Hà nội 6/ 2005
Đỗ Lơng Hùng
Phạm Thanh Huyền
Đào Thanh Toản
Bài giảng
kỹ thuật đo lờng điện tử
Chuyên ngành: KTVT, KTTT, ĐKH-THGT
+
-BomonKTDT-ĐHGTVT 2
Lời nói đầu:
Kỹ thuật Đo lờng Điện tử là môn học nghiên cứu các phơng pháp đo các
đại lợng vật lý: đại lợng điện: điện áp, dòng điện, công suất, và đại lợng
không điện: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc
Bài giảng Kỹ thuật Đo lờng Điện tử đợc biên soạn dựa trên các giáo trình
I. Định nghĩa và khái niệm cHung về đo lờng
1. Định nghĩa về đo lờng, đo lờng học và KTĐL
a. Đo lờng
Đo lờng là một quá trình đánh giá định lợng về đại lợng cần đo để có đợc
kết quả bằng số so với đơn vị đo.
Kết quả đo đợc biểu diễn dới dạng:
XoAX
Xo
X
A .==
trong đó: A: con số kết quả đo
X: đại lợng cần đo
Xo: đơn vị đo
b. Đo lờng học
Đo lờng học là ngành khoa học chuyên nghiên cứu để đo các đại lợng khác
nhau, nghiên cứu mẫu và đơn vị đo.
c. Kỹ thuật đo lờng (KTĐL)
KTĐL là ngành kỹ thuật chuyên môn nghiên cứu để áp dụng kết quả của đo
lờng học vào phục vụ sản xuất và đời sống xã hội.
2. Phân loại cách thực hiện phép đo
a. Đo trực tiếp là cách đo mà kết quả nhận đợc trực tiếp từ một phép đo duy nhất.
Nghĩa là, kết quả đo đợc chính là trị số của đại lợng cần đo mà không phải tính
toán thông qua bất kỳ một biểu thức nào.
Nếu không tính đến sai số thì trị số đúng của đại lợng cần đo X sẽ bằng kết
quả đo đợc A.
Phơng pháp đo trực tiếp có u điểm là đơn giản, nhanh chóng và loại bỏ
đợc sai số do tính toán.
ví dụ: Vônmet đo điện áp, ampemet đo cờng độ dòng điện, oatmet đo công suất .
b. Đo gián tiếp là cách đo mà kết quả đo suy ra từ sự phối hợp kết quả của nhiều
phép đo dùng cách đo trực tiếp. Nghĩa là, kết quả đo không phải là trị số của đại
vật lý có thể có nhiều thông số nhng trong mỗi trờng hợp cụ thể ngời ta chỉ quan
tâm đến một hoặc một vài thông số nhất định.
ví dụ: để xác định độ rung có thể xác định thông qua một trong các thông số nh:
biên độ rung, gia tốc rung, tốc độ rung
Có nhiều cách để phân loại đại lợng đo, dới đây là một số cách thông dụng.
* Phân loại theo tính chất thay đổi của đại lợng đo:
Có hai loại đại lợng đo là:
+ Đại lợng đo tiền định là đại lợng đo đã biết trớc quy luật thay đổi theo
thời gian của chúng.
+ Đại lợng đo ngẫu nhiên là đại lợng đo mà sự thay đổi theo thời gian
không theo một quy luật nhất định nào. Nếu ta lấy bất kỳ giá trị nào của tín hiệu ta
đều nhận đợc đại lợng ngẫu nhiên.
Chú ý: Trên thực tế, đa số các đại lợng đo đều là ngẫu nhiên. Tuy nhiên, có thể giả
thiết rằng trong suốt thời gian tiến hành phép đo đại lợng đo phải không đổi hoặc
thay đổi theo quy luật đã biết trớc, nghĩa là tín hiệu ở dạng biến đổi chậm. Còn khi
đại lợng đo ngẫu nhiên có tần số thay đổi nhanh thì cần sử dụng phơng pháp đo
lờng thống kê.
