Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 64 -

iix
i
x
VV
RtI
fhay
V
RtI
T
α
===
00
00
1
;
(2-43)
Giản đồ thời gian mô tả chế độ công tác của mạch như hình 2-40 V
1
t
1
t
0
Tx
t
1
t

V / F
Đếm
G. mã
Ch. thò
ViHình 2-41.
Các linh kiện sử dụng cho sơ đồ có thể dùng:
– Mạch đếm: dùng IC 7490 – đếm thập phân không đồng bộ;
– Mạch chốt: dùng IC 7475 – 4 chốt loại D;
– Mạch giải mã: dùng IC 7446, 7447 – giải mã từ BCD – 7 đoạn;
IC 7441, 7442 – giải mã từ BCD – tích phân lái đèn NIXIE.
4.2.4. Phân tích khả năng chống nhiễu của sơ đồ.
Mạch biến đổi V/F có khả năng chống nhiễu tốt đối với nhiễu có chu kỳ.
Khả năng chống nhiễu của sơ đồ được xác đònh từ biểu thức đònh nghóa:

N
S
Q
Nhiễu
hiệuTín

=
(2-44)
Giả sử điện áp một chiều cần đo V
0
bò can nhiễu có chu kỳ:

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý

V
i
Số đếm trung bình trong một chu kỳ là:

∫∫
==
T
i
T
x
dtV
T
dtN
T
n
00
1
α

Tf
T
V
VtdtfVdtV
T
n
n
n
TT
nn
⋅+=

n
⋅=
π
α
2sin
– Can nhiễu
Độ chống nhiễu của sơ đồ;

Tf
T
V
V
N
S
Q
n
n
π
α
α
2sin
0
==

(2-46)
Muốn Q → ∞ thì sin 2
π
f
n
.T → 0, tức là ta có 2

Đếm lên xuống Ghi
Fát giác 0
Vi
2
1
+
G. mã,
chỉ thò
Vo - chuẩn
K
Hình 2-42. Đo điện áp 2 dấu nhờ bộ đếm lên xuống.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 66 -
Mạch trên cho phép đo điện áp có dấu (+) hoặc dấu (-). Giả sử ban đầu bộ
điều khiển đóng khóa K ở vò trí 1. Thế vào mạch biến đổi V/F là V
0
, tần số lối ra
tương ứng là f
0
. Xung vào bộ đếm trong khoảng thời gian mở cửa τ. Bộ đếm thực hiện
đếm lên trong khoảng thời gian τ. Kết quả đếm đưa qua mạch ghi trong thời gian τ là
N = f
0
τ. Hết thời gian τ, bộ điều khiển đảo mạch khóa K sang vò trí 2. Lúc này thế
vào mạch biến đổi V/F sẽ là:
V
i
+ V

α
⏐V
i
⏐. Bộ đếm thực hiện đếm xuống. Nếu V
i
< 0, số chứa
trong bộ đếm sẽ qua 0 và mạch phát giác 0 sẽ phát hiện để cho chỉ thò dấu (–). Hết
thời gian đếm xuống kết quả trong bộ nhớ sẽ là ∆f.
4.3. Phương pháp biến đổi điện áp sang khoảng thời gian (V-T).
4.3.1. Phương pháp tạo hàm dốc.
a.Nguyên tắc. Điện áp cần đo được biến đổi thành khoảng thời gian tương đương.
Đo khoảng thời gian này bằng cách đếm số xung đồng hồ đã biết chính xác tần
số.
b.Sơ đồ cấu trúc
Sơ đồ cấu trúc của một vôn kế số sử dụng phương pháp biến đổi điện áp sang
khoảng thời gian chỉ ra trên hình 2-43. +
-
+
-
Mạch vào
FF
Đếm Chốt
G. mã
Chỉ thò
Clock
ĐIỀU KHIỂN
OSC

AND để xung đếm từ bộ tạo xung clock đi vào bộ đếm. Thế răng cưa tiếp tục đi lên.
Khi thế răng cưa bằng V
i
mạch SS1 lật trạng thái lối ra lên “1” (hình 2-44, c) và tác
động vào FF đảo trạng thái lối ra từ “1” về “0” (hình 2-44, d) kết thúc xung điều
khiển đóng cửa chọn xung đi vào bộ đếm. Như vậy sau 2 lần đổi trạng thái của FF có
một xung dương độ rộng τ mở cửa AND.
V
t
Vi
SS2
SS1
FF
Xung
clock
Xung
đếm
m
t
t
t
t
t
a)
b)
c)
d)
e)
f)


kVV
c
F
m
F
mc
V =⋅=⇒=
(2-48)
Trong đó
c
F
k
C
=
= const. Thường thiết kế với k = 10
n
(n = 0,1,2,3,…) để thay
đổi tầm đo của máy.
4.3 2. Phương pháp tích phân 2 sườn dốc (dual slope intergrator) .
Để đo điện áp 2 dấu thường sử dụng mạch tạo hàm 2 sườn độ dốc trên cơ sở
mạch tích phân Miller (hình 2-45)

