Kỹ Sư Điện Nhất Định Phải Biết Những Thiết Bị Này! (Phần 1)
Điện hoàn toàn vô hình! Bạn không thể nhìn thấy nó – không màu, không hình khối, không dấu vết.
Thế nhưng các kỹ sư điện và công nhân lại xử lý hệ thống dây điện như thể họ “nhìn thấy” dòng điện di chuyển. Họ đấu nối, kiểm tra, điều chỉnh một cách chính xác và chuyên nghiệp.
Vậy tại sao các kỹ sư điện và công nhân lại có thể làm việc với điện như thể họ nhìn thấy nó rõ mồn một? Không phải siêu năng lực – mà là nhờ các thiết bị đo lường điện. Chính những công cụ này giúp biến điều vô hình thành số liệu cụ thể, dễ quan sát và kiểm soát.
Trong bài viết này, mình sẽ giới thiệu những thiết bị đo điện quan trọng nhất mà kỹ sư điện nào cũng cần biết. Nếu bạn đang làm việc trong ngành điện, nhất định đừng bỏ lỡ nhé!
1) Bút thử điện(検電器)
Trong công việc của một kỹ sư điện, việc xác định sự hiện diện của điện áp là bước đầu tiên và quan trọng nhất trước khi thực hiện bất kỳ công việc nào liên quan đến hệ thống điện.
Bút thử điện là thiết bị nhỏ gọn nhưng vô cùng hiệu quả, dùng để kiểm tra xem có điện áp xoay chiều (AC) hay không trong các dây dẫn, ổ cắm, hoặc thiết bị điện. Bạn chỉ cần đưa đầu bút lại gần vật thể cần kiểm tra và bút sẽ thông báo cho bạn qua ánh sáng và âm thanh khi phát hiện có điện.
Tùy vào mục đích sử dụng, bạn có thể chọn giữa các loại bút thử điện áp cao (thường dùng cho các hệ thống điện công nghiệp) và điện áp thấp (dành cho các thiết bị điện dân dụng hoặc nhỏ).
Nguyên lý hoạt động của bút thử điện
Bút thử điện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng tĩnh điện.
Khi đưa đầu bút lại gần vật cần đo (dây điện, ổ cắm…), sẽ xảy ra hiện tượng tạo điện dung:
● Giữa dây điện và đầu dò (C1).
● Giữa đầu dò và cơ thể người (C2).
● Giữa cơ thể người và đất (C3).
Khi có điện xoay chiều, dòng điện nhỏ (dưới 1μA) sẽ chạy qua các điện dung này, đi qua điện trở trong bút (R1) và cơ thể người (R2). Bút phát hiện dòng điện cực nhỏ này và chuyển thành tín hiệu đèn hoặc âm thanh.
📌 Lưu ý: Do sử dụng nguyên lý cảm ứng, bút thử điện không phát hiện được điện một chiều (DC).
Cách sử dụng bút thử điện
Việc sử dụng bút thử điện vô cùng đơn giản.
- Không cần tiếp xúc trực tiếp lõi dây: Chỉ cần đặt đầu bút vào gần vỏ dây dẫn, thiết bị điện hoặc ổ cắm.
- Nếu có điện, bút sẽ phát sáng và phát ra tiếng kêu.
- Có thể dùng để xác định dây nóng – dây nguội, hoặc kiểm tra điện trong các ổ cắm, CB, công tắc…
Nhờ vào tính năng đơn giản nhưng hiệu quả, bút thử điện là công cụ không thể thiếu trong bộ công cụ của mọi kỹ sư và thợ điện, giúp đảm bảo an toàn khi làm việc với hệ thống điện.
2) Ampe kìm(クランプメーター)
Bạn có bao giờ gặp phải tình huống muốn đo dòng điện mà không cần phải tháo rời mạch hoặc kết nối nối tiếp phức tạp?
Với ampe kìm, bạn có thể đo dòng điện một cách nhanh chóng và an toàn mà không cần phải nối tiếp vào mạch điện. Chỉ cần kẹp vào dây dẫn, bạn sẽ dễ dàng đo được dòng điện mà không ảnh hưởng đến hệ thống điện đang vận hành.
Máy có thể đo được cả dòng điện xoay chiều (AC) và một số loại có thể đo dòng điện một chiều (DC).
