Katedra elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava 5. ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ

Podobné dokumenty
Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava 5. ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ

5. ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ

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

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, měření elektrického proudu

Katedra elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava MĚŘENÍ NA JEDNOFÁZOVÉM TRANSFORMÁTORU.

Měření výkonu jednofázového proudu

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, měření elektrického napětí

2 Teoretický úvod 3. 4 Schéma zapojení Měření třemi wattmetry (Aronovo zapojení) Tabulka hodnot pro měření dvěmi wattmetry...

Manuální, technická a elektrozručnost

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 15. Měření elektrických veličin

MATURITNÍ ZKOUŠKA Z ELEKTROTECHNICKÝCH MĚŘENÍ

Profilová část maturitní zkoušky 2016/2017

3. Měření efektivní hodnoty, výkonu a spotřeby energie

Elektromechanické měřicí přístroje

Měřicí přístroje a měřicí metody

Vítězslav Stýskala, Jan Dudek. Určeno pro studenty komb. formy FBI předmětu / 06 Elektrotechnika

Střední od 1Ω do 10 6 Ω Velké od 10 6 Ω do Ω

Proudové převodníky AC proudů

Zpráva o měření. Střední průmyslová škola elektrotechnická Havířov. Úloha: Měření výkonu. Třída: 3.C. Skupina: 3. Zpráva číslo: 8. Den:

Laboratorní úloha č. 2 Vzájemná induktivní vazba dvou kruhových vzduchových cívek - Faradayův indukční zákon. Max Šauer

LABORATORNÍ PROTOKOL Z PŘEDMĚTU SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

9. ČIDLA A PŘEVODNÍKY

Učební osnova předmětu ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ

Digitální panelové přístroje typové řady N24, N25 rozměr 96 x 48 x 64 mm

Vzorkovací zesilovač základní princip všech digitálních osciloskopů, záznamníků, převodníků,

ROZDĚLENÍ SNÍMAČŮ, POŽADAVKY KLADENÉ NA SNÍMAČE, VLASTNOSTI SNÍMAČŮ

2. ANALOGOVÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE

Měření neelektrických veličin. Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování

Studijní opory předmětu Elektrotechnika

digitální proudová smyčka - hodnoty log. 0 je vyjádří proudem 4mA a log. 1 proudem 20mA

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

Teorie měření a regulace

T- MaR. Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. Podmínky názvy. 1.c-pod. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

VY_32_INOVACE_EM_1.06_měření činného, zdánlivého a jalového výkonu v jednofázové soustavě

Elektrotechnická měření a diagnostika

Analogové měřicí přístroje

E L E K T R I C K Á M Ě Ř E N Í

5. MĚŘENÍ PROUDU, NAPĚTÍ a VÝKONU EL. PROUDU

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Učební osnova předmětu ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ. studijního oboru M/01 ELEKTROTECHNIKA (silnoproud)

Číslicové multimetry. základním blokem je stejnosměrný číslicový voltmetr

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

Systémy analogových měřicích přístrojů

18A - PRINCIPY ČÍSLICOVÝCH MĚŘICÍCH PŘÍSTROJŮ Voltmetry, A/D převodníky - principy, vlastnosti, Kmitoměry, čítače, fázoměry, Q- metry

KATALOGOVÝ LIST. Měřicí převodníky činného nebo jalového výkonu EW 2.2 DGW 2.2 VGW 2.2 DUW 2.2 VUW 2.2 EB 2.2 DGB 2.2 VGB 2.2 DUB 2.2 VUB 2.

2. STŘÍDAVÉ JEDNOFÁZOVÉ OBVODY

Měření a automatizace

Měření parametrů sítě

Základy elektrického měření Milan Kulhánek

ELT1 - Přednáška č. 6

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

1. Změřte závislost indukčnosti cívky na procházejícím proudu pro tyto případy:

Základy elektrotechniky

Určeno pro posluchače všech bakalářských studijních programů FS

13 Měření na sériovém rezonančním obvodu

1.1. Základní pojmy 1.2. Jednoduché obvody se střídavým proudem

PŘECHODOVÝ DĚJ VE STEJNOSMĚRNÉM EL. OBVODU zapnutí a vypnutí sériového RC členu ke zdroji stejnosměrného napětí

