CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẤU TẠO ĐỒNG HỒ ĐO LƯỜNG ĐIỆN – Ampe kế

1. Khái niệm chung về đo dòng điện

Dòng điện cần đo có các trị số biểu thị đặc tính là : trị số đỉnh (biên độ), trị số hiệu dụng, trị số trung bình.

• Trị số đỉnh (Im): là giá trị tức thời cực đại của dòng điện trong khoảng thời gian quan sát (hay một chu kì). Đối với dòng điện có cực tính không đối xứng thì có hai giá trị đỉnh: đỉnh dương và đỉnh âm. Với dòng điện xoay chiều điều hòa thì trị số đỉnh chính là trị số biên độ.
• Trị số hiệu dụng (Irms): là giá trị trung bình bình phương của dòng điện tức thời trong khoảng thời gian đo (hay trong một chu kì).
• Trị số trung bình (Itb): là trị số trung bình cộng các giá trị tức thời trong khoảng thời gian đo (hay trong một chu kì)

Dụng cụ dùng để đo dòng điện gọi là ampe kế hay ampemet. Kí hiệu như hình sau:

Yêu cầu chung đối với dụng cụ đo dòng điện

• Công suất tiêu thụ càng nhỏ càng tốt, điện trở của ampe kế càng nhỏ càng tốt và lý tưởng bằng 0.
• Làm việc trong một dải tần cho trước để đảm bảo cấp chính xác của dụng cụ đo.
• Mắc ampe kế để đo dòng phải mắc nối tiếp với dòng cần đo

2. Ampe kế một chiều cơ bản

Ampe kế một chiều được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị từ điện. Độ lệch của kim tỉ lệ thuận với dòng chạy qua cuộn động nhưng độ lệch kim được tạo ra bởi dòng điện rất nhỏ và cuộn dây quấn bằng dây có tiết diện bé nên khả năng chịu dòng rất kém. Thông thường, dòng cho phép qua cơ cấu chỉ trong khoảng 10^-4 A÷ 10^-2 A; điện trở của cuộn dây từ 20Ω ÷ 2000Ω với cấp chính xác 1,1; 1; 0,5; 0,2; 0,05

Để tăng khả năng chịu dòng cho cơ cấu (cho phép dòng lớn hơn qua) người ta mắc thêm điện trở SUN song song với cơ cấu chỉ thị có giá trị như sau:

Chú ý: Điện trở SUN được chế tạo bằng Manganin (hồn hợp gồm 55% đồng và 45% nikel) có độ chính xác cao hơn độ chính xác của cơ cấu đo ít nhất 1 cấp.

            Khi Ampe kế có nhiều thang đo ta có thể mắc theo hai cách:

• Mắc điện trở SUN kiểu nối tiếp (Hình a)
  
• Mắc điện trở SUN kiểu song song (Hình b)

                                    a. Sơ đồ mắc điện trở SUN kiểu nối tiếp       b. Sơ đồ mắc điện trở SUN kiểu song song

Hình 1: Mở rộng thang đo cho Ampe kế

Tính điện trở SUN ứng với dòng cần đo được xác định theo công thức:

Do cuộn dây động của cơ cấu chỉ thị được quấn bằng dây đồng mảnh, điện trở thay đổi đáng kể khi nhiệt độ của môi trường thay đổi và sau một thời gian làm việc bản thân dòng điện chạy qua cuộn dây cũng tạo ra nhiệt độ. Để giảm ảnh hưởng của sự thay đổi điện trở cuộn dây khi nhiệt độ thay đổi, người ta mắc thêm điện trở bù bằng Manganin hoặc Constantan với sơ đồ như sau:

Hình 2: Mắc điện trở bù nhiệt độ

            Ampe kế điện từ dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ. Mỗi cơ cấu điện từ được chế tạo với số ampe vòng xác định (I.W hằng số). Do đó khi đo dòng có giá trị nhỏ người ta mắc các cuộn dây nối tiếp và khi đo dòng lớn người ta mắc các cuộn dây song song.                    

Hình 6: Sơ đồ mắc các cuộn dây của Ampe kế điện từ