Bài giảng Chương trình đo điện tử: Chương 3 - Ngô Văn Kỳ

Bài giảng Chương trình đo điện tử - Chương 3: Đo điện trở, giới thiệu các nội dung về điện trở bằng vôn-kế và ampe-kế, đo điện trở dùng phương pháp đo điện áp bằng biến trở, mạch đo điện trở trong ohm kế, cầu Wheatstone đo điện trở, cầu đôi Kelvin, đo điện trở có trị số lớn, xác định chỗ hỏng cách điện dây dẫn bằng phương pháp mạch vòng, đo điện trở cọc đất, đo điện trở trong V.O.M điện tử.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Chương trình đo điện tử: Chương 3 - Ngô Văn Kỳ Chương 3: Đo điện trở 3.1.Đo điện trở bằng vôn-kế và ampe-kế. 3.2.Đo điện trở dùng phương pháp đo điện áp bằng biến trở. 3.3.Mạch đo điện trở trong ohm kế. 3.4.Cầu Wheatstone đo điện trở. 3.5.Cầu đôi Kelvin. 3.6.Đo điện trở có trị số lớn. 3.7.Xác định chỗ hỏng cách điện dây dẫn bằng phương pháp mạch vòng. 3.8.Đo điện trở cọc đất. 3.9.Đo điện trở trong V.O.M. điện tử 3.1.Đo điện trở bằng vôn-kế ampe-kế Hình a: Cách mắc rẻ dài. Hình b: Cách mắc rẻ ngắn. • Rẻ dài: Trị số đo R’x = V/I = Rx+Ra..Để kết quả đo chính xác: Rx » Ra.(nội trở ampe-kế). • Rẻ ngắn: Trị số đo R’x = V/I = Rx//Rg . Để kết quả đo chính xác: Rx « Rg (nội trở vôn kế ). 3.2.Đo điện trở dùng phương pháp đo điện áp bằng biến trở • Nguồn E cung cấp dòng I , điện áp rơi trên Rx là VRx, trên điện trở mẫu Rs là Vs , ta có: • VRx/Vs = RxI/RsI, suy ra: Rx = Rs.VRx/Vs. • VRx và Vs được đo bằng phương pháp biến trở. • Phương pháp này không phụ thuộc vào dòng I. 3.3.Mạch đo điện trở trong ohm kế • Có 2 loại ohm kế: Nối tiếp và song song. 3.3.1.Ohm kế nối tiếp: Mạch đo như hình a. Dòng điện qua cơ cấu chỉ thị Im = Eb/(Rx+R1+Rm). • Khi Rx → 0Ω, Im → Imax(dòng cực đại cơ cấu đo). • Khi Rx → ∞Ω , Im → 0 (không có dòng qua cơ cấu đo). • khi Rx = R1+Rm, Im = Imax/2 (kim ở vị trí giữa thang đo). • Thang đo không tuyến tính như hình b . 3.3.2.Ohm kế nối tiếp thực tế • Thực tế nguồn Eb có thể thay đổi,khi Rx →0, Im qua cơ cấu không bằng Imax nên mạch đo mắc thêm R2. • Theo mạch trên ta có: Ib = Eb/(Rx+R1+R2//Rm). • Nếu R2//RmH.3.6a.Mặt ngoài ohm kế. H.3.6b.Mạch đo điện trở có nhiều tầm • Để thay đổi tầm đo ta thay đổi điện trở tầm đo kết hợp thay đổi nguồn pin cung cấp. • Khi thay đổi tầm đo (X1, X10 hoặc X100….) dòng điện qua cơ cấu đo vẫn bằng nhau nhưng trị số đọc trên thang đo được nhân với giá trị tầm đo. 3.3.3.Độ chính xác của ohm kế • Do mạch đo điện trở không tuyến tính theo thang đo, nên sai số tăng nhiều ở khoảng đo phi tuyến.Thang đo có sai số cho phép trong khoảng từ 10% đến 90% khoảng hoạt động với điều kiện chỉnh “0” trước khi đo. • Việc đo sẽ trở nên không chính xác khi nguồn pin cung cấp giảm nhiều (khi đó không chỉnh được “0” trước khi đo) cần phải thay nguồn pin mới. • Để có độ chính xác cao, nên chọn tầm đo cho điện trở ở khoảng ½ thang đo, vì tại đó sai số được chứng minh là nhỏ nhất. 3.3.4.Ohm kế song song • Theo mạch trên ta có: Ib = Eb/(R1+Rm//Rx). • Dòng qua cơ cấu đo: Im = Ib(Rm//Rx)/Rm = f(Rx). • Khi Rx → 0Ω; Im→ 0 (không có dòng qua cơ cấu đo). • Khi Rx → ∞Ω; Im → Imax (dòng cực đại cơ cấu đo). • Thang đo điện trở không tuyến tính. 3.4.Cầu Wheatstone DC • Có 2 loại cầu : cầu cân bằng và cầu không cân bằng. 3.4.1.Cầu Wheatstone cân bằng: Như hình trên. a.Nguyên lý: P,Q: điện trở mẫu có trị giá:1, 10, 100Ω. S: Biến trở mẫu thay đổi từ 0 đến 1KΩ. G: Điện kế chỉ cầu cân bằng có kim chỉ “0” ở giữa. • Khi cầu cân bằng: R/P = S/Q hay R = SP/Q b.