1 SENZORY V MECHATRONICKÝCH SOUSTAVÁCH

Zadané hodnoty: R L L = 0,1 H. U = 24 V f = 50 Hz

Elektrický proud 2. Zápisy do sešitu

Výkon střídavého proudu, účiník

V následujícím obvodě určete metodou postupného zjednodušování hodnoty zadaných proudů, napětí a výkonů. Zadáno: U Z = 30 V R 6 = 30 Ω R 3 = 40 Ω R 3

7 Měření transformátoru nakrátko

M-142 Multifunkční kalibrátor

11. MĚŘENÍ SŘÍDAVÉHO PROUDU A NAPĚTÍ

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření vlastní a vzájemné indukčnosti část Teoretický rozbor

přenosu Měření dat s možností MĚŘENÍ ELEKTRICKÉ ENERGIE EMDX3: multifunkční měřicí centrála

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření na elektrických strojích - transformátor, část 3-2-4

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu.

Fyzika. 8. ročník. LÁTKY A TĚLESA měřené veličiny. značky a jednotky fyzikálních veličin

6 Měření transformátoru naprázdno

CW01 - Teorie měření a regulace

Rozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru, cejchování kompenzátorem

Měření na 3fázovém transformátoru

S námi měříte více než

VŠB Technická univerzita Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky

Charakteristika předmětu:

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření magnetických veličin, část 3-9-3

Synchronní stroje Ing. Vítězslav Stýskala, Ph.D., únor 2006

MĚŘENÍ ELEKTRICKÉHO NAPĚTÍ

Fyzikální praktikum...

TRANSFORMÁTORY Ing. Eva Navrátilová

Kompenzační transformátory proudu Proudové senzory

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Multimetry DIRIS A40/41

Frekvence. 1 DC - NAPĚTÍ (měření) I-001, I-002, I mv 2,7 µv + D ) 10 mv 2,7 µv 100 mv 3 µv 100 V 17 µv/v

Jméno a příjmení. Ročník

Elektrotechnika - test

1. GPIB komunikace s přístroji M1T330, M1T380 a BM595

2 Přímé a nepřímé měření odporu

ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

Kompenzovaný vstupní dělič Analogový nízkofrekvenční milivoltmetr

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Digitální panelové měřící přístroje

Měření závislosti indukčnosti cívky (Distribuce elektrické energie - BDEE)

1. Měření výkonu souměrné zátěže se středním vodičem

Dálkové studium 2013 Elektrické měření V. Provazník

Products Elektrické rozvaděče Průmyslové spínací a ochranné systémy SOCOMEC Měření spotřeby SOCOMEC

Transkript:

Katedra elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - T Ostrava 5. ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ 5.1 Úvod 5. Elektrické měřící přístroje 5.3 Měření elektrických veličin 5.4 Měření neelektrických veličin Leden 008 Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D. Doc. Ing. Václav Vrána, CSc. Ing. Jan Vaňuš 1

5.1. Úvod Elektrické měření představuje poznávací proces, jehož prvořadým cílem je zjištění výskytu a velikosti měřené veličiny. V poznávacím procesu měření využíváme známých poznatků o fyzikálních jevech a zákonech. Základní elektrické veličiny (např. a I) určují kvalitativně i kvantitativně nejen stav elektrických obvodů, ale i nejrůznějších objektů. těchto objektů měříme neelektrické fyzikální veličiny (např. tlak, teplotu, rychlost..). Neelektrické fyzikální veličiny lze poměrně snadno převést na elektrické veličiny, tedy na elektrické signály, které jsou nositeli informace. - A Velikost, popř. číselnou hodnotu měřené veličiny, udává měřící přístroj (MP), který měřenou veličinu porovnává s jednotkou příslušné veličiny. I R + obr.5.1. Příklad měření el. proudu Příklad: kazuje-li ampérmetr např. hodnotu 5 A, znamená to, že měřený proud je 5 x větší, než jeho jednotka - 1 A. 5.1.1. Elektrické měření obsahuje: Objekt měření - zjišťujeme jednu nebo více měřených veličin, Metoda měření v souladu s odpovídajícím fyzikálním zákonem. Měřící zařízení - zjištění hodnoty měřené veličiny Zpětné působení Objekt měření Měřící zařízení Obr. 5.. Obecný příklad elektrického měření. 5.1.. Rozdělení elektrického měření podle účelu: Laboratorní měření - hledají a ověřují se fyzikální vlastnosti a jevy Technické měření - hodnocení, zkoušení, prověřování různých elektrických zařízení (například motory). Provozní měření - průběžně se sleduje popř. řídí výrobní proces 5.1.3. Základní zásady a pojmy a) Měření s ručkovými měřícími přístroji výchylku ručky se odečítá při pohledu kolmo na přístroj výchylka by měla být pokud možno ve třetí třetině rozsahu přístroje (zajistíme změnou rozsahu měřícího přístroje) zjistí se celkový počet dílků na stupnici α c a rozsah přístroje r na stupnici MP se odečte výchylka α, odpovídající hodnotě změřené veličině vypočte se konstanta k přístroje k = r / α c hodnota měřené veličiny, např. při měření napětí, se určí = k α

