Đo điện áp_chương 9
Khi đo điện áp, Vônmet được nối song song với tải trong mạch đo. Khi sử dụng vônmet để đo điện áp cần lưu ý các sai số sinh ra trong quá trình đo, bao gồm:
+ Sai số do ảnh hưởng của vônmet khi mắc vào mạch đo.
+ Sai số do tần số
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
CHƯƠNG 9.
ĐO ĐIỆN ÁP (2 LT)
9.1. Cơ sở chung.
Khi đo điện áp, vônmét được nối song song với tải trong mạch đo. Khi sử dụng
vônmét để đo điện áp cần lưu ý các sai số sinh ra trong quá trình đo, bao gồm:
- Sai số do ảnh hưởng của vônmét khi mắc vào mạch đo.
- Sai số do tần số.
Hình 9.1. Cách mắc vônmét vào mạch cần đo.
a. Sai số của phép đo điện áp do ảnh hưởng của vônmét lên mạch cần đo: khi
mắc vào mạch đo, vônmét đã lấy một phần năng lượng của đối tượng đo nên gây sai
số:
Khi chưa mắc vônmét vào mạch, điện áp rơi trên tải là:
E
Ut = .Rt
Rt + Rng
với: Rng là điện trở trong của nguồn cấp cho tải.
Lúc mắc vônmét vào mạch , vônmét sẽ đo điện áp rơi trên tải :
Ut
UV = .RV
Re + RV
Rt .Rng
với: Re = ( R ng // Rt ) = ; RV : là điện trở trong của vônmét.
Rt + Rng
⇒ sai số của phép đo điện áp bằng vônmét:
U − UV Re R
γu = t = ≈ e
Ut Re + RV RV
Như vậy muốn sai số nhỏ thì yêu cầu RV phải lớn, cụ thể RV phải thoả mãn điều
kiện sau :
R
RV > e với: γ là cấp chính xác của vônmét.
γ
Nếu không thoả mãn yêu cầu này thì sai số hệ thống do vônmét gây ra sẽ lớn
hơn sai số của bản thân dụng cụ. Lúc đó muốn kết quả đo chính xác, phải dùng công
thức hiệu chỉnh:
Ut = (1 + γu ).Uv
Điều này rất quan trọng đối với phép đo điện áp của nguồn có điện trở trong lớn. Vì
vậy trên các dụng cụ đo điện áp chính xác hoặc dụng cụ vạn năng thường ghi giá trị
điện trở trong của nó.
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 1
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
b. Sai số của phép đo điện áp do ảnh hưởng của tần số của điện áp cần đo:
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 thì sẽ gây sai số cho phép
đo gọi là sai số do tần số.
Sai số này tính đến ảnh hưởng của các mạch và phần tử mạch đo lường như các
điện trở phụ, biến dòng, biến áp, chỉnh lưu, khuếch đại...
Trên các vônmét thường ghi dải tần làm việc của vônmét đó.
Trong thực tế, người ta có thể dùng nhiều phương pháp và thiết bị đo điện áp
khác nhau.
9.2. Các dụng cụ tương tự đo điện áp.
9.2.1. Vônmét từ điện:
Vônmét từ điện ứng dụng cơ cấu chỉ thị từ điện để đo điện áp, gồm có:
- Vônmét từ điện đo điện áp một chiều
- Vônmét từ điện do điện áp xoay chiều
a. 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 cần phải mắc nối tiếp với cơ cấu từ điện những điện trở phụ RP (thường làm
bằng vật liệu manganin) như hình 9.2:
a) b)
Hình 9.2. Mắc điện trở phụ để mở rộng thang đo của vônmét từ điện một chiều:
a) Một cấp điện trở phụ: mở rộng thêm 1 thang đo
b) Ba cấp điện trở phụ: mở rộng thêm 3 thang đo
Cách tính giá trị điện trở phụ phù hợp với điện áp UX cần đo:
U CC UX U
I CC = = ⇒ RP = RCC . X − 1
RCC R CC + RP U CC
UX
với: = m : gọi là hệ số mở rộng thang đo về áp
U CC
⇒ điện trở phụ được chọn theo công thức:
RP = RCC .(m − 1)
Bằng phương pháp này có thể tạo ra các vônmét từ điện nhiều thang đo khi mắc nối
tiếp vào cơ cấu từ điện các điện trở phụ khác nhau. Ví dụ sơ đồ vônmét từ điện có 3
thang đo như hình 9.2a.
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 là hệ số nhiệt
độ dây đồng của cơ cấu từ điện mà còn tính cả hệ số nhiệt độ của điện trở phụ trong
khi điện trở phụ có điện trở ít thay đổi theo nhiệt độ do được chế tạo bằng
manganin.
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 2
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
b. Vônmét từ điện do điện áp xoay chiều: đo điện áp xoay chiều bằng cách phối
hợp mạch chỉnh lưu với cơ cấu từ điện để tạo ra các vônmét từ điện đo điện áp xoay
chiều (H. 9.3):
a) b)
Hình 9.3. Sơ đồ nguyên lý của vônmét từ điện đo điện áp xoay chiều:
a) sơ đồ milivônmét chỉnh lưu
b) sơ đồ vônmét chỉnh lưu
Sơ đồ milivônmét chỉnh lưu: như hình 9.3a, 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.
Sơ đồ vônmét chỉnh lưu: như hình 9.3b, trong đó điện cảm L dùng để bù sai số
do tần số; điện trở R1 bằng đồng; điện trở R2 bằng manganin tạo mạch bù nhiệt độ.
9.2.2. Vônmét điện từ:
Vônmét điện từ ứng dụng cơ cấu chỉ thị điện từ để đo điện áp. Trong thực tế
vônmét điện từ thường được dùng để đo điện áp xoay chiều ở tần số công nghiệp.
Vì yêu cầu điện trở trong của vônmét lớn nên dòng điện chạy trong cuộn dây
nhỏ, số lượng vòng dây quấn trên cuộn tĩnh rất lớn, cỡ 1000 đến 6000 vòng.
Để mở rộng và tạo ra vônmét nhiều thang đo thường mắc nối tiếp với cuộn dây
các điện trở phụ giống như trong vônmét từ điện.
Khi đo điện áp xoay chiều ở miền tần số cao hơn tần số công nghiệp sẽ xuất hiện
sai số do tần số. Để khắc phục sai số này người ta mắc các tụ điện song song với các
điện trở phụ (H. 9.4):
Hình 9.4. Khắc phục sai số do tần số của vônmét điện từ
9.2.3. Vônmét điện động:
Vônmét điện động có cấu tạo phần động giống như trong ampemét điện động,
còn số lượng vòng dây ở phần tĩnh nhiều hơn so với phần tĩnh của ampemét và tiết
diện dây phần tĩnh nhỏ vì vônmét yêu cầu điện trở trong lớn.
