Elektrické. MP - Ampérmetr A U I R. Hodnota 5 A znamená, že měřená veličina je 5 x větší než jednotka - A

Transkript

1 Elektrické měření definice.: Poznávací proces jehož prvořadým cílem je zjištění: výskytu a velikosti (tzv. kvantifikace) měřené veličiny při využívání známých fyzikálních jevů a zákonů. MP - Ampérmetr A Hodnota 5 A znamená, že měřená veličina je 5 x větší než jednotka - A 1

2 Elektrické měření obsahuje: Objekt měření (měřené veličiny) Měřící zařízení (spojení objektu s MP) Metodu měření (aplikace fyzikálního zákona) Objekt měření Zpětné působení Signál Měřící zařízení ozdělen lení elektrického měřm ěření podle účelu: Laboratorní Technické Provozní

3 Chyby měření Systematické Náhodné Omyly - absolutní chyba : Δ SKT - relativní chyba : Δ δ 100 [%] Základní pojmy Citlivost přístroje c α r d kde r - rozsah přístroje, α d - celkový počet dílků na stupnici 3

4 Třídy přesnosti: p definice: (0,1; 0,; 0,5;,5; 5 %) Podíl relativní chyby a rozsahu maximální výchylky (bývá uvedena na MP) ~ maximální dovolená chyba (%) vztažená na plnou výchylku Konstanta přístrojep stroje: k - počet jednotek na jeden dílek stupnice k r 1 (obrácená hodnota citlivosti) α c 4

5 Zkušebn ební napětí MP - maximální hodnota při BP, (označení na přístroji ) Vlastní spotřeba MP - příkon potřebný na plnou výchylku Přetížitelnost přístrojep - maximální násobek jmenovité hodnoty bez poškození Provozní poloha MP - zaručuje se třída přesnosti 5

6 Příklady značek, vyskytujících ch se na měřm ěřících ch přístrojp strojích (MP) MP pro měření stejnosměrného proudu MP pro měření střídavého proudu MP pro měření stejnosměrného (DC) a střídavého (AC) proudu 1,5 ; 0,5; 0. třídy přesnosti MP MP je určen pro svislou polohu MP je určen pro vodorovnou polohu MP je určen pro šikmou polohu 60 k vodorovné rovině značka uzemňovací svorky 6

7 ve hvězdě.zkušební napětí je kv; hvězda bez čísla zkušební napětí je 500 V; hvězda s 0 nezměřilo. zkušební napětí se ozdělen lení EMP dle jejich použití: ozváděčové (pevně namontované na panelu) Montážní (přenosné) Laboratorní (větší přesnost, rozměry, kontrolní funkce) Základní (normály) 7

8 ozdělen lení EMP podle způsobu sobu: snímání : -analogové -číslicové (digitální) zobrazení : -ukazovací -zapisovací odečítání : -ručkové -číslicové -registrační -vibrační, světelné učkov kové měřící přístroje: a) magnetoelektrické (deprézské, s otočnou cívkou)... pro měření ss (DC) proudu... s usměrňovačem ( i pro měření střídavého (AC, ~) proudu)... s termočlánkem (měří efektivní hodnoty) moment M ~ B..l ~ k. d, -měří střední hodnoty - stupnice MP je pro harmonický průběh veličiny cejchována v efektivních hodnotách!! 8

9 b) elektromagnetické - (plíškové, ferromagnetické) označení - princip - silové účinky elektromagnetického pole na ferromagnetický plíšek F ~ ef vhodnost pro střídavé veličiny c) elektrodynamické elektrodynamický -měřící systém neobsahuje ferromagn. materiál ferrodynamický (cívky mají železné jádro), -větší moment, princip činnosti - silové účinky dvou cívek (pevné a pohyblivé) použití - zejména pro měření elektrického výkonu a střídavého proudu, 9

10 d) ndukční přístroje ( Ferrarisové... magnetickým polem) e) Tepelné ( tepelné účinky ohřevu) f) Vibrační přístroje (rezonanční) - použití: např. k měření kmitočtu f Další druhy měřících přístrojů Číslicové záznamové zařízení (digitáln lní) ) MP -měřící systém + egistrační - zobrazení okamžitých hodnot 10

