2001

MATURITNÍ TÉ MATA Z předmě tu ELEKTRICKÁ MĚ ŘENÍ pro školní rok 2000/2001 1a) Soustava magnetoelektrická 1b) Mě ř ení transformá toru naprá zdno 2a) Soustava elektrodynamická 2b) Mě ř ení transformá toru př i zatížení 3a) Mě ř ení výkonu jednofá zového asynchronního motoru 3b) Mě ř ení transformá toru nakrá tko 4a) Mě ř ení charakteristik 3 fá zových asynchronních motorů 4b) Nastavová ní pracovního bodu tranzistoru 5a) Zvě tšová ní mě ř ících rozsahů ampérmetrů a voltmetrů 5b) Mě ř ení výkonu 3 fá zového proudu 6a) Cejchová ní ampérmetru a voltmetru 6b) Metody mě ř ení elektrického proudu a napě tí 7a) Osciloskop, funkce, popis 7b) Mě ř ení teplot termočlá nky 8a) Nízkofrekvenční generá tory 8b) Mě ř ení sinusového napě tí osciloskopem 9a) Mě ř ení na transformá toru 9b) Mě ř ení proudu osciloskopem 10a) Digitá lní mě ř ící př ístroje 10b) Mě ř ení osciloskopem, transformá tor př i zkratu sekundá rního vinutí 11a) Mě ř ení teplot termočlá nky 11b) Mě ř ení elektrické energie 12a) Mě ř ení výšky hladiny elektrickými mě ř ícími metodami 12b) Mě ř ení VA charakteristiky diody 13a) Cejchová ní ampérmetru a voltmetru 13b) Mě ř ení na NF zesilovačích 14a) Analyzá tory 14b) Můstkové mě ř ení činných odporů 15a) Zvě tšová ní mě ř ících rozsahů ampérmetrů a voltmetrů 15b) Mě ř ení charakteristik 3 fá zových asynchronních motorů

16a) Metody mě ř ení indukčnosti 16b) Mě ř ení výkonu jednofá zového asynchronního motoru 17a) Mě ř ení stejnosmě rného výkonu 17b) Mě ř ení proudu osciloskopem 18a) Soustava elektrodynamická 18b) Mě ř ení elektrického napě tí kompenzačními metodami 19a) Metody mě ř ení kapacity 19b) Mě ř ení VA charakteristiky diody 20a) Mě ř ení výsky hladiny elektrickými metodami 20b) Mě ř ení osciloskopem, transformá tor př í zkratu sekundá rního vinutí 21a) Osciloskop, funkce, popis 22b) Mě ř ení transformá toru nakrá tko 23a) Mě ř ení na transformá toru 23b) Mě ř ení teplot dotykovými teplomě ry 24a) Mě ř ení teplot odporovými teplomě ry 24b) Mě ř ení na NF zesilovačích 25a) Analyzá tory 25b) Metody mě ř ení kapacit

