Bài giảng Đo điện trở, điện cảm, điện dung

Chương 6 ĐO ĐIỆN TRỞ - ĐIỆN CẢM - ĐIỆN DUNG 6.1. Khái niệm chung: Để đo các thông số của mạch điện như điện trở R, điện cảm L, điện dung C, góc tổn hao tgd và hệ số phẩm chất của cuộn dây (Q), người ta thường dùng các phương pháp và thiết bị đo khác nhau: Có thể đo bằng phương pháp gián tiếp thông qua Vônmét đo điện áp U và Ampemét đo dòng điện, dùng định luật Ôm thu được kết quả, hoặc dùng phương pháp đo trực tiếp bằng các dụng cụ đo, hoặc dùng phương pháp cầu... Tùy thuộc vào yêu cầu và điều kiện cụ thể của bài toán đo lường mà ta chọn phương pháp và thiết bị đo cho phù hợp. 6.2. Đo điện trở. Theo trị số, điện trở được chia làm 3 nhóm: Điện trở nhỏ: Từ 1W trở xuống; điện trở trung bình từ 1W ¸ 0,1MW; điện trở lớn: Lớn hơn 0,1MW. 6.2.1. Phương pháp Vônmét và Ampemét Để đo điện trở theo phương pháp này ta xét hai sơ đồ (H.6.1) – sơ đồ a) còn gọi là mắc theo kiểu Ampemét trong – sơ đồ hình b) mắc theo kiểu Ampemét ngoài. + _ U V Ix rx IV A rA U A V I Ix rx IV rV Hình 6.1. Phương pháp Vônmét và Ampemét + _ a) b) Nếu biết dòng điện qua điện trở và điện áp giáng trên nó, ta có thể xác định được trị số điện trở đó nhờ định luật ôm. (6.1) - Sơ đồ Ampemét trong (Hình 6.1a), số chỉ của V -mét gồm cả điện áp giáng trên điện trở cần đo rx và trên điện trở của A -mét rA, do đó: (6.2) Như vậy, phép đo gặp phải một sai số do cách mắc dây là: (6.3) Nếu rA rất nhỏ so với rx thì sai số này có thể bỏ qua. Vì thế, sơ đồ này dùng để đo các điện trở có trị số tương đối lớn (ít nhất là khoảng 100 lần lớn hơn rA). - Sơ đồ Ampemét ngoài (Hình 6.1 b), số chỉ của V -mét gồm cả dòng điện đi qua điện trở cần đo rx và dòng điện qua V -mét rV: Do đó: (6.4) Như vậy, phép đo gặp phải một sai số là: (6.5) hay tính theo thang tương đối: (6.6) Nếu rx rất nhỏ so với rv thì sai số này có thể bỏ qua. Vì thế sơ đồ này dùng để đo các điện trở có trị số tương đối nhỏ (ít nhất phải nhỏ hơn rv khoảng 100 lần). Ví dụ: Dùng Ampemét có rA = 0, 1 Ω và Vônmét có rv = 5000 Ω để đo điện trở rx = 1 Ω Tính sai số cho phép đo gặp phải do cách mắc dây trong hai trường hợp:a) Mắc Ampemét trong (hình a) và b) Mắc Ampemét ngoài (hình b). Giải: Nếu dùng sơ đồ Ampemét trong, sai số gặp phải là: Nếu dùng sơ đồ Ampemét ngoài, sai số gặp phải là: Rõ ràng dùng sơ đồ sau, sai số do sơ đồ đo có thể bỏ qua. Như vậy để đo điện trở nhỏ người ta thường dùng sơ đồ b) còn đo điện trở tương đối lớn thì dùng sơ đồ hình a) sẽ bảo đảm sai số yêu cầu. 6.2.2. Phương pháp dùng cầu đo Cầu một chiều đo thuần trở thường gặp hai loại: Cầu đơn và cầu kép. a) Cầu đơn: Đối với các phép đo điện trở chính xác bằng cầu Wheatstone điện trở cần đo phải luôn luôn lớn hơn nhiều so với các điện trở tiếp xúc và dây nối.Cầu gồm 4 nhánh thuần trở R1, R2, R3, R4 một