Tin tức

Dòng Điện Được Đo Lường Như Thế Nào?

Posted on by huuthinh

Đơn Vị Đo Dòng Điện【Measuring The Units of Current Flow】

Trong quá trình học, bạn đã biết rằng đơn vị của dòng điện là ampere, tượng trưng cho sự di chuyển của điện tích (electron) với tốc độ 1 coulomb mỗi giây, tương đương với 6,28 triệu triệu triệu electron. Bạn cũng đã hiểu cách dòng điện tạo ra từ trường và cách nguyên lý này được sử dụng trong việc cấu tạo các thiết bị đồng hồ đo. Bây giờ, chúng ta sẽ xem cách áp dụng những khái niệm này vào thực tế để đo lường dòng điện.

Thiết bị được sử dụng để đo tốc độ dòng điện chạy qua vật liệu dẫn điện và hiển thị thông tin một cách dễ hiểu được gọi là ampe kế (ammeter). Một ampe kế biểu thị, tính bằng ampere, số lượng electron đi qua một điểm cụ thể trong vật liệu (Thực tế, trong hầu hết các trường hợp, ampe kế thường được kết nối với một sợi dây dẫn điện. Điều này giúp cho việc đo lường dòng điện trở nên dễ dàng và chính xác hơn).

Để làm điều này, ampe kế phải được kết nối vào dây dẫn một cách đúng cách, để đếm tất cả các electron đi qua mà không bỏ sót. Cách duy nhất để làm điều này là cắt dây hoặc mở tháo đường dây như tên gọi của nó và cắm ampe kế vào đó.

Khi một ampe kế được cắm chèn vào dây điện đang được sử dụng để dẫn dòng điện đến một bóng đèn điện, ampe kế được cho là đã được kết nối, nối tiếp với bóng đèn. Biểu tượng ký hiệu cho ampe kế là một vòng tròn có chữ “A” hoặc “I” trong đó.

Chú Thích

  • (Without ammeter): Không có ampe kế
  • (Ammeter connected in series with line to measure lamp current): ampe kế được kết nối, nối tiếp với đường dây để đo (cường độ) dòng điện của đèn
  • (The ammeter): ampe kế
  • (Whenever you use an ammeter, the pointer indicates on the meter scale the number of amperes of current flowing, which is also the number of coulombs passing per second): Mỗi khi bạn sử dụng một ampe kế, kim chỉ trên thang đo của đồng hồ chỉ số – số ampe của dòng điện đang chảy, cũng chính là số coulomb (đống electron) đi qua mỗi giây

Dòng Điện Nhỏ Được Đo Như Thế Nào【How Small Currents Are Measured】

Mặc dù ampere là đơn vị cơ bản để đo dòng điện, nhưng không phải lúc nào cũng tiện lợi. Dòng điện hiếm khi vượt quá 1.000 ampere, nhưng thường chỉ là 1/1.000 ampere. Để đo dòng điện nhỏ hơn 1 ampere, cần có đơn vị khác. Tương tự như việc đo nước không sử dụng gallon cho cốc nước, hoặc đo lưu lượng nước từ vòi cứu hỏa không sử dụng cốc. Trong mọi trường hợp đo lường, cần phải có một đơn vị đo lường thực tế có thể sử dụng được. Với dòng điện hiếm khi vượt quá 1.000 ampere, ampere có thể sử dụng cho dòng điện lớn hơn 1 ampere, nhưng không thuận tiện cho dòng điện nhỏ hơn 1 ampere.

Nếu dòng điện nằm trong khoảng từ 1/1.000 ampere đến 1 ampere, chúng ta sử dụng milliampere (viết tắt là mA), tương đương với 1/1.000 ampere. Đối với dòng điện nhỏ hơn 1/1.000 ampere, chúng ta sử dụng microampere (viết tắt là µA), tương đương với 1/1.000.000 ampere. Đồng hồ đo dùng để đo milliampere được gọi là miliampe kế (milliammeters, ampe kế), trong khi đồng hồ đo dùng để đo microampere được gọi là microampe kế (microammeters, ampe kế). Đơn vị đo được chia nhỏ để dễ dàng chuyển đổi sang đơn vị khác, lớn hơn hoặc nhỏ hơn.

