Transcript Mě*icí rozsah

Elektrotechnika 2
Elektrické měřicí přístroje
Měřicí přístroj
číslicový ukazatel
grafický ukazatel
přepínač funkcí a rozsahů
připojovací svorky
číslicový digitální multimetr
grafický multimetr
Měřicí zařízení
obsahuje jeden nebo více měřicích přístrojů a příslušenství
příslušenství:
 speciální měřicí sondy
 měřicí transformátor
 měřicí vedení
 tiskárna protokolu měření
Měřicí rozsah
 hodnota, ke které se vztahuje údaj o třídě přesnosti přístroje
 zároveň hodnota, kterou by měřená veličina neměla překročit
Digitální megaohmmetr
Rozsah měření
50 kOhm - 10 TOhm v osmi rozsazích
Přesnost
2.5 %
Měřící proud
5 pA - 7.5 mA
Měřící napětí
45 - 500 V
Délka měřícího cyklu
nastavitelná 0 - 999 s
Základní pojmy měřicí techniky
měření
určování číselné hodnoty fyzikální veličiny, např. elektrického
napětí nebo tíhové síly
počítání
určování počtu událostí stejného typu nebo předmětů v určitém
časovém úseku, např. počet elektrických impulzů za sekundu
zkoušení
zjišťování, zda má zkoušený předmět předepsané vlastnosti,
zvláště jsou-li tyto vlastnosti v předepsaných tolerancích
kalibrování
zjištění rozdílu mezi skutečnou hodnotou a hodnotou ukazovanou
měřícím přístrojem
justování
kontrolování
nastavení ukazatele tak, aby ukazoval správnou hodnotu
úřední postup ověření správnosti měřicího přístroje nebo normálu,
potvrzuje se značkou, pravidelně se opakuje
Ukazatele měřicích přístrojů
analogové ukazatele
 ukazatel měřené hodnoty sleduje spojitě hodnotu měřené
(vstupní) veličiny
 hodnotu na stupnici ukazuje ručka nebo jiný ukazatel
pohybující se spojitě podél stupnice
 pro větší přehlednost – zapisovací přístroje
číslicové ( digitální ) ukazatele
 číselná hodnota měřené veličiny je znázorněná číslem
složeným z číslic a případně znaménka
 naměřené hodnoty mohou být vytištěny, případně může být
vytištěn graf časového průběhu
Analogové měřicí přístroje
součásti
 pohyblivá část měřicího ústrojí ( měřidla ) s ručkou
 stupnice
 pevná část měřicího ústrojí obsahující trvalý magnet nebo cívku
pohyblivá část měřidla ( otočná část )
 uložení s malým třením – potřeba snadného vychýlení
 potřeba tlumení kmitů kolem správné polohy
 tlumící síla musí být úměrná rychlosti pohybu
 vzduchové tlumení
 tlumení vířivými proudy
ručka
• musí být lehká, aby netlumila
otáčivé pohyby
• musí se krýt se svým obrazem v
zrcadle
chyba paralaxou – způsobena šikmým
pohledem na stupnici
stupnice
musí být přehledná a snadno čitelná
dílek stupnice - rozestup čárek stupnice
konstanta stupnice – změna měřené veličiny odpovídající jednomu dílku stupnice
citlivost přístroje – převrácená hodnota konstanty stupnice
tvary stupnic
důležité údaje o přístroji
• jednotka měřené veličiny
• značka typu měřicí soustavy
• druh měřeného proudu
• třída přesnosti
• pracovní poloha přístroje
• velikost zkušebního napětí
analogový multimetr
 měření stejnosměrných napětí
 měření střídavých napětí
 měření stejnosměrných proudů
 měření stejnosměrných napětí
 měření elektrického odporu
 třeba vždy kontrolovat nastavení
správné funkce i rozsahu
při měření veličiny neznámé velikosti je třeba z bezpečnostních důvodů nastavit
nejprve největší měřicí rozsah odpovídající veličiny a rozsah pak snižujeme na
nejmenší možný, aby byla ručka pokud možno v horních dvou třetinách stupnice
Číslicové měřicí přístroje
součásti
 analogově – digitální převodník
 zobrazovací jednotka - displej
 zdroj energie – síťový zdroj nebo baterie
příklady údajů na číslicovém displeji
analogově-digitální převodník – AD převodník
• zpracovává pouze napětí
• pro měření proudu a odporu je potřeba měřicí převodník
převod napětí na čas - při nulovém napětí porovnávacího přesného pilovitého napětí
začíná počítání časových impulsů, končí, když rostoucí pilovité napětí dosáhne úrovně
měřeného napětí
- počet impulsů odpovídá velikosti měřeného napětí
měření s dvojnásobnou integrací - kondenzátor prvního integrátoru se nabílí po přesně
stanovenou dobu přes přesný odpor při měřeném napětí, pak je vybíjen proti
srovnávacímu napětí opačné polarity přes stejný odpor
- čas vybíjení je měřen přesným čítačem impulsů – počet impulsů
odpovídá měřenému napětí
zobrazovací jednotky - displeje
umožňuje zobrazit
i písmena
• 3místný displej
• 1/2místný displej
→ 3 ½ místný displej
čísla: 000 až 999
číslo: nic nebo 1
čísla: 000 až 1999
chyba digitálního měřicího přístroje
Příklad: Digitální voltmetr s 3 ½ místným displejem, ve třídě přesnosti 0,2 a přípustnou
odchylkou na posledním místě z = ± 3 digitů (jednotek) ukazuje napětí, 100,0 V. Jak velké
je
a) rozlišení a b) přípustná absolutní chyba F?
