Chương 3
ĐO DÒNG ĐIỆN - ĐIỆN ÁP
3.1. Đo dòng điện
Trong các đại lượng điện, dòng điện và điện áp là các đại lượng cơ bản
nhất. Vì vậy trong công nghiệp cũng như trong các công trình nghiên cứu
khoa học người ta luôn quan tâm đến các phương pháp và thiết bị đo dòng
điện.
Có thể đo dòng điện bằng các phương pháp trực tiếp gián tiếp và so
sánh (phương pháp bù). Trong phương pháp đo trực tiếp, người ta dùng các
dụng cụ đo dòng điện như Ampemét, Miliampemét, Micrôampemét.v.v... để
đo dòng và trực tiếp đọc kết quả trên thang chia độ dụng cụ đo.
Trong phương pháp đo gián tiếp, người ta có thể dùng vônmét đo điện
áp rơi trên một điện trở mẫu (mắc trong mạch có dòng điện cần đo chạy qua);
thông qua tính toán ta sẽ được dòng điện cần đo.
Trong phương pháp so sánh, người ta đo dòng điện bằng cách so dòng
cần đo với dòng điện mẫu, chính xác. Ở trạng thái cân bằng của dòng cần đo
và dòng mẫu, sẽ đọc kết quả trên mẫu. Có thể so sánh trực tiếp và so sánh
gián tiếp.
3.1.1. Yêu cầu đối với phép đo dòng điện
Khi đo dòng điện, ta mắc nối tiếp Ampemét với mạch điện cần đo.
Ampemét này lấy một phần năng lượng của mạch đo, gây sai số phương pháp
cho phép đo dòng. Phần năng lượng này còn gọi là công suất tiêu thụ của
Ampemét, được tính:
P
A
= I
2
A
.R
A
(3.1)

I
ct
r
ct
R
S
I
Vì vậy để sử dụng cơ cấu này, chế tạo các dụng cụ đo dòng điện lớn
hơn dòng qua cơ cấu chỉ thị, người ta phải dùng thêm một điện trở sun phân
nhánh nối song song với cơ cấu chỉ thị từ điện (H.3.1).
Dựa trên các thông số của cơ cấu chỉ thị từ điện và dòng điện cần đo,
người ta có thể tính giá trị điện trở sun phù hợp cho từng dòng điện cần đo là:

1
−
=
n
r
R
CT
S
(3-2)
Trong đó: r
CT
– Điện trở trong của cơ cấu chỉ thị từ điện.
CT
I
I
n
=

độ chính xác của cơ cấu từ điện ít
nhất là một cấp. Ví dụ cơ cấu từ
điện chính xác 0, 5 thì sun phải
có chính xác 0,2.

Vì vậy, thường chế tạo sun bằng Mangannin và chỉnh định rất chính
xác. Do đó điện trở của sun không thay đổi theo nhiệt độ.
3.1.3. Ampemét xoay chiều
Để đo dòng điện xoay chiều miền tần số công nghiệp người ta thường
dùng các Ampemét điện từ, điện động và sắt điện động.
a) Ampemét điện từ:
Được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ. Mỗi cơ cấu điện từ được
chế tạo với số Ampe vòng nhất định (IW). Đối với cơ cấu cuộn dây tròn
thường có IW = 200A vòng, cuộn dây dẹt có IW = 100 ÷ 150A vòng, loại
mạch từ khép kín IW = 50 ÷ 1000A vòng. Như vậy để mở rộng thang đo của
Ampemét điện từ chỉ cần thay đổi thế nào để bảo đảm IW - const.
Ampemét điện từ nhiều thang đo được chế tạo bằng cách chia cuộn dây
tĩnh thành nhiều phân đoạn bằng nhau, thay đổi cách nối ghép các phân đoạn
này (song song hoặc nối tiếp) để tạo các thang đo khác nhau.
45
R
1
R
2
R
3
I
1
I
2