* Phân loại theo cách biến đổi tín hiệu đo
Có hai loại tín hiệu đo là tín hiệu đo liên tục hay tơng tự và tín hiệu đo rời
rạc hay số. Khi đó ứng với 2 loại tín hiệu đo này có hai loại dụng cụ đo là dụng cụ
đo tơng tự và dụng cụ đo số.
* Phân loại theo bản chất của đại lợng đo
+ Đại lợng đo năng lợng là đại lợng mà bản thân nó mang năng lợng.
ví dụ: điện áp, dòng điện, sức điện động, công suất
+ Đại lợng đo thông số là đại lợng đo các thông số của mạch
ví dụ: điện trở, điện dung, điện cảm
+ Đại lợng phụ thuộc vào thời gian
ví dụ: tần số, góc pha, chu kỳ
+ Đại lợng không điện. Để đo các đại lợng này bằng phơng pháp điện cần
biến đổi chúng thành các đại lợng điện
Đơn vị chiều dài met m
Đơn vị khối lợng kilogram kg
Đơn vị thời gian second s
Đơn vị cờng độ dòng điện Ampe A
Đơn vị nhiệt độ Kelvin K
Đơn vị cờng độ sáng Candela Cd
Đơn vị số lợng vật chất mol mol
Các đơn vị khác đợc định nghĩa thông qua các đơn vị cơ bản gọi là các đơn
vị dẫn xuất. (xem chi tiết trong Nghị định của chính phủ số 65/2001 NĐ-CP về việc
Ban hành hệ thống đơn vị đo lờng hợp pháp của nớc Cộng hoà xã hội chủ nghĩa
Việt Nam)
Dới đây là một số đơn vị dẫn xuất điện và từ
Đơn vị
Đại lợng
Tên Ký hiệu
Công suất oát W
Điện tích, điện lợng culông C
Hiệu điện thế, điện thế, điện áp, suất điện
động
von V
Điện dung fara F
Điện trở ôm
Điện dẫn simen S
Độ tự cảm Henry H
Thông lợng từ (từ thông) vebe Wb
Mật độ từ thông, cảm ứng từ tesla T
mega M 10
6
kilo k 10
3
hecto h 10
2
deka da 10
deci d 10
-1
centi c 10
-2
milli m 10
-3
micro
à
10
-6
nano n 10
-9
pico p 10
-12
III. Các phơng pháp đo
1. Phơng pháp đo biến đổi thẳng
Là phơng pháp đo có cấu trúc kiểu biến đổi thẳng, không có khâu phản hồi.
Quá trình đo là quá trình biến đổi thẳng. Thiết bị đo gọi là thiết bị biến đổi thẳng.
BomonKTDT-ĐHGTVT 8
BĐ là bộ biến đổi; SS là bộ so sánh;
A/D là bộ chuyển đổi tơng tự / số; CT là cơ cấu chỉ thị.
Đại lợng cần đo X đợc đa qua các khâu biến đổi và thành con số Nx. Đơn
vị đo Xo cũng đợc biến đổi thành No sau đó so sánh giữa đại lợng cần đo với đơn
vị đo qua bộ so sánh. Kết quả đo đợc thể hiện bởi phép chia Nx/No
Kết qủa đo: Xo
No
Nx
X .=
k
và độ nhạy của
thiết bị chỉ thị cân bằng (thờng là thiết bị chỉ thị 0)
Các dụng cụ đo theo phơng pháp so sánh cân bằng thờng là các cầu đo và
điện thế kế cân bằng.
b. So sánh không cân bằng
Nếu X
k
là đại lợng không đổi, khi đó ta có: X = X
k
+
X
Nghĩa là kết qủa đo đợc đánh giá thông qua
X với X
k
là đại lợng mẫu đã
biết trớc. Phơng pháp này đợc sử dụng để đo các đại lợng không điện nh nhiệt
độ, áp suất .
c. So sánh không đồng thời
SS BĐ A/D CT
D/A
X
N
k
X
k
BĐ A/D SS
sẽ xác định đợc giá trị của X.