Trong vônmét điện động, cuộn dây động và cuộn dây tĩnh luôn mắc nối tiếp
nhau, tức là:
U
I1 = I 2 = I =
ZV
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 3
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
Phương trình đặc tính thang đo của cơ cấu điện động cho vônmét có thể viết:
U 2 dM 1, 2
α= .
D.Z V2 dα
với: ZV : tổng trở toàn mạch của vônmét
Có thể chế tạo vônmét điện động nhiều thang đo bằng cách thay đổi cách mắc
song song hoặc nối tiếp hai đoạn cuộn dây tĩnh và nối tiếp các điện trở phụ. Ví dụ
sơ đồ vônmét điện động có hai thang đo như hình 9.5:
Hình 9.5. Mở rộng thang đo của vônmét điện động.
trong đó: A1, A2 là hai phần của cuộn dây tĩnh.
B cuộn dây động.
Trong vônmét này cuộn dây tĩnh và động luôn luôn nối tiếp với nhau và nối tiếp với
các điện trở phụ RP.
Bộ đổi nối K làm nhiệm vụ thay đổi giới hạn đo:
- Khóa K ở vị trí 1: hai phân đoạn A1, A2 của cuộn dây tĩnh mắc song song nhau
tương ứng với giới hạn đo 150V.
- Khóa K ở vị trí 2: hai phân đoạn A1, A2 của cuộn dây tĩnh mắc nối tiếp nhau
tương ứng với giới hạn đo 300V.
Các tụ điện C tạo mạch bù tần số cho vônmét.
9.3. Các dụng cụ đo điện áp bằng phương pháp so sánh.
9.3.1. Cơ sở của phương pháp so sánh:
Các dụng cụ đo điện áp đã được xét ở mục 9.2 sử dụng cơ cấu cơ điện để biểu
hiện kết quả đo theo phương pháp biến đổi thẳng, vì vậy cấp chính xác của dụng cụ
không thể vượt qua cấp chính xác của cơ cấu chỉ thị.
Muốn đo điện áp chính xác hơn phải dùng phương pháp so sánh với mẫu (tức là
so sánh điện áp cần đo với điện áp rơi trên điện trở mẫu), phương pháp này còn gọi
là phương pháp bù. Nguyên lý cơ bản của phương pháp được mô tả trên sơ đồ hình
9.6:
Hình 9.6. Nguyên lý cơ bản của dụng cụ đo điện áp bằng phương pháp so sánh.
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 4
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
trong đó:
U k = I .Rk
với:
- Uk: là điện áp mẫu chính xác cao (được tạo bởi dòng điện I ổn định chạy qua
điện trở mẫu Rk khá chính xác).
- CT: là thiết bị tự động phát hiện sự chênh lệch điện áp ∆U = U X − U k , còn gọi
là cơ cấu chỉ thị không.
Khi đo điện áp cần đo UX sẽ được so sánh với điện áp mẫu Uk. Quá trình so sánh
có thể được tiến hành bằng tay hoặc hoàn toàn tự động theo nguyên tắc:
- Nếu ∆U ≠ 0: điều chỉnh con trượt D của điện trở mẫu Rk cho đến khi ∆U = 0.
- Khi ∆U = 0: đọc kết quả trên điện trở mẫu Rk đã được khắc độ theo thứ
nguyên điện áp, từ đó suy ra điện áp cần đo UX = Uk.
Có nhiều loại dụng cụ bù điện áp khác nhau, nhưng nguyên lý chung giống nhau,
chỉ khác nhau ở cách tạo điện áp mẫu Uk .
9.3.2. Điện thế kế một chiều điện trở lớn:
Điện thế kế một chiều điện trở lớn được chế tạo dựa trên nguyên tắc giữ dòng
điện ổn định (I = const), thay đổi điện trở Rk để thay đổi Uk bù với điện áp UX cần
đo.
Để bảo đảm độ chính xác cao cho điện thế kế cần phải bảo đảm các điều kiện
sau:
- Điện trở mẫu chính xác cao: do vật liệu, quy trình công nghệ chế tạo thiết bị
mẫu quyết định.
- Dòng qua điện trở mẫu chính xác cao: cần có mạch hợp lý và nguồn ổn định.
- Chỉ thị cân bằng đủ nhạy để phát hiện sự chênh lệch giữa tín hiệu đo và mẫu.
Để cụ thể hơn, sau đây sẽ xét ví dụ về mạch điện thế kế một chiều cổ điển. Mạch
điện thế kế một chiều cổ điển gồm hai bộ phận (H. 9.7):
- Bộ phận tạo dòng công tác IP
- Bộ phận mạch đo
Hình 9.7. Mạch điện thế kế một chiều cổ điển
Bộ phận tạo dòng công tác IP: gồm nguồn cung cấp U0; điện trở điều chỉnh Rđ/c;
ampemét để đo dòng công tác IP và điện trở mẫu Rk.
Bộ phận mạch đo: gồm điện áp cần đo UX; điện kế chỉ sự cân bằng giữa UX và
Uk; một điện trở mẫu Rk.
a. Hoạt động của điện thế kế: đầu tiên phải xác định giá trị dòng công tác IP nhờ
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 5
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
nguồn U0, điện trở điều chỉnh Rđ/c và ampemét và phải giữ giá trị IP cố định trong
suốt thời gian đo. Tiếp theo quá trình đo được tiến hành bằng cách điều chỉnh con
trượt của điện trở mẫu Rk cho đến khi điện kế chỉ zêrô, đọc kết quả đo trên điện trở
mẫu Rk; khi đó có giá trị điện áp cần đo là:
U X = U k = I .Rk
Trong điện kế này còn tồn tại ampemét để xác định IP nên cấp chính xác của
điện kế thế không thể cao hơn cấp chính xác của ampemét.
b. Nâng cao độ chính xác của điện thế kế bằng cách dùng pin mẫu: có thể loại
trừ ampemét ra khỏi mạch của điện thế kế bằng cách dùng pin mẫu để xác định
dòng công tác. Sơ đồ điện thế kế một chiều dùng pin mẫu như hình 9.8:
Hình 9.8. Điện thế kế dùng pin mẫu
Cấu tạo: sơ đồ này cũng gồm hai bộ phận: bộ phận tạo dòng công tác IP và bộ
phận mạch đo.
