Transcript ANALOGOVÉ MĚŘICÍ SYSTÉMY

ANALOGOVÉ MĚŘICÍ
SYSTÉMY
Bc. David FURKA
 obecný princip elektromechanických vychylovacích systémů
(momenty sil, ustálená výchylka…)
 magnetoelektrický systém
 elektromagnetický systém
 elektrodynamický systém
 ferodynamický systém
 indukční systém
•
•
zvětšování rozsahu Ametru a Vmetru
použití termočlánku
Analogové měř. systémy
ELM 10 - VOŠ Varnsdorf
1
Elektromechanické měř. systémy
měřená veličina X  síla F,moment Mp  výchylka pohybl.části 
ustálená výchylka
Pohybový moment Mp - vyvolán měřenou veličinou, záv. na velikosti X
Mp = f (X) [Nm]
f(X) = kp X (pro Mp1) nebo f(X)=kp X2 (pro Mp2)
Direktivní moment Md – vyvolán pružinou nebo závěsem, závisí na
výchylce β
Md = - kd β [Nm;Nm/rad,rad]
zjednodušená rovnice pro výchylku : Mp + Md = 0  βu = f1(X)
přesnější vyjádření:
Mp + Md + MJ + Mb = 0
Analogové měř. systémy
ELM 10 - VOŠ Varnsdorf
2
Magnetoelektrická soustava
•
•
•
•
•
•
•
měří: DC U, DC I, AC U, AC I
Al válec souose ve válcové
mezeře mezi PN
měřicí otočná cívka navinuta
na Al rámečku
Mp = 2 N (B I l) r = kp I
přívody přes spirál. pružiny
(zároveň zdroj Md)
elektromagnetické tlumení – Md = kd β
brždění (Lenzův zákon)
změna rozsahu bočníkem
nebo předřadníkem
nad 20 Hz měří střední
p
´
hodnotu průběhu
u
i
 střídavé veličiny – MP s
d
usměrňovačem nebo
termočlánkem
Analogové měř. systémy

 
k
k
I C I
ELM 10 - VOŠ Varnsdorf
3
Magel. soustava s usměrňovačem
•
•
•
•
Grätzův můstek s germaniovými usm. diodami (Up ≈ 0,3 V)
nejnižší rozsah (2,4 V) mívá nelineární stupnici (nelineární odpor diod)
pro frekvence od 20 Hz do 10 kHz (dle rozsahu a MP)
měří střední hodnotu usm. signálu  stupnice cejchována v ef. hod.
 platí jen pro harmonické průběhy (převodní vztah pro ef. hodnotu)
1
U 0   u (t )dt
TT
1
I 0   i(t )dt
TT
Uef  U stř kt
I ef  I stř kt
• pro harmonický průběh kt = 1,1107
• pro měření jiných průběhů  hodnotu na stupnici vydělit 1,1107  Ustř
Analogové měř. systémy
ELM 10 - VOŠ Varnsdorf
4
Elektromagnetická soustava
• měří: AC U, AC I
(50 Hz)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
měří efektivní hodnotu
mag.pole cívky působí
na feromag.poh.segment
cívka magnetuje oba
segmenty souhlasně
 odpuzování  Mp
F = f(B2)  Mp = G(β)I2
Md – pružiny, vlákna
vzduchové tlumení - křidélko
stupnice nelineární
změna rozsahu I - přep.sekcí cívky nebo odboček
změna rozsahu U - zařazením předřadníku (manganin)
slabé magnetické pole – citlivé na rušení
Analogové měř. systémy
ELM 10 - VOŠ Varnsdorf
Elmag ampérmetry
rozsahy 1 mA až 200 A
Elmag voltmetry
rozsahy 15 V až 600 V
5
Elektrodynamická a ferodynamická
soustava
•
•
•
•
měří el.výkon (P,Q), proud, napětí – použ.  Wmetry
2 cívky - pevná (PC) - v sérii se Z a otočná (NC) - paralelně k Z
v sérii s NC je Rp  nap.rozsah
vzduchový systém – eldyn, feromag. systém – ferodynam. soustava
Md – dán pružinami
Mp = f(β) I1 I2
Mpharm = f(β) I1 I2 cos φ
Analogové měř. systémy
ELM 10 - VOŠ Varnsdorf
6
Indukční soustava
• Al kotouček – otočně uložen v mezeře elektromagnetů
• vířivé proudy v kotoučku  pohybový moment
• interakce proudu indukovaného jedním z el.magnetů a pole druhého
el.magnetu vyvolá moment
• DC I – neměří
• direkt. pružiny
nejsou
• rovnováha
Mb~Mp
• velké chyby
při neharmonických
průbězích
Indukční elektroměr
Analogové měř. systémy
ELM 10 - VOŠ Varnsdorf
7
Termočlánek
Termoelektrický měnič – používán větš. s magnetoelektr. MP
•
•
•
•


2 vodiče z různých kovů
teplý konec termočlánku () – spoj vodičů
studený konec termočlánku (0) – volné konce vodičů
stříd. proud ohřívá teplý konec  Δ na vodičích vyvolá Ut
pro proudy 101 mA do 101 A o frekvenci do 100 MHz
nelineární stupnice
 pro větší citlivost sériově
(galvanicky odděleny)
Ut  kt   0 
Analogové měř. systémy
ELM 10 - VOŠ Varnsdorf
8
Zvětšení rozsahu voltmetru
předřadníkem
•
•
sériově zapojený rezistor přesné velikosti
velikost předřadníku
R p  RV (n  1)
Uz
n
UV
• třírozsahový voltmetr
 U3

R p1  R p 2  RV 
 1
 UV

 U2

R p1  RV 
 1
 UV

Analogové měř. systémy
Z Ohmova zákona:
U p1 U p1
R p1 

R
UV UV V
RV
RP 2
U p2 U P2


RV
UV
UV
RV
ELM 10 - VOŠ Varnsdorf
9
Zvětšení rozsahu ampérmetru bočníkem
•
•
rezistor přesné velikosti zapojený paralelně k ampérmetru
odvádí proud převyšující měřicí rozsah přístroje
RA
Rb 
n 1
Iz
n
IA
U A RA I A
Rb 

Ib
Ib
• spočítat ztrátový výkon bočníku
• pro větší proudy externí bočník, MTP (AC)
__________________________________________________________________
IA  2mA
I z  20 A
Ukázky výpočtu
RA  40
I z  200 A
RA  40
n  104
40
Rb 
 4 m
9999
Pb  Rb I b2  Rb ( I z  I A )  1,6 W
Analogové měř. systémy
IA  2mA
n  105
40
Rb 
 0,4 m
99999
Pb  Rb I b2  Rb ( I z  I A )  16W
ELM 10 - VOŠ Varnsdorf
10
Vícerozsahové ampérmetry
Ayrtonův bočník
• stejný vnitřní odpor
• nehrozí přetížení MP
• principielně lze použít
• riziko přetížení (i zničení) MP
• v praxi se nepoužívá
Výpočet Ayrton. bočníku
vycházíme z rovnice pro
obecný bočník
Rb 
RA
n 1
Analogové měř. systémy

RA
R1  R2  R3 
n1  1
R  RA
R2  R3  1
n2  1
R3 
R1  R2  RA
n3  1
ELM 10 - VOŠ Varnsdorf




řešením soustavy
rovnic jsou
bočníkové rezistory
R1, R2 a R3
11