Nguyên lý hoạt động của ampe kìm
a. Phương pháp CT (Current Transformer)
● Cấu tạo: Ampe kìm sử dụng phương pháp CT có một cuộn dây quấn quanh lõi từ, trong đó một cuộn dây sơ cấp và một cuộn dây thứ cấp. Dòng điện chạy qua cuộn dây sơ cấp sẽ tạo ra từ trường, từ đó làm cảm ứng dòng điện trong cuộn dây thứ cấp.
● Nguyên lý hoạt động: Khi dòng điện chạy qua cuộn dây sơ cấp, nó tạo ra từ trường, và cuộn dây thứ cấp sẽ cảm nhận từ trường này. Dòng điện trong cuộn thứ cấp sẽ được chuyển đổi và đo để xác định dòng điện trong mạch. Phương pháp này có độ tuyến tính cao và phạm vi đo rộng, nhưng không thể đo dòng điện một chiều (DC).
● Ưu điểm: Đo được dòng điện xoay chiều (AC) với độ chính xác cao và phạm vi đo rộng.
● Hạn chế: Không đo được dòng điện một chiều (DC) và cần cẩn thận khi cuộn dây thứ cấp ở trạng thái mở trong khi dòng điện vẫn chảy qua cuộn sơ cấp.
b. Cảm biến Hall
● Cấu tạo: Cảm biến Hall bao gồm một phần tử Hall được nhúng trong lõi từ, có khả năng cảm nhận từ trường được sinh ra bởi dòng điện trong mạch.
● Nguyên lý hoạt động: Khi dòng điện chạy qua dây dẫn, nó tạo ra một từ trường xung quanh. Phần tử Hall trong ampe kìm sẽ cảm nhận từ trường này và chuyển đổi nó thành một điện áp. Sau đó, điện áp này được chuyển đổi thành dòng điện, từ đó đo được giá trị dòng điện trong mạch.
● Ưu điểm: Có khả năng đo được cả dòng điện một chiều (DC) và dòng điện xoay chiều (AC), do đó, nó linh hoạt hơn so với các phương pháp khác.
● Hạn chế: Phương pháp này có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như vỏ cảm biến, mạch từ và thiết kế lõi từ tính, làm giảm độ chính xác.
c. Phương pháp Rogowski
● Cấu tạo: Phương pháp Rogowski sử dụng một cuộn dây không có lõi từ và một bộ chuyển đổi để đo dòng điện.
● Nguyên lý hoạt động: Phương pháp này hoạt động bằng cách phân biệt các dạng sóng điện áp đầu ra tại các đầu của cuộn dây, sau đó tích hợp các dạng sóng này để tính toán giá trị dòng điện. Cuộn dây không có lõi giúp làm giảm kích thước và tăng tính linh hoạt.
● Ưu điểm: Phương pháp Rogowski có khả năng đo linh hoạt nhờ vào thiết kế không có lõi, và dải tần số rộng, rất phù hợp để đo các dòng điện có tần số cao.
● Hạn chế: Mặc dù linh hoạt, phương pháp này không thể đo dòng điện xoay chiều (AC) tốt như các phương pháp khác và đòi hỏi phải có bộ chuyển đổi chính xác. .
Cách sử dụng:
- Mở kẹp: Mở kẹp của máy đo và kẹp vào dây dẫn hoặc cáp mà bạn muốn đo dòng điện.
- Kẹp dây dẫn: Đảm bảo rằng dây dẫn được kẹp vào trung tâm của kẹp để có kết quả đo chính xác nhất.
- Đọc kết quả: Sau khi kẹp dây, máy sẽ hiển thị kết quả dòng điện trực tiếp trên màn hình (đối với máy số) hoặc trên đồng hồ (đối với máy analog).
Lưu ý khi đo dòng điện một chiều (DC), cần chú ý đến cực tính của dòng điện và vị trí kẹp để đảm bảo kết quả chính xác.
Máy đo kẹp cũng có thể không đo được dòng điện trong các dây dẫn song song hoặc các loại cáp có thiết kế đặc biệt như cáp đôi (twisted pair).
Máy đo kẹp là công cụ rất tiện lợi và an toàn, giúp bạn đo dòng điện mà không cần phải tách mạch, giảm thiểu rủi ro trong công việc kiểm tra điện.
