Bài giảng Đo dòng điện, điện áp

Chương 3 ĐO DÒNG ĐIỆN - ĐIỆN ÁP 3.1. Đo dòng điện Trong các đại lượng điện, dòng điện và điện áp là các đại lượng cơ bản nhất. Vì vậy trong công nghiệp cũng như trong các công trình nghiên cứu khoa học người ta luôn quan tâm đến các phương pháp và thiết bị đo dòng điện. Có thể đo dòng điện bằng các phương pháp trực tiếp gián tiếp và so sánh (phương pháp bù). Trong phương pháp đo trực tiếp, người ta dùng các dụng cụ đo dòng điện như Ampemét, Miliampemét, Micrôampemét.v.v... để đo dòng và trực tiếp đọc kết quả trên thang chia độ dụng cụ đo. Trong phương pháp đo gián tiếp, người ta có thể dùng vônmét đo điện áp rơi trên một điện trở mẫu (mắc trong mạch có dòng điện cần đo chạy qua); thông qua tính toán ta sẽ được dòng điện cần đo. Trong phương pháp so sánh, người ta đo dòng điện bằng cách so dòng cần đo với dòng điện mẫu, chính xác. Ở trạng thái cân bằng của dòng cần đo và dòng mẫu, sẽ đọc kết quả trên mẫu. Có thể so sánh trực tiếp và so sánh gián tiếp. 3.1.1. Yêu cầu đối với phép đo dòng điện Khi đo dòng điện, ta mắc nối tiếp Ampemét với mạch điện cần đo. Ampemét này lấy một phần năng lượng của mạch đo, gây sai số phương pháp cho phép đo dòng. Phần năng lượng này còn gọi là công suất tiêu thụ của Ampemét, được tính: PA = I2A.RA (3.1) Trong phép đo dòng điện yêu cầu công suất tiêu thụ PA càng nhỏ càng tốt. Tức là yêu cầu RA càng nhỏ càng tốt. Khi đo dòng xoay chiều, điện trở của Ampemét còn chịu ảnh hưởng của tần số (Xl = wL ; thành phần kháng trở của cuộn dây). Để đảm bảo cấp chính xác của dụng cụ đo, người ta thiết kế các dụng cụ đo dòng xoay chiều ở các miền tần số sử dụng nhất định. Nếu sử dụng các dụng cụ đo dòng ở miền tần số khác miền tần số thiết kế, sẽ gây ra sai số do tần số. 3.1.2. Ampemét một chiều Hình 3.1. Mở rộng thang đo dòng điện cho cơ cấu từ điện Ict rct RS I Các Ampemét một chiều được chế tạo chủ yếu dựa trên cơ cấu chỉ thị từ điện. Dòng cho phép qua cơ cấu này thường là 10-1 ¸ 10-2A với cấp chính xác 1,5 ; 1 ; 0,5 ; 0,2. Cao nhất có thể đạt tới cấp 0,05. Điện trở cơ cấu khoảng từ 20 ¸ 2000 W. Vì vậy để sử dụng cơ cấu này, chế tạo các dụng cụ đo dòng điện lớn hơn dòng qua cơ cấu chỉ thị, người ta phải dùng thêm một điện trở sun phân nhánh nối song song với cơ cấu chỉ thị từ điện (H.3.1). Dựa trên các thông số của cơ cấu chỉ thị từ điện và dòng điện cần đo, người ta có thể tính giá trị điện trở sun phù hợp cho từng dòng điện cần đo là: (3-2) Trong đó: rCT – Điện trở trong của cơ cấu chỉ thị từ điện. - Hệ số mở rộng thang đo của Ampemét. I – Dòng cần đo. ICT – Dòng cực đại mà cơ cấu chỉ thị chịu được. Đối với các Ampemét đo dòng điện nhỏ hơn 30A thì sun đặt trong vỏ của Ampemét. Còn các Ampemét dùng đo dòng điện lớn hơn hoặc bằng 30A thì sun đặt ngoài vỏ. Trên cơ sở mắc sun song song với cơ cấu