Chương 3

3.1 – Đo điện trở bằng V-kế &A-kế

3.2 – Mạch đo Ohm-kế

3.1 - Đo điện trở bằng V-kế &A-kế

• Đo phần tử điện trở đang hoạt động với nguồn cung cấp ( đo nóng )

• Mắc rẽ dài ( hình 3.1a) : có sai số do nội trở ampe kế

• Mắc rẽ ngắn ( hình 3.1b) : có sai số do tổng trở vào của vôn kế.

• Thí dụ: đo điện trở rỉ của tụ điện ở điện áp hoạt động bằng vôn kế thường mắc nối tiếp với tụ điện:

• Điện trở rỉ RX = Vc điện áp của tụ , Ic dòng qua vôn kế

C

C

IV

3.2 – Mạch đo Ohm kế

• Ohm kế hoạt động theo nguyên lý dòng điện• Mạch đo nguyên lý ( hình 3.4): dòng qua bộ chỉ thị không tuyến tính theo trị số điện trở đo.

• Mạch đo thực tế ( hình 3.5) : có biến trở R2 chỉnh 0 cho trị số Ohm kế khi pin yếu và điện trở R1 có trị số thay đổi phụ thuộc tầm đo.

• Nguyên lý phân tầm đo điện trở : dòng điện qua bộ chỉ thị có cùng trị số, khi điện trở Rx : 10Ω ( tầm X1) ; 100Ω ( tầm X10 ) ; 1000Ω (tầm X100 )

Mạch đo điện trở

3. 3 - Ohm kế điện tử

• Nguyên lý đo : chuyển điện trở đo Rx thành điện áp đo Vx đưa vào vôn kế điện tử ( bằng cách cho nguồn dòng I qua Rx )

• Nguyên lý phân tầm đo: nguồn dòng I qua Rx giảm khi tầm đo tăng ( tầm tăng 10 lần thì dòng I giảm 10 lần )

Ohm kế điện tử có nguồn dòng

• Tại một tầm đo có nguồn dòng không đổi: Hình 3.41: thí dụ I= 1mA tầm đo X1, I = 0,1mA tầm đo X10

• Hình 3.42 • Hình 3.43:• I= E/ R,• Vo = - Rx I, • R điện trở tầm đo

3.4 – Cầu Wheatstone

• 1) Cầu Wheatstone cân bằng: ( hình 3.8 )• Ưu điểm: Điện trở đo Rx không phụ thuộc nguồn cung cấp

• Độ chính xác: phụ thuộc độ nhạy của bộ chỉ thị cân bằng và sai số của điện trở trong cầu đo.Dùng điện kế điện tử có độ nhạy cao thì càng chính xác.

• Thay đổi tầm đo: thay đổi tỉ số điện trở P/Q.

• Điều chỉnh cầu cân bằng: thay đổi biến trở S

2) Cầu Wheatstone không cân bằng :

• Hình 3.9 a : điện áp Vr – Vs phụ thuộc điện trở đo R

• Dùng mạch tương đương Thevenin phân tích cho cầu

• Hình 3.9 a,b• Bài tập 3.15 &3.17 • Giới hạn của cầu: không đo được giá trị điện trở nhỏ dưới 1Ω.

• Lý do : do ảnh hưởng của điện trở của dây dẩn

3.5 - Cầu đôi Kelvin• Điện trở 4 đầu: 2 đầu thế nối vào cầu đo có dòng điện nhỏ.

2 đầu dòng có dòng điện lớn vài ampe,cách đầu thế vài cm tránh hiện tượng nhiệt điện

• Loại bỏ điện trở dây dẩn khi cầu cân bằng

• vôùi ñieàu kieän caân baèng cuûa caàu vaø luoân luoân coù p = P vaø r = R thì phaàn töû ño Q ñöôïc xaùc ñònh

• Q = S( P/R) • Đo điện trở mΩ và µΩ

• Hình 3.11• Hình 3.12• Hình 3.13

3.6 – Megohm kế• Dùng vôn kế và microampe kế : ( hình 3.14 )• Dòng điện qua vật liệu cách điện có thể tăng lên khi điện áp nguồn đặt vào tăng ,dẩn đến điện trở cách điện suy giảm đáng kể. Cho nên phải ghi điện áp test cho điện trở cách điện. Thí dụ ; 50MΩ test 2kV.