3. Các thao tác cơ bản khi tiến hành phép đo
1) Thao tác tạo mẫu: là quá trình lập đơn vị tạo ra mẫu biến đổi hoặc khắc trên
thang đo của thiết bị đo.
2) Thao tác biến đổi: là quá trình biến đổi đại lợng đo (hay đại lợng mẫu)
thành những đại lợng khác tiện cho việc đo hay xử lý, thực hiện các thuật toán, tạo
ra các mạch đo và gia công kết quả đo
3) Thao tác so sánh: là quá trình so sánh đại lợng đo với mẫu hay giữa con số
tỉ lệ với đại lợng đo và con số tỉ lệ với mẫu.
4) Thao tác thể hiện kết quả đo: là quá trình chỉ thị kết quả đo dới dạng
tơng tự hoặc con số, có thể ghi lại kết qủa đo trên giấy hay bộ nhớ.
5) Thao tác gia công kết quả đo: là quá trình xử lý kết qủa đo bằng tay hoặc
máy tính.
IV. Phân loại thiết bị đo
Thiết bị đo là sự thể hiện phơng pháp đo bằng các khâu chức năng cụ thể.
Thiết bị đo gồm các loại sau:
1. Mẫu
Là thiết bị để khôi phục một đại lợng vật lý nhất định. Những dụng cụ mẫu
phải đạt độ chính xác rất cao từ 0,001% đến 0,1% tuỳ theo từng cấp chính xác và
từng loại thiết bị. Mẫu đợc sử dụng để chuẩn hoá lại các dụng cụ đo lờng.
* Chuẩn hoá thiết bị đo lờng:
Yêu cầu chuẩn hoá thiết bị đo lờng là rất quan trọng và cần thiết vì mỗi quốc
gia có tập quán sử dụng các đơn vị đo lờng riêng và có rất nhiều công ty sản xuất
các thiết bị đo lờng. Hơn nữa, việc sử dụng các đơn vị đo lờng khác nhau, kiểu
mẫu khác nhau sẽ đem lại những bất tiện không thể tránh khỏi cho ngời dùng.
Ngoài ra, vì mục đích sử dụng của các thiết bị đo lờng rất khác nhau nên ngoài
việc quy ớc sử dụng một hệ thống quốc tế chung (hệ SI) thì độ chính xác của các
thiết bị cũng đợc quy định một cách chặt chẽ. Nếu lấy tiêu chí là độ chính xác thì
4. Khối lợng riêng
5. Dung tích
6. Độ nhớt
7. pH
8. Lực
9. Độ cứng
10. áp suất
11. Điện áp DC
12. Dòng DC
13. Điện trở
14. Điện dung
15. Điện cảm
16. Công suất
17. Điện năng
18. Điện áp cao tần
19. Công suất cao tần
20. Mức
21. Độ suy giảm
22. Thời gian
23. Tần số
24. Nhiệt độ
Tại Cục Tiêu chuẩn - Đo lờng - Chất lợng Bộ Quốc Phòng có 2 đại lợng
chuẩn:
1. Cờng độ sáng 2. Quang thông.
Tại Viện năng lợng nguyên tử Việt Nam có 2 đại lợng chuẩn:
