Điện điện tử - Chương 5: Các cơ cấu chỉ thị

CHƯƠNG 5: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊNội dung Khái niệm chungCơ cấu từ điệnCơ cấu điện từCơ cấu điện độngCơ cấu cảm ứngDao động kí điện tửChỉ thị tự ghiKhái niệm chungCơ cấu chỉ thị dùng thể hiện kết quả đoChỉ thị điện cơ: chủ yếu là dụng cụ kim quay, tịnh tiến hoặc bút ghi trên giấy, dùng trong các dụng cụ đo tương tựChỉ thị điện tử: chủ yếu là dao động kí, monitor, dùng trong các dụng cụ đo tự ghiChỉ thị điện tử số: LED, đèn catod nguội, LCD, Plasma, dùng trong các dụng cụ đo số. Cơ cấu cảm biến cơ-điệnUxXChỉ thị điện-cơKhái niệm chungMột số chi tiết trong cơ cấu điện cơCơ cấu từ điệnChỉ thị từ điệnNguyên lý hoạt động: khi có dòng điện chạy qua, khung dây quay dưới tác động của từ trường của nam châm vĩnh cửu lệch khỏi vị trí ban đầu một góc αĐặc điểmDùng đo dòng DCThang chia độ đềuĐộ chính xác và độ nhạy caoChế tạo phức tạp, chịu quá tải kémỨng dụng: Chế tạo các loại điện kế nhiều thang đo, dải đo rộng Chế tạo các loại điện kế có độ nhạy caoCơ cấu từ điệnLogomet từ điệnChế tạo dựa trên cơ sở chỉ thị từ điện, dùng đo tỉ số giữa 2 dòng điện Ở vị trí cân bằng : Mq1 = Mq2  Nhận xét: khi nguồn cung cấp thay đổi, tỉ số 2 dòng điện vẫn giữ nguyên do vậy mà tránh được sai số.Ứng dụng: ứng dụng nhiều trong chế tạo các ommet, megaommet, và ứng dụng để đo điện trở, tần số, và các đại lượng không điện Cơ cấu điện từChỉ thị điện từNăng lượng điện từ tích lũy trong cuộn dây : We = L.I2/2Momen quay dưới góc α :Cân bằng momen cản và momen quayĐặc điểmĐo dòng DC và ACThang chia độ không đềuChịu quá tải tốtĐộ nhạy không cao, công suất tiêu thụ lớnỨng dụng:Chế tạo ampemet, vonmet trong mạch xoay chiều tần số công nghiệpCơ cấu điện từLogomet điện từKhi có dòng điện chạy qua 2 cuộn dây, cuộn A sinh ra momen quay, cuộn B sinh ramomen cản. Khi cân bằng : Nhận xét : α tỉ lệ với tỉ số bình phương của dòng điện  loại trừ được sai số do sự biến động của nguồn cung cấp khi cần đo các đại lượng thụ động.Ứng dụng : Thường dùng đo các đại lượng như điện trở, điện cảm, điện dung (trong mạch xoay chiều), đo tần số góc, góc pha, và các đại lượng không điệnCơ cấu điện độngChỉ thị điện độngNguyên lý làm việc: Năng lượng tích lũy trong các cuộn dâyDòng cung cấp cho các cuộn dây là dòng DCDòng cung cấp cho các cuộn dây là dòng ACĐặc điểmDùng trong mạch DC, ACLà sự kết hợp của cơ cấu từ điện và điện từĐộ chính xác cao do không có tổn hao trên lõi thépThang đo không đều do góc lệch α phụ thuộc I1.I2 Chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài, độ nhạy thấpCơ cấu điện độngChỉ thị điện độngỨng dụngChế tạo ampemet, vonmet, oatmet xoay chiều và 1 chiều tần số công nghiệp, pha kế đo góc lệch hay hệ số công suấtChế tạo đồng hồ đo công suất chế tạo và công suất phản khángCơ cấu điện độngLogomet điện độngMomen quay trên các cuộn độngKhi cân bằng momen Nhận xét: - sự biến động nguồn cung cấp không ảnh hưởng lên kết quả đo . - khi cos(I I1) = cos(I I2) = 1 thì α = F(I1/I2)Ứng dụng:chế tạo các dụng cụ đo các đại lượng thụ động như pha kế, tần số kế, điện dung kếCơ cấu tĩnh điện Cơ cấu tĩnh điệnĐặc tínhGóc lệch α tỉ lệ với U2  đo được trong điện áp DC, ACThang đo khắc độ không đều.Điện trở vào lớn, điện dung thay đổi nhưng nhỏ, công suất tiêu thụ nhỏĐộ nhạy thấp do điện trường yếuỨng dụng: Chế tạo vonmet, kilovonmetĐo điện áp cao thếChỉ thị cảm ứngCấu tạo:Phần tĩnh: 2 cuộn dây điện 2, 3Phần động: đĩa nhôm 1 gắn trên trục 4, 5Nguyên lý làm việc:Dựa trên sự tác động tương hỗ giữa từ trường xoay chiều trên phần tĩnh và dòng điện xoáy trên phần động.Tác động tương hỗ giữa dòng điện và từ thông  sinh ra các lực F1 và F2 và các momen quay tương ứng làm quay đĩa nhôm. Mq = C.f.ϕ1.