Điện điện tử - Chương 12: Đo thông số của mạch điện

Chương 12: Đo thông số của mạch điệnNội dungCác phương pháp đo điện trởĐo điện trở lớnĐo điện trở nhỏĐo điện dungĐo điện cảm và hỗ cảmĐo cách điện thiết bị điệnĐo điện trở tiếp đấtĐo và xác định vị trí hỏng cáp ngầm Các phương pháp đo điện trởCác phương pháp gián tiếpDùng vôn mét & ampe métVAUIRRARVVUIRARARVIVCác phương pháp đo điện trở Các phương pháp đo điện trở Các phương pháp đo điện trởCác phương pháp trực tiếpSử dụng Ôm kế (Ohmmeter)Nguyên lý : R = U / IÔm kế nối tiếpÔm kế song songCác phương pháp đo điện trở Các phương pháp đo điện trở Đo điện trở lớnĐiện trở lớn có trị số cỡ MΩ và thường là điện trở cách điệnVí dụ: điện trở giấy cách điện, sứ, dầu biến ápCấp điện áp làm việc lớnĐiện trở có trị số lớn có 2 thành phầnĐiện trở cách cách điện khối Điện trở cách điện mặtPhương pháp đo điện trở cách điện là phương pháp đo đặc thù điện trở lớn.Đo điện trở lớnKhác biệt giữa điện trở lớn và nhỏĐiện trở kim loạiDòng điện trong dây dẫnĐiện trở cách điệnDòng điện bề mặtDòng điện khốiĐo điện trở lớnĐo điện trở cách điện bề mặtĐể đo điện trở cách điện bề mặt, cần khử dòng điện khốiDòng điện rò trên bề mặt vật liệu được đo bằng điện kế, Dòng xuyên qua khối vật liệu thì được nối qua cực chính xuống đất. Điện trở cần đo: 1: 2 cực áp sát vật liệu cần đo2: cực phụ3: vật liệu cần đo điện trở khốiĐo điện trở lớnĐo điện trở cách điện khốiĐể đo điện trở cách khối, cần khử dòng điện bề mặtDòng xuyên qua khối vật liệu được đo bằng điện kế. Dòng điện rò trên bề mặt vật liệu nối đất thông qua cực phụĐiện trở cần đo: 1: 2 cực áp sát vật liệu cần đo2: cực phụ3: vật liệu cần đo điện trở khốiĐo điện trở vừa và nhỏLà điện trở dẫn điện thông thường như các điện trở kĩ thuật, cuộn dâyCách đo đơn giản nhất là sử dụng vôn kế, ampe kế đo gián tiếp điện trởThường sử dụng cầu đo điện trở để đo điện trở vừa và nhỏ, cầu cho phép đo được những điện trở cỡ 10-2 ohm đến 106 ohm.Điện trở của chỉ thị ảnh hưởng rất lớn sai số của mạch đo. Nếu tổng trở vào của chỉ thị càng lớn thì kết quả đo càng chính xác. Hiện nay, những ngõ vào khuếch đại được dùng FET để làm tiền khuếch đại.Khi cầu cân bằng:Khi cầu cân bằng nếu 1 trong 4 nhánh cầu chưa biết điện trở thì ta có thể xác định nó thông qua mối tương quan trên.Đo điện trở vừa và nhỏMạch cầu hộpR1 : biến trở có độ chính xác caoCách đoChọn tỉ số R2 /R3 và giữ cố địnhThay đổi R1 sao cho kim điện kế chỉ 0  cầu cân bằngRx = R1 .R2 /R3 Mở rộng giới hạn đo của cầu: tạo ra R3 có nhiều giá trị * R5 : điều chỉnh độ nhạy của chỉ thị, trong trường hợp không thể cân bằng cầu, do có dòng khá lớn đi qua chỉ thị. Sau khi chỉnh thô bằng R5, ấn khóa K để loại R5 ra khỏi mạch đo.Đo điện trở vừa và nhỏMạch cầu biến trởR1 : điện trở có giá trị cố địnhCách đoTỉ số R3 /R2 được chọn bằng cách thay đổi con chạy biến trởDi chuyển con chạy cho đến khi cầu cân bằng, kim điện kế chỉ 0Rx = R1 .R3 /R2 Mở rộng giới hạn đo của cầu: tạo ra R1 có nhiều giá trị Đo điện trở rất nhỏMạch cầu képĐo điện trở rất nhỏ bằng cầu kép để tránh sai số lớn do ảnh hưởng của điện trở nối dây và điện trở tiếp xúc.Khi cầu cân bằngGiải hệ phương trìnhĐo điện dungTrong tụ điện có tổn hao công suất, do có dòng nhỏ qua 2 bản cực Đo góc tổn hao để đánh giá tụ điệnTụ điện được đặc trưng bởi tụ điện lý tưởng và điện trở mắc nối tiếp hoặc song songGóc tổn hao càng lớn, tụ bị tổn hao càng nhiềuTụ tổn hao nhỏGóc tổn hao tgδ = ωRC Tụ tổn hao lớnGóc tổn hao tgδ = 1/ωRC UIĐo điện dungCầu đo điện dung tổn hao ítCấu tạoCách đoKhi cầu cân bằngR2.Rx = R1.RN  Chỉnh RN = 0Chỉnh R1/R2 sao cho điện kế chỉ dòng nhỏ nhấtĐiều chỉnh RN , CN để cầu cân bằng Đo điện dungCầu đo