Trong công việc điện, hiếm khi sử dụng phân số như một nửa, một phần tư, một phần ba, v.v. Thay vào đó, số thập phân thường được ưu tiên hơn. Ví dụ, một thiết bị đo sẽ hiển thị giá trị nửa ampere (1/2) là “0,5 A” hoặc “500 mA”.

Chú Thích

  • 1.000 Milliampere = 1 Ampere
  • 1.000.000 Microampere = 1 Ampere

Đơn vị Dòng Điện Được Chuyển Đổi Như Thế Nào【How Units of Current Are Converted】

Để làm việc với điện, bạn cần biết cách chuyển đổi giữa các đơn vị dòng điện. Vì một milliampere (mA) tương đương với 1/1.000 của một ampere, nên để chuyển từ milliamperes sang amperes, bạn cần di chuyển dấu thập phân ba chữ số sang trái. Ví dụ: 35 milliampe tương đương với 0,035 ampe. Để làm điều này, trước hết, bạn cần xác định vị trí ban đầu của dấu thập phân. Sau đó, di chuyển số thập phân sang trái ba chữ số để chuyển đổi từ milliampe sang ampe. Nếu không có dấu thập phân nào được chỉ định cùng với số, bạn luôn hiểu rằng dấu thập phân sẽ ở sau số cuối cùng trong đại lượng số. Trong ví dụ này, dấu thập phân được đặt sau số 5 (5,), do đó để chuyển từ milliampe sang ampe, bạn cần di chuyển nó sang trái ba chữ số. Tuy nhiên, vì chỉ có hai số nguyên ở bên trái dấu thập phân, bạn cần thêm số 0 vào bên trái để có vị trí thứ ba, như được minh họa.

Chú Thích

  • (Converting Milliamperes to amperes): Chuyển đổi từ Milliampe sang Ampe
  • (Move decimal point three places to the left): Di chuyển dấu thập phân, sang trái ba chữ số

Khi chuyển đổi từ ampe sang miliampe, bạn di chuyển dấu thập phân sang phải ba vị trí thay vì sang trái. Ví dụ: 0,125 ampe bằng 125 miliampe và 16 ampe bằng 16.000 miliampe. Trong các ví dụ này, dấu thập phân được di chuyển ba vị trí sang phải so với vị trí tham chiếu của nó, và ba số 0 được thêm vào trong ví dụ thứ hai để tạo ra các vị trí thập phân cần thiết.

Chú Thích

  • (Converting amperes to milliamperes): Chuyển đổi từ Ampe sang Milliampe
  • (Move decimal point three places to the right): Di chuyển dấu thập phân, sang phải ba chữ số

Hãy giả sử bạn đang làm việc với một dòng điện là 125 microampe và bạn cần đổi thành đơn vị ampe. Khi chuyển từ một đơn vị lớn hơn sang một đơn vị nhỏ hơn, dấu thập phân sẽ di chuyển sang bên phải; và khi chuyển từ một đơn vị nhỏ hơn sang một đơn vị lớn hơn, dấu thập phân sẽ di chuyển sang bên trái. Vì một microampe bằng 1/1.000.000 ampere, nói chung, ampere là đơn vị lớn hơn. Vì vậy, để chuyển đổi từ microampe sang ampe, chúng ta cần di chuyển dấu thập phân sang bên trái. Để chuyển từ microampe sang ampe (chuyển đổi phần triệu sang ampe), chúng ta cần di chuyển dấu thập phân sáu chữ số sang bên trái; do đó, 125 microampe bằng 0,000125 ampe. Điểm tham chiếu trong 125 microampe là sau số 5, vì vậy để di chuyển dấu thập phân sáu chữ số sang bên trái, chúng ta cần thêm ba số 0 phía trước số 125. Khi chuyển từ microampe sang miliampe, chúng ta chỉ cần di chuyển dấu thập phân ở ba chữ số sang bên trái; do đó, 125 microampe bằng 0,125 miliampe.