chỉ thị người ta chế tạo Ampemét từ điện có nhiều thang đo. Hình 3-2 là sơ đồ Ampemét từ điện 3 thang đo (I1, I2, I3). Các điện trở R1, R2, R3 mắc nối tiếp với nhau rồi nối song song với rCT. R1 R2 R3 I1 I2 I3 Hình 3.2. Sơ đồ Ampemét từ điện 3 thang đo Để giữ cho Ampemét đạt cấp chính xác không đổi ở các giới hạn đo khác nhau, phải chế tạo sun với độ chính xác cao hơn độ chính xác của cơ cấu từ điện ít nhất là một cấp. Ví dụ cơ cấu từ điện chính xác 0, 5 thì sun phải có chính xác 0,2. Vì vậy, thường chế tạo sun bằng Mangannin và chỉnh định rất chính xác. Do đó điện trở của sun không thay đổi theo nhiệt độ. 3.1.3. Ampemét xoay chiều Để đo dòng điện xoay chiều miền tần số công nghiệp người ta thường dùng các Ampemét điện từ, điện động và sắt điện động. a) Ampemét điện từ: Được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ. Mỗi cơ cấu điện từ được chế tạo với số Ampe vòng nhất định (IW). Đối với cơ cấu cuộn dây tròn thường có IW = 200A vòng, cuộn dây dẹt có IW = 100 ¸ 150A vòng, loại mạch từ khép kín IW = 50 ¸ 1000A vòng. Như vậy để mở rộng thang đo của Ampemét điện từ chỉ cần thay đổi thế nào để bảo đảm IW - const. Ampemét điện từ nhiều thang đo được chế tạo bằng cách chia cuộn dây tĩnh thành nhiều phân đoạn bằng nhau, thay đổi cách nối ghép các phân đoạn này (song song hoặc nối tiếp) để tạo các thang đo khác nhau. Ví dụ Ampemét điện từ có hai thang đo: Ta chia cuộn dây tĩnh thành hai phần bằng nhau. Nếu nối tiếp hai phân đoạn với nhau ta sẽ đo được dòng điện là I và nếu nối song song hai phân đoạn với nhau ta sẽ đo được dòng điện là 2I ( H.3.3 ). I 2I I I Hình 3.3. Mở rộng thang đo Ampemet điện từ b) a) a) Đo được dòng điện I b) Đo được dòng điện 2I Phương pháp phân đoạn cuộn dây tĩnh của cơ cấu điện từ cũng chỉ áp dụng để chế tạo Ampemét điện từ nhiều nhất là ba thang đo, vì tăng số lượng thang đo, bố trí mạch chuyển thang đo phức tạp không thể thực hiện được người ta dùng biến dòng kết hợp dòng xoay chiều lớn. b) Ampemét điện động: Ampemét điện động thường dùng để đo dòng điện ở miền tần số cao hơn tần số công nghiệp (cỡ 400 ¸ 2000Hz). Đồng thời như đã biết cơ cấu điện động là cơ cấu chính xác cao đối với tín hiệu xoay chiều vì vậy Ampemét điện động cũng có chính xác cao (0,2 ; 0,5) nên được sử dụng làm dụng cụ mẫu. Có hai loại sơ đồ mạch của Ampemét điện động: Khi dòng điện cần đo nhỏ hơn hoặc bằng 0,5A (I £ 0,5A) thì trong mạch của Ampemét cuộn dây động và cuộn dây tĩnh ghép nối tiếp nhau (H.3-4a). Khi dòng điện cần đo lớn hơn 0,5A (I > 0,5A) thì trong sơ đồ mạch của Ampemét cuộn dây động và cuộn dây tĩnh ghép song song nhau (H.3-4b). A B R1 L1 R2 L2 Hình 3.4. Sơ đồ nối các cuộn dây của Ampemet điện động a) b) Các phần tử R và L trong sơ đồ Ampemét điện động đo dòng lớn hơn 0,5A dùng để tạo mạch bù sai số do tần số và làm cho dòng