provozní poloha měřícího přístroje je výrobcem předepsaná poloha, ve které je zaručená třída přesnosti. příklady značek, vyskytujících se na ručkových měřících přístrojích (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 v % MP je určen pro svislou polohu MP je určen pro vodorovnou polohu 60 MP je určen pro šikmou polohu 60 k vodorovné rovině značka uzemňovací svorky Značka ve hvězdě znamená zkušební napětí je kv; hvězda bez čísla znamená zkušební napětí je 500 V; hvězda s 0 znamená, že se zkušební napětí nezměřilo. b) Měření s digitálními měřícími přístroji Většinou se jedná o multifunkční MP (tzv. multimetry) s možnostmi měření více veličin. Parametry přístroje a návod k použití bývá uveden v průvodní dokumentaci. 5.. Elektrické měřící přístroje (EMP) 5..1. Rozdělení elektrických měřících přístrojů podle použití: a) Základní (normály) b) Provozní c) Informativní (nelze použít k prokazování shody) 5... Rozdělení elektrických měřících přístrojů podle snímání a zobrazení výstupní veličiny: a) Analogové měřící přístroje - určeny pro vyjádření nebo zobrazení výstupní informace jako spojité funkce měřené veličiny. b) Číslicové (digitální) měřící přístroje - měřená veličina se na vstupu převádí v A/D převodníku na v číslicovém tvaru. c) kazovací měřící přístroje - zobrazuje kdykoliv hodnotu měřené veličiny bez jejího zaznamenávání. d) Zapisovací (měřící) přístroj - zapisuje na nosič informace odpovídající hodnotě měřené veličiny. 3

5..4. Ručkové měřící přístroje Podle druhu použitého měřícího systému, který je označen na stupnici, bývají tyto přístroje přednostně doporučovány k měření daného druhu veličin. Na stupnici měřícího přístroje bývá mj. uvedeno, pro jaký druh proudu a druh veličiny je přístroj určen. 5..5 Ostatní měřící přístroje Číslicové (digitální) měřící přístroje Analogové elektrické signály se převádějí v číslicových měřících systémech do číslicové formy. Výhodami jsou vyšší přesnost měření ve srovnání s elektromechanickými měřícími přístroji, odpadá chyba nepřesným odečítáním, vyšší mechanická odolnost, možnost připojení přímo na PC. Osciloskop - je přístroj, určený k zobrazení časových průběhů prakticky všech druhů signálů (stejnosměrné i střídavé periodické průběhy). Pomocí osciloskopu lze zjistit maximální hodnotu (amplitudu) nebo mezi vrcholovou hodnotu (rozkmit) signálu. Obvod časové základny osciloskopu zajišťuje pohyb měřeného signálu na obrazovce. Oscilograf je přístroj určený k zapisování časových průběhů naměřených veličin. na papír, který se pohybuje konstantní rychlostí. Virtuální měřící přístroje (VMP) - (PC + převodník) Podstatou VMP je doplnění PC zásuvnou multifunkční kartou (zásuvnou měřící deskou) a vytvoření vhodného programu pro PC, který realizuje všechny činnosti měřícího přístroje. Významnou roli zde hraje tzv. vývojové prostředí umožňující pohodlné a poměrně snadné vytváření vlastního software. Známá jsou např. vývojová prostředí Lab Windows, Lab View apod. rčitým kompromisem mezi klasickým MP a VMP je spojení MP s počítačem přes tzv. rozhraní (sériové, - RS, paralelní - GPIB) umožňující doplnění funkcí MP dalšími funkcemi pomocí SW v PC. MP většinou slouží jako snímač a převodník měřené veličiny, která je pak dále zpracována v PC. Takto lze např. z digitálního osciloskopu vytvořit další měřící přístroj např. frekvenční analyzátor. Výhodnými vlastnostmi VMP jsou nižší ceny, možnosti změn vlastností MP změnou programu, flexibilita přístroje pro různá měření. 5.3. Měření elektrických veličin 5.3.1 Měření elektrického napětí Přístroje pro měření elektrického napětí se nazývají voltmetry. Zapojují se vždy paralelně k měřenému obvodu. Značka voltmetru Voltmetry pro střídavá napětí měří ustálené střídavé napětí, které se charakterizuje efektivní hodnotou napětí. Stupnice elektromechanického přístroje je cejchována v efektivních hodnotách. Změna měřícího rozsahu voltmetru se provádí: Předřadným odporem R p V 4