• Loại bỏ điện trở rỉ bề măt ( surface leakage resistance ) dùng vòng dây bảo vệ ( guard wire - hình 3.14b ) hoặc vòng bảo vệ ( guard ring – hình 3.15)

• Cọc guard được nối với vòng dây hoặc vòng bảo vệ loại bỏ dòng điện rỉ bề mặt không cho qua µA kế để điện trở cách điện không có điện trở rỉ bề mặt

Hình 3.16: a) Caàu Wheatstone ño ñieän trôû caùch ñieän beà maët b) Maïch töông ñöông

Trong tröôøng hôïp duøng caàu Wheatstone ñeå ño ñieän trôû caùch ñieän ñeå loaïi boû ñieän trôû ræ beà maët, chuùng ta cuõng duøng voøng baûo veä nhö hình 3.16a vaø ñöôïc phaân tích thaønh maïch töông ñöông (H.3.16b), ñieän trôû b vaø c laø hai ñieän trôû ræ beà maët vaø beà maët döôùi cuûa vaät lieäu caàn ño ñieän trôû caùch ñieän.Nguoàn cung caáp E coù trò soá theo yeâu caàu ño ñieän trôû caùch ñieän.

3.6.2 Megohm-keá chuyeân duøng

Boä chæ thò thöôøng duøng cho megohm-keá (loaïi coå ñieån) laø tæ soá keá töø ñieän (H.3.17). Cô caáu chæ thò naøy goàm coù hai cuoän daây: Cuoän daây leäch (deflecting coil )vaø Cuoän daây kieåm soaùt (control coil). Maùy phaùt taïo ra ñieän aùp cao kV ( 2kV),trò soá chæ thò MΩ khoâng phuï thuoäc ñieän aùp cung caáp Nhö vaäy goùc quay i phuï thuoäc vaøo trò soá ño RX.

1

21

Ñaëc bieät khi kim chæ thò giöõa thang ño:

RX = R1 + r1 – R2 – r2

Neáu: r2 = r1 RX = R1 – R2.Nhö vaäy thay ñoåi taàm ño cho thang ño baèng

caùch thay ñoåi trò soá R2.Trong maïch naøy coù ñaàu Guard ñeå gaén vaøo

voøng baûo veä (guard ring) hoaëc daây baûo veä (guard wire) ñeå loaïi boû ñieän trôû ræ beà maët (RS) khi ño ñieän trôû caùch ñieän

Hình 3.23: Voøng Murray ño ñieän trôû chaïm mass

Phöông phaùp thöôøng duøng ñeå xaùc ñònh vò trí chaïm mass laø voøng thöû nghieäm (test loop). Nhöõng phöông phaùp naøy ñuû xaùc ñònh choã hoûng. Maïch thöôøng duøng laø voøng Murray vaø voøng Varley. Ñaây cuõng laø moät öùng duïng cuûa caàu Wheatstone (H.3.23). Khi caàu Wheatstone caân baèng (ñieàu chænh R2 vaø thay ñoåi R1 )

1

1 2

a bX

R R RRR R( )

a bX L LL RA R R A A

[ ] 1

1 2

XRL L

R R'

1

1 22

Neáu ñoaïn daây RX coù chieàu daøi LX; Ra coù chieàu daøi La; Rb coù chieàu daøi Lb. Caùc daây coù cuøng ñieän trôû suaát, La = Lb = L vaø cuøng thieát dieän A:

;

Hình 3.24: Voøng Varley

2

1 3

a bR RRR R

3 2

2a b

R RR RR

khoùa S ôû vò trí a ñieàu chænh R3 ñeå sao cho caàu caân baèng.

Nhö vaäy ñieän trôû daây daãn ñöôïc xaùc ñònh. Sau ñoù chuyeån khoùa S sang vò trí b, ñieän trôû chaïm mass Rx ñöôïc xaùc ñònh:

a bX

R R R R RRR R

'( )

1 2 3

1 2

ñieàu chænh ñeán trò R'3 sao cho caàu (voøng VARLEY) caân baèng. Chuùng ta coù

Ví duï 3.14: Trong maïch hình 3.24 R1 = 1k, R2 = 2k, chieàu daøi cuûa ñoaïn daây caùp La = Lb = 10Km, ñieän trôû cuûa daây caùp 0,02/m. Khi khoùa S ôû a ñieàu chænh R3 =100 thì caàu caân baèng, coøn khi S ôû b, R3 = 99 thì caàu caân baèng. Xaùc ñònh LX choã daây chaïm mass.