popis digitálního multimetru
range (rozsah): manuální nastavování
měřících rozsahů
šířka pásma AC: kmitočtový rozsah, ve
kterím lze měřit parametry střídavých proudů
a napětí s chybou odpovídající třídě přesnosti
přístroje
baragraf: pruh krátkých čárek pod
číslicovým údajem simulující změnami své
délky analogový pohyb ručky přístroje
přenost: třída přesnosti k udává horní mez
relativní chyby měřené hodnoty – je třeba
zohlednit přípustnou odchylku udávanou v
digitech /jednotkách/
popis digitálního multimetru
automatické přepínání rozsahů: multimetr volí takový rozsah, při kterém je možné
dosáhnout nejlepší přesnosti – využívá všech míst displeje
automatické ukládání naměřené hodnoty do paměti (Hold): měřená hodnota je v
určený okamžik uložena do paměti a zobrazována na displeji
zkoušení průchodnosti (vodivosti) s akustickou indikací: galvanická průchodnost
/zkrat/ mezi dvěma místy je indikována akusticky i na displeji (propískávání obvodů)
true RMS, střední kvadratická hodnota: efektivní hodnota je měřena správně pro
sinusové i nesinusové střídavé proudy a napětí
měření diod (bipolárních tranzistorů): měření diodových přechodů, při kterém má být
úbytek napětí v propustném směru 0,6 V až 0,7 V
popis digitálního multimetru
vrcholový činitel (Crestfaktor) Fc: efektivní hodnota napětí nebo proudu je správně
měřena tehdy, je-li přípustný vrcholový činitel udávaný výrobcem větší než poměr
amplitudy a efektivní hodnoty měřené veličiny
popis digitálního multimetru
relaticní referenční hodnota: v relativním režimu je v paměti uložena vztažná
(referenční) hodnota a naměřené hodnoty jsou zobrazovány vzhledem k této hodnotě,
tedy jako odchylky od referenční hodnoty
min/max: přístroj uchovává v paměti při průběžném měření minimální a maximální
hodnotu měřené veličiny
automatické vypínání (Slep-Modus): přístroj se automaticky vypíná po určité době po
poslední změně při obsluze přístroje
střída: u periodického impulsního signálu je měřena střída jako poměr šířky impulsů a
periody, udává se v %
upozornění na nesprávné nastavení funkce přístroje (Input Alert): varovný akustický
signál, jsou-li do zdířek pro měření proudu připojeny vodiče a funkční přepínač není
nastaven na měření proudu
sériové rozhraní: datové rozhraní pro komunikaci s počítačem, sloužící k přenosu
měřicích dat
Chyby ručkových měřicích přístrojů
osobní chyby
mohou vzniknout
nepřesným nebo chybným
čtením údajů
jsou nahodilé
nejsou zohledňovány
může je vnést způsob zapojení
přístroje – např. použití zapojení s
chybou proudu namísto zapojení s
chybou napětí
chyba ukazatele (výsledku měření)
přípustná absolutní chyba F
vliv na měření má kolísání
okolní teploty nebo kmitočtu
sítě
systematické chyby
odchylku měření způsobují
konstrukční nedostatky – např.
nepřesná stupnice
chyby vnějšími vlivy
jsou zohledňovány pouze když jsou
experimentálně zjistitelné
třída přesnosti
udává největší přípustnou chybu v procentech měřicího rozsahu, na kterém měření probíhá
absolutní chyba F – pro všechny naměřené
hodnoty při daném rozsahu stejná
třída přesnosti x horní mez rozsahu
absolutní chyba F =
100
relativní chyba měření f – poměr absolutní chyby F a naměřené hodnoty M
absolutní chyba
relativní chyba F =
naměřená hodnota
.