1. Hoạt độ phóng xạ 2. Liều lợng phóng xạ.
Cơ quan quản lý Nhà nớc về đo lờng các cấp có trách nghiệm tổ chức xây
dựng các cấp có trách nhiệm tổ chức xây dựng các cơ sở có đủ điều kiện thực hiện
việc kiểm định, ta đã có các đơn vị kiểm định từ Trung ơng đến địa phơng bao
gồm các cơ sở kiểm định thuộc các cơ quan quản lý nhà nớc về đo lờng và các cơ
* Chuyển đổi từ đại lợng không điện thành đại lợng điện
* Chuyển đổi từ đại lợng điện thành đại lợng điện khác
4. Hệ thống thông tin đo lờng
Là tổ hợp các thiết bị đo và những thiết bị phụ trợ để tự động thu thập kết qủa
từ nhiều nguồn khác nhau, truyền thông tin đo lờng để phục vụ việc đo và điều
khiển. Có thể phân thành nhiều nhóm nh sau:
* Hệ thống đo lờng: đo và ghi lại kết quả đo
* Hệ thống kiểm tra tự động: kiểm tra đại lợng đo
* Hệ thống chẩn đoán kỹ thuật
* Hệ thống nhận dạng: kết hợp giữa việc đo và kiểm tra để phân loại
* Tổ hợp đo lờng tính toán
V. Định giá sai số trong đo lờng
1. Nguyên nhân và phân loại sai số
a. Nguyên nhân gây sai số
Đo lờng là một phơng pháp vật lý thực nghiệm nhằm mục đích thu đợc
những tin tức về đặc tính số lợng của một quá trình cần nghiên cứu. Nó đợc thực
hiện bằng cách so sánh một đại lợng cần đo với đại lợng đo tiêu chuẩn. Kết quả
đo có thể biểu thị bằng số hay biểu đồ. Tuy nhiên, kết qủa đo đợc chỉ là một trị số
gần đúng, nghĩa là phép đo có sai số. Vấn đề là cần đánh giá đợc độ chính xác của
phép đo. Khi tính toán sai số cần tính tới trờng hợp các sai số kết hợp với nhau
theo hớng bất lợi nhất với các nguyên nhân:
* Nguyên nhân chủ quan: do lựa chọn phơng pháp đo và dụng cụ đo không
hợp lý, trình độ của ngời sử dụng thiết bị đo không tốt, thao tác không thành thạo
* Nguyên nhân khách quan: do dụng cụ đo không hoàn hảo, đại lợng đo bị
can nhiễu do môi trờng bên ngoài nh nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn, áp suất
b. Phân loại sai số
* Phân loại theo nguyên nhân gây ra sai số:
+ Sai số chủ quan
+ Sai số tơng đối là tỷ số của sai số tuyệt đối và trị số thực của đại lợng đo.
Sai số tơng đối biểu thị đầy đủ hơn sai số tuyệt đối.
%100.
X
X
X
=
sai số tơng đối chân thực
%100.
a
X
X
=
sai số tơng đối danh định
Cấp chính xác của dụng cụ đo: là giá trị sai số cực đại mà dụng cụ đo mắc
phải. Ngời ta quy định cấp chính xác của dụng cụ đo đúng bằng sai số tơng đối
quy đổi của dụng cụ đo và đợc nhà nớc quy định cụ thể. (đôi khi ngời ta còn gọi
đây là sai số tơng đối chiết hợp, nó đợc ghi trực tiếp lên mặt dụng cụ đo).
%100.
X
m
Xm
%
=
x
.
Lập tỉ số:
n
n
n
n
2
2
1
1
=
=
.
gọi là tần suất các lần đo có
sai số ngẫu nhiên nằm trong
khoảng tơng ứng.
Biểu đồ phân bố tần suất
nh hình bên
x
e
h
với h là tham số
về độ chính xác
Nhận xét:
+ Hàm phân bố tiêu chuẩn sai số có dạng hình chuông đối xứng qua trục tung,
h càng lớn đờng cong càng cao và càng hẹp, tức là độ chính xác càng cao.
+ Xác suất xuất hiện các sai số có giá trị bé lớn hơn xác suất xuất hiện các sai
số có giá trị lớn
+ Xác suất xuất hiện không phụ thuộc vào dấu, tức là các sai số có giá trị
tuyệt đối nh nhau sẽ có xác suất xuất hiện nh nhau.
