Chương 5 Các cơ cấu chỉ thị

Hình 5-2 : Cơ cấu chỉ thị từ điện

b.

Nguyên lí hoạt động : khi có dòng điện chạy qua, khung dây quay dưới tác động của từ trường

của nam châm vĩnh cửu lệch khỏi vị trí ban đầu một góc α, được tính theo biểu thức (cân bằng momen cản

và momen quay):

BswI

α=

D

Trong đó : B – độ từ cảm của nam châm

s – tiết diện khung dây

w – số vòng dây của khung dây

D – momen cản riêng của lò xo (là hệ số xác định)

Từ biểu thức, góc lệch α tỉ lệ với dòng điện I. Do đó, dòng điện cần đo I sẽ được khắc độ theo góc quay

α.

c.

Đặc điểm của cơ cấu từ điện :

- Góc lệch α tỉ lệ bậc nhất với dòng điện I, nên cơ cấu này chỉ sử dụng trong dòng điện DC, và đặc

tính của thang đo đều.

1

- Độ nhạy của cơ cấu S = Bsw [mm/A] là đại lượng không đổi trong suốt thang đo. Thông thường

D

người ta hay dùng hệ số nghịch đảo của độ nhạy gọi là hằng số của dụng cụ đo C = 1/S [A/mm]. Do trị số

B thường lớn, nên cơ cấu này thường có độ nhạy cao, có thể đạt đến 1/10-8 [mm/A]

- Độ chính xác cao vì các phần tử của cơ cấu có độ ổn định cao, ảnh hưởng của từ trường ngoài không

đáng kể (vì độ từ cảm của nam châm lớn), cản dịu tốt, thang đo đều.

- Nhược điểm : chế tạo phức tạp, chịu quá tải kém, chịu ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chính xác của

phép đo.

d. Ứng dụng của cơ cấu từ điện :

- Dùng chế tạo Ampemét, Vônmét, Ohmmet nhiều thang đo, dải đo rộng.

- Dùng chế tạo các loại điện kế có độ nhạy cao, có thể đo được dòng đến 10 -12A, điện áp đến 10-4V.

Điện kế còn được dụng phát hiện sự lệch điểm 0 trong mạch cần đo hay trong điện thế kế.

- Dùng làm chỉ thị trong mạch đo các đại lượng không điện.

- Thiết kế, chế tạo các thiết bị đo điện tử tương tự như vônmét điện tử, tần số kế điện tử.

- Kết hợp với các mạch chỉnh lưu để đo dòng, áp xoay chiều.

5.2.2. Logomét từ điện.

Logomet từ điện được chế tạo dựa trên cơ sở của chỉ thị từ điện, dùng để đo tỉ số giữa 2 dòng điện.

Về cấu tạo, logomet từ điện khác chỉ thị từ điện, ở logomet từ điện không có lò xo cản, nhưng có thêm

1 khung dây thứ 2 tạo ra momen chống lại momen của khung dây 1.



86



Nguyên lí làm việc của logomet từ điện : trong khe hở của từ trường của nam châm vĩnh cửu, 2 khung

quay được gắn vào trục chung, và được đặt lệch nhau góc δ (30o – 90o).

dΦ1

Dòng I1 được đưa vào cuộn dây 1, tạo ra momen quay M q1 = I1

dα

dΦ 2

Dòng I2 được đưa vào cuộn dây 2, tạo ra momen quay M q 2 = I 2

dα

Trong đó, Ф1, Ф2 là từ thông của nam châm móc vòng giữa 2 cuộn dây. Ở vị trí cân bằng, M q1 = Mq2,

I1 f 2 (α )

I 

=

= f (α )  α = F  1 

suy ra :

I2

f1 (α )

 I2 

Từ biểu thức trên, ta suy ra đặc tính cơ bản của logomet từ điện : góc lệch α tỉ lệ với tỉ số giữa 2 dòng

điện qua khung dây I1/I2, điều này thuận lợi khi đo các đại lượng vật lí thụ động cần thêm nguồn bên

ngoài. Khi nguồn cung cấp thay đổi, tỉ số 2 dòng điện vẫn giữ nguyên do vậy mà tránh được sai số.

Logomet được ứng dụng nhiều trong chế tạo các ommet, megaommet, và ứng dụng để đo điện trở, tần

số, và các đại lượng không điện.