thường dùng các Ampemét từ điện chỉnh lưu.
46
I
2I
I
I
Hình 3.3. Mở rộng thang đo Ampemet điện từ
b)
a)
A
B
R
1
L
1
R
2
L
2
Hình 3.4. Sơ đồ nối các cuộn dây của Ampemet điện động
a)
b)
c) Ampemét từ điện - chỉnh lưu:
Là Ampmét kết hợp cơ cấu chỉ thị từ điện và mạch chỉnh lưu bằng điốt
hoặc chỉnh lưu bằng cặp nhiệt ngẫu (gọi là Ampemét nhiệt điện).
Các sơ đồ hình 3.5 là các mạch chỉnh lưu thường gặp trong các
Ampemét chỉnh lưu. Sơ đồ hình 3.5a chỉnh lưu nửa chu kỳ. Sơ đồ hình
3.5b,c, d chỉnh lưu hai nửa chu kỳ. Trong các mạch chỉnh lưu này dùng điốt
dòng nhỏ (Si hoặc Ge).
a) b)

D
2
D
1
R
R
R
R
D
1
D
2
D
1
D
2
D
4
D
3
Hình 3.5. Các Ampemét từ điện - chỉnh lưu
Thang đo của dụng cụ chỉnh lưu với điện xoay chiều và điện một chiều
khác nhau. Do đặc tính V-A của điốt ở dòng điện xoay chiều nhỏ là phi tuyến
nên phần đầu thang đo không đều (10 ÷ 15%).
Ưu điểm cơ bản của dụng cụ chỉnh lưu bằng điốt là độ nhạy cao; tiêu
thụ công suất nhỏ, có thể làm việc ở tần số cao.
Nhược điểm là chính xác không cao (khoảng 1,5 ÷ 2,5) các Ampemét
chỉnh lưu thường khắc độ theo tín hiệu sin. Nếu đo dòng không sin thì sẽ xuất
hiện sai số hình dáng.
3.1.4 Ampemét nhiệt điện.

bằng một dòng điện I
x
thì quan hệ giữa
nhiệt độ θ
0
và dòng điện I
x
được biểu diễn bằng biểu thức:
2
2
0
.
x
Ik
=
θ
Thay vào ta có:
22
21
.
xxt
IkIkkE
==
Sức điện động E
t
được đo bằng Milivônmét từ điện. Khi đo góc quay α
được biểu diễn bằng biểu thức:
2
.
x

đầu ra = đồng
dây dẫn
băng nung
Đến Milivônmét
a)
Hình 3.6. Ampemét nhiệt điện - Cấu tạo cặp nhiệt điện
Hình b) là cặp nhiệt điện đặt trong một ống chân không để bảo vệ chỗ
nối khỏi bị tổn hao nhiệt.
Hình c) là cặp nhiệt điện với vật dẫn nung phẳng, nhờ tấm đồng đệm và
cách điện làm cho cặp nhiệt ít bị ảnh hưởng do nhiệt độ môi trường.
b) Đặc điểm: Ampe
mét nhiệt điện có
sai số lớn do tiêu
hao công suất, khả
năng quá tải kém
nhưng có thể đo
được ở dải tần rộng
(từ 1 chiều đến tần
số MHz) mà các
Ampe mét cơ điện
khác không đo
được.
c) Cầu đo dùng cặp nhiệt điện:
Có 8 cặp nhiệt điện bố trí thành 1 cầu đo (hình 3.7). Các chỗ nối e, f, g,
h được gắn vào các đầu ra vốn nhô ra từ một đế cách điện. Đó là những đầu
nối nguội, được giữ ở nhiệt độ xung quanh. Các đầu nối i, j, k, l, m, n, o, p là
đầu nối nóng được nung nóng bằng dòng điện chạy từ A đến C.
Khi có dòng điện, các đầu nối nóng phát sinh các điện áp với cực tính
được vẽ trên sơ đồ. Mỗi đầu nối tạo ra 1 sức điện động 6 V. Sức điện động
tổng tạo ra trên Milivônmét ở 2 đầu B, D là: 4 x 6 = 24mV.