+ Khi biết p(x) thì có thể xác định đợc xác suất xuất hiện sai số trong một
khoảng bất kỳ nh sau:
dxe
h
dxxpxxxp
x
x
xh
x
x
==
h1
h2
h3
h1 > h2 > h3 BomonKTDT-ĐHGTVT 14
4. Sai số trung bình bình phơng và sai số trung bình
a. Sai số trung bình bình phơng
n
x
n
i
i
=
=
1
2
với x
i
là sai số của phép đo thứ i
khi đó p(x) =
%7,99)3,3(
%95)2,2(
%3,68),(
p
p
p
b. Sai số trung bình d
d là trị số trung bình cộng của tất cả các trị số tuyệt đối của các sai số của
phép đo.
21
1
===
=
h
n
x
d
n
+=
=
ví dụ:
E1 = 100V 2V = 100V
2%
E2 = 80V 4V = 80V
5%
E1 + E2 = 180V 6V = 180V
3,3%
x
p(
x
)
Chơng 1. Khái niệm cơ bản trong KTĐL
15
E1 E2 = 20V 6V = 20V
30%
từ đó ta thấy sai số % trong hiệu của các đại lợng rất lớn nên cần tránh các
V
V
VV
VVVV
E
=
+
=
Nhận xét: sai số tơng đối của tích hai đại lợng bằng tổng sai số tơng đối của
từng thành phần.
Trờng hợp riêng, khi nâng lên luỹ thừa
EE
.)( =
d. Thơng của hai đại lợng
)(
21
2
1
22
11
VVE
==
=
kR
kR
Khi nhiệt độ tăng 1
0
C R tăng một lợng: = 63,0
10
500.10.26,1
6
3
Vậy giá trị Rmax = 1,26 + 0,63.(75-25).10
-3
= 1,2915k
2. Một nguồn 12V đợc mắc với một điện trở 470
10%. Điện áp của
nguồn đợc đo bằng một vôn kế có khoảng đo 25V và độ chính xác là 3%.
Tính công suất của điện trở và sai số của phép đo
Ta có:
R
U
P
2
Vậy: %5,22
470
12
2
=P
3. Một Vôn kế có thang đo 30V và độ chính xác 4%, ampe kế có thang đo
100mA và độ chính xác 1% đợc sử dụng để đo điện áp và dòng điện qua điện trở R.
Kết quả đo là 25V và 90mA. Hãy tính giá trị R và Pmin và Pmax
WWWIUP
mAmAmAImAmAI
VVVUVVU
13,025,2%9,525,2)%1,18,4(09,0.25.
%9,578,277)%1,18,4(
09,0
25
I
U
R
%1,1901901%1.100
%8,4252,1252,1%4.30
==+==
=+==
====
=
=
==
toán và thực hiện phép tính trên sơ đồ mạch. Đó có thể là mạch điện tử thông
thờng hoặc bộ vi xử lý để nâng cao đặc tính của dụng cụ đo
+ CT - Cơ cấu chỉ thị: là khâu cuối cùng của dụng cụ đo để hiển thị kết quả đo
dới dạng con số so với đơn vị đo. Có 3 cách hiển thị kết quả đo:
. Chỉ thị bằng kim trên vạch chia độ
. Chỉ thị bằng thiết bị tự ghi (màn hình, giấy từ, băng đĩa từ )
. Chỉ thị bằng số
2. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo biến đổi thẳng
Dụng cụ đo sử dụng phơng pháp đo biến đổi thẳng có cấu trúc nh sau:
CĐ: bộ chuyển đổi CT: cơ cấu chỉ thị
X: đại lợng cần đo Yi: đại lợng trung gian (cho tiện quan sát và
chỉ thị)
3. Sơ đồ cấu trúc của dụng cụ đo kiểu so sánh
Dụng cụ đo theo phơng pháp so sánh có sơ đồ cấu trúc nh sau:
CĐ: bộ chuyển đổi CĐN: bộ chuyển đổi ngợc
CT: cơ cấu chỉ thị SS: bộ so sánh
X
X
= 0 thì
dụng cụ đo gọi là dụng cụ đo so sánh cân bằng.
