Bài giảng môn Đo lường điện: Bài 10 giới thiệu Đo tham số mạch được biên soạn nhằm giúp người học nắm vững các nội dung về: khái niệm chung về đo tham số mạch, các phương pháp đo tham số mạch, các phương pháp đo định luật ôm, phương pháp cầu, phương pháp cộng hưởng, phương pháp hiện số. Bài giảng sẽ giúp người học nắm được một số kiến thức cơ bản trong Đo lường điện.
1/33
Khái niệm chung về đo tham số mạch Các phương pháp đo tham số mạch:
2/33
Phân loại các phương pháp đo tham số mạch Mẫu điện trở, điện dung và điện cảm
3/33
Các tham số mạch cơ bản:
Điện trở (R) Điện cảm (L) Điện dung (C) Góc tổn hao của tụ điện (tgδ) Hệ số phẩm chất cuộn cảm (Q) Tham số của các linh kiện: điốt, transistor, vi mạch
Tùy thuộc vào các phương pháp đo được sử dụng, các đại lượng trên được xác định với phạm vi đo khác nhau, độ chính xác khác nhau
Electronic Components
4/33
5/33
Phương pháp đo tham số mạch rất đa dạng
chỉ xét những phương pháp cơ bản: Nhóm phương pháp theo định luật ôm Phương pháp cầu Phương pháp cộng hưởng Phương pháp hiện số
6/33
Mẫu điện trở:
Bộ các cuộn điện trở đơn trị hoặc các đề các điện trở
nối tiếp có giá trị danh định xếp thành dãy theo bậc 10n
Vật liệu thường dùng để tạo mẫu điện trở là các vật liệu có hệ số nhiệt nhỏ (VD: manganin - hợp kim Cu, Mn, Si và constantan - hợp kim Cu và Ni).
Resistance Box (1)
Resistance Box (2)
7/33
Mẫu điện dung
Tụ điện có điện dung không đổi và thay đổi (dưới dạng
tụ xoay) và đề các
Yêu cầu mẫu điện dung phải có điện trở và điện cảm
bản thân nhỏ
Chất lượng của mẫu điện dung phụ thuộc vào góc tổn hao δ (tổn hao năng lượng dưới dạng nhiệt trên điện trở bản thân)
Mẫu điện cảm
Hộp điện cảm mẫu đơn trị và đa trị dưới dạng đề các Chất lượng của cuộn cảm được đặc trưng bởi hệ số
phẩm chất Q
Capacitance Box (1) Capacitance Box (2)
8/33
V
+
U
U
A
xR
=
=
=
' R x
=
=
=
+
R
' R x
R x
A
U V +
U I
I
I
A
V
R x
U I
I
+
A
A
1
Sai số phương pháp
R x R x R V Sai số phương pháp
δ
−=
δ =PP
PP
R x +
R A R x
R x
R V
9/33
Sai số của phép đo điện trở bằng phương pháp V-A
Sai số của vôn mét Sai số của ampemét Sai số phương pháp
Cách giảm sai số phương pháp:
Chọn vôn mét có điện trở vào lớn, ampe mét có
điện trở trong nhỏ
Chọn mạch đo thích hợp
Để đo điện dung, điện cảm bằng phương pháp V-A Cấp nguồn nuôi xoay chiều cho phần tử cần đo Dùng vôn mét và ampe mét xoay chiều
10/33
CÇu c©n b»ng kiÓu 4 nh¸nh
CÇu sÏ c©n b»ng khi ®iÖn ¸p trªn ®êng chÐo chØ thÞ
b»ng 0
=
Z Z . 1
3
Z Z . 2
4
ϕ j 3
ϕ j 1
ϕ j 2
ϕ j 4
Tæng qu¸t
=
Z e 1
Z e . 3
Z e 2
Z e . 4
hay lµ
=
3
Z Z . Z Z . 1 2 4 + = + ϕ ϕ ϕ ϕ 4
1
2
3
LCR-Digibridge
11/33
Dùa vµo ®iÒu kiÖn c©n b»ng
cÇu, ta cã:
1
=
+
(
).
R R . 1 3
R x
ω j L x
+
ω j C
4
Rx
1 R 4
+
=
+
.
ω j C R R 4 3
1
R x
ω j L x
R R . 1 3 R 4
Do vËy:
=
R x
=
.