Měřené napětí V se zmenší na napětí přiváděné na napětí přiváděné na měřící systém podle vztahu pro napěťový R dělič: v = R + Obr. 5.3. Princip voltmetru R hodnota odporu měřícího systému,. R P hodnota předřadného odporu R P Měřícím transformátorem napětí - slouží ke změně rozsahu voltmetrů pro střídavá napětí síťového kmitočtu. 5.3. Měření elektrického proudu Přístroje pro měření elektrického proudu se nazývají ampérmetry. Zapojují se vždy do série s měřeným obvodem. Značka ampérmetru: Náhradní schéma Obr. 5.4. Připojení ampérmetru ovlivní poměry měřeného obvodu. Aby byla chyba měření co nejmenší, je potřeba zajistit co nejmenší vnitřní odpor R ia ampérmetru. Změna měřícího rozsahu ampérmetru se provádí: A R ia A Bočníkem, pomocí bočníku (je to rezistor), převádíme měřený proud na napětí R b A Obr. 5.5 Ampérmetr s bočníkem I = [A, V, Ω] R B Měřícím transformátorem proudu, Měřící transformátor proudu slouží ke změně rozsahu ampérmetrů pro střídavé proudy síťového kmitočtu. 5.3.3 Měření elektrického výkonu Pro měření činného výkonu se používá wattmetry, které využívají elektromechanické nebo elektronické principy. Značka wattmetru: W Výkon na spotřebiči v zapojení el. obvodu se střídavým nebo stejnosměrný zdrojem napětí lze určit pomocí nepřímé nebo přímé metody: a) Nepřímá metoda Napětí se změří voltmetrem a proud, protékající obvodem ampérmetrem. Elektrický výkon stejnosměrného proudu ve spotřebiči se stanoví součinem napětí V na spotřebiči a procházejícím proudem I z. Tuto metodu lze použít i ve střídavém obvodě, pokud víme, že cos ϕ = 1. (tzn. v el. obvodu je zapojen pouze odporový bezindukční spotřebič). 5

+ A A zd V V I z =I A Rz - Obr. 5.7. Nepřímá metoda měření výkonu Měření zdánlivého výkonu ve střídavých obvodech Pro měření zdánlivého výkonu se používá nepřímá metoda. Zdánlivý výkon zjistíme z naměřených hodnot proudu a napětí. Platí vztah S =.I [VA, V, A] b) Přímá metoda Měření činného výkonu: Pro měření jednofázového činného výkonu spotřebiče napájeného ze střídavého zdroje napětí použijeme wattmetr, zapojený podle obr.5.8. Wattmetry jsou přístroje, které mají měřící obvody. Proudový měřící obvod (proudová cívka)je zapojen jako ampérmetr a napěťový měřící obvod (napěťová cívka) jako voltmetr. W st R L Obr.5.8. Příklad zapojení W-metru v el. obvodu. Při měření výkonu je nutné dát pozor na přetížení wattmetru. Výchylka wattmetru α je úměrná činnému výkonu P: P I cosϕ α = = k w konstanta wattmetru k W k W Výchylka α je tedy úměrná proudu I, napětí, ale také fázovému posunu ϕ. Wattmetr lze přetížit, aniž by ručička dosáhla maximální výchylky. Pro měření činného výkonu v 3-fázových obvodech se používají tyto způsoby zapojení: Zapojení s jedním 1-fázovým W-metrem (souměrná zátěž) P= 3. P W Zapojení s jedním 3-fázovým W-metrem Zapojení se třemi 1-fázovými W- metry 6