5.3. Cơ cấu điện từ.

5.3.1. Chỉ thị điện từ

a. Cấu tạo :

Phần tĩnh : gồm cuộn dây phẳng bên trong có khe hở không khí, là khe hở làm việc.

Phần động : gồm lõi thép 2 được gắn lên trục quay 5. Lõi thép có thể quay tự do trong khe làm việc

của cuộn dây. Bộ phận cản dịu không khí 4 được gắn vào trục quay. Kim 6 và đối trọng 7 được gắn trên

trục quay. Kim quay trên bảng khắc độ 8. Momen cản được tạo ra bởi 2 lò xo 3 ngược chiều nhau.



Hình 5-3 : Cấu tạo cơ cấu chỉ thị điện từ

Bộ phận cản dịu có tác dụng rút ngắn quá trình dao động của phần động, xác lập vị trí nhanh chóng

trong cơ cấu chỉ thị. Thông thường có hai loại cản dịu được sử dụng, đó là cản dịu kiểu không khí và cản

dịu kiểu cảm ứng.

Ngoài ra còn có loại chỉ thị có phần tĩnh là cuộn dây tròn (Hình 5-4a), hoặc chỉ thị có mạch từ kín

(Hình 5-4b).



Hình 5-4 : Một số loại cơ cấu chỉ thị điện từ

87



b. Nguyên lí hoạt động :

Khi cho dòng điện I chạy vào cuộn dây tĩnh, sẽ sinh ra từ trường trong khe hở không khí. Đối với cuộn

dây dẹt từ trường này hút lá thép vào trong khe hở không khí. Ở cuộn dây tròn, từ trường sẽ từ hoá 2 lá

thép, khi đó 2 lá thép sẽ cùng cực tính nên đẩy nhau, lá thép động sẽ di chuyển một góc α so với vị trí ban

đầu.

Hình 5-5 : Cơ cấu đo

điện từ loại cuôn dây tròn

Dưới tác dụng dòng

điện, năng lượng điện từ

tích luỹ trong cuộn dây We

= L.I2/2. Momen quay tạo

ra dưới góc lệch α là

dWe I 2 dL . Khi

Mq =

=

dα

2 dα

cân bằng momen cản và

momen

quay

I 2 dL

= Dα

2 dα

Suy ra biểu thức tính α :



α=



I 2 dL

2 D dα



c. Đặc điểm chung :

- Góc quay α tỉ lệ với I2, nên không phụ thuộc vào chiều dòng điện, do vậy cơ cấu này có thể đo trong

mạch một chiều và xoay chiều.

- Do đặc tính bậc 2, thang đo của chỉ thị này không đều.

- Bộ phận cản dịu thường bằng không khí hoặc cảm ứng.

- Ưu điểm : cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu được quá tải lớn, đo được cả tín hiệu 1 chiều và xoay chiều

- Nhược điểm : công suất tiêu thụ tương đối lớn, độ chính xác không cao, nhất là trong mạch DC sẽ bị

sai số do từ trễ và từ dư, bị ảnh hưởng của từ trường ngoài đến kết quả phép đo khi dòng điện nhỏ, nên độ

chính xác thấp.

d. Ứng dụng :

Chế tạo các loại ampemet, vonmet trong mạch xoay chiều tần số công nghiệp. Khi đo tín hiệu ở tần số

cao hơn tần số công nghiệp thì phải thiết kế thêm mạch bù để giảm sai số do tần số.

5.3.2. Logomét điện từ.

Về nguyên tắc logomet điện từ cũng giống logomet từ điện. Logomet điện từ gồm 2 cuộn dây tĩnh A

và B, 2 lõi động được gắn trên cùng trục quay. Khi có dòng điện chạy qua cả 2 cuộn, thì cuộn A sinh ra

momen quay Mq, cuộn B sinh ra momen cản Mc. Khi cân bằng, Mq = Mc.

I 12

I 12 dL1 I 22 dL2

= f (α )





=

I 22

2 dα

2 dα

 I 12 

 2 

α

=

F

Suy ra :

 I2 

Từ biểu thức, suy ra những đặc tính cơ bản của logomet điện từ

88



- Góc lệch α tỉ lệ với tỉ số bình phương của dòng điện. Tỉ số này sẽ không thay đổi khi nguồn điện

áp cung cấp cho cả 2 cuộn dây thay đổi, do đó giúp loại trừ được sai số do sự biến động của nguồn cung

cấp khi cần đo các đại lượng thụ động.