. R R 1 3 R 4 . R R C 3
1
4
L x
Lx
12/33
Dùa vµo ®iÒu kiÖn c©n b»ng
cÇu, ta cã:
+
=
+
1 ω j C
x
1 ω j C 3
. R R 1 3
. R R x 2
+
=
+
. R R 1 3
. R R x 2
R 2 ω j C
x
R 1 ω j C 3
=
.
R x
R 3
Do vËy:
Gãc tæn hao cña tô ®iÖn
ω
=
t
δ = g
xR Cx
ω C R 3 3
=
C
x
C . 3
R 1 R 2 R 2 R 1
13/33
M¹ch cÇu ch÷ “T” c©n b»ng sö dông trong thùc tÕ
14/33
CÇn ®¶m b¶o ®iÖn ¸p cÊp cho cÇu ph¶i lµ ®iÖn ¸p ®iÒu hoµ
Bé phËn chØ thÞ cña cÇu:
Tai nghe
V«n mÐt t¸ch sãng
èng tia ®iÖn tö
Thêng dïng bé K§ chän läc tÇn sè ë m¹ch chØ thÞ ®Ó gi¶m
¶nh hëng cña c¸c ph©n lîng hµi
§Æc ®iÓm chung cña ph¬ng ph¸p cÇu:
Thêng dïng ®Ó ®o ë tÇn sè thÊp (vµi KHz), mét sè cã thÓ
dïng víi tÇn sè cao h¬n (h¬n 30 MHz) nhng yªu cÇu thiÕt kÕ ®Æc biÖt)
Sai số kho¶ng 1 – 5%
15/33
§o ®iÖn dung b»ng ph¬ng ph¸p céng hëng §o ®iÖn c¶m b»ng ph¬ng ph¸p céng hëng §o ®iÖn trë m¹ch céng hëng §o hÖ sè phÈm chÊt cña m¹ch céng hëng
16/33
Nguyªn t¾c: dùa trªn hiÖn tîng céng hëng cña m¹ch
®iÖn cã phÇn tö ®iÖn dung vµ ®iÖn c¶m
TÇn sè céng hëng của m¹ch:
=
f
o
1 LCπ 2
x
L C x Bộ dao động
=
C
F
[
]
x
Do vËy:
Thùc tÕ, sö dông c«ng thøc:
M
[ L H
]
4
=
C
pF
[
]
]
[ µ L H
]
x
[ f MHz 0
2,53.10 2 f L o
17/33
Sai số của phương pháp cộng hưởng: Do điện dung ký sinh của cuộn cảm L và
dây nối
Do sự bất ổn định của tần số bộ dao dộng
cao tần
Do sai số của điện cảm mẫu L Do xác định sai điểm cộng hưởng
18/33
Phương pháp thế khắc phục ảnh hưởng của
điện dung ký sinh của cuộn cảm
L Cm Bộ dao động C x
S¬ ®å ph¬ng ph¸p thÕ sö dông khi Cx < Cm-max
19/33
Hai bíc tiÕn hµnh phÐp ®o
L Cm C x Bộ dao động
råi ®iÒu chØnh Cm sao cho ®¹t céng hëng:
20/33
S¬ ®å sö dông khi ®o ®iÖn dung cã trÞ sè lín
+
C
C
Σ =
Bíc 2: m¾c Cx vµo m¹ch
ks
C C x m + C
2 C
m
2
x
2
KÕt qu¶
=
C
x
1. CC m m − C C
m
2
m 1
L Cm Bộ dao động
C x
21/33
T¬ng tù nh ph¬ng ph¸p ®o ®iÖn dung b»ng ph¬ng
ph¸p céng hëng
M¹ch céng hëng ë tÇn sè:
f
=o
2π
1 L C x m
Cm LX Bộ dao động
Do vËy:
=
H
[
]
L x
M
[ C F
]
Thùc tÕ, sö dông c«ng thøc:
4
=
H
[ µ
]
]
[ C pF
]
L x
[ f MHz 0
2,53.10 2 f C o
m
22/33
T¬ng tù, ®iÖn c¶m còng sö dông ph¬ng ph¸p thÕ ®Ó
lo¹i trõ ¶nh hëng cña ®iÖn dung ký sinh
NÕu ®iÖn dung ký sinh nhá h¬n
1
1
=
=ω o
CL mm
CL mx 1
2
nhiÒu lÇn c¸c trÞ sè Cm1, Cm2 cña ®iÖn dung mÉu:
2
L
tõ ®ã
L = x
m
C m C
m 1
23/33
Ph¬ng ph¸p thay ®æi
®iÖn dung
2
R
=
I I
2
ch
+
−
R
ω L
Tû sè dßng ®iÖn hiÖu dông cña m¹ch víi trÞ sè hiÖu dông cña dßng ®iÖn khi cã céng hëng
1 ω C
m
=
Khi cã céng hëng
ω L
1 ω C
m
24/33
−
C
C
m
2
Th«ng qua tÝnh to¸n gÇn ®óng
=
.