đường chéo cầu (cd) nối với nguồn cung cấp 1 chiều U. Một đường chéo khác (ab) nối với chỉ thị cân bằng (CT). + - U0 CT R2 R1 R4 R3 I1 I2 a c b d Hình 6.2. Cầu đơn đo điện trở Khi điện áp trên a và b bằng nhau (Hình 6.2) tức là không có dòng qua cơ cấu chỉ thị thì cầu cân bằng, ta có: I1R2 = I2R3 I1R1 = I2R4 Chia 2 vế của 2 phương trình trên cho nhau, ta có: ; R1R3 = R2R4 Như vậy khi cầu cân bằng thì tích điện trở hai nhánh cầu đối nhau thì bằng nhau; nếu một trong bốn nhánh cầu chưa biết, ta có thể xác định theo tương quan (ví dụ R4 = Rx). (6.7) Giới hạn của phép đo rất rộng từ 5 ¸ 1012 W b) Cầu kép: (cầu Kelvin) Dùng cầu đơn để đo điện trở nhỏ (thường dưới 1W) không thuận tiện và sai số lớn vì bị ảnh hưởng của điện trở nối dây và điện trở tiếp xúc... Người ta đã chế tạo ra cầu kép để đo điện trở nhỏ và rất nhỏ. Cấu tạo của cầu kép (H.6.3) gồm: Các điện trở R1, R2, R3, R4 và R là điện trở các nhánh cầu; Rx là điện trở cần đo và Ro là điện trở mẫu chính xác cao. Khi cầu cân bằng, ta có: I1 = I2 ; I3 = I4 ; Ix = Io Và xét 3 vòng 1, 2, 3 theo định luật Kiếc khốp II ta có thêm: IxRx + I3R3 – I1R1 = 0 IoRo + I4R4 – I2R2 = 0 I3R3 – I4R4 – (Ix – I3)R = 0 Giải các hệ phương trình trên ta được: (6.8) R1 R2 R3 R4 Rx R R0 2 1 3 CT A Rđ/c U0 Ix-I3 I1 I2 Ix I3 I4 I0 Hình 6.3. Cầu kép Để đơn giản cho việc cân bằng cầu, khi đo người ta loại trừ bớt số hạng thứ hai về bên phải. Muốn vậy khi chế tạo phải bảo đảm sao cho.Lúc đó phương trình cân bằng cầu sẽ là: (6.9) Như vậy khi đo Rx chỉ cần thay đổi giá trị Ro và tỉ số để cân bằng cầu. Khoảng đo của cầu Kelvin thông thường từ 10 mW ¸ 1W. Độ chính xác khoảng ± 0,2%. 6.2.3. Phương pháp đo trực tiếp bằng Ommét a) Mạch nguyên lý đo điện trở Xuất phát từ định luật Ôm: Nếu giữ cho điện áp U không thay đổi, dựa vào sự thay đổi dòng điện qua mạch khi điện trở thay đổi, người ta đo dòng điện (sẽ khắc độ theo điện trở R) có thể trực tiếp đo điện trở R. Trên cơ sở đó người ta chế tạo ra Ômmét đo điện trở. Hình 6.4a trình bày một Ômmét có điện trở cần đo Rx được nối tiếp với cơ cấu chỉ thị từ điện, dùng để đo điện trở có giá trị cỡ ôm trở lên. Trong sơ đồ cấu tạo có Rp dùng để bảo đảm cho khi Rx = 0 thì dòng qua cơ cấu chỉ thị là lớn nhất (lệch hết thang chia độ); để bảo vệ cơ cấu chỉ thị. Hình 6.4. Sơ đồ Ômmét và thang đo CT Rx=0 U0 Rx a) Rp b) Ω Ω ∞ Với một cơ cấu từ điện nhất định sẽ có Ict =Ict đm nhất định và rct = rct đm nhất định. Mỗi Ômmét cũng có điện trở trong nhất định, được xác định như sau: RW = rct + Rp = (6.10) Khi Rx = 0 Khi Rx ¹ 0: Khi Rx -> ¥ thì Ict -> 0 Từ nhận xét trên ta có thể vẽ đặc tính thang chia độ Ômmét như hình 6.4b. Ta nhận thấy rằng thang chia độ của Ômmét ngược với thang chia độ của Vônmét. Đồng thời độ chỉ của Ômmét rất phụ thuộc nguồn cung cấp. Nguồn cung