Mở rộng tầm đo điện áp cho vôn kế điện tử DC và AC dùng:

Hệ số dạng sóng (Form factor), ký hiệu là k_f, là một đại lượng quan trọng trong kỹ thuật điện dùng để đặc trưng cho dạng của một tín hiệu xoay chiều. Nó được định nghĩa là tỉ số giữa giá trị hiệu dụng (RMS value) và giá trị trung bình chỉnh lưu (average rectified value) của dạng sóng.

Cụ thể:
* Trị hiệu dụng (RMS - Root Mean Square value): Là giá trị tương đương của dòng điện hoặc điện áp một chiều có cùng khả năng sinh nhiệt trên cùng một điện trở.
* Trị chỉnh lưu trung bình (Average rectified value): Là giá trị trung bình của tín hiệu sau khi đã được chỉnh lưu toàn phần (lấy trị tuyệt đối của tín hiệu).

Xem xét các phương án:
* Phương án 1: "Trị hiệu dụng/ trị chỉnh lưu trung bình" - Đây chính xác là định nghĩa của hệ số dạng sóng. Ví dụ, với sóng sin chuẩn, hệ số dạng sóng là π/(2√2) ≈ 1.11.
* Phương án 2: "Trị hiệu dụng/ trị đỉnh" - Đây là nghịch đảo của hệ số đỉnh (Crest factor) hoặc còn được gọi là hệ số biên độ ngược.
* Phương án 3: "Trị chỉnh lưu trung bình / trị hiệu dụng" - Đây là nghịch đảo của hệ số dạng sóng.
* Phương án 4: "Trị đỉnh / trị hiệu dụng" - Đây là định nghĩa của hệ số đỉnh (Crest factor), còn gọi là hệ số biên độ, cho biết độ "nhọn" của dạng sóng.

Do đó, phương án đúng nhất là phương án 1.

Để phân tích câu hỏi này, chúng ta cần hiểu mối quan hệ giữa độ nhạy của vôn kế, nội trở của nó và sai số phép đo do hiệu ứng tải.

1. Độ nhạy của vôn kế (S): Độ nhạy của vôn kế thường được định nghĩa là tỷ số giữa nội trở của vôn kế (R_v) và tầm đo của nó (V_range), tức là S = R_v / V_range (đơn vị là Ω/V). Điều này có nghĩa là, với cùng một tầm đo, vôn kế nào có độ nhạy cao hơn thì nội trở của nó lớn hơn.
Theo đề bài, S_A > S_B và hai vôn kế có cùng tầm đo. Từ đó suy ra R_vA > R_vB.

2. Sai số phép đo do nội trở (hiệu ứng tải): Khi một vôn kế được mắc vào mạch để đo điện áp, nó sẽ lấy một phần dòng điện từ mạch. Vôn kế càng có nội trở nhỏ thì nó càng lấy nhiều dòng điện, làm thay đổi điện áp thực tế của nguồn hoặc của điểm đo trong mạch. Sự thay đổi này chính là sai số phép đo do hiệu ứng tải (loading effect).
Để giảm thiểu sai số này, vôn kế lý tưởng phải có nội trở vô cùng lớn (hoặc rất lớn so với điện trở của nguồn hoặc tải cần đo), để dòng điện chạy qua vôn kế là cực nhỏ, không làm ảnh hưởng đáng kể đến mạch.

3. Áp dụng vào trường hợp cụ thể:
* Vôn kế A có S_A lớn hơn S_B, suy ra R_vA lớn hơn R_vB.
* Vôn kế B có nội trở R_vB nhỏ hơn so với R_vA.
* Vôn kế có nội trở nhỏ hơn sẽ gây ra hiệu ứng tải lớn hơn, tức là nó sẽ hút nhiều dòng điện hơn từ nguồn, làm cho điện áp đo được có sai số lớn hơn so với giá trị thực của nguồn.
* Do đó, vôn kế B (có nội trở nhỏ hơn) sẽ gây ra sai số phép đo lớn hơn.

Kết luận: Vôn kế B có độ nhạy nhỏ hơn (S_B), dẫn đến nội trở nhỏ hơn (R_vB). Nội trở nhỏ hơn sẽ gây ra hiệu ứng tải lớn hơn, làm cho sai số phép đo lớn hơn.

Để xác định đáp án đúng, chúng ta cần hiểu nguyên lý hoạt động của ohm kế song song và cách thức hiển thị giá trị trên thang đo.

Ohm kế song song hoạt động dựa trên nguyên lý dòng điện qua kim của đồng hồ đo sẽ thay đổi không tuyến tính khi điện trở cần đo (Rx) mắc song song với đồng hồ. Cụ thể, khi điện trở Rx thay đổi, dòng điện qua cuộn dây của đồng hồ đo sẽ không thay đổi theo tỉ lệ thuận hay nghịch tuyến tính với Rx. Điều này dẫn đến sự thay đổi góc quay của kim chỉ thị cũng không tuyến tính so với giá trị điện trở cần đo.