11 Osciloskopy - pozorování okamžitých hodnot veličin v souvislé podobě Časová základna osciloskopu- zařízení umožňující přemístění stopy jako specifikované funkce času Oscilograf - k zapisování okamžitých hodnot veličin v souvislé podobě Virtuáln lní měřící přístroje VMP) - ( SW + PC + převodník) Podstatou VMP je: doplnění PC zásuvnou multifunkční kartou (A/D) vytvoření vhodného programu pro PC vhodné vývojové prostředí v PC Vlastnosti: nižší ceny, flexibilita (možností změny vlastností pomocí SW) 11

12 Měření elektrických veličin in Měření elektrického napětí: Voltmetr V náhradní schéma iv V Připojení paralelně kměřícímu obvodu Změna měřm ěřícího rozsahu (možné způsoby soby) předřadným odporem (bývá zabudován přímo v MP) V + iv iv P napěťovým převodním transformátorem (snižovací účinek, galvanické oddělení) měřícím zesilovačem (zesílení, galvanické oddělení optočlenem) 1

13 Měření elektrického proudu: Ampérmetr A náhradní schéma ia A Připojení sériově kměřícímu obvodu Změna měřm ěřícího rozsahu (možné způsoby) L B A ia A L B iv mv V L L A ia B L L mv B mv NB NB bočníkem (převod / s tím, že mv- metr je cejchován v jednotkách proudu - A) 13

14 proudovým převodním transformátorem L p K L k l L p A A A 1 p Poznámka: Měření přes proudový transformátor je možné pouze u střídavého proudu!!! Měření elektrického výkonu Ve stejnosměrných obvodech: - nepřímá metoda - * - přímá metoda elektrodynamický W-metr Ve střídavých obvodech: - přímá metoda pomocí MP - W-metrů. 14

15 Wattmetry - W - měřící obvody (cívky): proudový a napěťový i u W A u L V Zapojení A-metru W-metru a V-metru v elektrickém obvodě Měření jalového výkonu: přímá metoda - pomocí var- metru (W-metrů zapojeného tak, že napětí je posunuto o úhel 90 o ) Q ( ) sinϕ cos π/ ϕ nepřímo určením z trojúhelníku výkonů P + Q Q P ( + P ) ( P ) 15

16 Měření zdánliv nlivého výkonu: - nepřímá metoda pomocí A-metru a V-metruV Měření elektrické energie: Elektroměr Wh Provedení : mechanický elektronický jednosazbový, dvousazbový speciáln lní 16

17 Měření odporu: Ohmova metoda, kde - úbytek napětí na odporu - proud tekoucí odporem Varianta zapojení s voltmetrem před ampérmetrem: V Varianta zapojení s voltmetrem za ampérmetrem: V A A V V A Měření kapacit: -měření voltmetrem a ampérmetrem (obdoba měření odporu) C C ω -měření voltmetrem, ampérmetrem a wattmetrem 17

18 Měření vlastních indukčnost ností: - měření voltmetrem a ampérmetrem (obdoba měření odporu) absolutní impedance měřené cívky: Z + ω L - měření rezonační metodou - měření parametrů kondenzátorů a cívek číslicovými měřiči LC Měření neelektrických veličin elektrickými metodami Použití : - k vyhodnocení (kvalitativní a kvantitativní) - jako řídící (akční) veličina v ASŘ Výhody elektrického měření neelektrických veličin: velká citlivost; velká přesnost; možnost dálkového přenosu; možnost registrace a dalšího zpracování. Nevýhody: větší pořizovací náklady 18

19 Měřící sestava obsahuje: SNÍMAČ MĚŘÍCÍ OBVOD (zesilovač + zdroj) VYHODNOCENÍ ZAŘÍZENÍ Sníma mač: -umožňuje přeměnu neelektrické veličiny na elektrický signál. ozdělen lení sníma mačů dle principu: a) aktivní: - přímá přeměna veličiny na elektrickou veličinu,, Q, f) (piezoelektrický, termočlánky, elektromagnetický apod.) b) pasivní: (parametrické) - změna parametru elektrického obvodu, L, C popř. i stav kontaktu (odporové, indukční, kapacitní, fotoelektrické, kontaktní) 19