cấp thường là pin hoặc ắc quy. Nếu pin và ắc quy thay đổi giá trị thì sẽ gây sai số. Ví dụ: Nếu Rx = 0 (chập hai đầu que đo) vì Uo < Uo ban đầu thì kim ômmét không chỉ Zêrô. Để khắc phục điều này, người ta đưa vào sơ đồ cấu trúc của Ômmét một chiết áp hoặc biến trở để chỉnh Zêrô. b) Mạch đo điện trở thực tế. Trong thực tế nguồn pin Eb có thể thay đổi. Khi Rx →0Ω, Im qua cơ cấu không bằng Imax , do đó mạch đo có thể mắc thêm R2 ( Hình 6.5), biến trở này dùng để chỉnh điểm “0Ω” cho mạch đo khi Eb thay đổi, R1 là điện trở chuẩn của tầm đo, Rm là điện trở nội của cơ cấu.Như vậy trước khi đo phải ngắn mạch hai đầu AB, điều chỉnh R2 để sao cho Ômmét chỉ “0Ω”. Im Ib Vm Rm R2 Rx R1 Eb + - A B I2 + - Hình 6.5. Mạch Ômmet có chỉnh “ 0Ω” Theo mạch trên ta có: Nếu R2 // Rm « R1 , thì: Như vậy điện áp: Vm = Ib (R2 // Rm) Sẽ có dòng Im qua cơ cấu chỉ thị: Do đó mỗi lần đo cho Rx →0 điều chỉnh R2 để có: (6.11) Sao cho khi Eb có sự thay đổi thì sự chỉ thị Rx sẽ không thay đổi. Mặt ngoài của Ômmet như hình 6.6. Mạch đo điện trở với nhiều tầm đo trong máy đo vạn năng (Hình 6.7). Ω Ω ∞ Hình 6.6. Mặt ngoài Ômmét RX10 RX10k RX1k RX100 RX1 Zero ohms Hình 6.7. Mạch đo điện trở có nhiều tầm đo 1,5V + - 15V + - 2,875kW Khóa tầm đo Công tắc di chuyển X10K Điểm chỉnh zero 5kW 10kW 90kW 9kW 90kW 14kW 140kW 1470kW 20kW 236kW 3,82kW 3,75mA X1K X100 RX10 RX1 Rm Rx Khi thay đổi tầm đo (X1 hoặc X10 hoặc X100…) dòng điện qua cơ cấu chỉ thị Im vẫn bằng nhau nhưng trị số đọc được trên thang đo được nhân với giá trị tầm đo (Hình 6.7). Thang đo của Ômmet không tuyến tính hoàn toàn, ở mỗi tầm đo đều phải chỉnh 0Ω. Hình 6.8. Đồng hồ vạn năng điện tử chỉ thị kim TRE c) Đo điện trở trong V.O.M điện tử. - Nguyên lý: Để đo được điện trở trong máy đo điện tử, người ta chuyển đại lượng điện trở sang đại lượng điện áp, sau đó đưa vào mạch đo điện áp của Vônmet điện tử. Ảnh chụp một đồng hồ vạn năng điện tử chỉ thị kim thể hiện trên hình 6.8. Mạch đo có hai dạng: Nối tiếp và mắc rẽ. - Mạch đo điện trở dạng nối tiếp. Mạch đo được mắc như hình 6.9. Mạch đo trên có 5 tầm đo X1 – X10 – X100 – X1k – X10k. Nghĩa là trị số đọc được nhân với hệ số nhân của tầm đo. Ví dụ ở tầm đo X100 trị số đọc được trên mặt chỉ thị là 36Ω thì kết quả đo của Rx = 3600Ω. Hình 6.9. Mạch đo điện trở dạng nối tiếp 1,5V + - 100kW X10k Mạch đo điện áp DC tầm đo 1,5 V 1kW 10kW 1MW 100W X1k X100 X10 Vđo X1 Rx Mạch thay đổi tầm đo gồm có các điện trở chuẩn nối tiếp với Rx. Tầm đo càng lớn thì điện trở chuẩn mỗi tầm đo càng tăng. Dòng điện của mỗi tầm đo giảm tương ứng (tầm đo tăng 10 thì dòng điện giảm 10). + Khi Rx = 0Ω (nối tắt hai đầu AB), Vđo = 0V. + Khi Rx → ∞Ω (hai đầu AB để hở), Vđo # 1,5V. Vì tổng trở vào của mạch đo điện áp DC rất lớn so với điện trở chuẩn của tầm đo, cho nên điện áp