Quá trình đo được tiến hành như sau: đặt công tắc K nối với điện kế G ở vị trí
1-1 để xác định dòng công tác, điều chỉnh Rđ/c để điện kế G chỉ zêrô, tức là:
E
EN = URN = IP.RN ⇒ IP = N
RN
sau đó giữ nguyên vị trí Rđ/c, bật công tắc K sang vị trí 2-2 để đo sức điện động EX,
điều chỉnh con trượt trên Rk cho đến khi điện kế G chỉ zêrô, lúc đó có giá trị điện áp
cần đo là:
EN
E X = U ( Rk ) = U k = I P .Rk = .Rk
RN
Lưu ý khi sử dụng pin mẫu:
- Tính giá trị chuẩn của pin mẫu theo nhiệt độ đo: pin mẫu EN thường được chế
tạo với hệ số nhất định (thường EN = 1,01863V), có độ chính xác khá cao (cỡ
0,001% ÷ 0,01%) nhưng trị số của pin mẫu thường thay đổi do bị ảnh hưởng của
nhiệt độ môi trường xung quanh. Giá trị của pin mẫu EN phụ thuộc nhiệt độ được
tính theo công thức sau:
ENt = EN20 - 40.10-6.(t - 20) - 10-6.(t - 20)2 .
với: EN20 là giá trị của pin mẫu ở nhiệt độ chuẩn 200C (thường EN20 có giá
trị là 1,0186V).
t : là nhiệt độ tại nơi sử dụng điện thế kế.
Vì vậy khi sử dụng điện kế thế, trước tiên phải tính giá trị EN theo nhiệt độ tại nơi
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 6
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
đặt điện thế kế theo công thức trên và đặt pin mẫu đúng giá trị đã tính.
- Sai số khi làm tròn giá trị của pin mẫu: giá trị của pin mẫu thường không tròn
do vậy khi tính toán sẽ gặp sai số đáng kể. Để khắc phục điều này thì cần phải làm
tròn dòng công tác IP bằng cách chế tạo RN sao cho tỉ số EN/RN là một con số tròn.
Do đó thường mắc vào mạch RN một Rđ/c nối tiếp với nguồn cung cấp để điều chỉnh
dòng công tác.
Để đạt độ chính xác cao cho điện thế kế, trong mạch tạo dòng công tác và mạch
đo, các điện trở RN và Rk cũng phải chính xác cao (thường đạt tới độ chính xác
0,02%).
Các bước sử dụng điện thế kế để đo điện áp và các đại lượng điện khác:
- Bước 1 : Điều chỉnh dòng công tác:
Mắc đúng mạch điện thế kế (như H. 9.8): nguồn cung cấp, pin mẫu, điện kế.
Tính toán giá trị pin mẫu ENt và đặt đúng giá trị đã tính vào điện thế kế.
Đặt khoá K ở vị trí điều chỉnh dòng công tác (1-1) ; điều chỉnh điện trở Rđ/c
cho đến khi điện kế (G) chỉ zêrô (EN và URN mắc xung đối nên chúng bằng
nhau thì không có dòng qua điện kế) khi đó có:
E Nt E 1,0186V
IP = ; (ví dụ: I P = Nt = = 0,1mA )
RN R N 10186Ω
- Bước 2 : Tiến hành đo:
Đặt công tắc K ở vị trí đo (2-2).
Giữ nguyên giá trị của Rđ/c, điều chỉnh con trượt của Rk cho đến khi điện kế
chỉ zêrô, khi đó có:
EX = Rk.IP
Đọc kết quả đo EX trên Rk theo vạch khắc độ trên điện trở Rk.
Lưu ý khi đo điện áp nhỏ: sơ đồ điện thế kế một chiều loại này giá trị điện trở
Rk tương đối lớn, các đại lượng cần đo không nhỏ (cỡ vôn) nên ảnh hưởng của điện
trở tiếp xúc (giữa các decac) và sức điện động tiếp xúc không đáng kể. Tuy nhiên
khi đo điện áp nhỏ và rất nhỏ thì điện trở tiếp xúc và sức điện động tiếp xúc ảnh
hưởng đáng kể đến kết quả phép đo và gây sai số lớn, khi đó phải dùng điện thế kế
một chiều điện trở nhỏ.
Ứng dụng đo điện áp lớn (hàng chục, hàng trăm vôn): phải dùng mạch phân áp
kết hợp với điện thế kế một chiều điện trở lớn.
9.3.3. Điện thế kế một chiều điện trở nhỏ:
a. Cấu tạo: điện thế kế một chiều điện trở nhỏ được chế tạo trên nguyên tắc giữ
nguyên giá trị điện trở mẫu Rk; thay đổi dòng công tác IP qua Rk để thay đổi giá trị
điện áp mẫu Uk (Uk = IP.Rk) bù lại với điện áp cần đo UX(EX). Sơ đồ nguyên lý
chung như hình 9.9a.
Nguồn dòng mẫu I qua điện trở mẫu Rk có thể được tạo ra bằng khuếch đại thuật
toán (hình 9.9b).
b. Nguyên lý làm việc: đặt ở đầu vào khuếch đại thuật toán một pin mẫu EN để
bù với điện áp rơi trên các điện trở mắc song song ở đầu vào khuếch đại thuật toán.
Nếu EN và điện áp rơi trên các điện trở song song Ug bù hoàn toàn nhau, ta có:
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 7
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
EN – Ug = ∆U = 0 ⇔ EN = Ug
Mặt khác từ đầu ra của khuếch đại thuật toán có:
1
U g = I ra .R g = I ra .
Gg
n
trong đó Gg = ∑g
i =1
i ; với gi là điện dẫn của các điện trở mạch mắc song song ở
đầu vào KĐTT.
Từ đó xác định được Ira (IP) là dòng công tác trong mạch điện thế kế một chiều điện
trở nhỏ:
n n
I ra = U g .∑ g i = E N .∑ g i
i =1 i =1
Điều chỉnh các công tắc K để thay đổi các giá trị dòng công tác cho kim điện kế chỉ
zêrô, khi đó có:
n
U X = U k = Rk .I ra = Rk .( E N .∑ g i )
i =1
Hình 9.9. Điện thế kế một chiều điện trở nhỏ:
a) Sơ đồ nguyên lý chung
b) Tạo nguồn dòng mẫu I bằng KĐTT
Đối với mạch này sai số do sức điện động tiếp xúc và điện trở tiếp xúc bị loại trừ
do trong mạch tạo điện áp bù Uk không có đầu tiếp xúc. Sai số chủ yếu là do
ngưỡng vào và hệ số khuếch đại quyết định.