- Logomet điện từ thường dùng đo các đại lượng như điện trở, điện cảm, điện dung (trong mạch

xoay chiều), đo tần số góc, góc pha, và các đại lượng không điện.



Hình 5-6 : Cấu tạo của logomet điện từ

5.4. Cơ cấu điện động

5.4.1. Chỉ thị điện động

a. Cấu tạo :

Phần tĩnh có cuộn dây tĩnh được chia thành 2 phần nối tiếp nhau để tạo ra từ trường trong khe hở

không khí khi có dòng điện chạy qua.

Phần động gồm khung dây đặt trong lòng cuộn tĩnh. Khung dây được gắn với trục quay, trên trục quay

gắn kim chỉ thị, ngoài ra còn có lò xo cản.

Cả phần động và phần tĩnh được bọc bởi màn chắn từ để tránh sự ảnh hưởng của từ trường ngoài đến

hoạt động của cơ cấu chỉ thị. Khi có màn chắn từ, thường dùng bộ cản dịu cảm ứng.



Hình 5-7 : Cơ cấu chỉ thị điện động

b. Nguyên lí làm việc :

Khi cho 2 dòng điện I1, I2 chạy vào cuộn tĩnh và cuộn động, trong lòng cuộn dây xuất hiện từ trường.

Từ trường này tác động lên dòng điện chạy trong khung dây và tạo nên momen quay làm phần động quay

89



đi 1 góc α. Momen quay được xác định theo M q = dWe / dα, trong đó We là năng lượng tích luỹ trong các

cuộn dây. Ta xét 2 trường hợp

- Dòng điện cung cấp cho các cuộn dây là dòng DC

1

1

2

2

Lúc này năng lượng có dạng : We = L1 I 1 + L2 I 2 + M 12 I 1 I 2

2

2

Trong đó M12 – hỗ cảm giữa các cuộn tĩnh và động.

Các giá trị điện cảm L1, L2 không đổi khi khung dây quay trong cuộn tĩnh, nên momen quay được tính

dWe dM 12

Mq =

=

I1 I 2

dα

dα

Ở vị trí cân bằng momen quay bằng momen cản Mq = Mc

1 dM 12

I1 I 2

Suy ra : α =

D dα

-



Dòng điện cung cấp cho các cuộn dây là dòng AC

dM 12

i1i2

Momen quay tức thời : mqt =

dα

Giả sử i1 = I1m sinωt và i2 = I2m sin(ωt-ψ)

Do phần động có quán tính mà không kịp thay đổi theo giá trị tức thời cho nên thực tế lấy theo giá trị

trung bình trong một chu kỳ

T

dM 12

1

M q = ∫ mqt dt =

I 1 I 2 cosψ

T 0

dα

Với ψ – góc lệch pha giữa 2 dòng điện.

1 dM 12

I 1 I 2 cosψ

Khi có cân bằng Mq = Mc, suy ra α =

D dα

c. Đặc điểm :

- Ưu điểm :

o Cơ cấu chỉ thị điện động là sự kết hợp của cơ cấu chỉ thị điện từ và từ điện

o Có thể dùng trong mạch một chiều và xoay chiều.

o Có độ chính xác cao do không có tổn hao trên lõi thép

- Nhược điểm :

o Góc lệch α phụ thuộc vào tích số I1.I2 nên thang đo không đều.

o Công suất tiêu thụ trên cơ cấu lớn, nên không thích hợp trong đo mạch điện công suất nhỏ

o Chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài, do momen quay của cơ cấu chỉ thị điện động không

lớn do từ trường của bản thân các cuộn dây sinh nhỏ, từ thông khép kín mạch qua không khí có từ trở lớn,

tổn hao từ nhiều. Do đó, để cơ cấu làm việc tốt cần có chắn từ.

o Độ nhạy thấp vì mạch từ thấp.

o Cấu tạo phức tạp, đắt tiền so với cơ cấu điện từ hay từ điện

d. Ứng dụng :

- Dùng chế tạo các ampemet, vonmet, oatmet một chiều và xoay chiều tần số công nghiệp, các pha kế

để đo góc lệch pha hay hệ số công suất cosφ.