2

1a) MAGNETOELEKTRICKÉ PŘ Í STROJE Magnetoelektrické př ístroje mají mezi póly permanentního magnetu uloženou lehkou cívku zpravidla navinutou na hliníkovém rá mečku. Cívkou protéká proud, který se do ní př ivá dí dvě ma spirá lovými pružinami, které současně vyvolá vají ř ídicí moment.Uvnitřcívky mezi póly magnetu je soustř edě ně upevně né já dro s feromagnetického materiá lu. tím se docílí konstantní šíř ky vzduchové mezery v pracovní čá sti otočné cívky. Tím i magnetické pole vytvoř ené permanentním magnetem ve vzduchové mezeř e bude homogenní. Potom silové účinky způsobené vzá jemným působením homogenního magnetického pole permanentního magnetu a magnetické pole vyvolané proudem protékajícím cívkou př i konstantním proudu cívkou jsou konstantní. V důsledku toho je průbě h stupnice lineá rní. Smě r výchylky ručky zá visí na smě ru proudu, který protéká cívkou, a proto musí být na tě chto př ístrojích vyznačena polarita proudu. Takovými př ístroji lze mě ř it pouze stejnosmě rné proudy a napě tí. Použití tohoto př ístroje pro mě ř ení stř ídavého proudu je možné pouze po př edchozím usmě rně ní. Usmě rňovače jsou zabudová ny uvnitřpř ístroje. Tlumení pohybu pohyblivé čá sti tě chto př ístrojů způsobují víř ivé proudy, které se indukují v hliníkovém rá mečku cívky př i jeho pohybu ve vzduchové mezeře.Uložení u tě chto př ístrojů bývá hrotové. Magnetoelektrické př ístroje nejsou citlivé na cizí pole, protože jeho vlastní magnetické pole je velmi silné. Je však citlivý na př etížení. Pružiny, které vyvolá vají ř ídicí moment se př i př ekročení dovolené hodnoty proudu se mohou přehř á t, čímž ztratí původní pružnost. Tím se mě ní údaj př ístroje. Vlastní spotř eba elektromagnetických př ístrojů je vůči ostatním soustavá m velmi malá . Podle rozsahu př ístroje se pohybuje okolo 15 - 60 mW. Tyto př ístroje mohou mě ř it proudy od 10 μA do cca 10 mA. Vě tší proudy a napě tí lze mě ř it touto soustavou rozšíř ením rozsahu př ístroje pomocí př edř adníků a bočníku. Pro proudy do cca 50 A a napě tí do cca 600 V se bočníky a př edř adníky umísťují př ímo do krytu mě ř ícího př ístroje.

3

1b) MĚŘ ENÍ TRANSFORMÁTORU NAPRÁZDNO Př i chodu transformá toru naprá zdno jsou sekundá rní svorky rozpojeny a transformá tor odebírá proud, který je způsoben: a) ztrá tami v železe IFE0 b) magnetizačními ztrá tami Iμ10 I10 – proud naprá zdno I10 = Iμ 10 2 + IFE10 2

A

V

V

Př i tomto zapojení transformá toru mě ř íme: 1. Proud na primá rní straně I10 2. Napě tí na primá rní straně U10 3. Napě tí na sekundá rní straně U20 4. Výkon na primá rní straně P0 Z namě ř ených hodnot můžeme vypočíst: U1 N1 I2 = = U2 N2 I1 2. Zdá nlivý výkon transformá toru naprá zdno S = U10 ´ I10 [VA] 3. Jalový výkon transformá toru naprá zdno Q = U10 ´ I10 ´ sinj [VAr] P0 4. Účiník a fá zový posun cosj = U10 ´ I10 1. Př evodový pomě r transformá toru p =

Ztrá ty ve vinutí zanedbá vá me, protože transformá torem teče malý proud. Př i chodu transformá toru naprá zdno bývá cosφ = 0,8

4

2a) SOUSTAVA ELEKTRODYNAMICKÁ Elektrodynamické př ístroje jsou založeny na principu vzá jemného působení dvou vodičů, jimiž protéká proud. Elektrodynamické mě ř ící ústrojí sestá vá ze dvou cívek, jimiž protékají proudy úmě rné mě ř ené veličině . Jedna z cívek je pevná (napě ťová ), druhá pohyblivá (proudová ). Pohyblivá cívka je upevně na na otá čivé ose spolu s kř idélkem vzduchového tlumení. Proud se do pohyblivé cívky př ivá dí př es spirá lové pružiny, které současně vyvolá vají ř ídicí moment. Vzá jemným působením pevné a pohyblivé cívky vzniká moment soustavy. Pevná cívka je obvykle dě lena na dvě čá sti z toho důvodu, aby se v prostoru, v ně mž se pohybuje pohyblivá cívka, vytvoř il potř ebný tvar magnetického pole. Magnetické pole př ístroje se nachá zí ve vzduchu, a proto je slabé. Ná sledkem toho je pohybový moment pomě rně malý. Pro dosažení dostatečného momentu je tř eba navinout na pohyblivou i nepohyblivou cívku mnoho zá vitů. Spotř eba je pomě rně velká , ně kolik wattů. Pohyblivá cívka se vychýlí i v př ípadě že v jejím prostoru bude cizí magnetické pole, jehož kmitočet bude stejný jako kmitočet prochá zejícího proudu touto cívkou. Citlivost na cizí magnetická pole se snižuje stíně ním. Př ístroj nesná ší velká př etížení, protože pohyblivou cívkou prochá zí proud, který se do ní př ivá dí př es pružiny vyvozující ř ídící moment. Pohyblivá cívka je vinuta z tenkého drá tu, aby mě la co nejvíce zá vitů a př itom byla lehká . Spotř ebu elektrodynamického př ístroje je možno snížit tak, že magnetický obvod bude z feromagnetického materiá lu.Takové př ístroje se nazývají feromagnetické a pracují na stejném principu jako př ístroje elektrodynamické. Zapojeníelektrodynamický ch př ístrojů U elektrodynamického voltmetru se cívky zapojují do série . Do série s nimi je zapojen př edř adník Rp, kterým se omezuje velikost proudu protékajícího cívkami a jímž se nastavuje rozsah př ístroje. Proud prochá zející cívkami je př ímo úmě rný mě ř enému napě tí. Stupnice má kvadratický průbě h. Rp I1