3) Đồng hồ vạn năng 回路計(テスター/マルチメーター)
Nếu bạn muốn một thiết bị có thể thực hiện nhiều chức năng như đo điện áp, điện trở, dòng điện chỉ bằng một công cụ duy nhất, vậy tại sao không sử dụng đồng hồ vạn năng? Trong phần này, chúng ta sẽ cùng khám phá những ưu điểm và khả năng tuyệt vời của đồng hồ vạn năng, một công cụ không thể thiếu trong các công việc đo lường và kiểm tra thiết bị điện.
Đồng hồ đo điện vạn năng có hai loại chính là đồng hồ vạn năng analog và đồng hồ vạn năng điện tử.
Nguyên lý hoạt động của đồng hồ đo điện vạn năng
Để hiểu rõ về nguyên lý cơ bản của đồng hồ đo điện vạn năng chúng ta hãy cũng tìm hiểu về đồng hồ cơ bản nhất là đồng hồ vạn năng analog.
a. Làm cách nào kim đồng hồ analog di chuyển?
Đồng hồ vạn năng analog sử dụng kim để hiển thị giá trị đo, và chúng ta sẽ đọc giá trị này dựa vào vị trí của kim. Vậy, tại sao kim lại di chuyển? Về nguyên lý, kim di chuyển nhờ vào lực điện từ, tương tự như nguyên lý hoạt động của động cơ.
Cuộn dây được đặt giữa cực từ N và S của nam châm, và bộ chỉnh lưu (commutator) được nối với nguồn điện qua chổi than(brush). Lực từ trường của nam châm hướng từ cực N đến cực S. Khi dòng điện đi qua cuộn dây, lực sẽ được sinh ra theo hướng xác định bởi "Quy tắc bàn tay trái của Fleming". Cuộn dây ở phía cực N sẽ bị lực đẩy lên trên, trong khi cuộn dây ở phía cực S bị lực đẩy xuống dưới, khiến cuộn dây quay quanh trục.
Hình trên minh họa nguyên lý di chuyển của kim đồng hồ. Đồng hồ chỉ có mặt đồng hồ và kim hiển thị, nhưng bên trong vỏ chứa nam châm và cuộn dây. Tương tự như động cơ, khi dòng điện chạy qua cuộn dây trong từ trường của nam châm, lực sinh ra theo hướng xác định bởi "Quy tắc bàn tay trái của Fleming". Lực này (lực xoay) và lực của lò xo sẽ đạt điểm cân bằng, và kim đồng hồ sẽ chỉ vào vị trí này.
→Như vậy, đồng hồ vạn năng analog thực chất là đồng hồ đo dòng điện một chiều. Đồng hồ vạn năng có thể đo dòng điện một chiều, điện áp một chiều, điện trở, v.v., tất cả đều dựa trên nguyên lý của đồng hồ đo dòng điện một chiều này.
b. Đồng hồ đo dòng điện một chiều như thế nào?
Để đo dòng điện, đồng hồ được mắc nối tiếp trong mạch. Nếu đồng hồ đo dòng điện một chiều cơ bản có phạm vi đo là 1mA. Nếu ta muốn đo dòng điện 10mA qua tải R₀, thì trong trường hợp này, kim đồng hồ sẽ bị vượt quá giới hạn đo và không thể đo được.
Để giải quyết vấn đề này, ta có thể kết nối điện trở R₁ song song với đồng hồ đo dòng điện 1mA như trong hình sao cho 9mA dòng điện chảy qua R₁. Lúc này, R₁ sẽ được gọi là điện trở phân dòng (shunt resistor). Bằng cách thay đổi giá trị của R₁, ta có thể thay đổi phạm vi đo của đồng hồ. Nhờ vậy, ta có thể đo được các giá trị dòng điện trong nhiều phạm vi khác nhau.
c. Đồng hồ đo điện áp một chiều như nào ?
Mặc dù đồng hồ vạn năng analog sử dụng đồng hồ đo dòng điện một chiều (DC) cơ bản, nhưng nếu thay đổi thang đo từ dòng điện sang điện áp tương ứng, đồng hồ có thể trở thành đồng hồ đo điện áp một chiều. Giả sử đồng hồ là đồng hồ đo dòng điện 1mA với điện trở nội Rₘ, khi đó điện áp E trên đồng hồ có thể được tính theo định lý Ohm:E=I×R
Điện áp được đo bằng cách nối đồng hồ vạn năng song song với điểm cần đo. Tổng điện trở R sẽ bằng tổng của R₁ (điện trở thang đo) và Rₘ (điện trở nội). Khi điện áp đo được lớn hơn, ta có thể điều chỉnh điện trở R₁ để thay đổi phạm vi đo. Nhờ đó, đồng hồ vạn năng có thể đo được các điện áp lớn hơn bằng cách thay đổi điện trở trong thang đo.