- Dùng chế tạo đồng hồ đo công suất tác dụng và công suất phản kháng.

5.4.2. Logomét điện động.

90



Cấu tạo phần tĩnh giống chỉ thị điện động. Ở phần động ta mắc thêm một khung dây 2 nữa gắn chặt

với khung dây 1 chéo nhau 1 góc là γ.



Hình 5-8 : Cơ cấu của logomet điện động

Khi cho các dòng xoay chiều i, i1, i2 lần lượt chạy qua cuộn dây tĩnh, và các cuộn dây động, trong lòng

cuộn tĩnh xuất hiện từ trường. Từ trường này sẽ tác động lên các dòng điện chạy qua các cuộn dây động

sinh ra momen quay Mq1, Mq2 ngược chiều nhau.

dM 2

dM 1

M q2 =

I .I 2 . cos ( I I 2 )

M q1 =

I .I 1 . cos ( I I 1 )

dα

dα

Với M1 , M2 là hệ số hỗ cảm giữa cuộn dây tĩnh và lần lượt các cuộn dây động.

 I 1 cos( I I 1 ) 



Khi cân bằng momen, ta suy ra được α = F 

 I 1 cos( I I 2 ) 

Trường hợp khi cos(I I1) = cos(I I2) = 1 (nghĩa là cuộn tĩnh và cuộn động không có lệch pha) thì lúc

đó α = F(I1/I2), mối quan hệ này giống của logomet từ điện.

Từ biểu thức, góc lệch pha phụ thuộc tỉ số dòng điện đồng thời tỉ lệ với góc lệch pha. Do vậy cơ cấu

này có thể sử dụng để chế tạo các dụng cụ đo các đại lượng thụ động như pha kế, tần số kế, điện dung

kế… trong đó sự biến động của nguồn cung cấp sẽ không ảnh hưởng đến kết quả đo.

5.5. Chỉ thị cảm ứng

a. Cấu tạo :

Phần tĩnh là các cuộn dây điện 2, 3, có cấu tạo sao cho khi có dòng qua cuộn dây sẽ sinh ra từ trường móc

vòng qua mạch từ và qua phần động. Phải có ít nhất 2 nam châm điện.



Hình 5-9 : Cơ cấu chỉ thị cảm ứng



91



Phần động là đĩa kim loại 1 (thường cấu tạo bằng nhôm) gắn vào trục 4, quay trên trụ 5. Cơ cấu này làm

việc dựa trên sự tác động tương hỗ giữa từ trường xoay chiều và dòng điện xoáy tạo ra trong đĩa 1, do đó

mà cơ cấu này chỉ làm việc ở mạch xoay chiều. Để hiển thị số vòng quay của đĩa người ta gắn vào trục cơ

cấu chỉ thị số cơ khí.

b. Nguyên lí làm việc :

Khi cho các dòng xoay chiều i1, i2 vào các cuộn dây tĩnh sẽ sinh

ra các từ thông tương ứng ϕ 1 , ϕ2 và các từ thông này cũng như dòng

điện lệch pha nhau góc ψ. Các từ thông cắt đĩa nhôm làm xuất hiện

trong đĩa nhôm các sức điện động tương ứng E1, E2 lệch pha với các

từ thông 1 góc 90o. Vì đĩa nhôm coi như nhiều vòng dây ghép với

nhau, nên E1, E2 tạo ra trên đĩa nhôm dòng điện xoáy I x1 & Ix2, chậm

pha hơn so với E1, E2 vì ngoài điện trở thuần còn có thành phần cảm

ứng.

Tác động tương hỗ giữa dòng điện và từ thông  sinh ra các lực

F1 và F2 và các momen quay tương ứng làm quay đĩa nhôm.

Momen quay được tính theo công thức :

Mq = C.f.ϕ1.ϕ2.sinψ

Trong đó : C – hằng số của cơ cấu chỉ thị cảm ứng

f – tần số dòng điện I1, I2

ψ – góc lệch pha giữa 2 dòng điện

c. Đặc tính và ứng dụng :

- Từ biểu thức tính momen quay, điều kiện để có momen quay là phải có ít nhất 2 từ trường

- Momen quay đạt giá trị cực đại nếu 2 từ trường đó lệch nhau 90o

- Momen quay phụ thuộc tần số tạo 2 từ trường.