U elektrodynamického ampérmetru bývají cívky zapojeny paralelně .Moment soustavy se rovna R Ms = k ´ I1 ´ I2 kde k je konstanta úmě rnosti př 1 ístroje. I Moment soustavy je zá vislý kvadraticky na mě řené I2 R2 veličině , a tedy i průbě h stupnice elektrodynamického ampérmetru bude kvadratický Elektrodynamické př ístroje se nejčastě ji používají jako wattmetry. Zapojujeme ho do obvodu tak, aby pevnou cívkou, tzv. proudovou, protékal proud,který protéká i zá tě ží (spotř ebičem) a pohyblivou cívku, tzv. napě ťovou, proud úmě rný napě tí na zá tě ži. Moment soustavy je úmě rný součinu proudů protékajícího pevnou i pohyblivou cívkou (I a Iu) Výchylka elektrodynamického př ístroje je lineá rně zá vislá na výkonu tzn., že průbě h stupnice bude lineá rní. V obvodu stř ídavého proudu je moment soustavy elektrodynamického př ístroje zapojeného jako wattmetr úmě rný i fá zovému posunu mezi proudem a napě tím v mě ř eném obvodu a to ídavého proudu. Je tedy lineá rně takto: Ms = K ´ I ´ U ´ COSj = K ´ P kde P je činný výkon stř zá vislý na činném výkonu v obvodu a stupnice je opě t lineá rní.

5

Iu I

U

Rz

2b) MĚŘ ENÍ TRANSFORMÁTORU PŘ I ZATÍ Ž ENÍ Transformá tor má na sekundá rní straně zapojený spotř ebič sériově s ampérmetrem a paralelně s voltmetrem. Proud prochá zející sekundá rní stranou je zá vislý na konstrukci S transformá toru ( %uk ). Maximá lní zatížení sekundá rní strany vypočteme z výkonu I = . U Výkon na primá rní straně je ovlivně n zá tě ží (vzá jemná magnetická vazba). Proud na primá rní straně I1 se sklá dá z proudů ztrá tových (magnetizační a ve vinutí) a proudu pracovního.Př i mě ř eni nesmíme př ekročit jmenovité hodnoty transformá toru. Postup mě ř ení Na autotransformá toru nastavujeme postupně požadovaná napě tí a vždy odečteme údaje na mě ř ících př ístrojích Pro každé mě ř eni spočítá me – výkon sekundá ru P2 = U2 ´ I2 [W] ztrá ty transformá toru DPZ = P1 – P2 [W] P2 účinnost η = ´ 100 [%] P1 P1 účiník cosj = U1 ´ I1 Pro jmenovité napě tí U=220 V spočítá me: - Zdá nlivý výkon S= U1 ´ I1 [VA] Jalový výkon Q = (U 1 ´ I1) 2 - P12 [VAr] I1 A

P

I2 A

U1 V

U2 V

Rz

Účiník (cosφ ) se mě ní se zá tě ží. Zá tě ž může být a) činná – napě tí a proud jsou ve fá zi cosφ = 1 b) induktivní a kapacitní - napě tí není s proudem ve fá zi cosφ = 0,8

6

3a))

