Chương 4: Đo điện trở

Chia sẻ: Bùi Ngọc Toàn | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

601
lượt xem 39
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn cùng tham khảo nội dung tài liệu chương 4 "Đo điện trở" để nắm bắt được những nội dung về đo điện trở bằng vôn kế và ampe kế, đo điện trở bằng Ohm kế, đo điện trở bằng cầu đo, đo điện trở đất. Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 4: Đo điện trở

Chương 4 ĐO ĐIỆN TRỞ 3.1 ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG VÔN KẾ VÀ AMPE KẾ Điện trở là một trong những đại lượng điện quan trọng . Người ta phân loại điện trở theo giá trị Ohm của chúng , điện trở được phân thành 3 cấp Điện trở có giá trị lớn là điện trở có giá trị từ 0.1M trở lên Điện trở có giá trị trung bình từ 1K đến 0.1M Điện trở có giá trị nhỏ từ 1K trở xuống Theo định luật Ohm , ta có R = Như vậy để xác định giá trị điện trở ta sử dụng ampe kế và volt kế . Ở phương pháp này , ta xác định giá trị điện trở đang hoạt động ( đo nóng ) theo yêu cầu . Có hai cách đấu mạch là “ Mắc rẽ dài “ hay “Ampe kế mắc sau “ . Nghĩa là mắc volt kế trước – ampe kế mắc sau “ Mắc rẽ ngắn “hay “ampe kế mắc trước “ . Nghĩa là mắc ampe kế trước – volt kế mắc sau A A V RX V RX U U Mắc rẽ dài Mắc rẽ ngắn 3.1.1 Mắc rẽ ngắn ( ampe kế mắc trước ) Do volt kế mắc song song với điện trở tải nên ta có IA = IV + IR Nếu IR >> IV thì sai số do ảnh hưởng của volt kế không đáng kể Thật vậy , nội trở của volt kế và điện trở tải điện trở tương đương được xác định
RX’ = = Sai số tương đối của phép đo (%) % = 100% = ( 1 ) 100% Để sai số (% nhỏ nhất thì biểu thức ( 1 + ) 1 Nghĩa là 0 hay RV >> RX Như vậy phương pháp này được sử dụng trong trường hợp điện trở cần đo RX có giá trị nhỏ hoặc volt kế có nội trở lớn 3.1.2 Mắc rẽ dài ( Ampe kế mắc sau ) Do ampe kế mắc nối tiếp với điện trở cần đo nên tổng trở được xác định theo biểu thức RX’ = RA + RX hay U = UA + URX Sai số tương đối của phép đo % = = 100% Để giảm thiểu sai số tương đối % thì RX >> RA ( nghĩa là URX >> UA ) Như vậy phương pháp này được sử dụng trong trường hợp điện trở cần đo có giá trị lớn hoặc ampe kế có nội trở nhỏ 3.1.3 Phương pháp so sánh Ở phương pháp này , người ta thường dùng cầu đo Wheatstone để xác định giá trị điện trở được chính xác hơn và thường được dùng trong phòng thí nghiệm vì những ưu điểm của nó Có hai phương pháp đo là Phương pháp cân bằng Phương pháp không cân bằng 3.2 ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG OHM KẾ 3.2.1 Sơ đồ mạch điện đo điện trở Trong đồng hồ đo vạn năng còn cò tên gọi khác là multimeter VOM , đây là loại đồng hồ dùng để đo điện áp , dòng điện và điện trở . trong trường hợp dùng Ohm kế để đo điện trở thì trạng thái đo là phần tử điện trở đo R X không có năng lượng ( đo nguội ) mạch đo sẽ sử dụng nguồn pin riêng RX R1 Rm E