- Cơ cấu này chỉ làm việc trong mạch xoay chiều.

- Ứng dụng : chủ yếu để chế tạo công tơ đo năng lượng, đôi khi còn dùng để đo tần số.

- Nhược điểm : momen quay phụ thuộc tần số nên cần ổn định tần số.

5.6. Dao động kí điện tử.

a.

Cơ sở chung :

Dao động kí điện tử còn gọi là máy hiện sóng điện tử, bao gồm

một óng phóng tia điện tử và mạch điện tử để điều khiển và đưa tín

hiệu vào. Loại dụng cụ này để quan sát dạng của tín hiệu đồng thời

đo một số đại lượng.

Ống phóng tia điện tử gồm một đèn chân không trong đó các

điện tử phát ra từ catot bị nung bởi sợi đốt tạo thành một chùm hẹp

và được tăng tốc bắn về phía màn huỳnh quang. Chùm tia điện tử

được lái theo chiều thẳng đứng Y và chiều nằm ngang X trên màn

hình nhờ các điện áp đặt vào các bản cực Y, X.

Để quan sát 1 tín hiệu, trước tiên ta đặt tín hiệu đó vào 2 bản

cực Y nhưng đồng thời 2 bản cực X cũng đặt 1 điện áp quét dạng

răng cưa. Như vậy, do tác dụng đồng thời của cả hai điện trường lên hai cặp phiến, mà tia điện tử dịch

chuyển cả theo phương trục X và phương trục Y. Quỹ đạo của tia điện tử dịch chuyển trên màn sẽ vạch ra

hình dạng của điện áp nghiên cứu biến thiên theo thời gian. Nếu tần số tín hiệu quét nhỏ hơn n lần tần số

tín hiệu cần quan sát thì trên màn hình sẽ có n chu kì tín hiệu quan sát. Nếu tỉ số giưa 2 tần số đó là 1 số

nguyên thì trên màn huỳnh quang sẽ xuất hiện 1 đường cong đứng yên. Trường hợp ngược lại đường cong

sẽ chuyển động trên màn huỳnh quang và ta không quan sát rõ tín hiệu. Vì vậy cần có sự đồng bộ giữa tín

92



hiệu vào và tín hiệu quét. Để đạt được sự đồng bộ đó, ta điều chỉnh tần số quét bằng núm điều chỉnh ở trên

mặt dao động kí đến khi hình ảnh trên màn huỳnh quang đứng yên.

b. Sơ đồ khối một dao động kí thông dụng :

Một dao động kí điện tử cơ bản bao gồm các bộ phận chính như trong hình vẽ



Hình 5-10 : Sơ đồ khối của dao động kí điện tử

Tín hiệu Y được đưa vào qua phân áp và đến bộ khuếch đại Y (KĐY) và được đưa thẳng vào 2 bản

cực Y (nếu tín hiệu đủ lớn thì không cần qua khuếch đại). Tín hiệu từ tỷ bộ KĐY được đưa qua mạch

đồng bộ ĐB để kích thích máy phát răng cưa, sau đó qua KĐX để đưa vào bản cực X. Mặt khác có thể

đưa trực tiếp tín hiệu X vào bộ KĐX nối vào bản cực X qua công tắc B3.

Trường hợp muốn sử dụng đồng bộ ngoài qua B2 tín hiệu được đưa thẳng đến mạch đồng bộ

Khi cần đo điện áp, trước tiên công tắc B 1 được chuyển sang bộ phận chuẩn biên độ và quan sát độ

lệch của tia khỏi đường “0” ứng với biên độ chuẩn. Sau đó bật B 1 qua tín hiệu Y tính biên độ cực đại gấp

mấy lần biên độ chuẩn để tính ra độ lớn của Y theo tín hiệu chuẩn.

Khi cần đo chu kì ta cần phải chuẩn thời gian, để vậy ta sử dụng bộ chuẩn thời gian bằng cách đánh

dấu từng quãng thời gian ứng với giá trị chuẩn trên toàn tín hiệu.

c.



