R4 L = RRC ộ mônx 13 4 B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 12/33
  13. CÇu ®o ®iÖn dung Phương pháp cầu “cÇu tØ sè” L  Dùa vµo ®iÒu kiÖn c©n b»ng Đ cÇu, ta cã: 11   RR13 +=+  RR2 x  jCωω3 jCx  RR12 RR13 +=+ RR2 x LTM- jCωω3 jCx R R = 1 .R  Do vËy: x 3 Gãc tæn hao cña tô ®iÖn R2 R2 tgδ =ωωR Cx = R C Cx = môn.C3 x 33 R ộ 1 B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 13/33
  14. Phương pháp cầu L Đ LTM-  M¹ch cÇu ch÷ “T” c©n b»ng sö dông trong thùc tÕ ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 14/33
  15. Phương pháp cầu L  CÇn ®¶m b¶o ®iÖn ¸p cÊp cho cÇu ph¶i lµ ®iÖn ¸p ®iÒuĐ hoµ  Bé phËn chØ thÞ cña cÇu:  Tai nghe  V«n mÐt t¸ch sãng  èng tia ®iÖn tö  Th­êng dïng bé K§ chän läc tÇn sè ë m¹ch chØ thÞ ®Ó gi¶m ¶nh h­ëng cña c¸c ph©n l­îngLTM- hµi  §Æc ®iÓm chung cña ph­¬ng ph¸p cÇu:  Th­êng dïng ®Ó ®o ë tÇn sè thÊp (vµi KHz), mét sè cã thÓ dïng víi tÇn sè cao h¬n (h¬n 30 MHz) nh­ng yªu cÇu thiÕt kÕ ®Æc biÖt)  Sai số kho¶ngộ môn1 – 5% B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 15/33
  16. Ph­¬ng ph¸p céng h­ëngL Đ  §o ®iÖn dung b»ng ph­¬ng ph¸p céng h­ëng  §o ®iÖn c¶m b»ng ph­¬ng ph¸p céng h­ëng  §o ®iÖn trë m¹ch céng h­ëng  §o hÖ sè phÈm chÊt cñaLTM- m¹ch céng h­ëng ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 16/33
  17. Ph­¬ng ph¸p céng h­ëng ®o ®iÖn dung  Nguyªn t¾c: dùa trªn hiÖn t­îng céng h­ëng cñaL m¹ch ®iÖn cã phÇn tö ®iÖn dung vµ ®iÖn c¶m Đ TÇn sè céng h­ëng của Bộ L C m¹ch: dao động x 1 fo = 2π LC LTM- x M 1 = CFx 22 [] Do vËy: 4π fLo Thùc tÕ, sö dông c«ng thøc: víi f0 [][] Hz vµ L H 2,53.104 = µ Cx 2 [][][]pF víimôn f0 MHz vµ L H fL o ộ B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 17/33
  18. Ph­¬ng ph¸p céng h­ëng ®o ®iÖn dung Khắc phục:L phương phápĐ thế  Sai số của phương pháp cộng hưởng:  Do điện dung ký sinh của cuộn cảm L và dây nối  Do sự bất ổn định củaLTM- tần số bộ dao dộng cao tần  Do sai số của điện cảm mẫu L  Do xác định sai điểm cộng hưởng môn Khắc phục: đo ộ từ 2 phía điểm B cộng hưởng © Mai Quốc Khánh - 04/2010 18/33
  19. Ph­¬ng ph¸p céng h­ëng ®o ®iÖnL dung  Phương pháp thế khắc phục ảnh Đhưởng của điện dung ký sinh của cuộn cảm Bộ L C C dao động m LTM-x Cks S¬ ®å ph­¬ng ph¸p thÕ sö dông khi Cx < Cm-max ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 19/33
