Đo lường điện - Chương 7: Đo dòng điện

Chương 7: Đo dòng điệnNội dungKhái niệm chungCác dụng cụ đo dòng điệnĐo dòng điện nhỏĐo dòng điện lớnKhái niệm chungDo dòng là phép đo rất hay gặp trong kĩ thuật điệnDòng điện đo có phạm vi rộng 10-9 A đến 107 A.Dòng điện DC, ACCác phép đo dòng điện: đo trực tiếp, đo gián tiếp, so sánh Yêu cầu: công suất tiêu thụ trên ampe kế càng nhỏ cảng tốt, điện trở càng nhỏ càng tốt.Với dụng cụ đo điện từ: tần số ảnh hưởng đến kết quả đoVới dụng cụ đo điện tử: nhiễu và nhiệt độ ảnh hưởng đến kết quả đoKhái niệm chung Sơ đồ mắc và một số loại ampe métCác dụng cụ đoAmpe mét một chiều – Điện trở ShuntAmpe mét một chiều có dòng qua nhỏ 0,1 ÷ 0,2 AĐể mở rộng thang đo, ta mắc thêm điện trở Shunt như hình vẽ n: hệ số mở rộng thang đoVới ampe mét có I30A, điện trỏ Shunt đặt ngoài vỏ ampe métRsIctrctIsICác dụng cụ đoĐiện trở ShuntMở rộng nhiều thang đo  mắc nhiều điện trở Shunt nối tiếp/song song với nhauBài tập Bài tập 1: Một cơ cấu từ điện có 3 điện trở Shunt được mắc theo kiểu Shunt ayrton sử dụng làm ampe kế với mạch đo như hình vẽR1=0.05Ω , R2=0.45Ω , R3=4,5Ω Rm = 1kΩ , Imax = 50μATính các trị số tầm đo của ampe kếBài tập Bài tập 2: Một cơ cấu từ điện có Rm = 1kΩ , Imax = 0.1mA. Tính các điện trở Shunt được sử dụng trong 2 cách mắc nối tiếp và song song, để tạo ampe mét có 3 tầm đo tương ứng là 50mA , 100mA , 1A. Các loại điện trở Shunt trong kĩ thuậtCác dụng cụ đoSai số do nhiệt độCuộn dây trong dụng cụ đo được quấn bằng dây đồng mảnh, điện trở của nó có thể thay đổi theo nhiệt độI chạy qua cuộn dây  nung nóng dây  Rd thay đổi  Sai số phép đo dòng điệnKhắc phục: mắc Rbù bằng Mn hoặc Constantan với cuộn dây.Nếu Rbù = 9Rdây  RA = 10.RdâyKhi Rdây thay đổi 1%  RA thay đổi 0,1%Các dụng cụ đoAmpe mét xoay chiềuĐo dòng xoay chiều miền tần số công nghiệp  ampemet từ điện chỉnh lưu, ampemet điện từ, và ampemet điện động.Ampe mét điện từ: Dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ, mỗi ampe kế được chế tạo có số ampe vòng nhất định (I.W = const)Để mở rộng thang đo  thay đổi cách mắc dây  dùng bô biến áp dòng điệnMở rộng thang đo thỏa mãn : I.W = constAmpe mét nhiều thang đo : thay đổi cách mắc dây nối tiếp hoặc song song.Các dụng cụ đoAmpe mét điện từBộ biến dòng biến dòng điện I cần đo có trị số lớn thành dòng điện trị số nhỏ mà cơ cấu đo điện từ có thể làm việc được  Để có các thang đo khác nhau  biến dòng có cuộn thứ cấp có nhiều đầu raCác dụng cụ đoAmpe mét điện độngĐo dòng ở tần số 400Hz hoặc lớn hơn, độ chính xác cao (0,5 – 0,2)Khi dòng điện đo nhỏ hơn 0,5A người ta mắc nối