Bài giảng Chương trình đo điện tử: Chương 4 - Ngô Văn Kỳ

Bài giảng Chương trình đo điện tử - Chương 4: Đo điện dung, điện cảm và hỗ cảm, giới thiệu về cách dùng vôn kế, ampe-kế đo điện dung, điện cảm, và hỗ cảm; dùng cầu đo đo điện dung và điện cảm, cầu đo hỗ cảm. Đây là tài liệu học tập dành cho sinh viên ngành Điện - điện tử.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Chương trình đo điện tử: Chương 4 - Ngô Văn KỳCh.4:Đo điện dung, điện cảm và hỗ cảm4.1.Dùng vôn kế, ampe-kế đo điện dung, điện cảm và hỗ cảm.4.2.Dùng cầu đo đo điện dung và điện cảm.4.3.Cầu đo hỗ cảm. 4.1.Dùng vôn kế, ampe-kế đo điện dung, điện cảm và hỗ cảm4.1.1Đo điện dung: Không kể đến thành phần Rx của tụ điện, ta có: Zcx = V/I = 1/Cxω; suy ra: Cx=I/Vω.• Khi kể đến Rx, ta có: Rx= P/I2; Zcx V / I  Rx (1/ Cx)2 2• Và điện dung cần đo: 2 2 I2 C x  1 /  Z cx  Rx   V 2I 2  P2 4.1.2.Đo điện cảm• Tổng trở cuộn dây : V 2 2 2 Z   Rx  Lx 1 I• Và điện cảm L x  Z 2  Rx 2 • Rx được xác định trước, trong trường hợp Rx được xác định bởi watt kế, ta có: 1 2 2 2 Lx  2 V I P I 4.1.3.Đo hệ số hỗ cảmH.4.5 Đo M dùng vôn kế,ampe-kế H.4.6 Đo L 2 cuộn dây nối tiếp1.Cách đo 1 lần: Như hình 4.5. Ta có hỗ cảm M = V/Iω.2.Cách đo 2 lần: Lần đầu ta đo điện cảm tương đương La của 2 cuộn dây mắc nối tiếp như hình 4.6. Ta có: La = L1+L2+2M. La được xác định bởi tổng trở Za: 1 La  Z a2  ( R 1  R 2 ) 2 • Lần đo thứ 2, ta đo điện cảm tương đương Lb của 2 cuộn dây mắc ngược chiều như hình 4.7.Ta có:• Lb = L1+L2 - 2M• Lb được xác định bởi Zb: 1 Lb  Z b2  ( R1  R2 ) 2 • Từ đó ta tính hỗ cảm M: M = (La-Lb)/4 h.4.7.Đo L tương đương 2 cuộn dây mắc ngược chiều 4.1.4 Đo điện dung và điện cảm trong máy V.O.M• Có một số máy V.O.M ngoài chức năng đo điện áp, dòng điện, điện trở, còn đo điện dung, điện cảm với tầm đo hạn chế (đơn vị mH, μF) dựa trên nguyên lý đo tổng trở. Dòng điện I(trị hiệu dụng) qua G phụ thuộc vào Cx hoặc Lx và được xác định như sau:• I = VsωCx hoặc I = Vs/Lxω ; Vs: Trị hiệu dụng 4.2.Cầu đo điện dung và điện cảm4.2.1.Cầu Wheatstone AC:Khi cầu cân bằng, ta có: Z1Z3 = Z2Z4Từ phương trình này ta có: Z1 Z 3  Z 2 Z 4• Cân bằng suất: Z1 Z3  Z 2 Z 4• Cân bằng pha:Đ.s.Z1+đ.s.Z3=đ.s.Z2+đ.s.Z4Hoặc triển khai cân bằng phần thực và ảo: Hình 4.9.Cầu• Re (Z1Z3) = Re(Z2Z4) Wheatstone AC• Im (Z1Z3) = Im (Z2Z4)Thiết bị chỉ thị sự cân bằng của cầu• Tai nghe: Giá thành rẻ, tương đối nhạy, được dùng phổ biến, tuy nhiên phụ thuộc vào độ thính của từng người.• Vôn kế điện tử hoặc điện kế AC: Điện kế DC kết hợp bộ chỉnh lưu cho ta điện kế AC. Muốn tăng độ nhạy ta thêm mạch khuếch đại cho điện kế AC, thiết bị này chính xác và khách quan hơn tai nghe.• Dao động ký: Được sử dụng trong phòng thí nghiệm, cho ta kết quả chính xác hơn với mọi tín hiệu ở tần số bất kỳ cung cấp cho cầu. Các phần tử mẫu (R,C,L) của cầuH.a) Mạch tương đương của điện trở ở tần số cao.H.b) Kiểu quấn số vòng thuận nghịch kế cận bằng nhau.H.c) Kiểu quấn Curtis và Grover.• Điện trở mẫu: Điện trở dùng với tín hiệu AC có trị giá lớn hơn so với dùng DC do hiệu ứng da, hiệu ứng này phụ thuộc tần số tín hiệu, thiết diện và điện trở suất dây dẩn. Khi dùng với tín hiệu tần số cao, điện trở có mạch tương đương như hình a. Để giảm điện cảm ký sinh ta quấn dây như h.b. Để giảm điện dung ký sinh, ta quấn dây như h.c (kiểu Curtis và Grover). Tụ điệnH.a) Mạch tương đương của tụ khi δ lớn.H.b) Mạch tương đương khi δ nhỏ. H.c). Giản đồ V-I.• Dòng I qua tụ không lệch pha 900 so với áp của tụ vì có tổn hao bên trong tụ. Tổn hao này do điện môi có điện trở rỉ. Mạch tương đương của tụ được diễn tả như hình trên, tổn hao của tụ được tính :• P = VI cosφ = VIsinδ; φ =( π/2) – δ ; δ : Góc mất.• Các tụ mẫu dùng trong cầu đo có tổn hao nhỏ (tụ không khí, mica) góc mất δ cố định không phụ thuộc tần số tín hiệu. Cuộn dây H.a) Mạch tương đương cuộn dây khi Q nhỏ. H.b) Mạch tương đương ở tần số cao. H.c) Khi Q lớn• Cuộn dây có điện cảm L, điện trở R có mạch tương đương ở tần số cao như hình trên còn điện dung ký sinh giữa các vòng dây không đáng kể khi tần số tín hiệu âm tần.• Các điện cảm mẫu được chế tạo dưới dạng ống dây có kích thước xác định chính xác. Điện cảm mẫu thay đổi được nhờ 2 ống dây ghép nối tiếp và phần thay đổi được là lõi cuộn dây. 4.2.2.Cầu đơn giản đo điện dung và điện cảm H.Cầu đơn giản đo Cx H. Cầu đơn giản đo Lx• Cầu đo điện dung: Khi cầu cân bằng:• Z1Z4 = Z2Z3 ;R3/jωCx = R4/ ...