Một thiết bị đo có độ nhạy càng lớn thì sai số do thiết bị đo gây ra:

Đối với cơ cấu từ điện (thường dùng trong các đồng hồ đo như ampe kế, vôn kế kiểu từ điện), nguyên lý hoạt động dựa trên tác dụng của lực điện từ. Momen quay (M) tác dụng lên cuộn dây có dòng điện chạy qua, đặt trong từ trường, tỷ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện (I) chạy qua nó. Công thức tổng quát có thể biểu diễn là M = k * I^2, trong đó k là một hằng số.

Góc quay (α) của bộ phận chuyển động (kim chỉ thị) tỷ lệ thuận với momen quay (M) và tỷ lệ nghịch với momen cản của lò xo hồi phục (Kc), tức là α = M / Kc.

Kết hợp hai mối quan hệ trên, ta có góc quay (α) tỷ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện (I): α ~ I^2.

Nếu dòng điện ngõ vào (I) tăng gấp đôi, tức là I' = 2I, thì góc quay mới (α') sẽ là:
α' ~ (I')^2
α' ~ (2I)^2
α' ~ 4 * I^2

Vì α ~ I^2, nên α' = 4 * α. Điều này có nghĩa là khi dòng điện ngõ vào tăng gấp đôi thì góc quay sẽ tăng 4 lần.

Để phân tích ưu điểm của cơ cấu chỉ thị từ điện, chúng ta cùng xem xét từng phương án:

1. Ít bị ảnh hưởng của từ trường nhiễu bên ngoài: Cơ cấu chỉ thị từ điện sử dụng một nam châm vĩnh cửu mạnh để tạo ra từ trường hoạt động. Từ trường mạnh này giúp cho cơ cấu ít bị các từ trường nhiễu loạn bên ngoài tác động, từ đó duy trì độ chính xác của phép đo. Đây là một ưu điểm đúng.

2. Độ chính xác cao, công suất tiêu thụ bé: Cơ cấu từ điện có độ nhạy cao và độ chính xác vượt trội, đặc biệt khi đo dòng điện một chiều. Do cuộn dây di chuyển trong từ trường mạnh của nam châm vĩnh cửu, nó chỉ cần một dòng điện nhỏ để tạo ra mô-men quay đủ lớn, dẫn đến công suất tiêu thụ rất thấp. Đây là một ưu điểm quan trọng và đúng.

3. Thang đo chia đều: Đối với phép đo dòng điện một chiều (DC), mô-men quay tác dụng lên cuộn dây tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện chạy qua nó. Điều này dẫn đến một thang đo tuyến tính (chia đều), giúp người dùng dễ dàng đọc giá trị và đảm bảo độ chính xác trong các khoảng đo khác nhau. Đây là một ưu điểm đúng.

Vì cả ba phương án trên (1, 2 và 3) đều là những ưu điểm đặc trưng và nổi bật của cơ cấu chỉ thị từ điện, nên phương án "Tất cả đều đúng" là lựa chọn chính xác nhất.

Để mở rộng tầm đo dòng điện cho ampe kế DC, phương pháp phổ biến và hiệu quả nhất là sử dụng điện trở shunt. Ampe kế DC thường sử dụng cơ cấu từ điện (Permanent Magnet Moving Coil - PMMC) vì độ chính xác cao đối với dòng điện một chiều.

* Giải thích phương án đúng (Đáp án 2):
* Dùng điện trở Shunt (cơ cấu từ điện): Đây là đáp án chính xác nhất. Điện trở shunt là một điện trở có giá trị nhỏ, được mắc song song với cuộn dây của ampe kế. Khi mắc song song, phần lớn dòng điện cần đo sẽ đi qua điện trở shunt, chỉ một phần nhỏ (tỷ lệ thuận) đi qua cuộn dây của ampe kế. Điều này giúp bảo vệ cuộn dây khỏi dòng điện quá lớn và mở rộng khả năng đo dòng điện của thiết bị. "Cơ cấu từ điện" (PMMC) là loại cơ cấu chuyển động phổ biến nhất được sử dụng trong ampe kế DC. Mặc dù không nói rõ 'mắc song song', nhưng việc sử dụng shunt để mở rộng tầm đo cho ampe kế thì mặc định shunt phải mắc song song.

* Giải thích các phương án sai:
* Đáp án 0: Điện trở shunt mắc song song với cuộn dây di động (cơ cấu điện động): Mặc dù việc mắc điện trở shunt song song với cuộn dây di động là nguyên tắc đúng để mở rộng tầm đo cho ampe kế, nhưng "cơ cấu điện động" thường được dùng cho cả dòng AC và DC, ít phổ biến và ít chính xác hơn "cơ cấu từ điện" cho riêng dòng DC. So với phương án 2, phương án này kém đặc trưng hơn cho ampe kế DC.
* Đáp án 1: Thay đổi đường kính dây (cơ cấu điện từ): Thay đổi đường kính dây của cuộn cảm không phải là phương pháp để mở rộng tầm đo của ampe kế. Hơn nữa, "cơ cấu điện từ" (Moving Iron) thường kém chính xác hơn "cơ cấu từ điện" đối với dòng DC.
* Đáp án 3: Tất cả đều đúng: Sai, vì các phương án 0 và 1 có điểm chưa chính xác hoặc không phù hợp.