Nếu dòng điện ban đầu của bạn ở dạng ampe và bạn muốn biểu thị nó bằng microampe, dấu thập phân sẽ được di chuyển sang bên phải sáu vị trí. Ví dụ: 3 ampe bằng 3.000.000 microampe, vì dấu thập phân sau số 3 được di chuyển sang bên phải sáu vị trí và sáu số 0 được thêm vào để cung cấp các vị trí cần thiết. Để chuyển đổi từ miliampe sang microampe, dấu thập phân cũng phải được di chuyển ba vị trí sang bên phải. Ví dụ: 125 miliampe bằng 125.000 microampe, với ba số 0 được thêm vào để cung cấp các vị trí thập phân cần thiết.

Chú Thích

  • (Converting units of current): Chuyển đổi đơn vị dòng điện
  • (Microamperes to amperes, Move Decimal Point Six Places to the Left): Chuyển đổi Microampe Sang Ampe, Di chuyển dấu thập phân sang trái sáu chữ số, 125 microampe = 0,000125 ampe
  • (Microamperes to milliamperes, Move Decimal Point Three Places to the Left): Chuyển đổi từ microamperes sang milliamperes, Di chuyển dấu thập phân sang trái ba chữ số, 125 microampe = 0,125 miliampe
  • (Amperes to microamperes, Move Decimal Point Six Places to the Right): Chuyển đổi từ ampe sang microampe, Di chuyển dấu thập phân sang bên phải sáu chữ số, 3 ampe = 3,000,000 microampe
  • (MillIamperes to microamperes, Move Decimal Point Three Places to the Right): Chuyển đổi từ milliampe sang microampe, Di chuyển dấu thập phân sang phải ba chữ số, 125 milliampere = 125,000 microampe

Đồng hồ Milliampere và Microampere【Milliammeters and Microammeters】

Một ampe kế có thang đo từ 0-1 ampe thực ra là một milliampere kế với phạm vi từ 0-1.000 miliampe. Vì phân số ít được sử dụng trong điện, nên giá trị đọc của ½ ampe trên dải 0-1 ampe thường được biểu diễn là 0,5 ampe hoặc 500 milliamperes (mA). Đối với phạm vi dưới 1 ampe, chúng ta sử dụng miliampe kế và microampe kế để đo dòng điện.

Nếu bạn đang sử dụng dòng điện trong khoảng từ 1 miliampe đến 1.000 miliampe, thì chúng ta sử dụng miliampe kế để đo lượng dòng điện. Đối với dòng điện nhỏ hơn 1 miliampe, chúng ta sử dụng microampe kế với dải đo chính xác. Dòng điện rất nhỏ từ 1 microampe trở xuống được đo bằng các thiết bị đặc biệt trong phòng thí nghiệm gọi là điện kế (galvanometers). Thông thường, bạn không cần sử dụng điện kế (galvanometer) vì dòng điện được sử dụng trong thiết bị điện thông thường thường nằm trong khoảng từ 1 microampe đến 100 ampe và có thể đo bằng miliampe kế, microampe kế hoặc ampe kế có phạm vi chính xác. Phạm vi đo của miliampe kế (milliammeters) và microampe kế (microammeters), giống như ampe kế (ammeters), thường là bội số của 5 hoặc 10 vì các bội số này dễ dàng chuyển đổi sang các đơn vị khác.

Khi sử dụng đồng hồ đo để đo dòng điện, số đọc (giá trị đọc) tối đa của dải đồng hồ phải luôn cao hơn dòng điện tối đa cần đo. Một phương pháp đo dòng điện an toàn là bắt đầu bằng một đồng hồ đo có phạm vi đo lớn hơn nhiều so với mức bạn dự kiến đo, để xác định chính xác đồng hồ đo cần sử dụng.