rơi trên điện trở chuẩn không đáng kể trong trường hợp AB để hở. + Trường hợp Rx bất kỳ với tầm đo tương ứng có điện trở chuẩn R1, ta có: (6.12) Hình 6.10. Mạch đo điện trở dạng mắc rẽ Mạch đo điện áp DC Vđo X1 Rx E + - R1 R2 - Mạch đo điện trở dạng mắc rẽ. Mạch đo được mắc theo hình 6.10. Trong mạch đo này: + Khi Rx = 0Ω khi đó Vđo = 0V. + Khi Rx → ∞ thì + Khi Rx có trị số bất kỳ, Theo biểu thức này khi: thì: Hình 6.11. Đồng hồ vạn năng chỉ thị số VOLTCRAFT-M3850 Khi đó kim chỉ ½ thang đo. - Mạch đo điện trở dùng nguồn dòng không đổi. Trong các mạch đo điện trở trên ta dùng nguồn áp không đổi, nhưng điện áp đo được chuyển từ đại lượng điện trở có dòng điện đi qua thay đổi theo điện trở đo, cho nên điện áp đo này đưa vào mạch đo không tuyến tính theo điện trở Rx, dẫn đến thang đo không đều. Để cho điện áp đo tuyến tính theo điện trở Rx, người ta sử dụng nguồn dòng điện không đổi khi Rx thay đổi: Vđo=I.Rx. Trong trường hợp này Rx → ∞ thì Vdo→ trị số lớn nhất của tầm đo điện áp. Rx → 0 thì Vđo = 0V. Mạch đo điện trở tuyến tính (linear ohmmeter) thường được dùng trong máy đo đa dụng điện tử chỉ thị số (digital multimeter). Ảnh chụp một đồng hồ vạn năng chỉ thị số thể hiện trên hình 6.11. Hình 6.12. Mạch đo điện trở tuyến tính Mạch đo điện áp tầm 5V A 5V Rx RE IC R1 R2 B 0,7V 5,7V 9,3V +15V Mạch có nguồn dòng không đổi có thể dùng Transitor (BJT) hoặc bằng Opamp. Ta xét mạch có nguồn dòng không đổi dùng Transitor (BJT) có mạch đo như hình 6.12. Nguồn dòng điện không đổi cung cấp cho điện trở Rx là dòng Ic của Q1. R1, R2 điện trở phân cực cho cực nền Q1 theo điện áp của mạch đã cho. Như vậy điện trở RE có điện áp 5V không đổi. Giả sử điều chỉnh RE để cho Ic =1mA. Khi đó điện trở Rx = 5kΩ thì Vđo = 5kΩ X 1mA = 5V.(trị số lớn nhất của tầm đo). Ví dụ thay đổi RE để cho dòng Ic = 0,1mA, khi đó điện trở đo được đến 50kΩ. Nếu không muốn thay đổi dòng I (hoặc không thể cho Ic quá nhỏ khi Rx tăng lên lớn) thì thay đổi tầm đo điện áp tương ứng với điện trở Rx. 6.2.4. Đo điện trở lớn bằng Mêgômét Mêgômét là dụng cụ đo xách tay được dùng rộng rãi để kiểm tra điện trở của các dây cáp điện và các thiết bị điện. Những nguyên nhân làm thấp điện trở cách điện có thể là: - Sự ẩm của cách điện. - Sự hư hỏng cơ học của cách điện. - Sự tiếp xúc của các chi tiết dẫn điện của vỏ thiết bị do cố định yếu hoặc sự tiếp xúc giữa các chi tiết dẫn điện với nhau. - Có các liên kết dẫn điện của các chi tiết dẫn điện và vỏ do bẩn, do nước, do dầu... - Đánh thủng cách điện của các tụ bảo hộ chống nhiễu cho các máy thu vô tuyến. Dụng cụ có nguồn cao áp bên trong cung cấp từ máy phát điện quay tay. Điện áp đó có thể có trị số từ 100V tới 5000V (thông thường từ 100V ¸ 500V). Sơ đồ mạch của Mêgômét như hình 6.13. Mêgômét là dụng cụ đo xách tay được dùng rộng