Nếu cần đo điện áp xoay chiều, ta sẽ phải sử dụng một mạch chỉnh lưu trước khi đo để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
d. Đồng hồ đo điện trở như thế nào ?
Trong đồng hồ vạn năng analog, cả thang đo dòng điện và điện trở đều sử dụng cùng một loại cơ cấu đo – đó là đồng hồ đo dòng điện một chiều. Tuy nhiên, cách chia vạch trên mặt đồng hồ lại ngược nhau, vì bản chất của hai phép đo là khác nhau.
Khi đo dòng điện, nguyên tắc là dòng càng lớn thì kim càng lệch về bên phải.
Ngược lại, nếu điện trở nhỏ gần bằng 0 ohm, tức là mạch dẫn điện tốt, thì dòng điện đi qua nhiều và kim lệch mạnh sang phải. Ngược lại, nếu điện trở lớn, dòng đi qua ít và kim chỉ lệch nhẹ, nằm gần bên trái.
Để đo điện trở chưa biết R0, ta nối R0 vào mạch đo theo kiểu nối tiếp. Khi đó, dòng điện chạy trong mạch sẽ giảm tùy theo độ lớn của R0 . Kim đồng hồ sẽ chỉ đến một vị trí tương ứng với dòng điện đã giảm. Dựa vào vị trí đó trên mặt thang đo điện trở (đã được chia sẵn theo dòng điện tương ứng với điện trở), từ đó có thể xác định được điện trở R0.
Làm cách nào để thực hiện đo an toàn và chính xác
Điều quan trọng cần đặc biệt lưu ý là việc sử dụng sai thang đo hoặc sai chế độ đo có thể gây ra các hậu quả nghiêm trọng:
Vì vậy để thực hiên đo đúng cách bạn nên tham khảo các bước sau :
Bước 1: Xác định đại lượng cần đo (điện áp, dòng điện hay điện trở) và loại dòng điện (một chiều DC hay xoay chiều AC).
→ Việc xác định sai có thể dẫn đến chọn sai chế độ đo, gây sai số hoặc hư hỏng thiết bị.
Bước 2: Vặn núm chọn chế độ và thang đo phù hợp với đại lượng cần đo.
→ Nếu không chắc giá trị đo, hãy bắt đầu từ thang đo lớn nhất, rồi giảm dần để tránh quá tải.
Bước 3: Cắm que đo đúng vị trí:
– Que đỏ vào cổng có ký hiệu VΩmA hoặc tương ứng với chế độ đo đang sử dụng.
– Que đen luôn cắm vào cổng COM (chung).
→ Cắm sai có thể khiến dòng điện đi sai hướng, gây đo sai hoặc làm cháy cầu chì của đồng hồ.
Bước 4: Tiến hành đo:
– Đối với điện áp và điện trở: Đặt que đo song song với linh kiện hoặc mạch điện.
– Đối với dòng điện: Cần ngắt mạch trước, rồi mắc nối tiếp đồng hồ vào mạch để dòng điện chạy qua đồng hồ.
→ Đấu sai kiểu đo có thể gây hỏng thiết bị lập tức, nhất là khi đo dòng mà lại đấu song song.
Bước 5: Đọc giá trị đo được:
– Nếu là đồng hồ kim (analog): Đọc trên thang đo tương ứng với chế độ và thang đo đã chọn.
– Nếu là đồng hồ số (digital): Đọc trực tiếp trên màn hình hiển thị.
Kết luận
Trên đây là 3 thiết bị đo điện cơ bản nhưng vô cùng quan trọng mà bất kỳ kỹ sư điện hay thợ điện nào cũng cần nắm vững: bút thử điện, ampe kìm và đồng hồ đo mạch. Nhờ vào những thiết bị này, chúng ta có thể “nhìn thấy” được dòng điện vô hình, từ đó đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu quả công việc.
Trong bài viết tiếp theo, mình sẽ tiếp tục giới thiệu thêm nhiều thiết bị đo điện chuyên dụng khác, giúp bạn mở rộng kiến thức và làm chủ hệ thống điện một cách tự tin hơn. Đừng bỏ lỡ nhé!
Xuân Thanh
Comments ()