Chương III: Mạch đo lường và gia công thông tin pdf
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (467.34 KB, 46 trang )
Chương III
Mạch đo lường
và gia công thông tin
Mạch đo lường
và gia công thông tin
3.1. Khái niệm chung
3.2. Mạch tỷ lệ
3.3. Mạch khuếch đại đo lường
3.4. Mạch gia công tính toán
3.5. Mạch so sánh
3.6. Mạch tạo hàm
3.7. Các bộ biến đổi tương tự số (ADC)
3.8. Các bộ biến đổi số tương tự (DAC)
3.1. Khái niệm chung
Mạch đo lường là thiết bị kỹ thuật làm nhiệm vụ biến đổi, gia công thông
tin tính toán, phối hợp các tin tức với nhau trong một hệ vật lí thống nhất
Mạch đo là một khâu tính toán, thực hiện các phép tính đại số trên sơ đồ
mạch nhờ vào kĩ thuật điện tử
Thực hiện một phép nhân (hoặc chia) với một hệ số
k
.
Đại lượng vào là
x
thì đại lượng ra là
k.x
Ví dụ: shunt, phân áp, biến dòng, biến áp…
- Mạch tỉ lệ về dòng
- Mạch tỉ lệ về áp
3.2. Mạch tỉ lệ
3.2.1. Mạch tỉ lệ về dòng
a. Điện trở Shunt
là một điện trở mắc song song với cơ cấu chỉ thị.
Trong công nghiệp shunt được làm bằng vật liệu có điện trở không phụ thuộc
nhiệt độ như manganin.
Thường shunt được chế tạo với dòng từ vài mA đến 10
4
A; điện áp shunt cỡ 60,
75, 100, 150 và 300mV.
Các dòng điện chạy trong mạch gồm:
- Dòng chạy trong mạch chính là I
- Dòng chạy trong mạch chỉ thị là ICT
- Dòng chạy qua shunt là Is
I
CT S
I I I= +
I
CT
I
K
I
=
CT s CT
s CT
s CT s
I R R
I I
I R R
= ⇒ =
1
CT
CT S CT CT I
s
R
I I I I I K
R
= + = + =
÷
;
1
1
CT CT
I s
s I
R R
K R
R K
= + ⇒ =
−
Tính điện trở Shunt cho mạch đo dòng trong 1 bể điện phân có dòng I =
10kA.
Biết:
+ dòng định mức qua cơ cấu là ICT =20mA
+ điện trở cơ cấu là RCT = 1
Ω
Cấu tạo của shunt: có cấu tạo như điện trở 4 đầu, bao gồm 2 đầu dòng và 2
đầu áp:
- 2 đầu dòng: để đưa dòng IS vào.
- 2 đầu áp: lấy điện áp ra để đưa vào cơ cấu chỉ thị.
Trên shunt thường có ghi:
- Cấp chính xác
- Dòng IS có thể đi qua
- Điện áp ở đầu ra: US = IS.RS = (I - ICT).RS
Để điều chỉnh điện trở shunt có thể xẻ rãnh khác nhau.
Một shunt thường
chỉ làm việc với một
chỉ thị nhất định và
phải có dây nối đã
xác định trước điện
trở.
Dùng shunt có hệ số chia dòng khác nhau:
4
4
4
4
4 1 2 3 4
1 2 3 1 2 3
1
, , , , ,
I
CT
CT
S
I
S
I I I s s s
I
K
I
R
R
K
R R R R R
K K K R R R
=
⇒ =
−
⇒ = + + +
⇒ =
Ví dụ
Cơ cấu đo: RCT =1kΩ; Imax = 50μA.
Xác định 4 tầm đo:
A (1mA) B (10mA)
C(100mA) D(1000mA)
Ứng dụng:
Shunt được dùng chủ yếu trong mạch một chiều, có thể dùng trong mạch
xoay chiều nếu tải thuần trở.
b. Biến dòng điện (BI)
Biến dòng điện là một biến áp mà thứ cấp ngắn mạch, sơ cấp nối tiếp với
mạch có dòng điện chạy qua.
BI được sử dụng trong mạch xoay chiều để biến đổi dòng điện trong phạm
vi rộng.
Nếu biến dòng làm việc lí tưởng (không có tổn hao):
1 2
2 1
W
W
I
I
K
I
= =
K
I
: hệ số biến dòng
I
1
, I
2
: dòng điện sơ cấp và
thứ cấp;
W
1
, W
2
: số vòng dây quấn
Dòng sơ cấp định mức từ 0,1÷25000A. Dòng thứ cấp định mức là 1A hoặc
5A.