ϕ2.sinψ C – hằng số của cơ cấu chỉ thị cảm ứng f – tần số dòng điện I1, I2 ψ – góc lệch pha giữa 2 dòng điệnChỉ thị cảm ứngĐặc tínhPhải có ít nhất 2 từ trườngLàm việc trong mạch xoay chiềuMomen quay đạt cực đại khi 2 từ trường lệch nhau 90o Ứng dụng Chế tạo công tơ đo năng lượng, đôi khi còn dùng để đo tần số.Dao động kí điện tửCơ sở chungMột ống phóng tia điện tử và mạch điện tử để điều khiển và đưa tín hiệu vàoCác điện tử phát ra từ catot bị nung bởi sợi đốt tạo thành chùm hẹp và được tăng tốc bắn về phía màn huỳnh quang. Quỹ đạo chùm tia điện tử dịch chuyển trên màn vạch ra hình dạng điện áp cần quan sát.Đặc tínhĐộ nhạy thấpKhông quan sát được cùng lúc nhiều tín hiệuDao động kí điện tửMáy hiện sóng hiện dạng sóng biến đổi theo thời gian: trục đứng Y là trục điện áp, trục ngang X là trục thời gian, trục Z thể hiện độ chói trên màn hìnhDao động kí điện tử2 loại dao động kí điện tửMáy hiện sóng tương tự: chuyển trực tiếp tín hiệu điện cần đo thành dòng electron bắn lên màn hìnhMáy hiện sóng số: lấy mẫu dạng sóng đưa qua bộ biến đổi tương tự – số. Sau đó sử dụng thông tin dưới dạng số để tái tạo lại dạng sóng.Dao động kí điện tửỨng dụng:Quan sát tín hiệu : thiết lập máy ở chế độ đồng bộ trong và điều chỉnh tần số quét và trigo để dạng sóng đứng yên trên màn hìnhDao động kí điện tửỨng dụng:Đo điện áp và tần số của tín hiệuVí dụ: VOLTS/DIV chỉ 1V thì tín hiệu cho ở hình trên có:Vp = 2,7 ô x 1V = 2,8VVpp = 5,4 ô x 1V = 5,4VVrms = 0,707Vp = 1.98VXác định thời gian tăng sườn xung, giảm sườn xung và độ rộng xung Dao động kí điện tửỨng dụng:Đo góc lệch pha giữa hai tín hiệuDao động kí điện tửỨng dụng:Dạng sóng tại mỗi điểm khác nhau trên mạch điện tửThành phần của tín hiệu gồm th́ành phần một chiều và xoay chiều như thế nàoTrong tín hiệu có bao nhiêu th́ành phần nhiễu và nhiễu đó có thay đổi theo thời gian hay khôngDao động kí điện tửDao động kí có chức năng thông dụngDao động kí vạn năngDao động kí lấy mẫuDao động kí có nhớDao động kí sốDao động kí điện tửDao động kí 2 tiaTạo 2 tia bằng 2 cách: dùng 2 chùm tia từ 2 nguồn phát riêng biệt hoặc dùng 1 chùm tia nhưng tách làm 2 đi về phía các điện cực A, BCùng lúc quan sát được 2 tín hiệu hoàn toàn khác nhau  cho phép so sánh các dạng sóng với nhau về biên độ, pha và chu kìDao động kí điện tửDao động kí đo tần số cao và siêu caoCấu tạo: không có bộ KĐ thẳng Y.Chế tạo theo nguyên tắc sóng chạy giúp tăng tốc độ dao động kí.Sử dụng loại ống phóng tia điện tử có màn huỳnh quang sóng với hệ thống hội tụ từ trường.Ứng dụng: quan sát và ghi lại các tín hiệu xung ngắn, các tín hiệu quá độ, các xung hay tín hiệu tuần hoàn tần số cao.Dao động kí điện tử số có cài đặt vi xử lí Việc điều khiển oscilloscope đã được chương trình hóaĐơn giản hóa các thao tác điều chỉnh của quá trình đo, tăng cao độ chính xác, mở rộng khả năng đo các thông số của tín hiệuHiệu chỉnh, thiết lập các đơn vị chuẩn nhanh chóngChỉ thị tự ghiCơ sở chungDùng ghi lại các tín hiệu thay đổi theo thời gianPhân loại:Theo cách ghi: ghi các đường cong liên tục, ghi các đường cong rời rạc, in số lên băng giấy. Theo tốc độ ghi: tốc độ thấp, tốc độ trung bình, tốc độ cao. Chỉ thị tự ghiCơ cấu chỉ thị tự ghi tốc độ thấpDùng khi tín hiệu đo có hệ số thấp.Bút ghi trên băng giấy chuyển động với tốc độ đều.Sử dụng 2 loại cơ cấu cơ điện: chỉ thị từ điện, chỉ thị sức điện độngChỉ thị tự ghiCơ cấu chỉ thị tự ghi tốc độ trung bìnhTrong các loại chỉ thị này, thường sử dụng cơ cấu chỉ thị từ điện hoặc điện từ.Trong cơ cấu từ điệnTrong cơ cấu điện từChỉ thị tự ghiCơ cấu chỉ thị tự ghi tốc độ caoCơ cấu cơ điện có tần số dao động riêng caoDao động kí ánh sángCơ cấu chỉ thị của dụng cụ đo chỉ thị sốNguyên líThiết bị hiện sốCó nhiều loại: đèn sợi đốt, đèn điện tích, LED, tinh thể lỏngCơ cấu chỉ thị của dụng cụ đo chỉ thị sốNối bộ hiển thị LED 7 thanh với bộ giải mã 7 vạch