MĚ Ř ENÍVÝ KONU JEDNOFÁ ZOVÉ HO ASYNCHRONNÍ HO MOTORU

Aby se jednofá zový asynchronní motor sá m rozběhl, je u těchto motorů na statoru kromě hlavního vinutíještě pomocné vinutí tzv.rozběhové vinutí. Kaž dé vinutí zaplňuje 1/3 drá ž ek, takž e 1/3 drá ž ek zůstá vá prá zdná . Osy obou vinutísvírajíúhel 90o. Do rozběhové ho vinutíje zapojen rezistor, nebo tlumivka, nebo kondenzá tor. Př ipojením obou vinutí na toté ž napětíje proud v rozběhové m vinutí časově posunut té měřo 1/4 periody oproti proudu v hlavním vinutí. Prostorové natočení obou vinutí o 90o a časové posunutíobou proudů, které jimi prochá zí, budí v dutině statoru dvě vzá jemně posunutá stř ídavá magnetická pole, která dá vají vý sledné točivé magnetické pole potř ebné pro rozběh motoru. Po rozběhu se pomocné vinutí můž e odpojit, protož e jeho magnetické účinky jsou nahrazeny magnetický mi účinky otá čejícího se rotoru. Stator je vyroben z hliníkové slitiny,dynamové plechy s drá ž kami pro vinutíjsou mechanicky př ipevněny ke kostř e. Žá bra statoru zajišťujíchlazení. Zastavíme–li tento motor, sá m se nerozběhne, pouze odebírá ze sítě velký proud a když jej v čas od sítě neodpojíme spá líse izolace a vinutí. Pootočíme-li rotorem motor se rozběhne v tomto smyslu, ve které m jsme otočili rotorem. Smysl otá čeníjednofá zový ch asynchronních motorů změníme změnou př ívodu buď u hlavního vinutí, nebo u pomocné ho (rozběhové ho) vinutí. Otá čky jsou stá lé a nelze je regulovat. Jednofá zové motory do vý konu 5 kW lze př ipojit př ímo na síť nízké ho nappětí. Proudový ná raz nesmí př esá hnout 7 kVA. Větší motory se spouštějí př es spouštěč. Jednofá zový asynchronnímotor s kondenzá torem v rozbě hovém vinutí Tento motor můž e bý t př ipojen trojím způsoben: a) s trvale př ipojený m kondenzá torem, b) s kondenzá torem př ipojený m jenom př i rozběhu, c) se dvěma kondenzá tory, z nichž jeden slouž í k rozběhu a po rozběhu se samočinně odpojí. Druhý kondenzá tor jednak pomá há zvlá dnout rozběh motoru, jednak zlepšuje jeho účiník a je trvale př ipojen k pomocné mu rozběhové mu vinutí. Zá běrný moment zá visí na velikosti kapacity kondenzá toru. Č ím je však kapacita větší, tím většíje také zá běrný moment, ale tím většíje také proudový ná raz př i spouštění a proud prochá zející pomocný m vinutím př i normá lním běhu motoru. Větší proud způsobuje větší oteplení, proto je kapacita omezena. C =

100 μ F 1kW

Popis měř ení: Na autotransformá toru nastavujeme postupně pož adovaná napětí a odečítá me hodnoty z ampé rmetru, voltmetru a wattmetru. Pro kaž dé měř ení spočítá me: a) Zdá nlivý vý kon S = U ´ I [VA,V,A] b) Jalový př íkon c) Účiník d) Fá zový úhel

Q = S2 - P2 [VA,VA,W] P cosj = [-,W,VA] S j = arcosj I A

220 V~

Z

P W V U

M

HV 220 V

M

PV

C1

3b) MĚŘ ENÍ TRANSFORMÁTORU NAKRÁTKO O transformá toru nakrá tko mluvíme tehdy jsou-li sekundá rní svorky spojeny nakrá tko bezodporovou spojkou. Vstupním a výstupním vinutím prochá zí značný proud nakrá tko. Popis mě ř ení: - měř íme napětí nakrátko S U b) Na autotransformá toru nastavíme takové napě tí, které vyvolá jmenovitý proud. c) Na voltmetru odečteme napě tí, toto napě tí je rovno Uk, dá le počítá me procentní napě tí nakrá tko Uk ze vzorce %uk = ´ 100 [%] U1 d) Vypočítá me výkon nakrá tko Pk z hodnot ampérmetru a voltmetru, př i jmenovitém napě tí. a) Vypočteme maximá lní jmenovitý proud primá ru Ij =