Cách Chuyển Đổi Phạm Vi Đồng Hồ Ampe Kế【How Ammeter Ranges Are Converted】

Phạm vi của đồng hồ đo ampe kế, có thể thay đổi bằng cách sử dụng nam châm với độ mạnh khác nhau hoặc thay đổi số vòng dây trong cuộn dây. Bất kỳ thay đổi nào này đều ảnh hưởng đến lượng dòng điện cần thiết để đạt được mức lệch nghiêng đầy đủ trên thang đo. Tuy nhiên, dây dẫn trong cuộn dây phải đủ lớn để chịu được dòng điện tối đa trong phạm vi mà ampe kế được thiết kế. Do đó, việc thay đổi kích thước dây chỉ khả thi trong các phạm vi dòng điện nhỏ, vì dây lớn không thể sử dụng cho cuộn dây chuyển động. Để giữ cho kích thước dây và cuộn dây nhỏ, các chuyển động cơ bản của đồng hồ đo ampe kế thường giới hạn trong phạm vi 1 miliampe hoặc nhỏ hơn. Ngoài ra, khi sử dụng đồng hồ ampe kế cho nhiều phạm vi, việc thay đổi nam châm hoặc cuộn dây mỗi khi thay đổi phạm vi là không thực tế.

Để đo dòng điện lớn, chúng ta sử dụng đồng hồ ampe kế phạm vi thấp sử dụng kèm chung với shunt, shunt là một sợi dây nặng được kết nối qua các cực của ampe kế để chịu hầu hết dòng điện. Shunt này chỉ cho phép một phần nhỏ của dòng điện thực sự chảy qua cuộn dây của đồng hồ ampe kế. Thông thường, một ampe kế 0-1 miliampe được sử dụng, với shunt có kích thước phù hợp được kết nối qua các cực để đạt được phạm vi mong muốn. Ampe kế phạm vi 0-1 miliampe là một trong những loại ampe kế cơ bản phổ biến. Các phạm vi dòng điện cơ bản khác bao gồm 0-100 µA và 0-50 μ.Α.

Chú Thích

  • (Permanent magnet): Nam châm vĩnh cửu
  • (Moving coil): Cuộn dây di chuyển
  • (Shunt): Shunt là một loại dây dẫn điện được kết nối song song với mạch chính để giảm điện trở hoặc chia nhỏ dòng điện chạy qua mạch. Trong các ứng dụng như đồng hồ đo dòng điện, shunt được sử dụng để chia nhỏ dòng điện lớn thành các phần nhỏ hơn mà đồng hồ có thể đo được
  • (Ammeter movement): Cơ cấu đo dòng của ampe kế
  • (Current flow in shunted ammeter): Dòng điện trong ampe kế có shunt

Mặc dù chuyển động của đồng hồ đo cơ bản được hiệu chỉnh (điều chỉnh) trong phạm vi 0-1 mA, nhưng thông thường vẫn phải đánh dấu mặt số để thang đo đầy đủ tương ứng với giá trị của shunt. Trong trường hợp trên, thang đo sẽ được đánh dấu từ 0 đến 1 ampe.

Đồng Hồ Ampe Kế Đa Dải Phạm Vi【Multirange Ammeters】

Bạn có thể điều chỉnh phạm vi của ampe kế bằng cách sử dụng shunt. Phạm vi sẽ thay đổi tùy theo giá trị của shunt. Một số ampe kế được thiết kế với nhiều shunt bên trong và một cơ chế chuyển mạch được sử dụng để kết nối các shunt khác nhau song song trên chuyển động của đồng hồ đo để đo các dòng điện khác nhau. Do đó, một chuyển động đồng hồ duy nhất có thể được sử dụng như một ampe kế đa phạm vi. Mỗi một phạm vi đo được vẽ trên mặt đồng hồ để dễ dàng nhận biết. Sơ đồ dưới đây minh họa một ampe kế đa dải phạm vi với phạm vi từ 0-3, 0-30, 0-300 ampe. Lưu ý có ba thang đo trên mặt đồng hồ.

Khi dùng ampe kế đa dải phạm vi để đo dòng điện không biết trước, bạn luôn bắt đầu từ dải có giá trị cao nhất trước, sau đó là dải tiếp theo, và tiếp tục như vậy cho đến khi kim chỉ ở vị trí khoảng giữa. Như vậy, bạn có thể yên tâm rằng dòng điện không vượt quá phạm vi của đồng hồ và sẽ không bao giờ gặp tình huống đáng tiếc là làm hỏng đồng hồ đo.