+ Nếu qúa trình hồi tiếp đa Xk về so sánh và cho
X
0
thì dụng cụ đo gọi
là dụng cụ đo so sánh không cân bằng.
II. Các cơ cấu chỉ thị
Đây là khâu hiển thị kết quả đo dới dạng con số so với đơn vị của đại lợng
cần đo. Có 3 kiểu chỉ thị cơ bản là chỉ thị bằng kim chỉ (còn gọi là cơ cấu đo độ lệch
hay cơ cấu cơ điện); chỉ thị kiểu tự ghi (ghi trên giấy, băng đĩa từ, màn hình ) và
chỉ thị số. Dới đây ta sẽ xem xét những cơ cấu điển hình nhất cho mỗi kiểu thị trên.
1. Cơ cấu chỉ thị cơ điện
Với loại chỉ thị cơ điện, tín hiệu vào là dòng điện hoặc điện áp, còn tín hiệu ra
là góc quay của phần động (có gắn kim chỉ). Những dụng cụ này là loại dụng cụ đo
biến đổi thẳng. Đại lợng cần đo nh dòng điện, điện áp, điện trở, tần số hay góc
pha đợc biến đổi thành góc quay của phần động, nghĩa là biến đổi năng lợng
điện từ thành năng lợng cơ học:
)(XF=
với X là đại lợng điện,
là góc quay (hay góc lệch)
Nguyên tắc làm việc của các chỉ thị cơ điện:
Chỉ thị cơ điện bao giờ cũng gồm hai phần cơ bản là phần tĩnh và phần động.
1
d
dWe
===Phơng trình trên đợc gọi là phơng trình đặc tính của thang đo, từ phơng
trình này ta biết đợc đặc tính của thang đo và tính chất của cơ cấu chỉ thị.
Chơng 2. Cấu trúc và các phần tử chức năng
19
Những bộ phận chính của cơ cấu chỉ thị cơ điện
+ Trục và trụ: là bộ phận đảm bảo cho phần động quay trên trục nh khung
dây, kim chỉ, lò xo cản Trục thờng đợc làm bằng loại thép cứng pha irini hặc
osimi, còn trụ đỡ làm bằng đá cứng.
+ Lò xo phản kháng hay lò xo cản là chi tiết thực hiện nhiệm vụ là tạo ra
momen cản, đa kim chỉ thị về vị trí 0 khi
cha đại lợng cần đo vào và dẫn dòng điện
vào khung dây (trong trờng hợp cơ cấu chỉ
thị từ điện hoặc điện động). Lò xo đợc chế
tạo dạng xoắn ốc bằng đồng berili hoặc đồng
phốt pho để có độ đàn hồi tốt và dễ hàn.
Thông thờng sẽ có hai lò xo đối xứng ở hai
đầu khung dây, chúng có kích thớc rất mảnh
nên rất dễ hỏng.
Lò xo
Lò xo
Lò xo
Khun
g
dâ
y
Thang
đo
Kim chỉ
Gơn
gBomonKTDT-ĐHGTVT 20
Phần tĩnh: Nam châm vĩnh cữu (nam châm hình móng ngựa), lõi sắt, cực từ
(bằng sắt non). Giữa cực từ và lõi sắt có khe hở không khí rất hẹp.
Phần động: Khung dây đợc quấn bằng dây đồng. Khung dây gắn trên trục,
nó quay trong khe hở không khí.
==
với B là độ từ cảm của nam
châm
S là diện tích của khung dây
W là số vòng dây của khung
dây D. Mc :cóta mà
=
== IWSB
d
IWSBd
Mq
) (
IKIWSB
D
M
q
M
c
1
==
chiều và đa vào cơ cấu theo một chiều nhất định
Cơ cấu chỉ thị từ điện có độ nhạy khá cao, thang đo đều nên đợc ứng dụng để
chế tạo Vônmet, Ampemet, Ohmmet nhiều thang đo với dải đo rộng.
b. Cơ cấu chỉ thị điện từ
Dụng cụ đo điện từ hoạt động dựa trên nguyên tắc khi hai chi tiết bằng sắt kề
nhau bị từ hoá bởi dòng điện chạy qua một cuộn dây thì xuất hiện một lực đẩy giữa
các cực cùng cực tính (N hoặc S).