3.7 ÑO ÑIEÄN TRÔÛ ÑAÁT 1) Coïc ño ñieän trôû ñaát : coïc kim loaïi 2) Ñieän trôû ñaáât : ñieän trôû vuøng ñaáât xung quanh coïc ñaát 3) Khoaûng caùch giöõa 2 coïc ñaát : toái thieåu 20 m 4) Nguoàn ñieän aùp cung caáp nguoàn ñieän xoay chieàu 5) ño ñieän aùp giöõa coïc ñaât ño vaø trung tính ñieän löïc: neáu lôùn hôn 10 voân. Khoâng ñöôïc ño ñieän troû ñaát khi ñieän aùp lôùn hôn 10 voân. Vì doøng trung tính khaùc khoâng chay qua vuøng ñaát ño

3.7.2 Maïch ño ñieän trôû ñaátDuøng voân-keá vaø ampe-keá : p/p tröïc tieáp

Hình 3.26: Maïch ño ñieän trôû ñaát baèng voân-keá vaø ampe-keá

Coïc A: coïc ño ñieän trôû ñaát RX; Coïc P: coïc phuï ño ñieän aùp; Coïc C: coïc phuï ño doøng

ñieänVì duøng ñieän löôùi cho neân duøng bieán aùp

caùch ly( sô vaø thöù caáp rieâng bieätPhöông phaùp naày coù sai soá do ñieän trôû coïc

phuï PRx = V/I

Hình 3.27Maïch töông ñöông cuûa ba

coïcA, P, C

Hình 3.28Maïch ño ñieän trôû ñaát

baèng

phöông phaùp giaùn tieáp

Vaäy ñieän trôû ñöôïc xaùc ñònh bôûi trò soá ñoïc cuûa voân-keá vaø ampe-keá. Do ñoù neáu chuùng ta quan taâm ñeán sai soá do voân-keá Rv vaø ñieän trôû coïc phuï thuoäc ñieän aùp RP thì RX coù sai soá töông ñoái: εr = [ RP / (RP + RV ) ] x 100%Trong p/p giaùn tieáp chæ duøng 2coïc nhöng

phaûi laàn löôït ño 3 laàn ñeå xaùc ñònh 3 ñieän trôû RX , Rp vaø Rc khoâng coù sai soá do ñieän trôû coïc phuï.

1- Coïc phuï aùp; 2- Coïc phuï doøng; 3- Coïc ñaát ñoHình 3.32: Sô ñoà khoái maùy ño chuyeân duøng Hình 3.33: Caùch ñoùng coïcMaïch ño ñieän trôû ñaát coù söï keát hôïp vôùi maïch ñieän töû duøng cô caáu töø ñieän: ñieàu chænh bieán trôû Rso cho ñeân khi ñieän keá G ( cô caáu töø ñieän chæ “ 0 “ ñoïc trò soá RX dóa xoay con chaïy bieán trôû

Caùch ño ñieän aùp rôi treân 2 coïc ñaát (H.3.34)Coù nhöõng maùy ño ñieän trôû ñaát coù phaàn ño

ñieän theá rôi treân coïc ñaát 1 vôùi coïc ñaát 2, khi ñoù boä chæ thò treân maùy ño cho bieát ñieän aùp rôi treân hai coïc. Ví duï, ño ñieän aùp rôi treân coïc ñaát ñöôïc xem laø coïc an toaøn cuûa taûi vôùi coïc trung tính cuûa löôùi ñieän (H.3.34).1- coïc trung tính ñieän löïc 2- coïc ñaát ño ,

trò soá ñoïc treân maùy cho bieát ñieän aùp giöõa 2 coïc. Neáu ñieän aùp lôùn hôn 10V thì khoâng ñöôïc ño vì doøng ñieän trung tính quaù lôùn ñi qua vuøng ñaáât ñang ño.