100
wu – dolní možná mez skutečné hodnoty
wo – horní možná mez skutečné hodnoty
výpočet chyby měření
řešení:
příklad: Vypočtěte pro přístroj s
uvedenou stupnicí a uvedenou
hodnotou rozsahu a znázorněnou
naměřenou hodnotou:
a) konstantu stupnice
b) naměřenou hodnotu M
c) absolutní chybu F
d) relativní chybu f
e) horní mez wo skutečné hodnoty
f) dolní mez wu skutečné hodnoty
druhy měřicích metod pro získání hodnot elektrických veličin
1) základní rozdělení metod
přímé metody
 využíváme měřící přístroje pro zjištění požadované hodnoty (proud - ampérmetr)
nepřímé metody
 využíváme funkčních závislostí (vzorce) pro zjištění požadovaných hodnot
2) rozdělení podle určení měřené veličiny
základní metody
 měřená veličina se stanoví měřením
srovnávací metody
 naměřená veličina se srovná s veličinou téhož druhu pomocí výpočtu
3) rozdělení podle funkce měřících přístrojů
 výchylkové metody
 metody nulové (všecko metody můstkové)
Měření aktivních elektrických veličin
napětí
proud
elektrický výkon
Magnetoelektrická měřicí soustava s otočnou cívkou
 stejnosměrný proud
 stejnosměrné napětí
 velká citlivost a přesnost
 možnost měření střídavých proudů a napětí
s předřazeným usměrňovačem
 lineární stupnice
Feromagnetická (elektromagnetická) měřicí soustava s otočným železem
 stejnosměrný i střídavý proud
 stejnosměrné i střídavé napětí
 nevhodná pro měření malých
hodnot
 nelineární stupnice
Elektrodynamická měřicí soustava
 stejnosměrný i střídavý proud
 stejnosměrné i střídavé napětí
 měření výkonu (wattmetr)
měření činného výkonu jednofázového
střídavého proudu wattmetrem
nutné dávat pozor, aby nedošlo k přetížení v proudové nebo napěťové větvi i při nepřekročení
rozsahu ve wattech
Měření pasivních elektrických veličin
elektrický odpor
obecná impedance
Měření odporu
Měřící můstky
 představují obvod složený ze čtyř impedancí a to tak, že tvoří uzavřený čtyřúhelník
 účelem můstku je zjišťovat neznámou impedanci, zařazenou na místě jedné z nich
 přitom obvykle jedna impedance je proměnná, aby se můstek "vyrovnal„, v tom
případě měřidlo v úhlopříčce můstku nezaznamená žádnou výchylku, protože oběma
větvemi teče stejný proud
 měření je přesné, ale vyhovuje pouze pro úzký rozsah hodnot (záleží na součástkách
v můstku)
 společným znakem je napájení, které je připojeno k jedné úhlopříčce můstku a
způsob indikace, indikátor se zapojí k druhé úhlopříčce
 vyvažování je stejné, poslouží proměnný rezistor zapojený jako reostat.
Měřící můstky
stejnosměrné
Thomsonův můstek
střídavé
Maxwellův můstek
Wienův můstek
Wheatstonův můstek
De Sautyho můstek
měření odporu R
měření odporu R
kapacity C
indukčnosti L
jakosti Q
ztrátového činitele D
Wheatstonův můstek
používá se k měření malých hodnot odporů
neznámý odpor X se připojí ke vstupním svorkám,
R1 a R3 jsou rezistory s hodnotami nepříliš
vzdáleny od měřeného odporu a rezistor R2 je
proměnný s hodnotami vynesenými na stupnici
jako měřidlo slouží miliampérmetr s "nulou" uprostřed
napájení - stejnosměrný zdroj (např. galvanické články 4,5 V).
použití střídavého zdroje - uplatnila by se případná induktivní (kapacitní) složka a
místo reálného odporu by můstek měřil impedanci
můstky pro měření kapacit
De Sautyho můstek
používá se k měření kapacit
v horních větvích fungují kapacity neznámá Cx a
kondenzátor C2
Indikátor - obvykle vysokoohmové sluchátko, které
se s protékajícím střídavým proudem ozývá
Pokud zvuk utichne, můstek je vyrovnán
napájení - střídavým proudem z generátoru o kmitočtu, který je většinou 1 kHz
Proměnný rezistor R2 se musí předem ocejchovat podle kapacitního normálu
Wienův můstek
používá se k měření kapacit
můstky pro měření indukčnosti
Maxwellův můstek
používá se k měření indukčnosti
cívka se vyznačuje i vlastní kapacitou, můstek se
nepodaří plně vyrovnat
ke kompenzaci imaginární složky se používá rezistor R3
napájení - střídavým proudem a příčný proud se indikuje sluchátkem