20 ozdělen lení podle využívaného fyzikálního jevu nebo principu snímání, ( druhu výstupního signálu senzoru): a) odporové,kapacitní,indukčnostní, indukční, transformátorové b) piezoelektrické, optoelektronické c) vibrační d) magnetoelastické, magnetoelektrické termoelektrické a další Základní principy vybraných sníma mačů neelektrických veličin in a) Piezoelektrické sníma mače Snímač využívá pro převod neelektrického signálu na elektrický piezoelektrického jevu v jehož důsledku se na přiložených elektrodách objeví elektrický náboj, úměrný síle způsobující deformaci krystalu. Piezoelektrický snímač při měření síly Použítí: např. pro měření tlaků, tlakové síly, zrychlení, relativní deformace, mechanického napětí atd. 0

21 b) Termoelektrické sníma mače (termočlánky) Princip je založen na využití Seebeckova jevu. Dva vodiče z různých kovů, na jednom měřícím konci spolu vodivě spojené. Jestliže je měřící konec článku ohřátý na teplotu odlišnou od teploty druhého, srovnávacího konce, vzniká na termoelektrickém článku termoelektrické napětí.termočlánky se používají pro měření teploty.druhy termoelektrických článků : měď konstantan,označení T rozsah 00 C až C železo konstantan, označení J rozsah měření je 00 C až +700 C) atd. c) Odporové sníma mače Převádí měřenou neelektrickou veličinu na změnu elektrického odporu. Hlavní výhodou je jednoduchost. Z hlediska převodu rozdělujeme odporové snímače na: Kontaktové sníma mače Ke změně odporu dochází skokem, přepnutím kontaktu. Přesnost, spolehlivost a dobu života ovlivňují materiál, konstrukce a provedení kontaktů. Používají se pro snímání posunu Potenciometrické sníma mače Mají pohyblivý kontakt potenciometru spřažený s měřenou veličinou lineárním a nebo úhlovým posunem. Potenciometry na měření lineárního posunu jsou nejčastěji z odporového drátu,který je navinutý na kostře. Po drátu se pohybuje běžec potenciometru a tím se mění odpor. Používají se pro snímání posunu, úhlu. 1

22 Tenzometrické sníma mače Princip: odpor kovového drátu je závislý na jeho délce l. l ρ [Ω,Ω.m, m, m S ] odpor materiálu [Ω] ρ rezistivita [Ω.m] S plocha průřezu materiálu [m ] l délka materiálu [m] elativní změnu odporu získáme ze vztahu: ln lnρ + lnl lns jeho derivací rovnice dostaneme vztah pro malé změny odporu: d K dρ ρ + dl l ds S d dl K. l se nazývá součinitel deformační citlivosti. Odpor tenzometru je teplotně závislý, proto je nutné teplotu kompenzovat. Tenzometry se používají např. pro měření relativní deformace nebo zrychlení.

23 Odporové tepelné sníma mače - Využívají principu změny odporu při změně teploty, který vychází ze vztahu: 0.(1 + α.δϑ ) odpor při vyšší teplotě [Ω] 0 odpor při vztažné teplotě [Ω] Δϑ rozdíl teplot [ C] α teplotní součinitel odporu (v tabulkách) [K -1 ] pro hliník Al je α 0,004 K -1 ; pro měď Cu je α 0,004 K -1 d) Kapacitní sníma mače Mají tvar válcového nebo deskového kondenzátoru sproměnnou plochou S, proměnlivou vzdáleností elektrod d nebo se změnou є C ε S d [F, F.m -1, m, m] 3

24 e) ndučnostn nostní sníma mače Převádějí neelektrickou veličinu na změnu indukčnosti. ndukčnost cívky L s N závity má hodnotu: N L [H, -, H -1 ] m m N magnetický odpor počet závitů cívky Použítí např. pro snímání posunu, sklonu a náklonu nebo zrychlení. f) Fotoelektrické sníma mače Používají prvky, které jsou citlivé na osvětlení - fotodiody a fototranzistory. Použítí: například při určování polohy, rychlosti, otáček, posunu atd. Příklad měření polohy jezdce x u potenciometru: 0 A p p + p o > 1 p o < 1 p o 1 x 4