Cấu tạo của một cơ cấu chỉ thị điện từ đợc cho ở hình dới đây (bên trái là
hình chiếu đứng, bên phải là
hình chiếu xiên)
Phần tĩnh: Cuộn dây bên
trong có khe hở không khí,
một lá thép cố định nằm trong
lòng cuộn dây, gọi là lá tĩnh.
Phần động: lá thép có
khả năng di chuyển tơng đối
với lá tĩnh trong khe hở không
khí, gọi là lá động.
Dòng điện chạy qua
cuộn dây bao quanh phần động
sẽ từ hoá các lá thép với cùng
một cực do đó chúng đẩy nhau.
Lực đẩy tổng hợp sẽ làm cho
lá động dịch ra xa khỏi lá tĩnh, đây chính là lực làm lệch. Kim chỉ gắn với trục quay
khi đó sẽ bị lệch một góc tơng ứng.
Lò xo dây quấn tạo ra momen cản hay lực điều khiển để dừng kim chỉ.
Momen quay do từ trờng của nam châm điện tạo ra đợc tính bằng:
d
Mc = Mq
d
dL
I
D
d
dL
ID
2
2
.2
1
2
1
.
=
=
Vậy, độ lệch
không phụ thuộc vào chiều của I, thang đo không đều vì tỉ lệ
với I
2
.
bên ngoài.
Kim chỉ thị đợc gắn
trên trục quay của phần động.
Lò xo tạo momen cản và
các chi tiết phụ trợ khác.
Hoạt động:
I
1
I
2
Chơng 2. Cấu trúc và các phần tử chức năng
23
Khi cho dòng điện vào các cuộn dây thì từ trờng của 2 cuộn dây tơng tác với nhau
khiến cho cuộn động di chuyển và kim bị lệch đi khỏi vị trí zero. Các lò xo xoắn tạo ra lực
điều khiển và đóng vai trò dẫn dòng vào cuộn động.
Việc tạo ra sự cân bằng của hệ thống động (điều chỉnh zero) đợc thực hiện nhờ điều
chỉnh vị trí lò xo .
Dụng cụ đo kiểu điện động thờng làm nhụt bằng không khí vì nó không thể làm
nhụt bằng dòng xoáy nh dụng cụ đo kiểu từ điện.
Do không có lõi sắt trong dụng cụ điện động nên môi trờng dẫn từ hoàn toàn là
không khí do đó cảm ứng từ nhỏ hơn rất nhiều so với ở dụng cụ từ điện. Điều này đồng
nghĩa với việc để tạo ra momen quay đủ lớn để quay phần động thì dòng điện chạy trong
cuộn động cũng phải khá lớn. Nh vậy, độ nhạy của dụng cụ đo điện động nhỏ hơn rất
nhiều so với dụng cụ đo từ điện.
Momen quay do 2 từ trờng tơng tác nhau đợc tính bằng:
=
Vậy độ lệch của kim chỉ thị đợc tính theo biểu thức:
d
dM
II
D
12
21
1
=
Nếu mắc các cuộn dây nối tiếp nhau, nghĩa là I
1
= I
2
2
.IC=
với C là hằng số.
Trong trờng hợp này cần chú ý rằng để có lực đẩy làm quay phần động thì chiều quấn dây
trên phần động phải ngợc với chiều quấn dây trên hai phần của cuộn kích.
Vì góc lệch không tỉ lệ tuyến tính với dòng cần đo nên thang đo của cơ cấu điện động
là thang đo không đều.