tiếp cuộn tĩnh và cuộn động còn khi dòng lớn hơn 0,5A thì mắc song songCác điện trở và cuộn dây (L3, R3) , (L4, R4) là để bù sai số do nhiệt và sai số do tần sốCác dụng cụ đo Các dụng cụ đo Các dụng cụ đo Các dụng cụ đoĐầu đo dùng hiệu ứng HallTạo ra hiệu điện thế tỉ lệ với dòng điện cần đoDòng điện phản hồi iS được chuyển hóa thành hiệu điện thế ra vS nhờ bộ khuếch đại điện. Tỷ lệ giữa số vòng cuốn trên lõi sắt từ m ( khoảng 1000 - 10000) cho phép liên hệ giữa dòng cần đo và dòng phản hồi: iS = 1/m · iP Ưu điểm: - Hiệu điện thể trên cuộn dây quấn vào đầu đo nhỏ - Đo dòng xoay chiều có tần số 0 – 100KHz - Hệ thống an toàn do cách điện với mạch điệnĐo dòng điện nhỏDòng điện nhỏ Ix << ICT , thường trong khoảng 10-5 ÷ 10-10 ADụng cụ đo dòng nhỏ: điện kế cơ điện, điện lượng kế, các dụng cụ điện tử có KĐ xoay chiều, chỉnh lưu kết hợp với chỉ thị cơ điệnĐiện kế từ điện có khung quayĐo dòng rất nhỏ, có độ nhạy caoGóc quay kim tỉ lệ với dòng điện:Nâng cao độ nhạy:Tăng B: dùng nam châm kích thước lớnGiảm hệ số xoắn của lò xo: dùng dây treo mảnhDùng hệ thống quang học để tăng khoảng cách từ bộ phận động đến thang chia độ.Đo dòng điện nhỏKhuếch đại điện kếTăng độ nhạy về dòng và ápTăng độ ổn địnhNâng cao đặc tính tần số của thiết bị đo1: chuyển đổi sơ cấp2: chuyển đổi đo lường3: khuếch đại điện tử4: cơ cấu thứ cấp (bộ phận chỉ thị)Đo dòng điện lớnĐo dòng 1 chiều lớnGhép song song các điện trở ShuntĐo từ trường sinh ra quanh dây dẫnKhi có dòng điện đi vào dây dẫn  trong khe hở không khí có từ cảm BĐo Ix : tạo mạch từ trở hình xuyến lồng vào dây dẫnĐo B suy ra được dòng cần đo Ix Đo dòng điện lớnĐo dòng 1 chiều lớnBiến dòng một chiềuW1 mắc vào mạch 1 chiều cần đo dòng điệnW2 mắc vào mạch xoay chiềuIxW1 ≈ i2W2  Ưu điểm:Đảm bảo an toàn cho người sử dụngThang đo thay đổi dễ dàng bằng cách thay đổi số lượng vòng dây Đo dòng điện lớnĐo dòng xoay chiều lớnKết hợp biến dòng xoay chiều với các ampe métBiến dòng làm việc ở chế độ biến áp ngắn mạch vì RA nhỏ Hệ số biến dòngĐể đo dòng xoay chiều lớn, kết hợp biến dòng và ampe mét xoay chiều chọn phù hợp thang đo với dòng thứ cấp (I2) của biến dòng Bài tập Bài tập 1Một cơ cấu đo từ điện có 3 điện trở Shunt được mắc như hình vẽ. Ba điện trở có trị số R1=0,05Ω R2=0,45Ω R3=4,5Ω RA=1kΩ Imax=50μATính các trị số tầm đo của ampe métBài tậpBài tập 3:Một ampe mét sử dụng cơ cấu đo từ điện có cầu chỉnh lưu và biến dòng như hình vẽ. Biết rằng cơ cấu đo có Itb=1mA và Rm=1,7kΩ. Biến dòng có Nsơ=4, Nthứ=500. Diode có VF=0,7V; Rs=20kΩ. Ampe mét lệch tối đa khi dòng sơ cấp Ip=250mA.Tính giá trị RL