Các đặc tính của dao động :

Độ nhạy : độ nhạy của dao động kí nói chung thấp, vì vậy tín hiệu thường phải qua bộ khuếch đại. Yêu

cầu đối với khuếch đại phải như sau

- Hệ số khuếch đại ổn định và góc pha ổn định

- Quan hệ giữa điện áp ra trên điện áp vào là tuyến tính trong khoảng rộng

- Điện trở vào phải lớn (1 ÷ 50MΩ)

Dải tần số của tín hiệu đo có thể đến 150MHz tuỳ thuộc từng loại dao động kí, loại tần số cao thường

cấu tạo phức tạp.

Nhược điểm của dao động kí một tia : không có khả năng quan sát cùng lúc nhiều tín hiệu. Để khắc

phục nhược điểm này ta có thể sử dụng bộ đổi nối bằng khoá điện tử để lần lượt đưa nhiều tín hiệu vào

dao động kí điện tử. Để đảm bảo độ chính xác của thì tần số bộ đổi nối phải rất lớn so với tần số của tín

hiệu cần đo. Hoặc có thể sử dụng dao động kí nhiều tia (thường là 2 tia) có khả năng đưa nhiều tín hiệu

vào cùng một lúc.

5.7. Dao động kí 2 tia

93



Về mặt cấu tạo, dao động kí điện tử 2 tia không khác mấy so với dao động kí điện tử 1 tia. Trong dao

động kí này, để tạo ra 2 tia có 2 cách :

- Dùng 2 chùm phóng tia điện tử gồm 2 nguồn phát tia điện tử riêng biệt, các anot, lưới và bản cực

Y là riêng biệt. Việc điều khiển 2 tia hoàn toàn độc lập, chỉ có một bộ phận chung cho cả 2 tia là 2 bản cực

X (hình 5-11a)

- Dùng 1 chùm tia điện tử nhưng được tách làm 2 đi về các phía bản cực A và B (hình 5-11b).



Hình 5-11 : Cấu tạo ống phóng trong dao động kí 2 tia

Với dao động kí điện tử 2 tia, ta có thể cùng lúc quan sát được 2 tín hiệu hoàn toàn khác nhau. Điều

này cho phép so sánh các dạng sóng với nhau về biên độ, pha và chu kì. Vì các bộ núm điều khiển ở 2

kênh A và B hoàn toàn độc lập nên ta có thể điều chỉnh từng tia hoàn toàn theo y muốn.

5.8. Dao động kí đo tần số cao và siêu cao.

Để quan sát và ghi lại các tín hiệu xung ngắn, các tín hiệu quá độ, các xung hay tín hiệu tuần hoàn có

tần số cao, người ta dùng loại dao động kí tốc độ nhanh. Dải tần số đo được có thể lên đến hàng chục

GHz.

Ở loại dao động kí này không có bộ khuếch đại thẳng đứng Y (KĐY). Tín hiệu khảo sát được đưa trực

tiếp vào hệ thống làm lệch tia của ống phóng tia điện tử. Hệ thống này được chế tạo theo nguyên tắc sóng

chạy, giúp tăng tốc độ của dao động kí, do đó loại trừ được ảnh hưởng của thời gian bay của điện tử qua

khoảng không giữa 2 bản điện cực.

Ở loại dao động kí này, người ta sử dụng loại ống phóng tia điện tử có màn huỳnh quang sóng với hệ

thống hội tụ từ trường, nhờ đó tăng được tốc độ ghi bằng chụp ảnh.

5.9. Dao động kí điện tử số có cài đặt vi xử lí.

Loại dao động kí này bao gồm các khâu như : bộ vào, bộ biến đổi D/A, ống phóng tia điện tử (hình 512).

Dao động kí (osilloscope) có cài đặt vi xử lý (μP) là loại dao động kí trong đó việc điều khiển

osilloscope đã được chương trình hóa, điều này cho phép thay đổi một cách cơ bản quá trình xử lý của

osilloscope. Ví dụ, đã có osilloscope mà toàn bộ các giá trị cần thiết như đo biên độ, độ dài của tín hiệu,...

được thay bằng một chuyển mạch. Các chức năng điều khiển được nhóm lại theo yêu cầu về nguyên tắc

logic, việc lựa chọn chức năng cần thiết theo yêu cầu, được đơn giản bằng việc nhấn nút tương ứng. Điều

này đã làm thay đổi hoàn toàn cấu tạo mặt trước của osilloscope.