Cơ cấu điện động có thể đợc sử dụng để đo dòng xoay chiều và một chiều. Tuy
nhiên nó có độ nhạy kém và tiêu thụ công suất khá lớn.
2. Cơ cấu chỉ thị tự ghi
Anot gồm 3 anot A1, A2 và A3. A1 có dạng hình trụ, một đầu hở và một đầu
kín có lỗ ở giữa cho electron đi qua. A1 tiếp đất nên có thế dơng hơn katot,
electron đợc gia tốc từ katot qua lới và anot để đến màn hình. Các anot này đợc
gọi là các điện cực điều tiêu hay thấu kính điện tử. Vì các electron cùng mang điện
tích âm nên chúng có xu hớng đẩy nhau, nghĩa là chùm tia điện tử sẽ loe rộng ra
và khi đập vào màn huỳnh quang sẽ tạo ra một vùng sáng, nghĩa là hình ảnh hiển thị
bị nhoè. Nhờ có các điện cực điều tiêu, chùm electron sẽ bị hội tụ lại làm cho các
electron hớng tới 1 điểm nhỏ trên màn hình, tức là hình ảnh hiển thị đợc rõ nét.
A2 có thế 2kV để tạo ra các đờng đẳng thế làm cho electron chuyển động qua
anot có tốc độ ổn định.
Phần 3 cực trên đôi khi còn đợc gọi là súng điện tử.
+ Hệ thống làm lệch (hay còn gọi là lái tia)
Khi các tấm làm lệch ngang và đứng đợc tiếp đất hoặc không nối thì chùm
electron có thể đi qua chúng và đập vào tâm màn hình.
Khi đặt điện áp lên các tấm làm lệch thì các electron sẽ bị hút vào tấm có thế
dơng và bị đẩy ra xa khỏi tấm có thế âm. Để tác dụng của các điện áp làm lệch + /
- gây ra những khoảng lệch nh nhau thì thế +E/2 phải đa vào một tấm và thế E/2
đi vào tấm còn lại (với E là thế chênh lệch giữa hai tấm).
. Điện áp cần thiết để tạo ra 1 vạch chia độ lệch ở màn hình đợc gọi là
hệ số
làm lệch đứng của ống, đơn vị là V/cm
. Độ lệch do 1V tạo ra trên màn hình gọi là
độ nhạy lái tia, đơn vị là cm/V
Ngoài ra, để tránh ảnh hởng của điện trờng giữa các cặp lái tia ngời ta đôi
khi còn sử dụng một màn chắn cách điện giữa cặp lái tia ngang và cặp lái tia đứng.
+ Màn hình của CRT đợc mạ một lớp Photpho ở mặt trong của ống, khi
chùm electron đập vào màn hình thì các electron bên trong lớp mạ sẽ chuyển lên
mức năng lợng cao và khi trở về trạng thái bình thờng sẽ phát ra ánh sáng. Sự lu
sáng của photpho khá dài từ vài ms đến vài s nên mắt ngời mới nhìn thấy hình
dạng sóng hiện. Lớp than chì có tác dụng thu hồi các electron thứ cấp vì nếu không
thống làm lệch sẽ làm cho
chùm tia điện tử di chuyển
trên màn hình theo phơng
ngang và phơng đứng để
hiện dạng của tín hiệu.
ở chế độ hiển thị
dạng sóng thông thờng
tín hiệu cần hiển thị đợc
đa vào cặp làm lệch đứng còn một tín hiệu dạng răng ca đợc đa vào cặp lệch
ngang (xem hình trên).
Khi đó với tần số răng ca (còn gọi là tần số quét) phù hợp trên màn hình sẽ
có một sóng đứng có dạng sóng cần hiển thị.
3. Cơ cấu chỉ thị số
Y
X 0
Tín hiệu đa vào
cặp làm lệch Y
Tín hiệu răng ca đa
vào cặp làm lệch X
Tín hiệu hiển thị
trên màn hình
Copyright: Tài liệu đại học ©