Obr. 5.9. Zapojení se třemi jednofázovými wattmetry metry Měření jalového výkonu: Z definice jalového výkonu = I sinϕ = I cos( π / ϕ ) Q [var, V, A] vyplývá, že jalový výkon lze měřit přímou metodou pomocí var - metru (W-metru, zapojeného tak, že napětí je posunuto 90 o ). Jestliže použijeme nepřímou metodu, potom jalový výkon určíme z trojúhelníku výkonů: I = P + Q Q = I P = ( I + P) ( I P) 5.3.4. Měření elektrické energie Pro měření elektrické energie se používají nejčastěji elektroměry. Podle druhu proudu rozlišujeme elektroměry na stejnosměrný a střídavý proud. Elektroměry se používají pro měření elektrické energie v 1 fázových obvodech nebo v 3 fázových obvodech. Pro výpočet elektrické energie platí: t W = u( t) i( t) dt Pro neměnné hodnoty proudu a napětí W=.I.t [J, V, A, s] Práce je dána při konstantním výkonu součinem výkonu a času. Elektroměr obsahuje měřič okamžitého výkonu a integrátor. Značka elektroměru: Wh Podle principu činnosti rozdělujeme elektroměry na: 0 Elektromechanické elektroměry Elektromechanické elektroměry využívají mezipřevodu výkonu na mechanickou otáčivou rychlost a jejich integrátory jsou dekadická počitadla otáček. Používají se hlavně v energetice. Elektronické elektroměry Výhodou elektronických elektroměrů je například možná komunikace elektroměrů (přes optická rozhraní, rozhraní RS3, RS 485.). 5.3.5 Měření odporu a) Měření odporu pomocí Ohmetru Ohmetr je měřící přístroj udávající velikost měřeného odporu přímo v Ohmech. Ve většině případů se jedná o součást tzv. víceúčelových měřících přístrojů - multimetrů. b) Měření pomocí tzv. Ohmovy metody. 7

Využívá Ohmova zákona, podle kterého je měřený odpor X R X = I X [Ω, V, A] kde: X úbytek napětí na měřeném odporu I X proud procházející měřeným odporem Pro tuto metodu je nutné použití dvou měřících přístrojů: V-metr a A-metr 5.4. Měření neelektrických veličin elektrickými metodami 5.4.1. Podle druhu snímané neelektrické veličiny se rozlišují snímače: a) mechanických veličin ( např. poloha, rychlost, otáčky, síla, moment..) b) tepelných veličin ( např. teplota, tepelný tok..) c) magnetických veličin ( např. mag. indukce, intenzita mag. pole..) d) radiačních veličin ( např. intenzita viditelného, infračerveného a ultrafialového záření e) chemických veličin ( např. ph, koncentrace, vlhkost..) Pro měření neelektrických veličin se využívá fyzikálních vlastností a jevů, umožňujících převod neelektrických veličin na elektrický signál. Tento signál se používá k dalšímu vyhodnocení nebo jako akční veličina (např. v automatizovaných provozech). Výhodou elektrického měření neelektrických veličin jsou velká citlivost, velká přesnost velká rychlost přenosu informace elektrického signálu, snadný přenos informace elektrického signálu (bezdrátový přenos, satelit, rádio), snadné zpracování signálu (pro indikaci signálu na displeji, registrace signálu). Nevýhodou mohou být větší pořizovací náklady. Vstupní snímač Neelektrické veličiny SENZOR PŘEVODNÍK Měřící obvod (zesilovač + zdroj) Vyhodnocovací zařízení Obr. 5.10. Blokové schéma způsobu převodu neelektrické veličiny na elektrickou veličinu Vstupní snímač umožňuje přeměnu neelektrické veličiny na elektrický signál. 5.4.. Podle využívaného fyzikálního jevu nebo principu snímání, který určuje druh výstupního signálu senzoru rozlišujeme snímače na: a) odporové b) kapacitní c) transformátorové d) indukčnostní e) indukční f) piezoelektrické g) optoelektronické h) vibrační 8

i) magnetoelastické j) magnetoelektrické k) termoelektrické a další 5.4.3 Podle chování snímané neelektrické veličiny na výstupu senzoru rozdělujeme snímače: a) Generátorové (aktivní): Aktivní snímače umožňují přímý převod měřené neelektrické veličiny na elektrickou energii bez pomocného zdroje energie. Při působení snímané veličiny se snímač chová jako zdroj elektrické energie.výstupní signál snímače (napětí, proud, náboj) se v měřícím obvodu zesílí a upraví na vyhodnocení ve vyhodnocovacím zařízení. b) Modulační (pasivní): Působením snímané veličiny na senzor se mění některý z parametrů senzoru (např. odpor R, indukčnost L, kapacita C, popř. i stav kontaktu). Musíme dodat zdroj elektrické energie. 9