trong cuộn dây động và trong cuộn dây tĩnh cùng pha nhau. Cách mở rộng thang đo và chế tạo Ampemét điện động nhiều thang đo giống như ở Ampemét điện từ. Sai số do tần số của các Ampemét điện từ và điện động ở tần số vài KHz đến vài chục KHz khá lớn, vì vậy để đo dòng điện âm tần người ta thường dùng các Ampemét từ điện chỉnh lưu. c) Ampemét từ điện - chỉnh lưu: Là Ampmét kết hợp cơ cấu chỉ thị từ điện và mạch chỉnh lưu bằng điốt hoặc chỉnh lưu bằng cặp nhiệt ngẫu (gọi là Ampemét nhiệt điện). Các sơ đồ hình 3.5 là các mạch chỉnh lưu thường gặp trong các Ampemét chỉnh lưu. Sơ đồ hình 3.5a chỉnh lưu nửa chu kỳ. Sơ đồ hình 3.5b,c, d chỉnh lưu hai nửa chu kỳ. Trong các mạch chỉnh lưu này dùng điốt dòng nhỏ (Si hoặc Ge). D1 D2 R U ~ U ~ U ~ U ~ D2 D1 R R R R D1 D2 D1 D2 D4 D3 Hình 3.5. Các Ampemét từ điện - chỉnh lưu a) b) c) d) Ở hình 3.5b dòng điện được chỉnh lưu hoàn toàn và qua cơ cấu chỉ thị. Vì vậy hệ số chỉnh lưu cao. Ở hình 3.5c một phần dòng được chỉnh lưu qua cơ cấu chỉ thị, phần còn lại qua điện trở R. Còn hình 3.5d, một phần dòng điện được chỉnh lưu và qua cơ cấu chỉ thị, phần còn lại qua điện trở R. Vì vậy ở hai sơ đồ này hệ số chỉnh lưu của mạch không cao. Nói chung các Ampemét chỉnh lưu, chính xác không cao vì hệ số chỉnh lưu thay đổi theo nhiệt độ, trong đó khi nhiệt độ thay đổi, điện trở thuận và ngược của điốt thay đổi không như nhau dẫn đến hệ số chỉnh lưu sẽ giảm. Khi tần số tín hiệu đo tăng thì hệ số chỉnh lưu cũng giảm vì bị ảnh hưởng của điện dung giữa các mặt tiếp giáp của điốt. Do đó trong các Ampemét từ điện chỉnh lưu có cấp chính xác cao cần phải có mạch bù nhiệt độ và bù tần số. Ngày nay người ta thường chế tạo các dụng cụ chỉnh lưu tổng hợp: Vừa đo dòng, áp một chiều, xoay chiều và điện trở nhờ bộ đổi nối. Các dụng cụ này có nhiều thang đo về dòng, áp, điện trở vì đã sử dụng các sun, điện trở phụ nhiều giá trị khác nhau. Ví dụ thang đo về dòng điện từ 3mA đến 6A; về điện áp từ 75mV đến 600V; về điện trở từ 500W đến 5MW.v.v.. Thang đo của dụng cụ chỉnh lưu với điện xoay chiều và điện một chiều khác nhau. Do đặc tính V-A của điốt ở dòng điện xoay chiều nhỏ là phi tuyến nên phần đầu thang đo không đều (10 ¸ 15%). Ưu điểm cơ bản của dụng cụ chỉnh lưu bằng điốt là độ nhạy cao; tiêu thụ công suất nhỏ, có thể làm việc ở tần số cao. Nhược điểm là chính xác không cao (khoảng 1,5 ¸ 2,5) các Ampemét chỉnh lưu thường khắc độ theo tín hiệu sin. Nếu đo dòng không sin thì sẽ xuất hiện sai số hình dáng. Ampemét nhiệt điện. Ampemét nhiệt điện là dụng cụ kết hợp giữa chỉ thị từ điện và cặp nhiệt điện như hình vẽ. Cặp nhiệt điện gồm hai thanh kim loại khác nhau được hàn với nhau tại một đầu gọi là đầu làm việc (t1), hai đầu kia được nối với Milivônmét, gọi là đầu tự do (t0). Một số vật liệu dược sử dụng làm cặp nhiệt điện là: Sắt - Constantan; Đồng – Constantan; Crom - Alumen... a) Ampemét nhiệt điện c) b) b,c: Cấu tạo cặp nhiệt điện cặp nhiệt Ix t1 t0 t0 dây KL ¹ loại vỏ thuỷ tinh gốm dây nung chân không Tấm đồng đệm cặp nhiệt đầu ra = đồng dây dẫn băng nung Đến Milivônmét a) Hình 3.6. Ampemét nhiệt điện - Cấu tạo cặp nhiệt điện a) Nguyên lý làm việc: Khi nhiệt độ đầu làm việc t1 khác nhiệt độ đầu tự do t0, cặp nhiệt điện sinh ra một sức điện động: với Nếu ta đốt nóng đầu làm việc t1 bằng một dòng điện Ix thì quan hệ giữa nhiệt độ q0 và dòng điện Ix được biểu diễn bằng biểu thức: Thay vào ta có: Sức điện động Et được đo bằng Milivônmét từ điện. Khi đo góc quay a được biểu diễn bằng biểu thức: (3.3) Hình 3.6 b, c là cấu tạo hai cặp nhiệt điện khác nhau. Hình b) là cặp nhiệt điện đặt trong một ống chân không để bảo vệ chỗ nối khỏi bị tổn hao nhiệt. Hình c) là cặp nhiệt điện với vật dẫn nung phẳng, nhờ tấm đồng đệm và cách điện làm cho cặp nhiệt ít bị ảnh hưởng do nhiệt độ môi trường. A B C D m f l k e j i + p h o g n - Hình 3.7. Cầu đo dùng cặp nhiệt điện b) Đặc điểm: Ampe mét nhiệt điện có sai số lớn do tiêu hao công suất, khả năng quá tải kém nhưng có thể đo được ở dải tần rộng (từ 1 chiều đến tần số MHz) mà các Ampe mét cơ điện khác không đo được. c) Cầu đo dùng cặp nhiệt điện: Có 8 cặp nhiệt điện bố trí thành 1 cầu đo (hình 3.7). Các chỗ nối e, f, g, h được gắn vào các đầu ra vốn nhô ra từ một đế cách điện. Đó là những đầu nối nguội, được giữ ở nhiệt độ xung quanh. Các đầu nối i, j, k, l, m, n, o, p là đầu nối nóng được nung nóng bằng dòng điện chạy từ A đến C. Khi có dòng điện, các đầu nối nóng phát sinh các điện áp với cực tính được vẽ trên sơ đồ. Mỗi đầu nối tạo ra 1 sức điện động 6 V. Sức điện động tổng tạo ra trên Milivônmét ở 2 đầu B, D là: 4 x 6 = 24mV. 3.1.5. Đo dòng điện nhỏ Đo dòng điện nhỏ thường Ix cỡ 10-5A ¸ 10-10A. Để đo được dòng này cần phải có các thiết bị có độ nhạy cao. Hiện nay việc nâng cao độ nhạy, hạ thấp ngưỡng nhạy và khuếch đại ổn định, chính xác cao cũng còn gặp nhiều khó khăn. Các dụng cụ đo dòng nhỏ thường gặp như điện kế cơ điện, điện lượng mét, các dụng cụ điện tử mà thành phần cơ bản là các bộ khuyếch đại một chiều, xoay chiều, chỉnh lưu.v.v... kết hợp với chỉ thị cơ điện (từ điện). 1 2 3 D N S 4 Hình 3.8. Nguyên lý của điện kế gương. 1. Khung quay. 2. Dây treo. 3. Gương phản chiếu; 4. Dây không mô men Xét ví dụ về điện kế từ điện có khung quay (H.3.8) dùng để đo dòng điện rất nhỏ có độ nhạy cao. Dựa vào cơ cấu và phương trình đặc trưng của cơ cấu chỉ thị từ điện có thể nâng độ nhạy bằng những biện pháp sau: Có thể tăng từ cảm B bằng cách dùng nam châm có kích thước lớn làm bằng vật liệu có từ dư và năng lượng từ lớn (B đạt đến 0,4 Tesla). Giảm hệ số xoắn của lò xo D bằng cách dùng dây treo mảnh, kích thước dài. Người ta còn dùng hệ thống