  20. Ph­¬ng ph¸p céng h­ëng ®o ®iÖn dung L  Hai b­íc tiÕn hµnh phÐp ®o Đ 1. B­íc 1: m¾c ®iÖn dung mÉu Cm, ®iÒu chØnh tÇn sè cña bé t¹o dao ®éng ®Ó ®¹t céng Bộ L C h­ëng. Khi ®ã, ®iÖn dung toµn Cm dao động x m¹ch céng h­ëng: C = C + C LTM-Σ m1 ks Ck Cks - ®iÖn dung ký sinh s 2. B­íc 2: gi÷ nguyªn tÇn sè dao ®éng, m¾c Cx song song víi Cm råi ®iÒu chØnh Cm sao cho ®¹t céng h­ëng: CΣ = Cm2 + Cx + Cks KÕt qu¶, kh«ng phô thuéc vµo ®iÖn dung ký sinh Cx môn ộ Cx = Cm1 - Cm2 B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 20/33
  21. Ph­¬ng ph¸p céng h­ëng ®o ®iÖn dung L  S¬ ®å sö dông khi ®o ®iÖn dung cã trÞ sè línĐ  B­íc 1 : ch­a m¾c Cx vµo m¹ch CΣ = Cm1 + Cks CCxm2  B­íc 2: m¾c C vµo m¹ch CC= + x Σ CC+ ks LTM-mx2 Bộ L C CCm1. m 2 dao động m KÕt qu¶ C x = CCm2− m 1 môn Cks C ộ x B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 21/33
  22. Ph­¬ng ph¸p céng h­ëng ®o ®iÖn c¶m L  T­¬ng tù nh­ ph­¬ng ph¸p ®o ®iÖn dung b»ngĐ ph­¬ng ph¸p céng h­ëng M¹ch céng h­ëng ë tÇn sè: Bộ LX Cm dao động 1 fo = 2π LC LTM- xm M Do vËy: 1 = LHx 22 [] 4π fCom víi vµ Thùc tÕ, sö dông c«ng thøc: f0 [][] Hz C F 2,53.104 L = [][][]µ Hmôn víi f MHz vµ C pF x fC2 ộ 0 omB © Mai Quốc Khánh - 04/2010 22/33
  23. Ph­¬ng ph¸p céng h­ëng ®o ®iÖn c¶m L  T­¬ng tù, ®iÖn c¶m còng sö dông ph­¬ngĐ ph¸p thÕ ®Ó lo¹i trõ ¶nh h­ëng cña ®iÖn dung ký sinh LTM-  NÕu ®iÖn dung ký sinh nhá h¬n 1 1 nhiÒu lÇn c¸c trÞ sè C , C cña ωo = = m1 m2 LCLC ®iÖn dung mÉu: x m1 m m2 Cmôn tõ ®ã LL= m2 xộ m C B m1 © Mai Quốc Khánh - 04/2010 23/33
  24. §o ®iÖn trë m¹ch céng h­ëngL Đ  Ph­¬ng ph¸p thay ®æi Rx ®iÖn dung  Tû sè dßng ®iÖn hiÖu dông cñaLTM- IR2 m¹ch víi trÞ sè hiÖu dông cña = Ich 2 1 dßng ®iÖn khi cã céng h­ëng RL+−ω ωCm 1  Khi cã céng h­ëng ωL = ωCm ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 24/33
  25. §o ®iÖn trë m¹ch céng h­ëng L 1 CC−  Th«ng qua tÝnh to¸n gÇn ®óng Đmm12 Rx = . CC2 m0  Cm1 vµ Cm2 lµ trÞ sè ®iÖn dung mÉu ë hai phÝa cña C0, øng LTM-víi I 1 = = 0,707 Ich 2 ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 25/33
  26. §o ®iÖn trë m¹ch céng h­ëng L  Ph­¬ng ph¸p thay ®æi tÇn sè: Đ cã thÓ ®¹t ®­îc ®iÒu kiÖn I 1 = = 0,707 Ich 2 b»ng c¸ch biÕn ®æi tÇn sè cña bé t¹o dao ®éng LTM- 2  Thùc hiÖn tÝnh to¸n gÇn ®óng: ωω12.2= ω 0 1 ωω− ta cã: R = . 12 x C 2ω ộ môn0 B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 26/33