9.3.4. Điện thế kế một chiều tự động cân bằng:
a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: điện thế kế một chiều tự động cân bằng
giống như các điện thế kế một chiều điện trở lớn khác nhưng ở đây việc cân bằng
điện áp cần đo và điện áp mẫu được thực hiện tự động (hình 9.10).
Mạch chính của điện thế kế này là mạch cầu được cung cấp bởi nguồn U0 qua
điện trở điều chỉnh (Rđ/c) để điều chỉnh dòng công tác. Các nhánh cầu gồm:
- RP : biến trở trượt
- RN : điện trở mẫu, chính xác cao
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 8
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
- Các điện trở R1, R2, R3
Đầu con chạy trên biến trở trượt RP được nối với thang đo và bút ghi để ghi lại giá
trị điện áp cần đo.
Dòng điện I1; I2 là hai dòng công tác chạy trong mạch cầu. Điện áp mẫu Uk được
lấy từ đường chéo AB của cầu:
Uk = I1.(R1 + RP1) – I2.R2
Uk được mắc xung đối với sức điện động cần đo EX:
EX – Uk = ∆U
Hình 9.10. Sơ đồ nguyên lý của điện thế kế một chiều tự động cân bằng
b. Quá trình hoạt động của điện thế kế một chiều tự động cân bằng như sau:
- Nếu EX > Uk ⇔ (∆U > 0): ∆U được đưa vào bộ chuyển đổi vào (bộ chuyển
đổi này được kích bằng tín hiệu điện xoay chiều lấy từ nam châm điện phân cực)
sao cho tấm tiếp xúc 1 bị hút lên trên hoặc đẩy xuống dưới một cách tuần hoàn với
tần số phù hợp với tần số của dòng kích thích để gắn một phần cuộn sơ cấp với
mạch đo điện áp → trong cuộn dây thứ cấp của biến áp (B-A) xuất hiện điện áp
xoay chiều (U2) tần số kích thích tỉ lệ thuận với ∆U. U2 qua khuếch đại xoay chiều
đến cung cấp cho cuộn dây điều khiển của động cơ thuận nghịch. Cuộn dây thứ hai
của động cơ thuận nghịch được cung cấp bằng điện xoay chiều lấy từ lưới điện (C là
tụ ngăn thành phần một chiều). Nhờ mối liên hệ cơ khí ( ký hiệu bằng đường = =),
khi động cơ quay sẽ kéo con trượt trên biến trở trượt RP và cái chỉ Y trên thang đo
theo chiều tăng Uk cho đến khi EX = Uk (tức là ∆U = 0) (thực tế ∆U ≠ 0 bằng một
giá trị nào đó được xác định nhờ hệ số khuếch đại xoay chiều và ngưỡng làm việc
của động cơ).
- Nếu EX < Uk ⇔ (∆U < 0): pha của điện áp cung cấp cho cuộn dây điều khiển
động cơ ngược với trường hợp ∆U > 0 là 1800 . Động cơ sẽ quay theo chiều ngược
lại tức là Uk sẽ giảm cho đến khi EX = Uk (tức là ∆U ≈ 0).
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 9
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
Khi cần hiệu chỉnh dòng công tác cho điện thế kế một chiều tự động cân bằng
thì thay đổi khoá K sang vị trí KT (kiểm tra). Khi đó ∆U’ = EN – I2RN qua hệ thống
biến áp đến khuếch đại xoay chiều cung cấp cho động cơ thuận nghịch. Động cơ
này sẽ kéo con trượt của điện trở điều chỉnh (Rđ/c) trong mạch, cung cấp trên đường
chéo cầu thay đổi dòng công tác I2 cho đến khi ∆U’ ≈ 0 . Lúc đó I1 cũng sẽ đạt đến
một giá trị nhất định nào đó.
Nếu điện thế kế một chiều tự động cân bằng không được cung cấp bằng nguồn
một chiều mà cung cấp bằng nguồn ổn định đặc biệt thì chỉ hiệu chỉnh dòng I1; I2
một lần ở nhà máy và không thay đổi trong suốt quá trình sử dụng vì vậy trong
mạch điện thế kế một chiều này không cần nguồn pin mẫu và các phần tử điều chỉnh
I1; I2.
c. Ứng dụng: điện thế kế một chiều tự động cân bằng được sử dụng rộng rãi để
đo các đại lượng không điện, thường gặp nhất là đo nhiệt độ thông qua cặp nhiệt
ngẫu.
9.3.5. Điện thế kế xoay chiều:
a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung: điện thế kế xoay chiều có nguyên lý
hoạt động chung giống như điện thế kế một chiều, tức là cũng so sánh điện áp cần
đo với điện áp rơi trên điện trở mẫu khi có dòng công tác chạy qua. Song đối với tín
hiệu xoay chiều việc tạo mẫu và điều chỉnh cân bằng khó khăn và phức tạp hơn.
Để hiệu chỉnh dòng công tác trong mạch xoay chiều không thể dùng pin mẫu (do
không có pin mẫu xoay chiều) mà phải chỉnh định nhờ ampemét chính xác cao, do
đó cấp chính xác của điện kế thế xoay chiều không thể cao hơn cấp chính xác của
ampemét. Mặt khác muốn cho UX và Uk cân bằng phải điều chỉnh cân bằng cả về
môđun và pha. Muốn vậy phải thoả mãn ba điều kiện sau (H. 9.11):
- Điện áp cần đo UX và áp mẫu Uk phải cùng tần số: thực hiện bằng cách mắc
điện áp UX và Uk vào nguồn cùng tần số
- UX và Uk phải bằng nhau về trị số: thực hiện bằng cách dùng bộ chỉ thị không
điều chỉnh Uk
- UX và Uk phải ngược pha nhau (1800): thực hiện bằng cách tách Uk thành hai
phần lệch nhau 900 tạo UX ngược Uk
Hình 9.11. Điều kiện của điện áp mẫu trong điện thế kế xoay chiều.
b. Phân loại: có hai loại điện thế kế xoay chiều:
- Điện thế kế xoay chiều toạ độ cực
- Điện thế kế xoay chiều toạ độ đecac
c. Điện thế kế xoay chiều toạ độ cực (H. 9.12): điện áp cần đo UX được cân
bằng với điện áp rơi trên điện trở R (xác định bởi các con trượt D1; D2).
Môđun: UX = Ip.R.