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 68 -
Mạch tích phân Miller được thực hiện trên cơ sở khuếch đại thuật toán A
1
,
điện trở R
1


Mạch tích phân Miller là cơ sở của mạch tích phân 2 sườn dốc (dual slope
intergrator), mà sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 2-46.
Hình 2-46. Mạch tích phân 2 sườn dốc trên cơ sở tích phân Miller
+
-
Q1
R1
R4
R3
Dz
R2
C1
R5
Q2
+
-
R6
+
-
A1
-V
+V
-V
A3
+V
A2
Vi
I
R

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 69 -
dò 0 điều khiển FET Q2 của mạch tích phân. Khi đầu ra của bộ dò 0 ở mức cao, Q
2

đóng ngắn mạch tụ C
1
. Khi đầu ra bộ dò 0 ở mức thấp Q
2
ngắt, tụ C
1
được nạp.
FET Q
1
được điều khiển từ xung nhòp bên ngoài lấy từ bộ tạo gốc thời gian.
Khi xung điều khiển âm, Q
1
ngắt, cách ly thế lối vào với mạch đo. Trong thời gian
này nguồn dòng ổn I
R
đổ qua R
5
:

543
RRR
V
I
z

(2-51)
Thế lối ra mạch tích phân bây giờ giảm theo chiều âm, thế ra mạch dò 0 âm
ngắt khóa Q
2
cho phép tụ C
1
nạp.
Khi có xung điều khiển âm, Q
1
ngắt, và dòng chuẩn I
R
lại nạp ngược cho tụ C
1

(C
1
phóng với dòng I
R
). Thế lối ra mạch tích phân lại tăng theo chiều dương cho tới
khi đạt mức đất. Khi tới 0, bộ dò 0 phát hiện tạo xung đóng Q
2
và ngắn mạch tụ C
1
.
Thời gian t
2
để xung răng cưa đạt tới mức đất tỷ lệ với V
i
. Khoảng thời gian này được
đo bằng cách khởi động mạch dếm. Giản đồ xung minh họa nguyên tắc làm việc của


Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của mạch tích phân 2 sườn dốc là
độ trôi nhỏ của tần số chuẩn hầu như không ảnh hưởng tới độ chính xác của phép đo.
Trên hình 2-48 là sơ đồ khối của một vôn kế số theo nguyên lý tích phân 2 sườn dốc.
Hoạt động của mạch như sau:
Ở trạng thái ban đầu bộ điều khiển xóa kết quả ở bộ đếm và trạng thái các
Flip flop, khóa K
2
bật sang vò trí nối với V
x
, khóa K
3

V
x
FF1
+
-
K3
K2
K1
R
V
R
R
V
1
V
Ghi
Giải mã,
Chỉ thò

Hình 2-48. Vôn kế số với mạch tích phân hai sườn dốc.

Ta có, thế lối ra mạch tích phân:

∫
−=−=
1
0
1
1
1

đưa vào mạch tích phân trong khoảng thời gian t
2
. Thế ra mạch tích
phân lúc này là:

∫
=−−=
2
0
2
'
1
1
t
R
R
RC
tV
dtV
RC
V

(2-53)
V’
1
>0, thế ra mạch tích phân tăng về phía dương trong khoảng thời gian t
2.
Bộ
đếm thực hiện đếm lên. Khi thế lối ra mạch tích phân qua zero, FF2 lật trạng thái,
đóng cửa AND cấm xung đếm vào bộ đếm, kết thúc một chu trình đo. Cuối thời gian

2
, thế lối ra mạch tích phân đi từ
RC
tV
x 1
−
về 0 (hình 2-49).
Do đó ta có:

R
x
R
xx
R
V
kNV
t
V
V
t
RC
tV
RC
tV
1
12
1
2
−=−=⇒−=
; Với t

t
2
V
1
V
1
0
0
t
RC
tV
x 1
−
RC
tV
R 2
RC
tV
R 2
RC
tV
x 1
−
V
x
> 0
V
x
< 0
a)