Maximá lní procentní napě tí nakrá tko bývá u menších transformá torů 4-7 % a u vě tších až 11 %. Č ím vě tší je napě tí nakrá tko, tím menší je proud nakrá tko. Úbytek napě tí 4-5 %. Výkon který př i pokusu transformá toru nakrá tko transformá tor odebírá ze sítě se témě řcelý spotřebuje na krytí ztrá t ve vinutí transformá toru, neboťpř i zkratu jsou ztrá ty v železe vzhledem ke ztrá tá m ve vinutí zanedbatelné. Takže ztrá ty nakrá tko se rovnají ztrá tá m ve vinutí. Pk

Ik A Uk

V

Č ím vě tší bude %uK – tím mě kčí je transformá tor, tzn. že po př ipojení zá tě že na transformá toru poklesne napě tí. Proud a napě tí nejsou ve fá zi tzn., že cosφ < 1

8

4a) MĚŘ ENÍ CHARAKTERISTIK 3 FÁZOVÝCH AS MOTORŮ DYNAMOMETREM Dynamometr – je dynamo s cizím buzením, které má rotor spojený s rotorem asynchronního motoru, stator je uložen otočně – spojen s ukazatelem momentu. Na spodní straně statoru dynamometru je př ipevně no zá važí, které př i vychylová ní statoru vytvá ř í moment proti momentu asynchronního motoru a proto je výchylka statoru úmě rná točivému momentu. Vinutí statoru je př ipojeno na rezistor v ně mž se energie mě ní v teplo. Teoretický rozbor: Točivý moment 3 fá zového asynchronního motoru vytvá ř ený na hř ídeli nelze př ímo určit ze štítkových hodnot, protože se mě ní v zá vislosti na otá čká ch motoru podle momentové charakteristiky. Hodnotu momentu lze určit z otá ček a z výkonu podle vztahu: M=

W=

P [Nm; W; red/s] W

2pn Ω – úhlová rychlost 60

V technické praxi je a štítku motoru uveden výkon v kW a otá čky za minutu. Mn = 9,55

P n

[Nm; kW; min–1]. Tento vztah lze použít pro výpočet jmenovitého momentu Mn, protože dosazujeme údaje ze štítku motoru. Mě ř ení zá vislosti momentu na otá čká ch se neprovádí př i jmenovité hodnotě , ale napě tí musíme snížit tak aby se zabrá nilo nadproudu, který by vinutí nadmě rně zahř á l. Asynchronní motor můžeme zatě žovat dvě ma způsoby: 1) změ nou velikosti zatě žovacího odporu dynama. 2) změ nou budícího napě tí. M V A

M 3~

G

Pk

Tachodynamometr – mě ř í otá čky. Dynamometr – brzdí motor.

RZ

9

TD

V Ik V

V

4b) NASTAVENÍ PRACOVNÍ HO BODU TRANZISTORU Aby se př i činnosti tranzistorů nechtě ně nemě nili proudy a napě tí nastavuje se tzv. pracovní bod tranzistoru. Rezistory R1 a R2 zapojujeme jako dě lič napě tí. Napě tí bá ze emitor je zá vislé na proudu, kterým jimi protéká . Tím je nastaven i proud bá ze tranzistoru. Protože proudem bá ze se ovlá dá proud kolektorový je tímto způsobem určena velikost kolektorového proudu, prochá zejícího rezistorem R3, kolektorem a emitorem Mezi emitor a př ívod napě tí se zapojuje rezistor R4 toto zapojení se nazývá můstkové.