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 10
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
Hình 9.12. Sơ đồ nguyên lý điện thế kế xoay chiều tọa độ cực
Dòng công tác Ip được xác định nhờ ampemét chính xác cao và điện trở điều chỉnh
Rđ/c. Bộ điều chỉnh pha dùng để cân bằng về pha, đồng thời cũng dùng làm nguồn
cung cấp cho mạch tạo dòng công tác IP.
Nhược điểm của điện thế kế xoay chiều toạ độ cực:
- Cần phải có bộ điều chỉnh pha cung cấp cho mạch
- Khó xác định chính xác vị trí ổn định của phần quay ứng với góc pha
- Việc điều chỉnh cân bằng khó khăn do khi quay rôtô điều chỉnh pha thì dòng IP
cũng thay đổi theo.
d. Điện thế kế xoay chiều tọa độ vuông góc (H. 9.13): trong điện thế kế này
dùng hai cuộn dây đặt gần nhau, dùng hỗ cảm M của chúng tạo Uk thành hai phần
lệch nhau 900 và UX sẽ cân bằng với tổng hai véc tơ thành phần này.
Sơ đồ gồm hai mạch công tác và một mạch đo:
Hình 9.13. Sơ đồ nguyên lý điện thế kế xoay chiều toạ độ vuông góc
- Mạch công tác thứ nhất gồm: biến trở dây quấn được chuẩn hoá AB; cuộn sơ
cấp W1 của biến áp không lõi (để tạo hỗ cảm); ampemét và điện trở điều chỉnh
(Rđ/c). Dòng điện I1 từ nguồn cung cấp xoay chiều được xác định nhờ ampemét tạo
trên biến trở AB một điện áp UAB.
Điện áp Uk1 được xác định bởi dòng I1 và vị trí con trượt D1 trên biến trở AB. Vì
dòng I1 không thay đổi trong quá trình đo nên thang chia độ được khắc theo giá trị
điện áp trên biến trở AB.
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 11
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
- Mạch công tác thứ hai gồm: biến trở dây quấn đã được chuẩn hoá A’B’ có
điểm giữa O’ nối với điểm giữa O của biến trở AB; cuộn thứ cấp W2 của biến áp
không lõi và hộp điện trở bù tần số Rf.
Dòng điện I2 trong mạch công tác lệch pha I1 góc 900 (vì điện cảm L2 không lớn
lắm nên có thể coi như I2 trùng pha với E2 mà E2 lệch pha với E1 góc 900). Trong
mạch thứ nhất I1 có giá trị xác định nên I2 cũng có giá trị xác định:
E2 ω.M .I 1
I2 = ≈
R1 + R f + ω.L2 R2 + R f
với: M là hỗ cảm của W1 và W2. Khi tần số f thay đổi sẽ làm I2 thay đổi và giá trị
khắc độ trên A’B’ cũng thay đổi, khắc phục điều này bằng cách dùng hộp điện trở
bù tần số Rf để giữ cho I2 không thay đổi khi tần số f thay đổi (tức là Rf thay đổi phụ
thuộc vào sự thay đổi tần số nguồn cung cấp).
Từ đây xác định được: U k 2 = I 2 .R2
với R2 là phần điện trở của A’B’ được xác định nhờ vị trí con trượt D2 trên A’B’.
Vì Uk1 = I1.R1 và Uk2 = I2.R2 mà I1 và I2 lệch nhau một góc 900 nên Uk1 và Uk2
cũng lệch pha nhau 900.
Mạch đo là mạch vào chủ yếu của điện thế kế bao gồm:
- Nguồn tín hiệu đo Ux(Ex).
- Điện thế kế chỉ thị “0” (G).
- Các phần của biến trở dây quấn chuẩn D1O; D2O’.
Đồ thị biểu diễn các giá trị Uk hình 9.14:
Hình 9.14. Đồ thị biểu diễn các giá trị điện áp mẫu Uk
Điều chỉnh các con trượt D1 và D2 để cân bằng điện thế kế tức là điện kế chỉ “0”.
Đọc các giá trị Uk1 và Uk2 trên các dây quấn AB và A’B’ và thông qua tính toán ta
sẽ được điện áp Ux cần đo và góc lệch pha φ giữa véctơ Uk và Uk1.
U k2
U x = U k21 + U k22 ; tgϕ =
U k1
Sai số chủ yếu của điện thế kế xoay chiều là sai số của ampemét.
Nhược điểm của điện thế kế xoay chiều là:
- Độ chính xác không cao vì cho đến nay chưa tạo được nguồn mẫu chính xác,
ổn định.
- Độ chính xác phụ thuộc độ chính xác của ampemét.
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 12
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
9.4. Các dụng cụ đo điện áp chỉ thị số.
Phụ thuộc các bộ chuyển đổi A/D, thường gặp các vônmét chỉ thị số sau:
- Vônmét số chuyển đổi thời gian
- Vônmét số chuyển đổi tần số
- Vônmét số chuyển đổi trực tiếp (chuyển đổi bù)
9.4.1. Các vônmét số chuyển đổi thời gian:
a. Nguyên lý chung: nguyên lý hoạt động chung của các vônmét số chuyển đổi
thời gian là biến đổi sơ bộ điện áp cần đo (Ux) thành khoảng thời gian (t) sau đó lấp
đầy khoảng thời gian t bằng các xung mang tần số chuẩn (f0); dùng bộ đếm để đếm
số lượng xung (N) tỉ lệ với Ux để suy ra Ux.
b. Phân loại: có các loại vônmét chuyển đổi thời gian sau:
- Vônmét chuyển đổi thời gian một nhịp
- Vônmét chỉ thị số tích phân hai nhịp
c. Vônmét chuyển đổi thời gian một nhịp:
Cấu tạo, nguyên lý hoạt động: như hình 9.15:
Hình 9.15. Vônmét chuyển đổi thời gian một nhịp:
a) Sơ dồ khối nguyên lý; b) Biểu đồ thời gian
Trên sơ đồ N01, N02, N03 là các xung có chức năng như sau:
- N01 làm nhiệm vụ khởi động vônmét
- N02 tác động vào trigơ để khoá (K)
- N03 xoá kết quả
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 13
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
Quá trình hoạt động của vônmét: mở máy, máy phát xung chuẩn qua bộ chia tần
khởi động máy phát điện áp răng cưa tại thời điểm t1. Từ đầu ra máy phát điện áp
răng cưa có Urc (tức là điện áp mẫu Uk) đi đến bộ so sánh để so với điện áp cần đo
Ux cần đo ở đầu vào. Đồng thời cũng từ đầu ra của máy phát điện áp răng cưa ta có
xung thứ nhất đến trigơ, đặt trigơ ở vị trí thích hợp thông khoá (K) cho phép các
xung mang tần số chuẩn (f0) từ phát xung qua khoá (K) đến bộ đếm và chỉ thị số.