Đây là mạch Ohm kế mắc nối tiếp , dòng điện qua cơ cấu chỉ thị Im Eb Im R1 điện trở chuẩn Rx R1 Rm của tầm đo. Rm điện trở nội của cơ cấu. Khi Rx  0 , Im  Imax ( dòng cực đại của cơ cấu từ điện ) Khi Rx  , Im  0 ( không có dòng qua cơ cấu ) 15 45 5 0 Thang ño khoâ ng tuyeá n tính cuû a Omh keá Ví dụ Cho mạch đo điện trở như hình vẽ . Biết rằng điện áp nguồn pin là E b = 1.5V và R1 + Rm = 15 k Imax = 100 A a. Xác định độ lệch kim của cơ cấu đo khi b. RX được nối tắt c. Xác định giá trị điện trở RX khi kim cơ cấu đo lệch ½ Dm Giải Từ sơ đồ trên , ta nhận thấy khi RX = 0 ( nối tắt ) thì dòng điện qua cơ cấu đo có giá trị lớn nhất ( Im = Imax ) Thật vậy , ta có Im = Imax = = = 100 A Im = Imax = 100 A Khi kim cơ cấu đo lệch ½ Dm , thì dòng điện qua cơ cấu đo có giá trị là Im = Imax = 50 A Từ đó ta xác định được giá trị của điện trơ ûRX là RX = ( R1 + Rm ) RX = 15 k 3.2.2 Mạch đo điện trở thực tế Trong thực tế nguồn pin Eb có thể thay đổi . Im R1 Rm Khi Rx  0 , dòng điện Im qua cơ cấu không bằng RX Imax do đó mạch đo có thể mắc thêm R2 , biến trở này I2 dùng để chỉnh điểm “0 ” cho mạch đo khi bị Eb R2 thay đổi . Như vậy, trước khi đo ta phải ngắn mạch E
AB ( nối tắt điện trở RX động tác chặp 2 que đo ) và điều chỉnh R2 ( nút Adj của đồ hồ VOM ) để cho kim chỉ thị của Ohm kế chỉ “0 ” . Theo mạch trên dòng Ib Eb Ib Rx R1 R 2 // R m Nếu R2 // Rm
3.3. ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG CẦU ĐO 3.3.1 Đo điện trở dùng cầu Wheatstone cân bằng R1 R2 I1 I2 Cầu Wheatstone được mắc như hình vẽ . A C G Trong đó RX R3 R1 , R2 , R3 là các điện trở mẫu G là điện kế chỉ thị 0 RX là điện trở cần đo Vận hành Ta chỉnh các giá trị điện trở R1 , R2 , R3 cho đến khi điện kế G chỉ zero . Khi cầu cân bằng , dòng điện qua điện kế G bằng không ( zero ) nghĩa là UC = UA Ig R1 R2 r Rg r RX R3 G UR US Ñieä n trôûr ngoõra Maïch Thevenin khi taû i laø rg cuû a ñieä n keá Hay UR1 = UR2 và URX = UR3 I1 R1 = I2 R2 và I1 RX = I2 R3 Suy ra = hay RX = Với phương pháp đo này RX sẽ được so sánh với các điện trở mẫu Ta nhận thấy , kết quả đo điện trở RX không phụ thuộc vào nguồn cung cấp cho mạch điện , đây là ưu điểm của cầu đo Wheatstone . Tuy nhiên phương pháp thao tác phức tạp vì phải điều chỉnh các điện trở mẫu nhiều lần và giá trị điện trở
cần đo RX lại phụ thuộc vào độ nhạy của điện kế G , độ nhạy của điện kế G càng cao thì sự xác định cân bằng càng đúngvà phụ thuộc vào dây nối và điện trở tiếp xúc ở các mối nối . Ngoài ra sai số của các điện trở mẫu cũng ảnh hưởng đến sai số của RX , chẳng hạn , nếu sai số của các điện trở lần lượt là R1 = R2 = ± 0.5% , R3 = ± 10% thì sai số của điện trở khi đo là R = R1,2,3 = R1 + R2 + R3 = 0.5% + 1% + 1% = ± 2.5% Với điện trở bất kỳ RX , để cầu wheatstone cân bằng , ta thay đổi tỷ số giữa R1/ R2 và thay đổi giá trị điện trở R3 , điện trở R3 có giá trị thay đổi từng cấp , mỗi cấp có giá trị 0.1( hoặc từng Ohm một như các cầu Wheatstone trong phòng thí nghiệm Ứng dụng của phương pháp dùng cầu Wheatstone là xác định chỗ chạm “ mass” của dây cáp điện U V U M R1 X Y V G LX Y R2 M Giả sử X UV là đoạn dây còn tốt E XY là đoạn dây bị chạm vỏ Các đoạn dây UV , XY có chiều dài là L và điện trở của các đoạn dây này là R Khi cầu wheatstone cân bằng , ta có = Suy ra RX = Do chiều dài dây dẫn tỷ lệ với điện trở của dây dẫn , nên ta có LX = 2L 3.3.2 Đo điện trở dùng cầu Wheatstone không cân bằng Trong công nghiệp , người ta thường dùng nguyên lý cầu Wheatstone không cân bằng nghĩa là căn R1 R2 cứ vào điện áp ra hay dòng điện ra ở ngõ ra của cầu I1 I2 Wheatstone để đo điện từ hay sai số (R của phần tử đo E G . Phương pháp này cần có nguồn cung cấp ổn định vì A C điện áp ra phụ thuộc vào nguồn cung cấp E , ngoài ra RX VR VS sai số còn phụ thuộc vào các điện trở mẫu thành phần R3 Ñieä n aù p ngoõra ñeåhôûcuû a caà u Wheatstone
