Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 2: Các cơ cấu đo lường điện cơ bản

31 trang phuongnguyen 3340

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 2: Các cơ cấu đo lường điện cơ bản", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_mon_do_luong_dien_bai_2_cac_co_cau_do_luong_dien_c.pdf

Nội dung text: Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 2: Các cơ cấu đo lường điện cơ bản

Môn học: Đo lường điện L Bài 2 Đ Các cơ cấu đo lường điện cơ bản LTM- Mai Quốc Khánh Khoa Vô tuyến điện tử Học viện KTQS ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 1/28
N ội dung L Đ  Nguyên lý hoạt động của CCĐ  Cơ cấu đo từ điện  Cơ cấu đo điện từ  Cơ cấu đo điện động LTM-  Cơ cấu đo tĩnh điện  Đo dòng điện và điện áp sử dụng cơ cấu đo ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 2/28
Vị trí của CCĐ trong dụng cụ đo đánh giá trực tiếp L α = f(Y)Đ Mạch Y Cơ cấu Thiết bị X đo đo chỉ thị (I, U)  Mạch đo: biến đổi đại lượngLTM- X thành đại lượng điện Y (dòng điện hoặc điện áp)  Cơ cấu đo: chuyển đổi đại lượng điện thành chuyển dịch cơ học (sự thay đổi vị trí của phần động so với phần tĩnh)  Thiết bị chỉ thị môn: phản ánh độ lớn của đại lượng đo thông qua chộỉ số trên thang đo B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 3/28
Nguyên lý hoạt động của CCĐ  Biến đổi liên tục điện năng thành cơ năng làm Lquay phần động của nó. Trong quá trình quay lực sinhĐ công cơ học, một phần thắng lực ma sát, một phần làm biến đổi thế năng phần động I (hoặc U) Wđtt F Mq α dWdtt LTM-  Mô men quay M = q dα  Mô men phản kháng MDpk = .α  MM= Phương trình cân môn bằng mô men q pk 1 dWdtt  Phương trìnhộ thang đo α = Ddα B 4/28 © Mai Quốc Khánh - 04/2010
C¬ cÊu ®o tõ điện L Đ  Là CCĐ mà mô mem quay sinh ra do tương tác giữa từ trường của nam châm LTM-vĩnh cửu với từ trường của khung dây có dòng điện chạy qua ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 5/30
Cơ cấu đo từ điện L Phần tĩnh: Đ  Nam châm vĩnh cửu  Hai má cực từ  Lõi sắt từ Trong khe từ có từ trường đồng nhất hướng tâm LTM- Phần động:  Khung dây  Kim chỉ thị  Lò so phản kháng  Đối trọng ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 6/28
C¬ cÊu ®o tõ ®iÖn B -CảmL ứng từ  T¹i thêi ®iÓm c©n b»ng m« men: Đ n - số vòng của khung dây MMq=⇔= pk BS nD I .α Phương trình thang đo: LTM- S - diện tích khung dây BSn D – hệ số lò so α = II = S phản kháng D 0 mônSo - độ nhạy ộ của CCĐ B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 7/30
Cơ cấu đo từ điện L Đ  Đặc điểm:  Chỉ đo ở mạch một chiều  Thang đo tuyến tính  Công suất tiêu thụ nhỏ LTM-  Chịu quá tải kém  Cấu tạo phức tạp  Ứng dụng: chế tạo ampemét, vônmét, dùng làm thiết bị chỉ thị cho các môn vônmét điện tử và cầu đo ộ Volmet và ampemet từ điện CCĐ từ điện B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 8/28
C¬ cÊu ®o điện tõ L Đ  Là CCĐ mà mô mem quay sinh ra do tương tác giữa từ trường của cuộn dây LTM-(phần tĩnh) có dòng điện chạy qua với phần tử làm bằng vật liệu sắt từ (phần động) ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 9/30
C¬ cÊu đo ®iÖn từ L1 dL  T¹i thêi ®iÓm c©n b»ng m« men: 2 MMq=⇔= pk Đ ID.α 2 dα 1 dL Phương trình thang đo: α =I22 = SI. 2Ddα 0  Đặc điểm: LTM-  Đo ở cả mạch một chiều và xoay chiều  Thang đo phi tuyến  Cấu tạo đơn giản  Chịu quá tải tốt  môn Ứng dụng:ộ chế tạo ampe mét, vôn mét B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 11/30
C¬ cÊu ®o điện động L Đ  Là CCĐ mà mô mem quay sinh ra do tương tác giữa từ trường của các cuộn dây (động và tĩnh) khi có dòng điện chạy qua LTM- ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 12/30
M12 - hỗ Cơ cấu đo điện động cảm giữa 2 Lcuộn dây  Với dòng điện một chiều, tại thời điểm cânĐ bằng mô men Hàm của dM12 M=⇔= M II D.α góc quay α q pk dα 12 Phương trình thang đo: 1 α = f (α)II = S. II LTM-D 12 0 12  Với dòng điện xoay chiều, tại thời điểm cân bằng mô men Mqtb=⇔= M pk f(α ) II12 cosϕ D .α Phương trình thang đo: φ - góc lệch pha môn1 giữa 2 ộα= f( αϕ )cos II12= S 0 . II 12 dòng điện B D © Mai Quốc Khánh - 04/2010 14/28