Tại thời điểm t2 khi Ux = Urc; thiết bị so sánh phát xung thứ 2 (N02) tác động
trigơ khoá (K). Thời gian từ t1 đến t2 tương ứng với tx.
Từ đây có mối quan hệ:
tx Ux t
= ⇒ t x = c.tr .U x
t ct .r U rc max U r .c max
Với một máy phát áp răng cưa nhất định thì tc.tr và tr.c là hằng số. Vì vậy Ux tỉ lệ
với số lượng xung n đến bộ đếm trong thời gian tx:
tx t c.tr
n= = f 0 .t x = . f 0 .U x với f 0 = const
t ct .r U r .c max
Như vậy số lượng xung n được khắc độ theo giá trị điện áp.
Nguồn sai số chính của vônmét chỉ thị số một nhịp: gồm hai nguồn chủ yếu là:
- Do máy phát điện áp răng cưa gây ra, tức là do tc.tr và tr.c không ổn định; độ
dốc của răng cưa thay đổi vì vậy với cùng một Ux nhưng tx có thể khác nhau.
- Sai số lượng tử.
Độ tác động nhanh của vônmét: như biểu đồ thời gian làm việc của vônmét cho
thấy: khi Ux biến thiên với tốc độ nào đó thì không thể đo được vì đường cong áp
răng cưa không cắt Ux. Do vậy muốn đo được điện áp bằng phương pháp này thì tốc
độ biến thiên của áp cần đo phải thỏa mãn điều kiện sau :
dU x U
= r .c max
dt max t c.tr
Độ tác động nhanh của vônmét phụ thuộc độ tác động nhanh của bộ đếm được dùng
trong vônmét.
d. Vônmét chỉ thị số tích phân hai nhịp: vônmét chỉ thị số tích phân hai nhịp có
thể khắc phục sai số của vônmét số một nhịp do hệ số chuyển đổi áp thành khoảng
thời gian không ổn định.
Cấu tạo, nguyên lý hoạt động: như hình 9.16: khi mở máy, xung khởi động điều
khiển bộ đếm (đặt số chỉ của bộ đếm tương ứng với số lượng xung n1); đồng thời
qua đường dây trễ (để bộ đếm kịp xác lập ở trạng thái cần thiết) điều khiển trigơ sao
cho đầu ra của nó ở các mức áp phù hợp để thông K1; K4 và khoá K2; K3.
Khi K1 thông (tương ứng với điểm đầu của tt.p: thời gian bộ tích phân làm việc)
điện áp cần đo Ux có dấu (-) qua K1 và bộ tích phân (bao gồm R1; khuếch đại thuật
toán và tụ C); ở đầu ra được Utp (là điện áp tích phân của Ux).
Đồng thời trong thời gian (tt.p) này các xung mang tần số f0 từ bộ phát xung chuẩn
(p.x) qua K4 vào bộ đếm. Bộ đếm làm việc ở chế độ trừ cho đến khi bộ đếm chuyển
hoàn toàn về zêrô (trừ hết n1) thì nó sẽ phát xung chuyển trạng thái trigơ, kết thúc
nhịp thứ nhất trong khoảng thời gian tt.p và đầu ra của tích phân sẽ có áp cực đại:
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 14
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
tt . p
1 1
U t . p max
τ1 ∫ U dt = R C .U
0
x
1
.t
xtr .b t . p
Quá trình chuyển sang nhịp thứ hai: khoá K2 và K3 thông, U0 ngược dấu với Ux
qua K2 vào bộ tích phân đến bù lại Ut.p max ở nhịp trước. Cũng trong thời gian này
các xung từ bộ phát xung (p.x) qua K3 đến bộ đếm (đếm thuận). Số lượng xung
tương ứng với thời gian tx (tức là U0 bù hoàn toàn Ut.p max hoặc nói cách khác tụ điện
C đã phóng hoàn toàn và áp lúc này sẽ bằng không). Khi đó thiết bị so sánh phát ra
xung khoá K3 và K3, kết thúc quá trình đo, các khoá ở bộ phận điều khiển chỉ thị số
cho phép hiện kết quả.
Hình 9.16. Vônmét chỉ thị số tích phân hai nhịp:
a) Sơ đồ khối; b) Biểu đồ thời gian
Quá trình đo của vônmét số tích phân hai nhịp được biểu diễn như sau:
tt . p ttx
1 1 tt. p tx
U t . p max =
τ1 ∫U
0
x dt =
τ2 ∫U
0
0 dt =
R1C
U x.tr .b =
R2 C
U0
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 15
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
R2 t t . p
với: tx = . .U x.tr .b
R1 U 0
R2 n1T0 t R n
biết: t t . p = n1 .T0 ⇒ t x = . .U x.tr .b ⇒ n x = x = 2 . 1 .U x.tr .b
R1 U 0 T0 R1 U 0
Từ biểu thức này thấy rằng số lượng xung tỉ lệ với trị trung bình của áp cần đo
trong thời gian tt.p.
Ưu điểm của vônmét số tích phân hai nhịp: tần số f0 của máy xung phát chuẩn
không ảnh hưởng đến độ chỉ của phép đo (vì dùng một bộ tích phân và một bộ đếm
trong hai khoảng thời gian tt.p và tx). Giá trị tụ điện C không còn tồn tại trong biểu
thức cuối cùng. Điện trở thông của khoá K1 và K2 nhỏ hơn nhiều so với giá trị điện
trở R1; R2 vì vậy ít ảnh hưởng đến sai số chung.
Nguồn sai số chủ yếu của vônmét số tích phân hai nhịp: là sự không ổn định của
U0; áp dư của K1 và K2; khuếch đại thuật toán trôi zêrô và sự không ổn định của so
sánh.
9.4.2. Vônmét chỉ thị số chuyển đổi tần số:
a. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động: vônmét loại này hoạt động dựa trên cơ sở ổn
định áp thành tần số rồi dùng các máy đo tần số chỉ thị số khắc độ theo điện áp.