Độ nhạy và sai số của cầu • Độ nhạy Ѕ:∆θ/ ∆R = (∆θ/∆Ig).(∆Ig/∆R). Trong đó ∆θ: Độ lệch của điện kế, ∆R: Độ thay đổi của điện trở cần đo, ∆Ig : Dòng đi qua điện kế khi cầu mất cân bằng. • Si = ∆θ/∆Ig : Độ nhạy dòng của điện kế. • Sr= ∆Ig/∆R = f(E,S,P,Q):Độ nhạy riêng của cầu. • Muốn Sr lớn E phải đủ lớn (6v, 12v) và P/Q phải chọn thích hợp. • Sai số : ∆R/R = ∆S/S + ∆P/P + ∆Q/Q. • Kết quả đo không phụ thuộc vào nguồn E nhưng muốn việc đo chính xác ta cần cầu có độ nhạy cao và các điện trở mẫu có sai số bé. c.Tầm đo của cầu Wheatstone • Để kết quả đo chính xác thì giá trị đo phải lớn hơn điện trở tiếp xúc và dây nối.Như hình trên do ảnh hưởng của dây nối có điện trở nối giữa S và Q khi đó điện kế G được xem như nối ở a hoặc b, do đó: R = (S+Y)P/Q hoặc R = SP/(Q+Y). • Thực tế cầu đo được điện trở chính xác nhỏ nhất cở 5Ω, cầu cũng đo điện trở nhỏ đến 10-2Ω, điện trở lớn cở vài MΩ đến vài trăm MΩ (cách đo đặc biệt). 3.4.2.Cầu Wheatstone không cân bằng • Trong công nghiệp người ta thường sử dụng cầu không cân bằng nhờ đo điện áp ra hoặc dòng điện ra. • Điện áp ra của cầu: VR – VS = Eb(R/(R+P)-S/(Q+S)). • Tổng trở ngõ ra của cầu: r = (P//R)+(Q//S). • Dòng điện ra của cầu: Ig = (VR-VS)/(r+rg). • rg: nội trở của điện kế. 3.5.Cầu đôi Kelvin • Cầu đo điện trở nhỏ chính xác đến 10-4Ω. • Q: điện trở cần đo; S: điện trở mẫu có trị giá 10-2 đến 10-3Ω; r, R có trị giá 1,10,100Ω; p, P có trị giá từ 0 đến 1KΩ. • Khi đo chọn P/r = p/R (P = p và R = r). Khi cầu cân bằng điện trở dây nối Y được loại bỏ ra kết quả đo: Q = SP/R = Sp/r. • Điện trở 4 đầu:Thực tế cầu đôi Kelvin dùng điện trở mẫu S có 4 đầu để tránh sai số do sự tiếp Đầu dòng xúc của đầu điện trở với dây dẩn điện có dòng điện lớn đi qua, do sự xuất hiện hiệu ứng nhiệt điện có thể có.Hai đầu dòng điện có diện tích lớn, còn 2 đầu nhỏ gọi Đầu thếá là đầu thế, giá trị điện trở được tính ở 2 đầu này và không có điện áp rơi trên đầu thế này do Đầu dòng hiệu ứng nhiệt điện. • Độ nhạy và sai số: Tương tự như cầu Wheatstone. Muốn kết quả đo chính xác cầu phải có độ nhạy lớn, sai số điện trở mẫu Đầu thếá nhỏ và loại bỏ hiệu ứng nhiệt điện ra khoải kết quả đo. Cách Hình 3.11.Điện trở 4 đầu loại bỏ hiệu ứng nhiệt điện? 3.6.Đo điện trở có trị số lớn • Ta đề cập đến phương pháp đo điện trở lớn (vào khoảng vài megohm trở lên) dùng vôn kế + microampe-kế, cầu wheatstone và megohm-kế chuyên dụng. Khi đo điện trở lớn như đo điện trở cách điện của vật liệu hay thiết bị thông thường sẽ có 2 phần tử điện trở: • Điện trở khối và điện trở rỉ bề mặt. • Hai phần tử điện trở này mắc song song với nhau, như vậy điện trở rỉ ảnh hưởng đến điện trở khối cần đo. • Thông thường điện trở cách điện của thiết bị phải đạt trị giá tối thiểu là 1 megohm đối với điện áp sử dụng là 10 ...