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 73 -
+
-
Ghi
Giải mã,
Chỉ thò
ĐẾM
Clock
Đ. khiển
DAC
i
xóa
Ghi
V > 0
V
i
a) b)
SS

Hình 2-50. Phương pháp tạo hàm bậc thang

Ở trạng thái ban đầu thế lối ra của mạch DAC là 0V. Khi có điện áp lối vào
V
i
> 0, mạch so sánh SS đảo trạng thái đưa ngõ ra lên “1” mở cửa AND cho xung nhòp
đi vào bộ đếm. Mỗi xung nhòp vào làm thế lối ra DAC tăng lên một bậc. Khi thế lối
ra DAC bằng thế V
i
mạch so sánh SS đảo trạng thái đưa lối ra về “0”, đóng cửa

, a
n-1
, , a
0
; a
-1
, a
-2
, , a
-m
.
Trong hệ đếm thập phân (decimal) ta có Z = 10, tương ứng với các cơ số:
a = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,. 8, 9.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 74 -
Như vậy một số trong hệ đếm thập phân, chẳng hạn 1997,53 nếu biểu diễn
theo công thức (2-56) sẽ là:
1997,53 = 1. 10
3
+ 9. 10
2
+ 9.10
1
+ 7.10
0
+ 5.10
-5
+ 3. 10

phân. Ví dụ, trong hệ thập phân để biểu diễn 2 ô thể hiện số 99 cần đến 2x10=20
phần tử. Trong hệ nhò phân để biểu diễn 7 ô thể hiện số 1111111
(2)
= 127 chỉ cần
7x2=14 dụng cụ.
5.2. Mã hóa các số thập phân.
Để tiện dụng cho việc tính toán và lưu trữ trong các thiết bò số người ta biểu
diễn số qua các từ mã. Mỗi từ mã tương ứng với số ký số nhất đònh, mỗi ký số biểu
diễn một trọng số. Việc chuyển số từ mã này sang mã khác thực hiện nhờ các mạch
mã hóa và giải mã.
Đối với các số thập phân có rất nhiều cách để mã hóa khác nhau: mã BCD -
8421); mã 2421 (Aiken), Gray, mã dư 3, v.v
Mã BCD-8421 là mã có trọng số tự nhiên. Trong mã này, mỗi số thập phân
bất kỳ được biểu diễn bằng một số nhò phân 4 bít, bít có nghóa lớn nhất có trọng số
2
3
=8, bít có nghóa bé nhất có trọng số 2
0
=1. Phần 8421 trong tên mã chỉ trọng số
tương ứng của mỗi vò trí trong mã 4 bít.
Ví dụ: 8
(10)
= 1000
(2)
= 1.2
3
+ 0.2
2
+ 0.2
1

Ngoài mã BCD-8421 còn nhiều loại mã 4 bít khác như 5421, 4221, 2421, ,
v.v Trên bảng 2-1 là sự tương ứng giữa các mã 8421, 5421, 2421 và mã thập phân.
Bảng 2-1
Mã BCD - 8421 Mã 5421
Mã 2421
(mã Aiken)
Mã
TP
8 4 2 1 5 4 2 1 2 4 2 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0

0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0

0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1

Trong kỹ thuật đo lường và điều khiển, ngoài các mã BCD cân bằng người ta
còn sử dụng phổ biến mã Gray. Khác với mã BCD, mã Gray là mã nhò phân không
cân bằng. Điểm đặc biệt của mã Gray là khi đếm (tăng hoặc giảm1 đơn vò) thì trong
từ mã chỉ có 1 bít thay đổi giá trò. Điều này làm cho hệ thống có độ tin cậy cao. Mã
Gray được dùng nhiều trong các hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ quay,
trong các hệ thống đo lường.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 76 -

C
Q
Q
K
CLR
1
8
4
21
Xung đếm

Hình 2-52. Bộ đếm thập phân không đồng bộ 4 bít.