P1 50k R1 1k

R3 180

+ 4,5 V

P1 50k

D1

R1 1k

R2 2k2

R2 2k2

0V

obr.1

R3 180

+ 4,5 V

D1

U 1

R4 22

U2

0V

obr.2

Př i sprá vném zapojení podle obr. 1 reaguje dioda na změ nu odporu potenciometru P1. Pokud zapojíme mezi emitor a nulový pól zdroje rezistor R4 (obr.2) je proud bá ze opě t ř ízen napě tím z odporového dě liče složeného z rezistorů R1 a R2. Č á st napá jecího napě tí př ipadajícího na rezistor R2 je označeno jako U1. Je- li tranzistor otevř ený tvoř í R3, D1 a R4 další dě lič napě tí. Průtokem proudu vzniká na diodě úbytek napě tí, rovně ž na R4 vzniká úbytek napě tí – U2. Pro sprá vnou funkci tranzistoru musí být U1>U02. rozdíl mezi tě mito dvě ma napě tími musí být 0,4-0,7 V podle typu tranzistoru. Tento rozdíl je vlastně napě tí mezi bá zí a emitorem UBE . Odporový dě lič př ipojený k bá zi musí být tedy postaven tak, aby bylo dosaženo potřebného rozdílu mezi napě tím U1 a U2. Určením potř ebné hodnoty rezistorů a napě tí (popř . proudů) se nazývá nastavení pracovního bodu tranzistoru. Toto nastavení je prvním předpokladem pro sprá vnou činnost tranzistoru.

10

5a) ZVĚTŠOVÁNÍ MĚŘ Í CÍ CH ROZSAHŮ AMPÉ RMETRU A VOLTMETRU Zvětšování rozsahu ampérmetru IA

IC IB

A Rz

Rb

RA [Ω ] n-1 Rb – odpor bočníku RA – vnitř ní odpor ampérmetru (zjiště ný ze štítku př ístroje) n – počet zvě tšení Rb =

IC – celkový proud tekoucí obvodem IA – proud tekoucí ampérmetrem IB – proud tekoucí bočníkem – proud tekoucí bočníkem Ampérmetr se vždy do obvodu zapojuje s mě ř eným předmě tem do série. Od ampérmetru požadujeme co nejmenší odpor, aby na ně m vzniklo co nejmenší napě tí. Chceme-li zvě tšit mě ř ící rozsah ampérmetru provedeme to tak, že k ampérmetru př ipojíme paralelně bočník. Bočník je odpor, který je vě tšinou trvale př ipojen na svorká ch př ístroje a je zabudová n v krytu př ístroje. Zvětšování rozsahu voltmetru V

RP

RP = RV ´ ( n – 1 ) [Ω ] RP – odpor př edřadníku RV – vnitř ní odpor voltmetru (zjiště ný ze štítku př ístroje) n – počet zvě tšení

Voltmetr se vždy do obvodu zapojuje paralelně s mě řeným př edmě tem. Od voltmetru požadujeme velký vnitř ní odpor, aby jím tekl co nejmenší proud. Vyskytne-li se potř eba změ ř it vě tší napě tí než je mě ř ící rozsah voltmetru učiníme to zapojením činného odporu (př edřadníku) do série s voltmetrem.

11

5b)

MĚŘ ENÍ VÝKONU STŘ Í DAVÉ HO TROJFÁZOVÉ HO PROUDU Při nerovnomě rném zatížení mě říme v každé fá zi, v rovnomě rně zatížené soustavě změ říme výkon jedné fá ze a vyná sobíme jej 3. Trojfá zová soustava představuje 3 jednofá zové soustavy navzá jem vodivě spojené, jejichž fá zory napě tí jsou posunuty o 120˚. Na přenos energie se používá trojvodičové nebo čtyřvodičové vedení. Vodiče značíme L1, L2, L3, PEN. Metodu mě ření činného výkonu v trojfá zové soustavě volíme podle toho, zda zatížení jednotlivých fá zí je stejné (soumě rná zátě ž) nebo ne (nesoumě rná zátě ž), či zda soustava má 0 vodič nebo nemá O vodič . Výkon trojfá zové soustavy určíme tak, že změ říme výkony jednotlivých fá zí L1, L2, L3 a sečteme je. P = P1 + P2 + P3. Č tyř vodičová soustava W1

L1 U1 L2

W2 U2

L3

W3 U3

PEN

Č inný výkon v trojfá zové soustavě bez nulového vodiče můžeme mě řit pomocí dvou wattmetrů tzv. Aronova metoda L1