của cầu Wheatstone . Còn độ nhạy của cầu lại phụ vào nguồn cung cấp E và nội trở của bộ chỉ thị . Khi tháo điện kế G ra khỏi mạch , ta có Tổng trở được xác định R = ( R1 // RX ) + ( R2 // R3 ) Điện áp ở ngõ ra của cầu UA – UC = E ( ) Như vậy mạch tương đương Thevenin của cầu được xác định . Do đó dòng điện Ig qua điện kế khi cầu không cân bằng Ig = rg là nội trở của điện kế G Ví dụ Xác định sự thay nhỏ nhất của giá trị điện trở RX mà điện kế G phát hiện được khi độ nhạy của điện kế G là 1 A / DIV ( DIV là một vạch chia của thang đo ) . Biết rằng R1 = 3.5 K , R2 = 7 K và R3 = 4 K , RX = 2 K và nội trở của điện kế G là rg = 2.5 K , sử dụng nguồn điện E = 10V Giải Theo biểu thức mạch tưong đương Thevenin UA – UC = Ig ( r + rg ) r = ( R1 // RX ) + ( R2 // R3 ) r = ( 3.5 x 2 )/ ( 3.5 + 2 ) + ( 7 x 4 ) / ( 7 + 4 ) = 3.82K Khi Ig thay đổi 1 A thì giá trị ( UA – UC ) cũng thay đổi . Sự thay đổi này được xác định ( UA – UC ) = Ig ( r + rg ) = 1 A x ( 3.82 + 2.5 ) = 6.32mA Mà ( UA – U C ) = – R 2 / ( R 2 + R 3 ) Như vậy Rmin có được khi ( UA – UC ) càng lớn , độ nhạy càng tăng thì nguồn cung cấp E phải lớn , nhưng việc tăng nguồn cung cấp chỉ có thể tăng trong phạm vi nào đó . Do đó để khắc phục hiện tượng này ta phải khuếch đại ( UA – UC ) và tổng trở Zi của mạch khuếch đại phải lớn . 3.4 ĐO ĐIỆN TRỞ ĐẤT
Cọc đo điện trở đất được làm bằng kim loại ( thường bằng đồng ) gồm một hoặc nhiều thanh dẫn điện được đóng xuống đất , khi đó chúng ta có cọc đất . Sau đó các cọc đất này được nối vào mạch đo bằng những dây dẫn điện. Điện trở đất điện trở của vùng đất cần đo tiếp xúc với cọc đất sẽ được xác định bởi điện áp rơi trên điện trở đất khi có dòng điện đi qua nó . Trong thực tế điện trở đất phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh ( nhiệt độ, độ ẩm ), thành phần của đất. Khoảng cách giữa các cọc đất để cho điện trở đất khảo sát các cọc đất không ảnh hưởng với nhau ( Nghĩa là các điện trở cọc A không bị ảnh hưởng bởi vùng đất của cọc B). Hai cọc đất cách nhau từ 10 m đến 20 m sẽ có điện trở đất không ảnh hưởng lẫn nhau . Nguồn điện áp cung cấp cho mạch đo nguồn tín hiệu cung cấp cho mạch đo là nguồn tín hiệu xoay chiều dạng sin hoặc xung vuông . Chúng ta tránh dùng nguồn DC Do ảnh hưởng của điện giải sẽ làm tăng sai số do điện thế điện cực. Nếu dùng điện lưới điện lực thì phải dùng biến áp cách ly tránh ảnh hưởng dòng trung tính và cọc đất của dây trung tính . Mạch đo được mắc như hình 220 V A A B C V RX RB RC 10 m 10 m Cọc A : cọc đo điện trở đất RX Cọc B : cọc phụ đo điện áp Cọc C : cọc phụ đo dòng điện
I I V A I IV Theo mạch tương đương của điện trở đất cọc A, B, C . Ta được : VAB = RA.I’ + RB.IV Ta có : I = I’ + IV Mà IV
V2 RA RC I2 V3 RB RC I3 Sau đó giải ba phương trình ta xác định được RA, RB, RC.