Xét ví dụ về vônmét số tích phân biến đổi điện áp U thành tần số f bằng phương
pháp tích phân (H. 9.17):
Hình 9.17. Vônmét chỉ thị số chuyển đổi tần số U-f
Khâu chuyển đổi tín hiệu áp sang tín hiệu tần số U-f: Điện áp Ux cần đo được
đưa đến đầu vào → qua khâu tích phân được điện áp U1 → U1 được đưa đến thiết bị
so sánh với áp nền U2 (có độ ổn định cao) → khi U1 = U2 thiết bị so sánh phát xung
qua khuếch đại 2 (tại thời điểm t1) thông khoá K1 và khóa K để đến bộ đếm → đến
chỉ thị số.
Đồng thời khi K1 thông, điện áp U0 (ngược dấu với U1) sẽ qua K1 đến bù áp U1
(đây là mạch phóng điện qua tụ C) trong khoảng thời gian Tk (từ t1 đến t2). Tại thời
điểm t2 điện áp U0 bù hoàn toàn U1:
Quá trình làm việc được diễn biến như sau:
tt . p Tk Tk
1 1 1
τ1 ∫ U dt = τ ∫ U dt − τ ∫ U dt = U
0
x
2 0
0
1 0
x 2
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 16
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
1 1 1
⇔ U X .tr .b .t t . p = U 0Tk − U X Tk = U 2
τ1 τ1 τ1
1 1
với: tt. p = τ 1 = ; τ2 = ; Tk = t 2 − t1
R1 .C R2 .C
đặt: t t . p + Tk = Tx
R1 U 0 .Tk R2 1
⇒ Tx = . ⇒ fX = . .U X = K .U X
R2 U X R1 U 0 .Tk
như vậy nếu biết được fx sẽ suy ra được giá trị điện áp cần đo Ux. fx không phụ
thuộc vào điện dung C, áp nền U2 mà được xác định bởi tỉ số R2 / R1 , U0 và Tk. Sai
số khâu này lớn nhất khoảng 0,2%.
Khâu chỉ thị số: tín hiệu tần số f tỉ lệ với điện áp cần đo Ux sẽ qua khâu chuyển
đổi tiếp để chỉ thị số. Trong khâu này có thêm các phần: tạo gốc thời gian, các khoá,
bộ đếm và chỉ thị số giống như một máy đo tần số chỉ thị số nhưng khắc độ số theo
điện áp.
Cụ thể bộ tạo gốc thời gian là máy phát xung chuẩn T0 để tạo thời gian Tctr =
k.T0 điều khiển khoá cho các xung mang tần số fx qua nó. Số lượng xung mang fx
qua khoá K trong thời gian Tc.tr để đến chỉ thị số được xác định như sau:
t ctr TCtr
R2 1 R 1
N= ∫ f dt = ∫
0
x
0
.
R1 U 0 .Tk
.U X .dt = 2 .
R1 U 0 .Tk
.U X .Tctr
⇔ N = Tctr . f X
như vậy số xung N tỉ lệ với giá trị điện áp cần đo Ux
Các yếu tố ảnh hưởng đến N (tức là ảnh hưởng đến kết quả chỉ thị): có thể thấy
từ biểu thức tính số xung N, gồm:
- Thời gian Tctr có thể thay đổi, do đó làm thay đổi khả năng chống nhiễu của
dụng cụ trong các điều kiện khác nhau và độ nhạy của dụng cụ đo.
- Giá trị U0Tk có thể bị thay đổi: muốn giữ cho U0Tk là hằng số thì nguồn U0
phải rất ổn định, nguồn U0 tốt nhất thường cho sai số 0,005%.
Sai số của vônmét loại này: thường gồm hai phần chính:
- Do chuyển đổi U-f khoảng 0,2%
- Sai số lượng tử khoảng 0,01%.
Có thể chọn cấu trúc của vônmét chuyển đổi tần số khác nhau sẽ đạt chính xác
cao hơn.
9.4.3. Các vônmét chỉ thị số chuyển đổi trực tiếp điện áp thành con số (kiểu
chuyển đổi bù):
Trong các vônmét chỉ thị số loại này, đại lượng cần đo Ux được so sánh với điện
áp chuẩn Uk. Phụ thuộc vào việc gia công đại lượng bù Uk và quy trình so sánh Ux
và Uk chia ra thành:
- Vônmét số bù quét
- Vônmét số bù tùy động
a. Vônmét chỉ thị số bù quét: điện áp bù Uk thay đổi lặp lại theo chu kỳ. Trong
mỗi chu kỳ biến thiên của Uk ta lấy số đo một lần tức là tại thời điểm Ux ≈ Uk ta đọc
kết quả của phép đo.
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 17
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
Điện áp Uk có thể thay đổi tuyến tính hoặc thay đổi theo bậc thang (bậc thang
bằng nhau hay không bằng nhau theo một quy luật nhất định), các loại cơ bản gồm:
- Vônmét chỉ thị số bù quét với Uk thay đổi tuyến tính (thay đổi theo các bậc
thang bằng nhau)
- Vônmét chỉ thị số bù quét với đại lượng Uk thay đổi theo các bậc thang không
bằng nhau
Sau đây sẽ lần lượt xét từng loại:
Vônmét chỉ thị số bù quét với đại lượng bù Uk thay đổi tuyến tính: có sơ đồ cấu
trúc thường gồm hai phần :
- Phần chuyển đổi điện áp thành khoảng thời gian Tx (giống như vônmét chỉ thị
số chuyển đổi thời gian).
- Phần đo khoảng thời gian Tx: gồm các khoá, bộ đếm, máy phát xung chuẩn và
bộ phận chỉ thị số.
Cấu trúc của vônmét: như hình 9.18, bao gồm các khối:
- Thiết bị so sánh: để so sánh Ux và Uk - Bộ phát xung chuẩn (P.X)
- Khối khuếch đại (KĐ) - Bộ chỉ thị số (C.T số)
- Khoá K - Bộ chuyển đổi ngược (D/A).
- Bộ đếm: gồm bộ đếm 1 và 2
Hình 9.18. Sơ đồ cấu trúc của vônmét chỉ thị số bù quét
với Uk thay đổi theo các bậc thang bằng nhau
Trong cấu trúc này, bộ chuyển đổi ngược (D/A) thực hiện biến đổi mã N(1) thành Uk
có điều khiển.
Quá trình làm việc của vônmét: mở máy → bộ phát xung chuẩn (P.X) bắt đầu
làm việc → các xung f0 đến bộ đếm 1 và khoá (K) → sau một tập xung f0 (tương
ứng với thời điểm t0) thì (Đếm 1) phát xung đến thông khóa (K) và khởi động
(D/A). Trong thời gian K thông xảy ra đồng thời các quá trình:
- Các xung mang f0 qua K đến (Đếm 2) → đến chỉ thị số
- Cứ mỗi xung f0 đến D/A sẽ tăng áp ra của nó (Uk) một mức ∆U.