quang học để tăng khoảng cách từ bộ phận động đến thang chia độ để tăng độ nhạy của dụng cụ đo. Bằng cách đó dụng cụ đạt được độ nhạy cỡ 10-2 ¸ 10-14A/m. Dòng điện cần đo được đầu vào khung dây (1) trực tiếp nhờ dây treo (2) và dây không mômen (4). Dùng dây treo (2) và gương (3) cùng hệ thống quang học (gương, đèn chiếu sáng) để tăng độ nhạy. Hệ thống đèn chiếu sáng phát ra chùm tia sáng chiếu lên gương (3) và phản chiếu lên thang chia độ để lấy số đo. Đây là nguyên lý của điện mét gương. Ngoài ra người ta còn tăng độ nhạy bằng mạch khuyếch đại bán dẫn, vi điện tử, mục đích tăng độ nhạy về dòng, áp, tức là giảm điện trở vào trường hợp đo dòng và tăng điện trở vào trường hợp đo áp đồng thời nâng cao đặc tính tần của các thiết bị đo. Khuyếch đại điện kế kiểu bù là thiết bị phối hợp giữa khuyếch đại điện tử và điện kế cơ điện. Sơ đồ khối như hình 3-9. 1 2 3 Hình 3.9. Sơ đồ khối của Khuyếch đại điện kế kiểu bù X a b X1 X2 4 Đại lượng điện cần đo (X) được đưa vào khuyếch đại điện kế, đầu tiên qua cơ cấu sơ cấp (1), cơ cấu này thường là một điện kế có độ nhạy cao, biến đổi đại lượng điện (X) thành di chuyển góc (a); qua bộ biến đổi đo lường (2) chuyển a thành đại lượng điện (X1) đưa vào khuyếch đại điện tử (3) rồi đến bộ phận chỉ thị kết quả đo (4). Để nâng cao độ ổn định của hệ thống đo, người ta dùng phản hồi (b) từ đầu ra về cơ cấu sơ cấp. Tùy theo loại chuyển đổi đo lường mà khuyếch đại điện kế được chia thành khuyếch đại điện kế cảm ứng, quang điện, nhiệt điện, tĩnh điện.v.v... 3.1.6. Micrôampemét điện tử một chiều Để đo dòng điện rất nhỏ (Iđo << Io dòng qua cơ cấu) người ta cần khuyếch đại dòng cần đo rồi mới đưa đến cơ cấu chỉ thị từ điện. Micrôampemét được tạo bởi đèn bán dẫn T dùng để khuyếch đại với sơ đồ emitơ chung (H.3.10), cung cấp bởi nguồn E = 1,5 ¸ 4,5V, cơ cấu chỉ thị mắc ở colectơ. Dòng cần đo được đưa vào cực gốc của T. Ví dụ ta có dòng Iđm cần đo chạy vào mạch bazơ – emitơ, thì sẽ có dòng colectơ bằng dòng lệch toàn thang đo của chỉ thị (ICT). + E - + E0 - I0 R0 ICT T Rb Rđ/c Iđm Iđm Hình 3.10. MicroAmpemét điện tử một chiều Hệ số truyền đạt dòng tĩnh của bán dẫn T là bT : Dòng định mức cần đo: Ví dụ: Loại GT115A có bT= 60 và cơ cấu chỉ thị loại M261 có: Ict max = 500 mA Ta tìm được: Iđm = mA Nếu mắc thêm vào hai đầu vào của micrôampemét một sun chọn trước thì có thể đạt được giới hạn đo thuận tiện cho việc tính toán ví dụ như: Iđm = 10mA. Để ổn định chế độ làm việc và hiệu chỉnh những thay đổi của bộ phận chỉ thị, người ta đưa vào sơ đồ những bộ phận phụ như điện trở Rb nhằm tạo ra một thiên áp đến bazơ của đèn, định chế độ làm việc của khuyếch đại: Rđc để chuẩn thang đo. Nguồn Eo và điện trở Ro để chỉnh zêrô. Như vậy trong sơ đồ này tồn tại hai nguồn (E và Eo). Để đơn giản, thay bằng một nguồn theo sơ đồ hình 3.11. Mắc phân