* Phương án 1: Chia đều - Thang đo chia đều thường thấy ở các thiết bị đo dòng điện (ampe kế) hoặc điện áp (vôn kế) loại điện từ hoặc khung quay, nơi mối quan hệ giữa đại lượng đo và độ lệch kim là tuyến tính. Ohm kế không có đặc điểm này.
* Phương án 2: Chia không đều - Đây là đặc điểm chung của hầu hết các loại ohm kế analog (bao gồm cả ohm kế nối tiếp và song song). Do mối quan hệ không tuyến tính giữa điện trở đo và dòng điện qua đồng hồ, các vạch chia trên thang đo sẽ được bố trí gần nhau ở một đầu và xa nhau ở đầu kia, tạo nên một thang đo không đều. Cụ thể, đối với ohm kế song song, thang đo thường bị nén ở vùng điện trở lớn và giãn ra ở vùng điện trở nhỏ.
* Phương án 3: Tuỳ thuộc vào quan hệ giữa điện trở cần đo và góc quay - Phát biểu này mô tả nguyên nhân dẫn đến việc thang đo không đều, chứ không phải là đặc điểm trực tiếp của thang đo. Đúng là sự không đều của thang đo phụ thuộc vào mối quan hệ này, nhưng kết quả của sự phụ thuộc đó chính là một thang đo không đều. Phương án 2 là mô tả trực tiếp hơn về hình dạng của thang đo.
* Phương án 4: Tất cả đều sai - Phương án này sai vì phương án 2 là đúng.

Vì vậy, đặc điểm nổi bật và chính xác nhất về thang đo của ohm kế song song là nó được chia không đều.

Khi đo các giá trị điện trở rất lớn, đặc biệt là điện trở cách điện, độ chính xác của phép đo có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi dòng điện rò rỉ. Dòng điện rò rỉ này thường chảy trên bề mặt của vật liệu cách điện hoặc các thành phần khác của hệ thống đo, tạo ra một đường dẫn song song với điện trở thực tế đang cần đo. Điều này làm cho thiết bị đo ghi nhận một giá trị điện trở thấp hơn so với giá trị thực.

Vòng bảo vệ (guard ring) là một kỹ thuật được thiết kế để khắc phục vấn đề này. Nó là một điện cực dẫn điện được đặt xung quanh điện cực chính dùng để đo, nhưng được cách ly về mặt điện. Chức năng của vòng bảo vệ là thu gom các dòng điện rò rỉ bề mặt trước khi chúng có thể đi vào mạch đo chính của thiết bị. Sau đó, dòng điện rò rỉ này được dẫn đến một điểm mà nó không ảnh hưởng đến phép đo. Nhờ có vòng bảo vệ, chỉ có dòng điện đi qua điện trở thực sự cần đo mới được tính toán, loại bỏ sai số do dòng điện rò rỉ bề mặt gây ra và đảm bảo độ chính xác cao hơn cho phép đo điện trở lớn.

Phân tích các phương án:
1. Loại bỏ dòng điện rò rỉ bề mặt: Đây là chức năng chính xác và mục đích của vòng bảo vệ khi đo điện trở lớn. Vòng bảo vệ làm chệch hướng dòng điện rò rỉ, ngăn không cho nó đi qua thiết bị đo chính.
2. Loại bỏ điện cảm rò rỉ bề mặt: Điện cảm rò rỉ thường là mối quan tâm trong các phép đo AC tần số cao, không phải là vấn đề chính khi đo điện trở DC lớn với vòng bảo vệ.
3. Loại bỏ điện áp rò rỉ bề mặt: Vòng bảo vệ không loại bỏ điện áp gây ra rò rỉ, mà nó quản lý dòng điện kết quả từ điện áp đó.
4. Tất cả đều sai: Phương án này sai vì phương án 1 là đúng.

Vậy, đáp án đúng nhất là loại bỏ dòng điện rò rỉ bề mặt.

Megohm kế chuyên dùng dạng kim (còn gọi là đồng hồ đo điện trở cách điện) hoạt động dựa trên nguyên lý tỷ số kế (ratiometer). Thiết bị này có hai cuộn dây chính: một cuộn dòng (thường mắc nối tiếp với điện trở R_x cần đo) và một cuộn áp (thường mắc song song với nguồn cấp điện áp). Cả hai cuộn dây này đều tạo ra các mô-men quay trong từ trường.

Mô-men quay của cuộn dòng tỉ lệ với dòng điện chạy qua R_x (I_c). Mô-men quay của cuộn áp tỉ lệ với dòng điện chạy qua nó (I_v).

Kim chỉ thị của Megohm kế sẽ quay đến một vị trí cân bằng khi mô-men do cuộn dòng và mô-men do cuộn áp cân bằng nhau. Góc quay của kim ở vị trí cân bằng này sẽ tỉ lệ thuận với tỉ số (thương) của hai dòng điện trong hai cuộn dây (I_c/I_v hoặc I_v/I_c, tùy theo cấu tạo cụ thể). Điều này đảm bảo rằng phép đo điện trở R_x sẽ ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điện áp nguồn, vì sự thay đổi điện áp sẽ tác động đồng thời lên cả hai dòng điện I_c và I_v, giữ cho tỉ số của chúng tương đối ổn định.

Do đó, đáp án đúng là góc quay tỉ lệ với thương 2 dòng điện trong 2 cuộn dây.