Quá trình tiếp tục cho đến khi Ux ≈ Uk (tại thời điểm t1): khi đó bộ so sánh tác động
vào bộ khuếch đại tạo tín hiệu khoá K, quá trình đo kết thúc và bộ phận chỉ thị hiện
kết quả.
Nếu tất cả các mức điện áp ∆U tạo nên Uk đều bằng nhau thì số lượng xung N1
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 18
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
sẽ tỉ lệ với điện áp cần đo Ux tức là:
Ux ≈ Uk = N1.∆U
đây là giá trị tức thời của áp cần đo tại thời điểm t1. Nếu muốn đo Ux tại thời điểm
khác thì quá trình sẽ lặp lại từ đầu.
Vônmét chỉ thị số bù quét với đại lượng Uk thay đổi theo các bậc thang không
bằng nhau: trong vônmét loại này các mức bậc thang ∆U không bằng nhau. Có thể
tạo các ∆U theo từng hàng đếm của các con số ở từng hàng đếm nhất định, vì vậy có
thể dựa vào hệ đếm nhị phân và thập phân để gia công điện áp bù Uk.
Dựa vào cách gia công điện áp bù Uk, vônmét chỉ thị số bù quét với đại lượng Uk
thay đổi theo các bậc thang không bằng nhau có các loại cơ bản như sau:
- Gia công điện áp bù Uk trong hệ đếm thập phân: ở mỗi hàng đếm có các mức
∆U đều bằng nhau, các mức ∆U ở các hàng đếm khác nhau sẽ khác nhau 10 lần.
Ví dụ nếu ở hàng đơn vị mức ∆U = 1 thì ở hàng chục : ∆U = 10 v.v...
- Gia công điện áp bù Uk trong hệ đếm nhị phân: các mức ∆U thay đổi theo 2n
(với n: là dãy số nguyên bất kỳ).
- Gia công điện áp bù Uk trong hệ đếm nhị thập phân (BCD): biểu diễn chữ số là
số nhị phân còn giá trị hàng đếm là hàng thập phân.
Xét ví dụ về các cách gia công điện áp bù Uk: để đo điện áp Ux = 43V, quá trình
gia công điện áp bù Uk theo các hệ đếm như hình 9.19a,b,c:
Hình 9.19. Các quá trình gia công điện áp bù Uk theo các hệ đếm trong vônmét chỉ thị số
bù quét với đại lượng Uk thay đổi theo các bậc thang không bằng nhau:
a) Gia công trong hệ đếm thập phân
b) Gia công trong hệ đếm nhị phân
c) Gia công trong hệ đếm nhị thập phân (BCD)
Gia công Uk trong hệ đếm thập phân: như sơ đồ hình 9.19a: bắt đầu so sánh từ
hàng lớn nhất Ux = 43V.
Ở đây con số thập phân có hai hàng đếm là hàng chục và hàng đơn vị. Nguyên
tắc chung để so sánh Ux và Uk như sau :
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 19
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 9: ĐO ĐIỆN ÁP
- Nếu Uk > Ux thì mã sẽ ghi là 0
- Nếu Uk ≤ Ux thì mã sẽ ghi là một số dương tương ứng với hàng đếm của Uk và
khi U k − U x < ∆U , với ∆U là mức của hàng đếm tương ứng, thì quá trình so sánh
sẽ chuyển sang hàng đếm nhỏ hơn.
Cụ thể ở đây là:
Bắt đầu so sánh Ux với Uk = 90: được mã là 0
Tiếp theo khi Uk = 80 thì mã cũng là 0
...
Cho đến khi Uk = 40 tức là: Uk(40) < Ux(43), hoặc U k − U x < ∆U (mức của hàng
chục): 40 − 43 = 3 < ∆U = 10 . Lúc này mã sẽ ra là 4 (ở hàng chục nên ghi là 40).
Tiếp theo quá trình so sánh sẽ diễn ra ở hàng đơn vị với giá trị lớn nhất của hàng
là 9 và mỗi mức ∆U = 1, cụ thể:
Khi Uk = 9 ; Ux = 3 ; mã ra: 0
Khi Uk = 8 ; Ux = 3 ; mã ra: 0
M M M
Khi Uk = 3 ; Ux = 3 ; mã ra: 3, quá trình gia công Uk kết thúc.
Khi quá trình gia công kết thúc ta sẽ được tổng giá trị:
Uk = Uk10 + Uk1
= 40 + 3 = Ux: là kết quả đo
Quá trình gia công trong hệ đếm nhị phân: như sơ đồ hình 9.19b: trước tiên ta
phải chuyển con số điện áp cần đo (Ux = 43V) thành hệ số nhị phân: 43 = 101011(2)
Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu, trong quá trình gia công điện áp bù Uk số
lượng hàng đếm định mức của con số được chọn bằng cách lấy số lượng hàng đếm
(m) của con số cần đo cộng với 2, tức là:
mđ.m = m + 2
=6+2=8
lúc đó Uk lớn nhất sẽ là: Ukđ.m = 27 = 128
Tiến hành gia công Uk cũng bắt đầu từ hàng đếm thứ nhất.
Khi Uk7 = 128 > Ux = 43 → mã ra: 0
Khi Uk6 = 64 > Ux = 43 → mã ra: 0
Khi Uk5 = 32 < Ux = 43 → mã ra: 1
Để tiếp tục so sánh được với 43 thì phải tăng giá trị ở hàng đếm thứ 4 một mức
Uk4 = 16 rồi cộng với mức Uk5, tức là ở hàng đếm thứ 4 có giá trị:
Uk4 + Uk5 = 32 + 16 = 48 > Ux = 43 → mã ra: 0
tiếp theo:
3
Uk3 = 2 = 8 → Uk = 48 – 8 = 40 < 43 → mã ra: 1
2
Uk2 = 2 = 4 → Uk = 40 + 4 = 44 > 43 → mã ra: 0
1
Uk1 = 2 = 2 → Uk = 44 - 2 = 42 < 43 → mã ra: 1
0
Uk0 = 2 = 1 → Uk = 42 + 1 = 43 = 43 → mã ra:1, kết thúc quá trình gia
công, ghi lại kết quả.
Kết quả ghi lại là: 00101011, con số ở hệ nhị phân này qua bộ giải mã sẽ hiện
kết quả bằng số ở hệ thập phân là 43.
Quá trình gia công ở hệ đếm nhị thập phân (BCD): như hình 9.19c: cũng tương
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 20