áp R1, R2 song song với E, tạo thành cầu một chiều gồm các nhánh R1, R2, Ro và T. Một đường chéo của cầu mắc với nguồn cung cấp, đường chéo còn lại nối với cơ cấu chỉ thị. Điện trở Ro làm nhiệm vụ chỉnh zêrô cho chỉ thị. E K R1 R2 I0 IC0 Rđ.c R0 + ICT Re Rb1 Rb2 T D Hình 3.11. Điện trở Rb1, Rb2 và điốt (nếu có) ở đầu vào làm nhiệm vụ ổn định hệ số khuyếch đại Ki. Muốn cho Micrôampemét làm việc ổn định người ta thường chọn bT > Ki. 3.1.7. Đo dòng xoay chiều lớn Đo dòng xoay chiều lớn bằng phương pháp kết hợp biến dòng xoay chiều với các Ampemét. - Trong các Ampemét điện từ, sức từ động tối đa F = IW là 200 Ampe vòng. Nếu số dây là một thì có thể đo được dòng tối đa là 200A. Muốn đo dòng lớn hơn, phải dùng các Ampemét điện từ, điện động kết hợp với biến dòng. Biến dòng cũng giống như biến áp đo lường: Lõi thường là hình xuyến bằng thép kỹ thuật điện. Trên đó có quấn hai cuộn dây: Sơ cấp W1 và thứ cấp W2 (H.3-12a). ~ Zt I2 W2 W1 I1 1 a) 2 2 1 I1 b) Hình 3.12. Sơ đồ mắc Ampemet với máy biến dòng A Thông thường dòng sơ cấp I1 lớn nên số lượng vòng dây W1 ít hơn W2. Biến dòng làm việc ở chế độ biến áp ngắn mạch vì điện trở RA thường nhỏ; ta có: I1W1 = I2W2 : là hệ số biến dòng. Người ta chế tạo sẵn các biến dòng có dòng thứ cấp I2 định mức và hệ số biến dòng thay đổi phụ thuộc vào dòng sơ cấp I1 với các thang biến dòng nhất định. Ví dụ: Biến dòng YTT - S của Liên xô (cũ) có: I2= 5A, còn: I1 = 15A; 30A; 100A; 150A; 200A; 400A; 500A; 600A. Ứng với mỗi dòng I1 sẽ có kI nhất định. Để đo dòng điện xoay chiều lớn, phải kết hợp biến dòng và Ampemét xoay chiều chọn phù hợp thang đo với dòng thứ cấp (I2) của biến dòng. Ví dụ: I2đm = 5A thì chọn Ampemét cũng có thang đo Iđm = 5A. Mắc biến dòng và Ampemét vào mạch đo như hình 3-12b. Đọc kết quả phép đo trên Ampemét (I2) kết hợp với hệ số biến dòng ta sẽ được dòng cần đo: I1 = kII2. Sai số của phép đo phụ thuộc vào sai số của biến dòng và sai số của Ampemét. - Trong các V-O-M chỉ thị từ điện, để đo dòng xoay chiều nhiều thang đo, người ta sử dụng diod, điện trở sun và máy biến dòng kết hợp như hình vẽ 3.13. Ampe kìm đo dòng điện (clamp ammeter) là một ứng dụng của biến dòng với cơ cấu từ điện và diod chỉnh lưu có mở rộng tầm đo (Hình 3.14). Hình 3.14. Ampe kìm đo dòng điện Rm W2 W1 + _ Tải I1 D Hình 3.13. Mạch đo dùng máy biến dòng sử dụng trong VOM chỉ thị từ điện RS I2 Ampemet điện tử đo dòng DC và AC. Hình 3.15. Mạch đo dòng DC Im Iđo Vđo Rm RS R1 + A B Iđo _ + + Đo dòng DC: Nguyên lý đo dòng DC trong Ampemet điện tử là chuyển dòng điện đo Iđo thành điện áp đo bằng cách cho dòng điện đo Iđo qua điện trở RS theo mạch đo nguyên lý hình 3.15. Phân tầm đo dòng điện bằng cách thay đổi điện trở như hình 3.16. Tầm đo I4 > I3 > I2> I1 , cho nên tầm đo càng lớn thì điện trở RS càng giảm. Hình 3.16. Mạch phân tầm đo