Cấp chính xác của biến dòng thường là:
0,05; 0,1; 0,2; 0,5.
3.2.2. Mạch tỉ lệ về áp
1. Mạch phân áp
là mạch phân điện áp, thường có U2 nhỏ hơn U1 tức là công suất ra nhỏ hơn
công suất vào.
a. Mạch phân áp điện trở
Hệ số phân áp:
1
2
U
m
U
=
Xét hai trường hợp:
+ Khi không có tải
1 1 2 1
0
2 2 2
( )
1
U I R R R
m
U IR R
+
= = = +
+ Khi có tải
2
1
1 2 1 2 2
2
2 2
2
( )
T
T T T
T
T
T
R R
IR I
U R R R R R R R
m
R R
U R R
I
R R
+
+ + +
= = =
+
1
0
= +
T
R
m
R
Khi tải là những cơ cấu chỉ thị có điện trở không đổi:
R2 : điện trở của chỉ thị
R1 : phân áp (điện trở phụ) : RP = RCT .(m−1)
Tỉ số giữa điện áp cần đo và điện áp trên cơ cấu chỉ thị:
X
CT
U
m
U
=
Nếu một vônmét có nhiều thang đo:
3
3
CT
U
m
U
=
R
P3
= R
CT
.(m
3
−1) = R
1
+ R
2
+R
3
1 2 1 2
, , ,
p p
m m R R⇒
1 2 3
, ,R R R⇒
Phân áp có hệ số phân áp thay đổi tùy ý: thường là một biến trở trượt có
gắn thêm một thang chia độ trên có khắc hệ số phân áp tương ứng với
vị trí của nó, mạch này có độ chính xác không cao (thường từ 1÷5%).
Các phân áp có cấp chính xác cao (0,05÷0,1): được chế tạo theo kiểu nhảy
cấp hoặc bố trí thành từng cấp thập phân
b. Mạch phân áp điện dung
Hệ số phân áp là:
1 1 2
2 2
1 2
1 2
1 2
1 2
2
2
2
2
1 1
. .
1 1
1
.
1
U Z Z
m
U Z
R R
j C j C
R R
j C j C
R
j C
R
j C
ω ω
ω ω
ω
ω
+
= =
+
+ +
=
+
2
2 2
1
1 1
1
(1 )
1
1
(1 )
C
j C R
C
j C R
ω
ω
+
= +
+
không phụ thuộc tần số nên được sử dụng trong mạch có tần số cao.
2
1
1
C
m
C
⇒ = +
2
2 2
1
1 1
1
(1 )
1
1
(1 )
C
j C R
m
C
j C R
ω
ω
+
= +
+
Đầu vào và đầu ra được liên hệ với nhau
bằng điện và bằng từ
Muốn phân áp có độ chính xác cao thì biến
áp phải gần điều kiện lý tưởng:
c. Mạch phân áp điện cảm
lõi thép phải chế tạo đảm bảo tổn hao từ thông
nhỏ, từ thông móc vòng đều trên toàn cuộn
dây phân áp, từ thông tản vừa nhỏ và đều.
W1, W2 : số vòng dây để lấy các điện áp tương
ứng U1, U2
Cuộn dây được chia thành nhiều phân đoạn ứng với số cấp của phân áp.
Ưu điểm: hệ số phân áp Ku ít thay đổi lúc tải đầu ra thay đổi.
Nhược điểm: có sai số tần số khi tần số thay đổi.
1 1
2 2
W
1
W
U
U
K
U
= = ≥
Hệ số biến áp:
d. Máy biến điện áp (BU)
1 1
2 2
W
W
U
U
K
U
= =
K
U
>1: Biến áp hạ áp
K
U
<1: Biến áp tăng áp
Trong hướng dẫn sử dụng của biến điện áp đo
lường thường chỉ rõ:
công suất định mức, U
1
, U
2
, K
u
- Đặc điểm:
+ Điện áp định mức của cuộn thứ cấp thường là 100V, điện áp định mức
của cuộn sơ cấp chính là điện áp cần đo hay kiểm tra.
+ Biến điện áp đo lường sử dụng ở chế độ hở mạch cuộn thứ cấp
+ Cấp chính xác của biến áp đo lường là: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5