k
e
j
i
+
p
h
o
g
n
-
Hình 3.7. Cầu đo dùng cặp nhiệt điện
1
2
3
D
N S
4
Hình 3.8. Nguyên lý của điện kế gương.
1. Khung quay. 2. Dây treo. 3. Gương
phản chiếu; 4. Dây không mô men
Có thể tăng từ cảm B bằng cách dùng nam châm có kích thước lớn làm
bằng vật liệu có từ dư và năng lượng từ lớn (B đạt đến 0,4 Tesla).
Giảm hệ số xoắn của lò xo D bằng cách dùng dây treo mảnh, kích thước
dài.
Người ta còn dùng hệ thống quang học để tăng khoảng cách từ bộ phận
động đến thang chia độ để tăng độ nhạy của dụng cụ đo.
Bằng cách đó dụng cụ đạt được độ nhạy cỡ 10
-2
÷ 10

<< I
o
dòng qua cơ cấu) người ta cần
khuyếch đại dòng cần đo rồi mới đưa đến cơ cấu chỉ thị từ điện.
Micrôampemét được tạo bởi đèn bán dẫn T dùng để khuyếch đại với
sơ đồ emitơ chung (H.3.10), cung cấp bởi nguồn E = 1,5 ÷ 4,5V, cơ cấu chỉ
thị mắc ở colectơ. Dòng cần đo được đưa vào cực gốc của T. Ví dụ ta có dòng
50
1 2 3
Hình 3.9. Sơ đồ khối của Khuyếch đại điện kế kiểu bù
X
α
β
X
1
X
2
4
I
đm
cần đo chạy vào mạch bazơ – emitơ, thì sẽ có dòng colectơ bằng dòng lệch
toàn thang đo của chỉ thị (I
CT
).
Hệ số truyền đạt dòng tĩnh
của bán dẫn T là β
T
:
dm
ct

≈
µA
Nếu mắc thêm vào hai đầu
vào của micrôampemét một sun
chọn trước thì có thể đạt được giới
hạn đo thuận tiện cho việc tính toán
ví dụ như: I
đm
= 10mA.
Để ổn định chế độ làm việc và hiệu chỉnh những thay đổi của bộ phận
chỉ thị, người ta đưa vào sơ đồ những bộ phận phụ như điện trở Rb nhằm tạo
ra một thiên áp đến bazơ của đèn, định chế độ làm việc của khuyếch đại: R
đc
để chuẩn thang đo. Nguồn E
o
và điện trở R
o
để chỉnh zêrô.
Như vậy trong sơ đồ này tồn tại hai nguồn (E và E
o
). Để đơn giản, thay
bằng một nguồn theo sơ đồ hình 3.11.
Mắc phân áp R
1
, R
2
song song với E, tạo thành cầu một chiều gồm các
nhánh R
1
, R

.
3.1.7. Đo dòng xoay chiều lớn
Đo dòng xoay chiều lớn
bằng phương pháp kết hợp biến
dòng xoay chiều với các
Ampemét.
- Trong các Ampemét điện từ, sức từ động tối đa F = IW là 200 Ampe
vòng. Nếu số dây là một thì có thể đo được dòng tối đa là 200A. Muốn đo
51
+ E -
+ E
0
-
I
0
R
0
I
CT
T
R
b
R
đ/c
I
đm
I
đm
Hình 3.10. MicroAmpemét điện tử
một chiều

2
(H.3-12a).
Thông thường dòng sơ cấp I
1
lớn nên số lượng vòng dây W
1
ít hơn W
2
.
Biến dòng làm việc ở chế độ biến áp ngắn mạch vì điện trở R
A
thường nhỏ; ta
có: I
1
W
1
= I
2
W
2

I
k
W
W
I
I
==
1
2

3-12b. Đọc kết quả phép đo trên Ampemét (I
2
) kết hợp với hệ số biến dòng ta
sẽ được dòng cần đo: I
1
= k
I
I
2
.
Sai số của phép đo phụ thuộc vào sai số của biến dòng và sai số của
Ampemét.
- Trong các V-O-M chỉ thị từ điện, để đo dòng xoay chiều nhiều thang
đo, người ta sử dụng diod, điện trở sun và máy biến dòng kết hợp như hình vẽ
3.13.
Ampe kìm đo dòng điện (clamp ammeter) là một ứng dụng của biến
dòng với cơ cấu từ điện và diod chỉnh lưu có mở rộng tầm đo (Hình 3.14).
52
~
I
2
Z
t
I
2
W
2
W
1
I