R x
1 C
m 1 2 C
m
0
Cm1 vµ Cm2 lµ trÞ sè ®iÖn dung mÉu ë hai phÝa cña C0, øng víi
=
=
0, 707
I I
1 2
ch
25/33
Ph¬ng ph¸p thay ®æi tÇn sè: cã thÓ ®¹t ®îc ®iÒu kiÖn
=
=
0, 707
I I
1 2
ch
b»ng c¸ch biÕn ®æi tÇn sè cña bé t¹o dao ®éng
Thùc hiÖn tÝnh to¸n gÇn ®óng:
2
.
2 ωω ω= 2 0
1
ta cã:
=
.
xR
1 C
− ω ω 1 2 ω 2 0
26/33
=
Q
HÖ sè phÈm chÊt cña cuén d©y
ω . L R L
Khi m¹ch céng hëng
U
Q U= .
2
1
§iÖn ¸p cao tÇn
U I R= . m
1
ChÕ t¹o Q-mÐt
Q Meter
LCR-Q Meter
27/33
Sai sè cña Q-mÐt
Sai sè do kh«ng æn ®Þnh tÇn sè cña bé dao ®éng
Sai sè cña ®ång hå ®o dßng ®iÖn vµ v«n mÐt ®iÖn tö
Sai sè kh¾c ®é tô ®iÖn mÉu Cm Sai sè do c¸c th«ng sè ®iÖn dung vµ ®iÖn c¶m ký sinh
cña d©y nèi
øng dông cña Q-mÐt
§o hÖ sè phÈm chÊt cña cuén d©y
§o ®iÖn c¶m, ®iÖn dung, tæn hao
28/33
Nguyªn t¾c chung: biÕn ®æi c¸c tham sè m¹ch vÒ
d¹ng sè th«ng qua c¸c ®¹i lîng trung gian (®iÖn ¸p, tÇn sè, thêi gian…) nhê c¸c kh©u biÕn ®æi th¼ng hay t¹o ra c¸c ®¹i lîng mÉu thay ®æi theo mét quy luËt nµo ®ã, so s¸nh víi c¸c ®¹i lîng cÇn ®o trong c¸c m¹ch biÕn ®æi c©n b»ng.
C¸c lo¹i m¸y ®o hiÖn sè:
M¸y ®o ®iÖn trë vµ ®iÖn dung b»ng ph¬ng ph¸p
hiÖn sè
CÇu ®o ®iÖn trë hiÖn sè
29/33
1 2
U0/e
30/33
B§K chuyÓn CM1 vµ xo¸ B§X;
Cx nạp tới điện ¸p U0 của nguồn ®iÖn ¸p mÉu
B§K chuyÓn CM2, më K B§X b¾t ®Çu ®Õm xung
Cx phãng qua Rm, ®iÖn ¸p trªn Cx gi¶m dÇn theo qui luËt
−
t . R C m
x
=
U e 0
CU
CL Handheld Meter
31/33
=
U
C
Tại t = t2, có
U 0 e
Bộ SS tạo ra tín hiệu đóng khoá K, kết thúc qúa trình
đếm xung
T
−
−
− 1
Tp R C . x
m
p R C . x
m
=
⇔
=
⇔
=
e
e
T
p
. R C x
m
U e 0
T P
U 0 e = − t t 2 1
T
=
=
=
.
N
⇔ N
R x
. C f R 0 x
m
x
R x
x
số xung đếm được
p T 0
C m T 0
Nếu thay Rx = Rm và Cm = Cx có máy đo điện dung
Máy đo điện dung-điện cảm
LCR-Meter
32/33
33/33