  27. §o hÖ sè phÈm chÊt L Đ LTM-ω.L  HÖ sè phÈm chÊt cña cuén d©y Q = RL  Khi m¹ch céng h­ëng U21= QU.  §iÖn ¸p cao tÇn U= IR. ộ môn1 m  ChÕ t¹o BQ-mÐt © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Q Meter LCR-Q Meter 27/33
  28. §o hÖ sè phÈm chÊt L  Sai sè cña Q-mÐt Đ  Sai sè do kh«ng æn ®Þnh tÇn sè cña bé dao ®éng  Sai sè cña ®ång hå ®o dßng ®iÖn vµ v«n mÐt ®iÖn tö  Sai sè kh¾c ®é tô ®iÖn mÉu Cm  Sai sè do c¸c th«ng sè ®iÖnLTM- dung vµ ®iÖn c¶m ký sinh cña d©y nèi  øng dông cña Q-mÐt  §o hÖ sè phÈm chÊt cña cuén d©y  §o ®iÖn c¶m,ộ môn ®iÖn dung, tæn hao B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 28/33
  29. §o tham sè m¹ch dïng ph­¬ng ph¸p hiÖn sè L Đ  Nguyªn t¾c chung: biÕn ®æi c¸c tham sè m¹ch vÒ d¹ng sè th«ng qua c¸c ®¹i l­îng trung gian (®iÖn ¸p, tÇn sè, thêi gian ) nhê c¸c kh©u biÕn ®æi th¼ng hay t¹o ra c¸c ®¹i l­îng mÉu thay ®æi theo mét quy luËt nµo ®ã, so s¸nh víi c¸c ®¹i l­îng cÇn ®o trong c¸c m¹ch biÕn ®æi c©n b»ng. LTM-  C¸c lo¹i m¸y ®o hiÖn sè:  M¸y ®o ®iÖn trë vµ ®iÖn dung b»ng ph­¬ng ph¸p hiÖn sè môn  CÇu ®o ộ®iÖn trë hiÖn sè B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 29/33
  30. M¸y ®o ®iÖn trë vµ ®iÖn dung b»ng ph­¬ng ph¸p hiÖn sè L §iÒu Đ khiÓn §iÖn ¸p U0 CM mÉu So K B§X HTS s¸nh 1 2 U0/e LTM-TXC Cx Rm U U0 U /e môn 0 t ộ t t B 1 2 © Mai Quốc Khánh - 04/2010 30/33
  31. M¸y ®o ®iÖn trë vµ ®iÖn dung b»ng ph­¬ng ph¸p hiÖn sè L Đ  Trước khi đo  B§K chuyÓn CM 1 vµ xo¸ B§X;  Cx nạp tới điện ¸p U0 của nguồn ®iÖn ¸p mÉu  T¹i t = t 1 LTM-  B§K chuyÓn CM 2, më K B§X b¾t ®Çu ®Õm xung  Cx phãng qua Rm, ®iÖn ¸p trªn Cx gi¶m dÇn theo qui luËt t − U= UeRCmx. ộ mônC 0 B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 CL Handheld Meter 31/33
  32. M¸y ®o ®iÖn trë vµ ®iÖn dung b»ng ph­¬ng ph¸p hiÖn sè L U  Tại t = t , có U = 0 Đ 2 C e  Bộ SS tạo ra tín hiệu đóng khoá K, kết thúc qúa trình đếm xung Tp Tp −− U − UeRCxm = 0 ⇔⇔eRCxm= e1 T = RC. 0 e LTM-p xm víi TP = tt21 − Tp Cm số xung đếm được Nx= = Rxm = C fR0 x⇔ N xx R TT00 Nếu thay Rộx = mônRm và Cm = Cx có máy đo điện dung B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Máy đo điện dung-điện cảm LCR-Meter 32/33
  33. V CU I C NG L À Ố Ù À L CẢM ƠN Đ  LTM- ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 33/33