Câu hỏi này kiểm tra kiến thức về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của vôn kế chỉ thị kim, đặc biệt là đặc tính của nội trở (điện trở trong) của nó.

Vôn kế chỉ thị kim (vôn kế tương tự) được cấu tạo từ một điện kế (galvanometer) cơ bản có điện trở riêng (Rm) và dòng điện toàn thang (Ifsd). Để đo được các giá trị điện áp khác nhau, người ta mắc nối tiếp với điện kế này một điện trở phụ (điện trở nhân, Rs). Tổng điện trở của vôn kế (nội trở) là Rv = Rm + Rs.

Khi muốn thay đổi tầm đo của vôn kế, người dùng sẽ chọn một điện trở phụ Rs khác nhau. Ví dụ, để đo tầm 10V sẽ cần một giá trị Rs khác với khi đo tầm 100V. Việc thay đổi điện trở phụ Rs này trực tiếp làm thay đổi tổng nội trở Rv của vôn kế.

Phân tích các phương án:
1. Thay đổi theo dạng tín hiệu: Nội trở của vôn kế là một đặc tính vật lý của thiết bị, được xác định bởi các thành phần điện trở bên trong. Nó không thay đổi tùy thuộc vào dạng tín hiệu điện áp đang được đo (ví dụ: xoay chiều, một chiều, sóng sin, sóng vuông), miễn là tín hiệu đó nằm trong khả năng đo của vôn kế và loại vôn kế phù hợp (AC hoặc DC).
2. Thay đổi theo tầm đo: Đây là phương án đúng. Như đã giải thích ở trên, để thay đổi tầm đo (dải đo) của vôn kế, người ta phải thay đổi giá trị của điện trở phụ mắc nối tiếp với điện kế. Việc này làm thay đổi tổng nội trở của vôn kế. Vôn kế có tầm đo càng cao thì nội trở thường càng lớn.
3. Không thay đổi theo dạng tín hiệu: Phương án này đúng về mặt bản chất vật lý của nội trở, nhưng phương án số 2 mô tả một đặc tính biến đổi quan trọng trong quá trình sử dụng và thiết kế vôn kế đa năng. So với phương án 2, phương án này ít đặc trưng hơn cho sự biến đổi nội trở.
4. Không thay đổi theo tầm đo: Phương án này sai hoàn toàn. Nội trở của vôn kế chắc chắn thay đổi khi tầm đo được điều chỉnh.

Kết luận: Phương án chính xác và mô tả rõ nhất sự biến đổi của nội trở vôn kế chỉ thị kim là nó thay đổi theo tầm đo.

Để phân tích câu hỏi này, chúng ta cần hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của vôn kế DC và vôn kế AC, đặc biệt khi chúng có "cùng một cơ cấu" và "cùng tầm đo".

1. Vôn kế DC: Vôn kế một chiều (DC) thường sử dụng một cơ cấu đo kiểu D'Arsonval (cuộn dây chuyển động trong từ trường vĩnh cửu) mắc nối tiếp với một điện trở phụ có giá trị lớn. Tổng trở vào của vôn kế DC chủ yếu là điện trở thuần, được thiết kế rất lớn để ít ảnh hưởng đến mạch cần đo. Ví dụ, một vôn kế DC có độ nhạy 20 kΩ/V, nghĩa là với tầm đo 100V, tổng trở vào sẽ là 2 MΩ.


2. Vôn kế AC (kiểu chỉnh lưu): Khi sử dụng "cùng một cơ cấu" đo DC để đo điện áp xoay chiều (AC), vôn kế AC cần thêm một bộ phận chỉnh lưu (thường là các diode) để chuyển đổi tín hiệu AC thành DC trước khi đưa vào cơ cấu đo. Bộ chỉnh lưu này có điện áp rơi thuận (Vf) trên các diode. Do đó, để cơ cấu đo đạt đến độ lệch toàn thang đo, điện áp AC đầu vào cần phải lớn hơn so với một điện áp DC tương đương. Ngoài ra, độ nhạy của vôn kế AC kiểu chỉnh lưu (khi được hiệu chuẩn để đọc giá trị RMS của sóng hình sin) thường thấp hơn so với vôn kế DC. Ví dụ, độ nhạy của vôn kế AC kiểu chỉnh lưu toàn sóng có thể chỉ khoảng 45% so với vôn kế DC tương ứng.

Kết luận: Độ nhạy thấp hơn của vôn kế AC (kiểu chỉnh lưu) đồng nghĩa với việc nó có tổng trở vào nhỏ hơn so với vôn kế DC khi đo cùng một tầm điện áp. Điều này là do sự tiêu hao năng lượng và sụt áp trên bộ chỉnh lưu.

Vì vậy, tổng trở vào của vôn kế AC sẽ nhỏ hơn tổng trở vào của vôn kế DC.