điện dung tổn hao nhiềuCấu tạoCách đoKhi cầu cân bằng Chỉnh RN = 0Chỉnh R2/R1 sao cho điện kế chỉ dòng nhỏ nhấtĐiều chỉnh RN , CN để cầu cân bằng Đo điện cảm và hỗ cảmĐo điện cảm để xác định tham số của cuộn kháng, máy biến áp, và nhiều ứng dụng khácMột cuộn cảm thực tế luôn được đặc trưng bằng một điện cảm lí tưởng và một điện trở thuần.Hệ số phẩm chất của cuộn dây Q = XL/RMạch đo: thường dùng mạch cầuCác loại cầu đo thông số cuộn cảmCầu đo xoay chiều dùng cuộn cảm mẫuCấu tạo:Lx có tổn hao nhỏ, chuyển B sang 2. Lx có tổn hao lớn, chuyển B sang 1.Mạch đo:Khi cầu cân bằngCác loại cầu đo thông số cuộn cảmCầu đo xoay chiều dùng tụ điện mẫuCấu tạo:Mạch đo:Khi cầu cân bằngMở rộng thang đo: chế tạo R1 hoặc R3 thành nhiều giá trị nối tiếp hoặc song song với nhau, thay đổi vị trí của khóa K ứng với các giới hạn đo cần thiếtCác loại cầu đo thông số cuộn cảmCầu hộp xoay chiềuCấu tạoCách đo Lx = C2.R1.R3 vàCác loại cầu đo thông số cuộn cảmCầu 6 nhánh đo điện cảmCấu tạoCách đoChuyển cầu 6 nhánh thành cầu 4 nhánh Z1 = Rx +jωLx Z2 = R2 Z3 = R3 + ZC Z4 = ZB Chỉnh cầu cân bằngĐo điện trở tiếp đấtKhái niệm“Tiếp đất” được sử dụng cho việc bảo dưỡng thiết bị điện khi điện thế của chúng bằng điện thế đấtĐiện trở tiếp đất bao gồm tổng điện trở của dây dẫn nối đất, bộ đầu nối, cọc nối đất và phần đất tiếp xúc với các cọc nối đất. Lý thuyết, để bảo vệ an toàn, điện trở nối đất phải = 0Thực tế, điện trở tiếp đất khác 0 và tuân theo các yêu cầu của TCVN, NEC, OSHA và của những tiêu chuẩn an toàn điện khác.Đo điện trở tiếp đấtĐiện trở cọc nối đấtĐiện trở của bản thân cọc và điện trở tiếp xúc của phần đầu nối; Điện trở tiếp xúc của đất xung quanh cọc; Điện trở của đất bao sát xung quanh cọc tiếp đất hoặc điện trở suất của đất. Đây là thành phần quan trọng nhất. Tính điện trở nối đất Rd là điện trở cọc đất tính bằng Ω; L là chiều dài của cọc (m); r là bán kính của cọc (m); ρ là điện trở suất trung bình, tính bằng Ω/cm. Đo điện trở tiếp đấtĐo điện trở nối đất bằng vôn kế & ampe kếĐo cáp chạm đấtCầu MorayĐiều chỉnh R1 và thay đổi R2 để cầu cân bằng R2.Rx = R1.(Ra + Rb – Rx)  Ổ nối cápỔ nối cápỔ nối cápỔ nối cápVị trí chạm đấtR2R1Nối tắt tại ổ cápVUlxlĐo cáp chạm đấtCầu ValeyCầu Valey dùng trong trường hợp không biết suất điện trở của cáp nhưng biết chiều dàiChuyển khóa K sang vị trí 1 để xác định tổng điện trở 2 đoạn cáp R2R1Nối tắt tại ổ cápVUlxl12KR3Đo cáp chạm đấtCầu ValeyChuyển khóa K sang vị trí 2 và xác định như với cầu MorayR2R1Nối tắt tại ổ cápVUlxl12KR3’Bài tậpMột ohm kế loại nối tiếp có mạch đo như hình vẽ. Nguồn Eb = 1.5V, cơ cấu đo có Ifs = 100μA. Điện trở R1 + Rm = 15kΩTính dòng qua cơ cấu khi Rx = 0Tính giá trị Rx để kim chỉ thị có độ lệch 1/2D, 1/4D, 3/4DBài tậpĐo điện trở dùng phương pháp vôn kế, ampe kế.Ampe kế chỉ 0.5A, vôn kế chỉ 500V. Ampe kế có Ra=10Ω, vôn kế có Rv=10kΩTính giá trị R.Tính sai số trong phép đo trênBài tậpMột ohm kế loại song song có sơ đồ như hình vẽ. Biết Eb = 1.5V ; R1 = 15kΩ ; Rm = 1kΩ ; R2 = 1kΩ ; Imax = 50 μA Xác định trị số đọc của Rx khi Im = Imax ; Im = ½.Imax ; Im = ¾ .Imax Bài tậpCho cầu đo như hình vẽ. Biết C1 = 1μF và tỉ số R3/R4 có thể điều chỉnh được thay đổi trong khoảng 100/1 và 1/100. Hãy tính Cx mà cầu có thể đo được.Bài tậpCho cầu điện dung như hình vẽ. Thành phần mẫu C1 = 0.1 μF; R3 = 10kΩ. Biết rằng cầu cân bằng khi nguồn cung cấp có f=100Hz , R1 = 125Ω và R4 = 14.7Ω. Hãy tính giá trị Rs , Cs và hệ số tổn hao D của tụ.Bài tậpCầu Maxwell đo điện cảm dùng thành phần mẫu C3 = 0.1μF, nguồn cung cấp có tần số f=100Hz. Cầu cân bằng khi R1 = 1.26kΩ, R3 = 470Ω và R4 = 500Ω. Tính trị giá điện cảm Ls điện trở Rs và hệ số phẩm chất Q của cuộn dây.