Sự trao đổi thông tin giữa các khâu qua μP sẽ được thực hiện với tốc độ cao. Mọi sự liên lạc với μP

đều được thực hiện thông qua BUS điều khiển. Ví dụ : để truyền một hệ số nhân theo chiều thẳng đứng,

μP đưa mã vào BUS sau đó chọn khâu cần thiết để gởi mã đến nó.

Các khả năng khác của ôxilô có sử dụng vi xử lý là đơn giản hoá các thao tác đo: giảm bớt khối lượng

công việc của qúa trình đo; tăng cao độ chính xác; mở rộng được khả năng đo các thông số của tín hiệu;

thực hiện được các phép tính toán học...Ví dụ, muốn đo biên độ của xung vuông, chỉ cần đặt trên mặt hiển

thị của biên độ hai dấu sáng: một dấu ở mức không, một dấu ở đỉnh biên độ xung và bấm một nút tương

ứng. Kết quả đo sẽ hiển thị trên màn hình dưới dạng số thập phân cùng với đơn vị đo.

Một khả năng đáng kể nữa của ôxilô có cài đặt µP là việc nhanh chóng hiệu chỉnh và thiết lập các

đơn vị chuẩn. Đây là một việc phải làm định kỳ trong quá trình sử dụng theo đúng chỉ dẫn, thì bây giờ

94



công việc được đơn giản hoá đi như không cần phải mở vỏ máy ôxilô như trước để can thiệp vào bên

trong, mà việc đó chỉ cần thực hiện trên mặt điều khiển. Theo chương trình đặt trước các giá trị chuẩn sẽ

được tính toán, sau đó được ghi vào bộ nhớ không xoá. Trong bộ nhớ cũng ghi các hướng dẫn để đặt các

giá trị chuẩn và được thông báo ra trên màn hình từng bước một cho người đặt các giá trị chuẩn.

5.10. Chỉ thị tự ghi nhớ

5.10.1. Cơ sở chung :

Cơ cấu này thường sử dụng trong các dụng cụ tự ghi nhằm mục đích ghi lại những tín hiệu đo thay đổi

theo thời gian.

a.

Cấu tạo chung :

Phần 1: thực hiện chuyển động thể hiện quan hệ y = α = f(i): biến thiên của góc lệch α theo dòng điện

tức thời (tức là biến thiên của góc lệch α theo giá trị tức thời của đại lượng đo). Bao gồm: cơ cấu chỉ thị cơ

điện, bút ghi. Thường sử dụng các chỉ thị cơ điện có mômen quay đủ lớn (để thắng lực ma sát do

bút ghi tì lên giấy) như cơ cấu chỉ thị sắt điện động.

Phần 2: thực hiện chuyển động thể hiện quan hệ x = K(t): biến thiên của đại lượng đo theo thời gian.

Thường bao gồm: cơ cấu đồng hồ (thường là một động cơ đồng bộ), bộ giảm tốc, quả rulô, băng giấy.

b.

Nguyên lí làm việc chung :

Thường có đầu vào là dòng điện biến thiên theo thời gian i(t), đầu ra là đường quan hệ α(t).

Đường ghi trên băng giấy là sự phối hợp giữa hai chuyển động:

- y = α = f(i): biến thiên của góc lệch α theo dòng điện tức thời: thường được thực hiện bởi các cơ

cấu chỉ thị cơ điện.

- x = K(t): biến thiên của đại lượng đo theo thời gian, được thực hiện bởi cơ cấu đồng hồ.

c.



Phân loại :

- Theo cách ghi: ghi các đường cong liên tục, ghi các đường cong rời rạc, in số lên băng giấy. Có thể

ghi bằng mực trên băng hặc đĩa giấy; ghi trên giấy nến hoặc giấy than do bút chì vạch nên; ghi bằng cách

thay đổi vật chất phủ lên bề mặt vật mang (ghi lên băng hay đĩa từ, ghi bằng chụp ảnh, ghi bằng nhiệt làm

cháy vật chất trên bề mặt vật mang…).

- Theo tốc độ ghi: tốc độ thấp, tốc độ trung bình, tốc độ cao.

d.