Một số đồng hồ đo nhiều chức năng (đồng hồ đo nhiều dải phạm vi | multirange ammeter), sử dụng shunt bên ngoài và loại bỏ shunt bên trong cũng như cách bố trí chuyển mạch. Việc điều chỉnh phạm vi của một đồng hồ như vậy liên quan đến việc kết nối nó với shunt phù hợp. Trong sơ đồ, ampe kế được hiệu chỉnh (điều chỉnh | calibrated) để đọc toàn bộ thang đo 30 ampe bằng cách kết nối song song với shunt 30 ampe.

Cách Đồng Hồ Ampe Kế Được Kết Nối Vào Mạch Điện【How Ammeters Are Connected into Circuits】

Tất cả các loại ampe kế đã được mô tả được gọi là đồng hồ đo dòng điện một chiều; nghĩa là chúng được thiết kế cho các mạch có hướng dòng điện là không đổi. Khi nhìn vào đồng hồ loại này, bạn sẽ thấy rằng các đầu cực của đồng hồ được đánh dấu (+) và (-). Những ký hiệu này cho biết cách kết nối đúng của đồng hồ vào mạch điện. Để đảm bảo đồng hồ được đo đọc chính xác, từ trường cần có cực tính phù hợp. Điều này đòi hỏi dòng điện phải chảy qua đồng hồ theo chiều đúng. Nguyên tắc kết nối ampe kế, miliampe kế hoặc microampe kế theo đúng hướng rất đơn giản. Nối đầu cực của đồng hồ được đánh dấu (-) với phần mạch bị cắt để chứa đồng hồ, vẫn được nối với cực (-) hoặc cực âm của nguồn điện; và nối đầu cực được đánh dấu (+) của đồng hồ với phần mạch vẫn được nối với cực (+) hoặc cực dương của nguồn điện.

Chú Thích

  • (Ammeter connection pictorial form): Hình vẽ kết nối ampe kế
  • (Ammeter connection schematic form): Sơ đồ kết nối ampe kế

Tóm Tắt Đánh Giá Lại Về Cách Đo Dòng Điện【Review of How Current Is Measured】

  1. (AMPERE) – Đơn vị để đo tốc độ dòng chảy của dòng điện, tượng trưng cho 1 coulomb chuyển qua mỗi giây
  2. (MILIAMPERE) – Một đơn vị dòng điện bằng 1/1.000 ampe
  3. (MICROAMPERE) – Đơn vị dòng điện bằng 1/1.000.000 ampe
  4. (AMMETER) – Đồng hồ dùng để đo cường độ dòng điện từ 1 ampe trở lên
  5. (MILLIAMMETER) – Đồng hồ dùng để đo dòng điện trong khoảng từ 1/1.000 ampe đến 1 ampe
  6. (MICROAMMETER) – Một loại đồng hồ đo được dùng để đo dòng điện từ 1/1.000.000 ampe đến 1/1.000 ampe
  7. Chuyển động cơ bản của đồng hồ ampe kế (BASIC AMMETER MOVEMENT) – Đây là phần của ampe kế có thang đo từ 0 đến 1 mA (được gọi là miliammet), có một dây shunt được kết nối qua các đầu cực của đồng hồ để mở rộng phạm vi thang đo của nó
  8. Đồng hồ đo dòng điện đa dải phạm vi (MULTIRANGE AMMETER) – Là một thiết bị đo duy nhất được dùng để đo các mức dòng điện khác nhau. Mỗi mức đo yêu cầu một phần tách dòng (shunt) riêng biệt. Các phần tách dòng có thể được tích hợp bên trong đồng hồ đo và được điều khiển thông qua một cách kết nối đặc biệt, hoặc chúng có thể nằm bên ngoài và được kết nối song song với các chốt cổng kết nối của đồng hồ đo
  9. Cách kết nối của đồng hồ Ampe kế (AMMETER CONNECTION) –  Ampe kế luôn được nối vào mạch điện sao cho toàn bộ dòng điện trong mạch đều chảy qua nó. Để kết nối, ta ngắt mạch và nối dây cực âm (-) của đồng hồ đo với dây cực âm (-) của nguồn điện; và làm tương tự với cực dương (+) của ampe kế.