Đây là bộ đếm được sử dụng rộng rãi nhất. Tổ hợp 4 triger cho ta 16 trạng
thái, nhưng ta chỉ lấy 10 trạng thái. Bộ đếm hoạt động bình thường cho đến xung thứ
9 là dung lượng tối đa. Đến xung thứ 10 thì do tổ hợp 1010 của bộ đếm, lối ra của
triger 2 và 4 sẽ đặt tổ hợp 1-1 lên cổng NAND làm lối ra của nó xuất hiện xung reset
bộ đếm về 0000 và bộ đếm lại tiếp tục chu kỳ mới.
Trong thực tế, các bộ đếm được chế tạo dưới dạng mạch tích hợp. Chẳng hạn
vi mạch 7490, 74LS90 là vi mạch đếm thập phân 14 chân rất thông dụng để tạo ra
các bộ đếm chia 5, chia 6, chia 7, chia 8, chia 9, chia 10 chỉ đơn giản bằng cách nối tổ
hợp các chân lối ra. IC 74192 – vi mạch đếm thập phân lên xuống, v.v
5.4. Bộ giải mã.
Bộ giải mã có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu từ bộ đếm tới dưới dạng tổ hợp các
điện áp đầu vào thành một điện áp đầu ra tương ứng. Một bộ giải mã thường có n
đầu vào và m đầu ra dùng để truyền tín hiệu lệnh đến một mạch nào đó để điều
khiển.
A
B
C

.
.
N9
0000
0001
0010
1001
0011
0100
0101
0110
0111
1000
.
.
.

Hình 2-54. Mạch giải mã BCD sang thập phân

Hoạt động của mạch như sau: Mã đếm BCD từ bộ đếm thập phân được đưa
tới các đầu vào ABCD của bộ giải mã. Giả sử mã đếm là 0000 , các lối vào
A=B=C=D=0, qua cửa NOT ta có
1==== DCBA . Ngõ ra N
0
xuống “0”
nên LED D
0
phát sáng. Các LED khác tắt.
Khi tín hiệu vào là 0001,
0;1 ==== DCBA

6.1. Đo công suất điện một chiều.
Trong mạch điện một chiều, công suất tiêu thụ trên phụ tải được xác đònh
bằng công thức:
P = UI (2-57)
Công thức (2-57) cho thấy để xác đònh P ta có thể đo U và đo I nhờ vôn kế và
ampe kế như hình 2-55. V
A
R
L
+
-
U
R
A
V
+
-
UL a) r
A
<< R
L


α
= k
1
I
1
I
2
= k
1
k
2
U
L
I
L
cos
ϕ
= k P (2-58)
Watt kế điện động có ưu điểm là có độ chính xác cao (cấp chính xác 0,5; 0,2;
0,1%), rất tiện dụng để đo công suất điện một chiều và xoay chiều ở tần số 50-60Hz.
Nhược điểm là từ trường yếu, mô men quay nhỏ dễ bò ảnh hưởng bởi từ trường nhiễu
và không chòu được sự quá tải.
Để tăng mô men quay và giảm từ trường nhiễu có thể dùng cơ cấu sắt điện
động, khi đó ta có cơ cấu watt kế sắt điện động. Tuy nhiên cơ cấu sắt điện động tạo
nên những sai số phụ do đặc tính phi tuyến của đường cong từ hóa, hiệu ứng từ trễ.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 79 -

(2-59)
Để đo công suất của mạch 3 pha ta dùng 3 watt kế 1 pha mắc theo sơ đồ chỉ ra
trên hình (2-57).

A
B
C
O
Z
A
B
Z
C
Z
*
*
*
*
*
*

Hình 2-57. Đo công suất tải 3 pha 4 dây.
Trong thực tế người ta chế tạo watt kế 3 pha, gồm 3 cuộn dây tónh tương ứng
có 3 cuộn dây động gắn trên cùng một trục quay. Mô men làm quay phần động là mô
men tổng của cả 3 phần tử, tức tỷ lệ với công suất 3 pha.
6.3.2. Mạch 3 pha 3 dây.

Trong mạch 3 pha 3 dây ta có :
i
A

B
i
B
– u
C
(i
A
+ i
B
)
= i
A
(u
A
– u
C
) + i
B
(u
B
– u
C
)
= i
A
u
AC
+ i
B
u

Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 80 -
Công thức (2-60) cho thấy rằng chỉ cần 2 Watt kế 1 pha và mắc theo sơ đồ
hình 2-58. Số chỉ của 2 watt kế sẽ cho ta biết công suất tiêu thụ trong mạch 3 pha.