dòng điện Mạch đo điện áp DC Iđo RS3 Iđo I1 I2 I3 I4 RS1 RS2 RS4 A B + Đo dòng AC: Nguyên lý đo là chuyển dòng điện AC thành điện áp AC bằng điện trở RS như trong trường hợp đo dòng DC. Sau đó chuyển điện áp AC thành điện áp DC bằng những phương pháp đo điện áp AC như đã nói ở phần trên. 3.2. Đo điện áp 3.2.1. Khái niệm chung Iv I R V rv Hình 3.17. Cách mắc Vônmét U Để đo điện áp người ta mắc Vônmét song song với mạch cần đo để điện áp cần đo U đặt vào nó (Hình 3.17). Gọi điện trở Vônmét là rV dòng điện qua nó sẽ là: Ở đây là hằng số, nếu rv không thay đổi., dòng Iv gây ra sai số đo. Để giảm nhỏ sai số, Iv cần phải nhỏ, tức điện trở trong của Vônmét phải lớn. Mặt khác, Vônmét tiêu thụ một công suất là: Để giảm nhỏ PV thì rV phải đủ lớn và cỡ đo của Vônmét càng lớn, điện trở trong của nó phải càng lớn. Vì vậy trên các dụng cụ đo điện áp chính xác cao hoặc dụng cụ vạn năng thường ghi giá trị điện trở trong của nó. Trong các mạch xoay chiều, khi đo điện áp cần phải lưu ý đến miền tần số làm việc của vônmét phù hợp với tần số của tín hiệu cần đo. Nếu dùng Vônmét xoay chiều có dải tần làm việc không phù hợp với tần số tín hiệu cần đo sẽ gây sai số cho phép đo. Trong thực tế, người ta có thể dùng nhiều phương pháp và thiết bị đo điện áp khác nhau. 3.2.2. Các dụng cụ tương tự đo điện áp a) Vônmét từ điện - Vônmét từ điện đo điện áp một chiều: Cơ cấu từ điện chế tạo sẵn, có điện áp định mức khoảng 50 ¸ 75mV. Muốn tạo ra các Vônmét đo điện áp lớn hơn phạm vi này, phải mắc nối tiếp với cơ cấu từ điện những điện trở phụ bằng Manganin (H.3.18). ICC RCC UCC RP UX Hình 3.18. Mở rộng thang đo điện áp cho cơ cấu từ điện Tính giá trị điện trở phù hợp với điện áp Ux cần đo: : gọi là hệ số mở rộng thang đo về áp Rp = Rcc (m-1) (3.4) Bằng phương pháp này ta mắc nối tiếp vào cơ cấu từ điện các điện trở phụ khác nhau tạo ra các Vônmét từ điện nhiều thang đo. Ví dụ sơ đồ vônmét từ điện có 3 thang đo (Hình 3.19). ICC RCC UCC RP1 U1 RP2 RP3 U2 U3 Hình 3.19. Vônmét từ điện có 3 thang đo Các vônmét từ điện đo trực tiếp tín hiệu một chiều có sai số do nhiệt độ không đáng kể vì hệ số nhiệt độ của mạch Vônmét được xác định không chỉ hệ số nhiệt độ dây đồng của cơ cấu từ điện mà cả hệ số nhiệt độ của điện trở phụ. Điện trở phụ được chế tạo bằng Manganin là vật liệu ít thay đổi theo nhiệt độ. - Vônmét từ điện đo điện áp xoay chiều: Để đo điện áp xoay chiều ta phối hợp mạch chỉnh lưu với cơ cấu từ điện để tạo ra các Vônmét từ điện đo điện áp xoay chiều. (Hình 3.20). Hình 3.20a là sơ đồ Milivônmét chỉnh lưu. Trong đó Rp vừa để mở rộng giới hạn đo vừa để bù nhiệt độ nên R1 bằng đồng. R2 bằng Manganin; còn tụ điện C để bù sai số do tần số. Hình 3.20b là sơ đồ Vônmét chỉnh lưu; L dùng bù sai số do tần số. R1 bằng đồng; R2 bằng Manganin tạo mạch bù nhiệt độ. RP R1 R2 C U ~ RP R1