rãi để kiểm tra điện trở của các dây cáp điện và các thiết bị điện. Mêgômét là dụng cụ đo sử dụng cơ cấu Lôgômét từ điện, có hai khung dây. Một khung dây tạo mômen quay và một khung dây tạo mô men phản kháng. Góc quay a của cơ cấu đo tỉ lệ với tỉ số hai dòng điện chạy trong hai khung dây đó. Gọi I1 dòng chạy qua khung dây 1; I2 là dòng chạy qua khung dây 2. Ta có: Hình 6.13. Mêgômét có máy phát quay tay Rx Đầu ra nối đất hoặc áp thấp Cuộn dây 1 Cuộn dây 2 Đầu ra đường dây Đầu ra vòng chắn Máy phát Tay quay OHMS Nam châm R2 R1 0 Từ cảm B của nam châm vĩnh cửu tác dụng với dòng I1 tạo ra mô men quay M1; từ cảm B tác dụng với dòng I2 tạo ra mô men quay M2. Ở thời điểm cân bằng M1 = M2 từ đó rút ra: (6.13) Trong một cơ cấu nhất định, các giá trị R1, R2 và r1, r2 là hằng số (r1, r2 là điện trở trong của cuộn dây 1 và 2); góc quay a của kim chỉ sẽ tỉ lệ với điện trở cần đo Rx. Khi Mêgômét đo một mạch hở thì không có dòng nào chạy trong cuộn dây 2, trong trường hợp này, lực từ cuộn dây khiến cho kim bị lệch tới một đầu của thang đo. Đầu này được đánh dấu là vô hạn (¥). Khi đo ngắn mạch, lực của cuộn dây 2 lớn hơn rất nhiều so với lực của cuộn dây 1. Bởi thế kim bị lệch về phía đối diện với đầu vô hạn trên thang đo và đầu đó được đánh dấu là 0W khi kim đứng ở khoảng giữa thì hai mô men quay 1 và 2 bằng nhau, lúc đó góc quay a sẽ phản ảnh giá trị của điện trở Rx cần đo. Có thể thay đổi khoảng đo bằng cách bật công tắc tới những giá trị khác nhau của R2. Chú ý: Khi đo điện trở ta quay tay quay của máy phát với tốc độ khoảng 120 vòng/phút và đọc chỉ số theo thang số ứng với vị trí của bộ chuyển mạch đo. Ở hình 6.13 có bố trí đầu ra của vòng chắn để tạo điều kiện dễ dàng cho việc đo điện trở khối. * Thuận tiện hơn trong sử dụng là Mêgômét không có máy phát quay tay (Mêgômét điện tử). Sơ đồ nguyên lý được thể hiện trên hình 6.14. T1 PH Tp PH mA T2 T3 T4 KP Hình 6.14. Mêgômét điện tử W1 W2 E Nguồn sử dụng là pin E cung cấp cho bộ phát xung tạo ra điện áp đến biến áp Tp, truyền qua cuộn dây W2, ở đây bố trí mạch nhân đôi điện áp, qua bộ chuyển mạch PH tạo ra các thang đo, điện trở cần đo thể hiện trên Micrôampemét. * Để khắc phục ảnh hưởng của các dòng điện bề mặt lên chỉ số của Mêgômmét phải cuộn lên lớp cách điện một vài vòng dây dẫn trần, dây đó nối với cực màng ngăn của Mêgômmét . Ví dụ: Cách đo điện trở cách điện của dây cáp thể hiện trên hình 6.15. có ngăn cách dòng điện rò. Dây nối nối đất KW MW Vỏ bọc ống chì Cách điện Dây cực màng ngăn Hình 6.15. Cách đo điện trở cách điện của dây cáp 6.3. Đo điện cảm 6.3.1. Khái niệm chung Mạch tương đương cuộn cảm được vẽ trên hình 6.16. RS LS RP LP Hình 6.16. Mạch tương đương cuộn cảm a) b) Hình 6.16a) biểu diễn một cuộn cảm như cuộn cảm thuần L mắc nối tiếp với điện trở cuộn dây