Một cách tương tự ta chế tạo watt mét 3 pha 2 phần tử gồm 2 cuộn tónh và 2
cuộn động tương ứng gắn trên cùng một trục quay.
6.4. Đo điện năng.
6.4.1. Cơ cấu đo cảm ứng.
Cơ cấu đo cảm ứng được dùng trong mạch điện xoay chiều. Có 2 loại sau:
– Cơ cấu cảm ứng 1 từ thông;
– Cơ cấu cảm ứng nhiều từ thông.
Loại một từ thông chỉ có một từ thông biến đổi tác động với dòng cảm ứng
trên phần động. Được sử dụng chủ yếu để chế tạo các ampemet, vônmet hoặc
lôgômet.
Loại nhiều từ thông có nhiều từ thông tác động với các dòng cảm ứng do
chúng sinh ra trên phần động và sinh ra mô men quay. Cơ cấu nhiều từ thông có thể
được dùng để chế tạo các ampemet, vônmet, wattmet và công tơ điện.
a) Cơ cấu cảm ứng một từ thông.

Sơ đồ nguyên lý của cơ cấu đo cảm ứng
một từ thông như trên hình 2-59. Phần tónh gồm
cuộn dây với mạch từ 1. Phần động gồm đóa quay
2 có dạng không đối xứng gắn với trục quay và
kim chỉ thò.
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây 1 sẽ
tạo nên từ thông biến thiên Φ xuyên qua đóa 2,
kết quả trên đóa sẽ xuất hiện dòng cảm ứng i
C
.
Tác dụng tương hỗ giữa dòng cảm ứng i

phần tử cơ bản gồm: 2 cuộn dây tónh 1 và 2 để cho dòng cần đo chạy qua; đóa quay 3;
trục quay 4 và lò xo phản 5.
Khi có các dòng i
1
và i
2
chạy

qua trong các cuộn dây 1 và 2 sẽ sinh ra các từ
thông biến thiên Ф
1
và Ф
2
xuyên qua đóa cảm ứng. Trên đóa sẽ phát sinh các dòng

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 81 -
cảm ứng I
1
và I
2
. Tương tác giữa I
1
, I
2
và từ trường biến thiên làm phát sinh các lực
từ F
1
và F

2
ngược chiều nhau. Mô men quay tổng cộng sẽ là:
M = M
1
– M
2
. (2-62)

6.4.2. Công tơ cảm ứng một pha.
a) Cấu tạo.
Trên hình 2-61 là sơ đồ cấu tạo của công tơ cảm ứng một pha hay máy đếm
điện năng. Về hình thức có nhiều dạng khác nhau, tuy nhiên chúng đều có những chi
tiết chính sau:
– Cuộn dây điện áp 1 và cuộn dây dòng
điện 2;
4
5
6
– Đóa cảm ứng 3 và trục quay 4;
– Nam châm cản dòu 5;
– Cơ cấu đếm 6.
Cuộn dây điện áp 1 còn gọi là cuộn thế
được mắc song song với phụ tải, có mạch từ
làm bằng thép lá kỹ thuật để tránh dòng xoáy.
Số vòng dây thay đổi theo giá trò điện áp đònh
mức của công tơ. Với loại 110 V, số vòng dây
từ 3000 ÷ 4000 vòng. Với điện áp đònh mức
220V thì số vòng dây là 6000÷7000 vòng loại
dây đồng có Φ = 0,12÷0,14mm.
Cuộn dòng điện 2 mắc nối tiếp với tải.

k – Hệ số tỷ lệ, được gọi là hằng số của công tơ.
Số vòng mà đóa quay được trong khoảng thời gian từ t
1
÷ t
2
là:

T
t
t
t
t
T
W
k
Pdt
k
ndtN
11
2
1
2
1
===
∫∫

Như vậy:
TT
kNW
=


Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 83 -
Cũng tương tự như phần đo công suất trong mạch 3 pha, với mạch điện 3 pha
3 dây có thể sử dụng 2 công tơ 1 pha và mắc theo sơ đồ hình 2-63. Lúc đó điện áp đặt
vào cuộn thế của mỗi công tơ sẽ là điện áp dây. Điện năng tiêu thụ trên phụ tải bằng
tổng số đếm của cả 2 công tơ.
W1
4
312 31
W2
4
2
B
Z
A
C
Hình 2-63. Đo điện năng trong mạch 3 pha 3 dây bằng 2 công tơ 1 pha
b) Dùng công tơ 3 pha.
Trong thực tế để tiện dụng người ta chế tạo các công tơ cảm ứng 3 pha với các
cơ cấu 1 đóa (hình 2-64) , 2 đóa (hình 2-65, hình 2-66) và cơ cấu 3 đóa cảm ứng (hình 2-
66).
Hình 2-64. Công tơ 3 pha với cơ cấu 1 đóa
4 5
2 31 6
B
Z
A
C