Systémy analogových měřicích přístrojů

Transkript

1 Systémy analogových měřicích přístrojů Analogové měřicí přístroje obsahují elektromechanická ústrojí, která využívají magnetických, tepelných či dynamických účinků elektrického proudu nebo účinků elektrostatického pole ke stanovení velikosti elektrické veličiny. Základem je měřicí ústrojí (pevná a pohyblivá část). Na pohyblivou část působí síly vyvolané měřenou veličinou a vytvářejí pohybový moment MP. Velikost tohoto momentu je úměrná měřené veličině. Aby došlo k ustálení, musí na otočné ústrojí působit direktivní (řídicí) moment MD (např. pružina, která vrací ručku, tedy ukazatel, zpět do klidového stavu). 1 Provedení ukazatelů 1.1 Ručky Slouží k indikaci (ukázání) hodnoty měřené veličiny na stupnici přístroje. Ručkové přístroje představují největší skupinu analogových měřidel. Čtení výchylky by mělo být takové, aby se ručka kryla se svým odrazem v zrcátku (má-li jej přístroj), jež je umístěno po ručkou. Na stupnici tedy hledíme vždy kolmo.

2 Ručka je součástí složitějšího elektromechanického systému, který obsahuje cívky, pružiny, ložiska, závaží, tlumení pohybu atd. 1.2 Světelná stopa Jde o světelný paprsek, vysílaný zpravidla žárovkou. Ten se zaostří a promítne na zrcátko, umístěné na ose otočného ústrojí. Citlivost se zvyšuje zvětšením vzdálenosti od zrcátka (např. laboratorní elektrodynamické wattmetry). Systém vyžaduje napájení žárovky (baterie, adaptér). 2. Tlumení Aby bylo zajištěno rychlé ustálení výchylky ručky, je třeba její pohyb tlumit. Pokud by tlumení bylo nedostatečné, docházelo by ke kmitání ručky, při příliš silném tlumení by trvalo ustálení dlouhou dobu (přetlumeno).

3 3. Magnetoelektrický měřicí systém Konstrukce sestává z permanentního magnetu s pólovými nástavci. Ve válcové dutině mezi nástavci je otočně uložen váleček z mag. měkkého materiálu, na němž je navinuta měřicí cívka. Funkce je založena na využití sil, působících v mag. poli na vodič, protékaný proudem. Pro sílu platí: F 1 = B I d B magnetická indukce, I elektrický proud, d aktivní délka vodiče v mag. poli. Při N závitech platí: F 1 = N B I d Stejně velká síla působí na druhou stanu cívky. Vytváří se otočný moment: M = 2 F r = 2 N B I d r r poloměr cívky. Princip činnosti: Do otočné cívky (viz obrázek) je přiváděn elektrický proud, který vybudí okolo cívky magnetické pole. Jelikož se cívka nachází ve stálém magnetickém poli permanentního magnetu, vznik magnetického pole vytvořeného měřeným proudem způsobí nerovnováhu sil. Vzájemné působení obou magnetických polí se vyrovná natočením cívky. Na cívce je připevněna ručička, která po otočení cívky ukáže hodnotu proudu na ciferníku.

4 Měřicí ústrojí rozlišuje polaritu napětí. Proto jej lze přímo použít jen pro měření stejnosměrného napětí či proudu. Měřicí ústrojí V případě měření střídavého napětí a proudu sinusového průběhu je nutné proud nejdříve usměrnit pomocí usměrňovače. Měřicí přístroj pak přímo měří střední hodnotu, stupnice jsou však kalibrovány v efektivní hodnotě. měření stejnosměrných napětí a proudů (ma ka, mv kv) malá vlastní spotřeba měřicího přístroje třída přesnosti do 0,1 nejčastěji používaná měřicí soustava 4. Feromagnetický (elektromagnetický) měřicí systém Princip těchto měřících přístrojů je založen na silovém působení dvou feromagnetických plíšků nacházejících se v magnetickém poli. V původním konstrukčním uspořádání bylo do dutiny válcové cívky vtahováno feritové jádro zavěšené na pružině, která vyvolávala direktivní sílu. To připomínalo princip elektromagnetu, proto se tyto přístroje označovaly jako elektro-magnetické. Dnes se toto uspořádání používá pouze u některých zkoušeček pro orientační měření (VADAS). V současné době se používané přístroje skládají z pevné válcové cívky, na jejíž vnitřní straně je umístěn pevný plíšek. Druhý pohyblivý plíšek je upevněn na hřídelce otočného ústrojí. Protéká-li cívkou proud, oba plíšky se vlivem magnetického pole souhlasně zmagnetují a začnou se odpuzovat. Tím pohyblivý plíšek otáčí ručkou. Direktivní moment ústrojí je vyvoláván spirálovou pružinou. K ustálení výchylky ručky dojde při vyrovnání obou momentů.

5 Stupnice je nelineární počátek je zhuštěn (částečně řešeno tvarem plíšků). používají se téměř výhradně pro měření střídavých veličin (efektivní hodnota) měření stejnosměrných veličin je obvykle méně přesné, popřípadě nelze měřit vhodnější pro měření vyšších hodnot napětí a proudů střídavé veličiny měří do kmitočtu v řádu stovek Hz vyšší vlastní spotřeba než magnetoelektrické, třída přesnosti běžně 0,5 1 jednoduché a levné měřicí přístroje, velká přetížitelnost 5. Elektrodynamický měřicí systém Elektrodynamický přístroj má dvě části pevnou cívku, na kterou je přiveden elektrický proud z měřeného obvodu (do obvodu zapojena sériově) a pohyblivou cívku, na níž přivádíme el. napětí z měřeného obvodu (do obvodu zapojena paralelně). Pohyblivá cívka má tendenci natočit se tak, aby se směr magnetického toku obou cívek shodoval. Silový moment měřícího systému je úměrný součinu okamžitých hodnot proudů, které procházejí cívkami. Výchylka ručky závisí na směrech proudů, tekoucí cívkami. Na tomto principu fungují wattmetry. v současné době je používán jen jako wattmetr při měření výkonu střídavého proudu měří pouze činný výkon třída přesnosti do 0,1 0,2, vysoká přetížitelnost počátky vinutí obou cívek jsou ve schématech označeny tečkou.