của nó. Mạch tương đương nối tiếp này thường là cách tốt nhất biểu diễn một cuộn cảm, bởi vì điện trở của cuộn dây thực được tính đến và đó là một đại lượng quan trọng. Lý tưởng mà nói thì điện trở của cuộn dây phải càng nhỏ càng tốt, nhưng điều đó phụ thuộc vào tiết diện và chiều dài của dây dùng để quấn cuộn dây. Các cuộn cảm kích thước nhỏ có giá trị lớn có xu hướng có các trị số điện trở lớn, trong khi đó những cuộn cảm lớn có trị số điện cảm nhỏ lại có điện trở nhỏ. Cũng có thể dùng mạch tương đương LR song song đối với một cuộn cảm (hình 6.16b) trong các mạch cầu xoay chiều. Có thể định nghĩa chất lượng của một cuộn cảm theo công suất tiêu tán của nó. Một cuộn cảm lý tưởng phải có điện trở cuộn dây bằng 0 và do đó công suất tiêu thụ ở cuộn dây bằng 0. Một cuộn cảm tổn hao có điện trở cuộn dây tương đối lớn, do vậy nó tiêu tán một phần công suất. Hệ số phẩm chất, hoặc hệ số Q của một cuộn cảm xác định chất lượng của nó như tỷ số giữa điện kháng (tại một tần số nào đó) và điện trở của cuộn dây. Q = (6.14) Để đo các thông số này, có thể dùng các phương pháp sau: 6.3.2. Phương pháp V –A – W Mạch đo cuộn cảm Lx được mắc như hình 6.17. VV AV ~ Lx WV Rx Hình 6.17. Phương pháp V -A - W Tổng trở cuộn dây được xác định: Z = Và điện cảm Lx được xác định. Lx = Hoặc Lx = P công suất tổn hao của cuộn dây được xác định bằng Watmét Suy ra : Rx = (6.15) 6.3.3. Phương pháp cầu Để đo các thông số cuộn dây người ta thường dùng cầu xoay chiều bốn nhánh như hình 6.18. R1, R2 là hai thuần trở; LxRx là cuộn cảm cần đo; LNRN là cuộn cảm mẫu. Điện trở R cùng chuyển mạch B để đo hai trường hợp. Nếu Rx > RN thì R sẽ nối tiếp với nhánh điện cảm cầu đo. Giả sử B ở vị trí 2 ta sẽcó điều kiện cân bằng cầu LX RX LN RN R G R1 R2 B 1 2 ~ U0 Hình 6.18. Phương pháp cầu (R + Rx + jwLx) R2 = (RN+jwLN)R1. Từ đó, ta có: Rx = RN Lx = LN Hệ số phẩm chất của cuộn dây được xác định. Q = (6.16) 6.4 Đo điện dung 6.4.1. Khái niệm chung Tụ điện lý tưởng không tiêu thụ công suất, nhưng thực tế có dòng từ cực này qua lớp điện môi đến cực kia của tụ điện. Vì vậy trong tụ có sự tổn hao công suất. Thực tế sự tổn hao này rất nhỏ nên người ta thường đo góc tổn hao (tgd) của tụ để đánh giá tụ điện. Tụ điện được đặc trưng bằng một tụ điện lý tưởng và một thuần trở hoặc mắc nối tiếp nhau (tụ tổn hao ít) hoặc mắc song song nhau (tụ tổn hao lớn) trên cơ sở đó người ta xác định góc tổn hao của tụ (h.6.19 a,b). U I C R UC UR I UC U d j UR IR U j d IC I C R IC I U a) b) Hình 6.19. Mạch tương đương tụ điện có tổn hao Với tụ tổn hao ít (h.6.19a) dựa vào sơ đồ vectơ ta xác đinh góc tổn hao như sau: UR = IR Uc = d: Là góc tổn hao của tụ điện được tạo bởi vectơ U và vectơ Uc Từ đó, ta có: tg Cùng cách chứng minh trên với sơ đồ tụ tổn hao lớn (h.6.19b) ta xác định tg d. tgd = (6.17) 6.4.2. Phương pháp gián tiếp dùng Vôn mét, Ampemét, Watmét. Mạch đo được mắc theo hình 6.20, nếu sự tổn hao của tụ không đáng kể, điện dung Cx được xác định bởi Vônmét và Ampemét như sau: VV AV ~ Cx Hình 6.20. Phương pháp V–A Xcx = Suy ra Cx = Nguồn tín hiệu cung cấp cho mạch đo phải là nguồn tín hiệu hình sin có độ méo dạng nhỏ. Biên độ và tần số của tín hiệu phải ổn định. Trong trường hợp mạch đo dùng thêm Watmét (hình 6.21) điện trở rò Rx của tụ được xác định bởi biểu thức sau: VV AV ~ Cx WV Rx Hình 6.21. Phương pháp V–A-W Rx = Tổng trở của tụ: Zc = Và điện dung cần đo: Cx = Từ 3 biểu thức trên ta suy ra: Cx = Do đó: Cx = (6.18) Sự tổn hao công suất P = UI cosj = I2 Nếu góc tổn hao d nhỏ thì tg d » PwCx/I2. » sind Sự chính xác của phương pháp đo này có thể bằng hoặc lớn hơn phương pháp đo trước. Phương pháp dùng Watmét không chính xác khi xác định những tụ điện có góc tổn hao nhỏ. Để đo góc d chính xác người ta thường dùng phương pháp cầu đo. 6.4.3. Phương pháp cầu Thường dùng cầu xoay chiều bốn nhánh để đo các thông số của tụ. Ví dụ cầu đo tụ điện tổn hao ít (h.6.22a). Cầu bốn nhánh: Hai nhánh R1=, R2 là thuần trở. Một nhánh là điện dung mẫu điều chỉnh được nó gồm: Điện dung thuần khiết CN và RN thuần khiết điều chỉnh được. Nhánh còn lại là điện dung cần đo Cx. Một đường chéo của cầu nối với điện mét (G) chỉ sự cân bằng cầu. Đường chéo còn lại nối với nguồn cung cấp xoay chiều (Uo). Cx R1 R2 CN RN G ~ U0 Cx R1 CN G ~ U0 C2 R2 Hình 6.22. Phương pháp cầu a) b) Khi cầu cân bằng ta có mối quan hệ: R2 Từ đó suy ra: R2Rx = R1RN ; Rx = và (6.19) tgd = wRxCx = wRNCN (6.20) Thứ tự đo trên cầu: Đầu tiên trên RN = 0. Thay đổi tỉ số cho đến khi nào chỉ thị cân bằng chỉ dòng nhỏ nhất; điều chỉnh RN và CN cho đến khi cầu cân bằng (không có dòng qua G). Đọc kết quả trên RN và CN. Dùng tính toán sẽ được tg d.Với tụ điện có tổn hao lớn hoặc đo tổn hao trong vật liệu cách điện ta dùng cầu như hình (h.6.22b). Ở đây nếu mắc trực tiếp R2 có giá trị lớn vào nhánh cầu thứ hai thì sẽ giảm độ nhạy của cầu vì vậy người ta nối song song R2 với C2 trong nhánh cầu thứ hai. Khi cầu cân bằng ta sẽ được: Từ đó ta được: (6.21) (6.22) Thứ tự đo trên cầu giống như trường hợp các đo điện dung tổn hao ít. 6.4.4. Phương pháp đo bằng các thiết bị chỉ thị số Đo các thông số của mạch điện có phần tử tập trung bằng các thiết bị đo chỉ thị số có ưu điểm là dễ đọc, kết quả đo được nhanh và có độ chính xác cao. Tuy nhiên về cấu tạo thiết bị đo thì có phức tạp hơn. Để xét nguyên lý chung của các phương pháp đo này ta xét một mạch đo đơn giản của các thiết bị chỉ thị số đo điện dung bằng phương pháp hằng số như hình 6.23. Nguyên lý công tác của mạch đo này như sau. Rm E Cx P N R R2 R1 Hình 6.23. Mạch đo điện dung chỉ thị số Bộ chọn thời gian T Bộ đếm