C¬ cÊu đo ®iÖn động L  Đặc điểm: Đ  Đo ở cả dòng một chiều và xoay chiều  Thang đo phi tuyến  Cấu tạo đơn giản  Ứng dụng: chế tạo ampe mét,LTM- vôn mét, pha mét, tần mét, oát mét ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 15/30
C¬ cÊu ®o tĩnh điện L Đ  Là CCĐ mà mô mem quay sinh ra do tương tác giữa hai hoặc một số vật tích điện LTM- ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 16/30
Cơ cấu đo tĩnh điện L C – điệnĐ dung giữa 2 cực 1 dC 2  T¹i thêi ®iÓm c©n b»ng m« men: MMq=⇔= pk U D.α LTM- 2 dα Phương trình thang đo: 1 dC α =U22 = SU. U – điện áp 2Ddα 0 giữa 2 cực ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 17/28
Cơ cấu đo tĩnh điện L Đ  Đặc điểm:  Đo ở cả mạch một chiều và xoay chiều  Thang đo phi tuyến  Trở kháng vào lớn, năng lượng tiêu thụ nhỏ, dải tần rộng LTM-  Độ nhạy thấp  Ứng dụng: chế tạo vônmét ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 18/28
Đo dòng điện một chiềuL Đ  Các cơ cấu đo từ điện, điện từ và điện động có thể đo dòng một chiều trực tiếp ampe mét một chiều  Để đo các dòng điện lớn,LTM- cần mở rộng thang đo  Phương pháp mở rộng thang đo dòng điện một chiều là dùng điện trở shunt mắc song song với CCĐ ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 19/28
Mở rộng thang đo dòng điện L Đ LTM- môn  Rm – điện trở trong của CCĐ ộ  Imax – dòng điện tối đa của CCĐ B  It – dòng điện tối đa của thang đo © Mai Quốc Khánh - 04/2010 20/28
Mở rộng thang đo dòng điện:L Ví dụ  Imax – dòng điện tối đa của CCĐ Đ  It – dòng điện tối đa của thang đo với Imax = 50 μA; Rm = 1 kΩ; It = 1 mA Hãy tính điện trở shunt? LTM- ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 21/28
Mở rộng thang đo dòng điệnL Đ  Đối với ampe mét có nhiều thang đo, cần dùng nhiều điện trở shunt LTM- ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 22/28
Đo dòng điện xoay chiều L  Đối với cơ cấu đo từ điện: Đ  Ampe mét xoay chiều thường sử dụng CCĐ từ điện (do độ chính xác cao)  Cần chỉnh lưu dòng AC thành dòng DC  Đối với cơ cấu đo điện từ vàLTM- điện động:  Đo trực tiếp dòng AC, không cần chỉnh lưu  Mở rộng thang đo:  Sử dụng điện trở shunt  Sử dụng biến dòng đo lường ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 23/28
Chỉnh lưu bằng điốt L  Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưuĐ 1 T = Icltb ∫ i() t dt T 0 Chỉnh lưu nửa chu kỳ Chỉnh lưu cả chu kỳ LTM- ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 24/28
Mở rộng thang đo dòng điện xoay chiều L Đ LTM- Mở rộng thang đo dòng Mở rộng thang đo dòng điện AC bằng shunt môn điện AC bằng biến dòng ộ đo lường Analog Clamp MeterB © Mai Quốc Khánh - 04/2010 25/28
Mở rộng thang đo dòng xoay chiều: Ví dụ L  Dòng tối đa của cơ cấu đo là Imax = 1 mA Đ  Điện áp trên điốt là VD = 0,6 V  Điện trở trong của CCĐ là Rm = 50 Ω Hãy tính shunt để có thể đo được dòng (hiệu dụng) Iđo = 100 mA ?  Dòng qua điốt II= 0,318 2 cltb hd LTM-  Ta có 1mA Is =−=− Ido Ihd max 100 mA =97,8mA 0,318 2 ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 26/28
Đo điện áp một chiều L  Nguyên lý đo: biến đổi điện áp thành Đ dòng điện đi qua cơ cấu chỉ thị  Mở rộng thang đo điện áp: sử dụng điện trở phụ mắc nối tiếp với CCĐ  Rm – điện trở trong của CCĐ LTM-  Imax – dòng điện tối đa của CCĐ  Iđo – dòng điện tối đa của thang đo V I =do ≤ I do RR+ max ộsm môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 27/28
Mở rộng thang đo điện áp một chiều: ví dụ L  CCĐ từ điện có Imax = 100μA; Rm = 0,5kΩ Đ  Hãy tính điện trở phụ cho 3 thang đo V1 = 2,5V; V2 = 10V; V3 = 50V  Ở thang đo V1 = 2,5V LTM-  Để vôn mét có ĐCX cao, nên chọn sai số của điện trở R1, R2, R3 ≤ 1% độ nhạy Ω/VDC của vôn mét ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 28/28
Mở rộng thang đo điện áp một chiều: ví dụ L Đ  Ở thang đo V2 = 10V LTM-  Ở thang đo V3 = 50V ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 29/28
Đo điện áp AC L  Đối với cơ cấu đo từ điện: Đ  Cần chỉnh lưu điện áp AC thành điện áp DC  Sử dụng bộ biến đổi nhiệt điện  Đối với cơ cấu đo điện từ, điện động:  Mở rộng thang đo dùng điệnLTM- trở phụ như đo điện áp một chiều  Đối với cơ cấu đo tĩnh điện:  Thường không mắc điện trở phụ ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 30/28