Các vấn đề giải quyết trong cơ cấu chỉ thị tự ghi :

- Nâng cao tốc độ ghi: phụ thuộc nhiều vào thiết bị ghi, yêu cầu phải có mômen quay đủ lớn (để

thắng lực ma sát của bút ghi tì lên băng giấy).

- Có cách ghi vừa đơn giản, nhanh và đảm bảo độ chính xác theo yêu cầu.

5.10.2. Cơ cấu chỉ thị tự ghi tốc độ thấp

Dùng khi tín hiệu cần đo có tần số thấp. Cơ cấu này là loại bút ghi trên băng giấy chuyển động với tốc

độ đều.

Do phải mang bút ghi có khối lượng lớn (0,5g) lại phải chịu ma sát của bút ghi lên băng giấy cỡ 5 –

-3

10 N. Vì vậy, cơ cấu chỉ thị tự ghi phải có momen đủ lớn (50 ÷ 100.10 -5N.m). Để đạt được điều này,

trong thực tế người ta thường sử dụng 2 loại cơ cấu chỉ thị từ điện và sắt điện động.

Ở cơ cấu chỉ từ điện, momen quay sinh ra do từ trường của nam châm vĩnh cửu, nên để có momen

quay lớn thì dùng các nam châm vĩnh cửu có kích thước lớn mà có vòng từ khép kín để nâng cao hệ số sử

dụng từ thông của nam châm vĩnh cửu.

5.10.3. Cơ cấu chỉ thị tự ghi tốc độ trung bình

Ở những dụng cụ có tần số trung bình, ta có thể dùng bút ghi lên băng giấy. Trong các loại chỉ thị này,

thường sử dụng cơ cấu chỉ thị từ điện hoặc điện từ.

95



Hình 5-12 : Cơ cấu chỉ thị tự ghi tốc độ trung bình sử dụng cơ cấu điện từ

Hình 5-12 mô tả cơ cấu của chỉ thị tự ghi dùng cơ cấu điện từ.

Các phần tử chính là : mạch từ 1 với cuộn 2 để đưa dòng điện cần đo vào. Lõi từ 3 được gắn với lá

mỏng đàn hồi 4, qua thanh truyền động 5 nối với kim 6 có gắn bút ghi vẽ lên băng giấy 7.

Khi có dòng vào cuộn 2, lõi từ 3 bị hút vào và cân bằng với lực đàn hồi của lá mỏng 4. Sự dao động

của dòng cần đo sẽ được vẽ lên băng giấy. Độ nhạy của chỉ thị này cỡ 0,2mm/mA.

Ứng dụng của chỉ thị này thường thấy trong các thiết bị y tế như điện não đồ, điện tâm đồ.



Hình 5-13 : Chỉ thị tự ghi tốc độ trung bình sử dụng cơ cấu từ điện

Cơ cấu chỉ thị tự ghi dùng cơ cấu từ điện được vẽ trên hình 5-13.

Các phần tử chính là : mạch từ 1 với các đầu từ 2 (N-S), cuộn kích thích 3, cuộn bất động 4, xuyên qua

nó là bộ phận động 5 mang bút ghi.

Khi có dòng điện vào đi cuốn dây 4 sinh ra một từ trường xoay chiều ở trong khe hở không khí, kết

quả là xuất hiện momen quay tỉ lệ với dòng điện cần đo đi qua cuộn bất động 4. Loại này có thể ghi các

dòng điện với tần số 50Hz. Độ rộng băng giấy lớn nhất có thể đến 17mm.

5.10.4. Cơ cấu chỉ thị tự ghi tốc độ cao

Đối với các dụng cụ tự ghi tốc độ lớn (tần số trên 100Hz) ta có thể sử dụng các cơ cấu cơ điện có tần

số dao động riêng cao.

a. Cơ cấu chỉ thị cơ điện có tần số riêng cao : cấu tạo của cơ cấu này gồm nam châm vĩnh cửu 1, ở

cực giữa đặt cuộn dâ đo 2. Cuộn dây đo được gắn chặt với kim chỉ thị 4, kim này được gắn với tấm đàn

hồi 3. Lực tác dụng lên cuộn dây khi có sự tác động tương hỗ giữa dòng và từ trường nam châm sẽ cân

bằng với lực đàn hồi của tấm đàn hồi 3.



96