I1

I2

L2

L3

W1

I3

W2

Proudové cívky wattmetru zapojíme tak, aby jimi prochá zely fá zové proudy dvou libovolných fá zí např. fá ze L1 a L2. Napě ťové cívky připojíme na sdružené napě tí a to mezi fá zi v niž je proudová cívka vlastního wattmetru a mezi fá zi v níž není zapojena žá dná proudová cívka. V tomto případě zapojíme napě ťovou cívku prvního wattmetru mezi fá ze L1 a L2 a napě ťovou cívku druhého wattmetru mezi fá ze L3 a L2. Celkový okamžitý výkon: P = P1 + P2

Výchylka wattmetrů zá visí na fá zovém posunu mezi proudem a napě tím (vliv zá tě že). Př i vě tších fá zových posunech (60˚) bude výchylka př íslušného wattmetru smě ř ovat ven ze stupnice, v takovém př ípadě je nutné vzá jemně zamě nit př ívody k proudové cívce. Údaj př íslušného wattmetru potom bereme se zá porným znaménkem. Vyrá bě jí se i dvou systémové wattmetry, u nichž proudové momenty dvou samostatných mě ř ících ústrojí působí na jednu společnou osu, takže ručka ukazuje součet výkonů , a tedy činný výkon celé tř ífá zové soustavy. Výchylka takového př ístroje je vždy kladná .

12

6a) CEJCHOVÁNÍ VOLTMETRU A AMPÉ RMETRU Př i cejchová ní ampérmetru a voltmetru porovná vá me údaje namě ř ené př esným př ístrojem (A1- etalon ) s cejchovaným př ístrojem (Ac, Vc). Přesnost kontrolních mě ř ících př ístrojů má být alespoň a jednu tř ídu vyšší. Vzdá lenost mezi př ístroji má být nejméně 30 cm, aby se nemohli vzá jemně ovlivňovat svými magnetickými poli. Proud nebo napě tí postupně zvě tšujeme od 0 po hlavních dílcích stupnice až do plné výchylky. A1

Ac Rz

Vc

V1

6b) METODY MĚŘ ENÍ ELEKTRICKÉ HO PROUDU A NAPĚTÍ Základnírozdělení a) př ímé b) nepř ímé Př ímá metoda: Ke změ ř ení dané veličiny použijeme př íslušný mě ř ící př ístroj. Např .: pro mě ř ení proudu – ampérmetr, pro mě ř ení odporu – ohmmetr atd.. Namě ř enou hodnotu odečítá me v př íslušných jednotká ch Ω

RX

Nepř ímé měř ící metody: 1. Ohmova -Voltmetr mě ř í př ímo napě tí UX. Ampérmetr mě ř í nejen proud odporem IX, ale i voltmetrem IV. Ampérmetr se zapojuje do série – malý vnitř ní odpor. Voltmetr se zapojuje paralelně – velký vnitř ní odpor. I

IV A

UX IX I = IX + IV

IX RX

RX =

V UX

13

2. Porovná vací - př i této metodě porovná vá me např . velikost proudu, který prochá zí nezná mým odporem RX a normá lovým odporem RN. Jsou - li oba proudy stejně velké, pak i oba odpory jsou stejné. RX

A RN

3. Můstková – můstek je vyrovnaný, když ná m diagoná lou neteče žá dný proud. V diagoná le je zapojen galvanometr. Po př ipojení nezná mého odporu RX nastane v můstku nerovnová ha, diagoná lou teče proud. Pomocí mě nitelných odporů R2, R3 můstek hrubě a jemně vyvažujeme. V současné době se vyrá bě jí můstky, které se vyvažují automaticky pomocí integrovaných obvodů. Můstek můžeme napá jet i ST proudem, protože napě tí i proud jsou ve fá zi. I1 ´ R 1 I 3 ´ R 3 R 1 R 3 = = = (Pozn.: R1 = RX ) I2 ´ R 2 I4 ´ R 4 R 2 R 4 RX

R2

G R4

R3

4. Kompenzační – je nutný pomocný zdroj o vyšším napě tí než mě ř ený. Jako indiká tor nulového zatížení použijeme galvanometr. Do obvodu zař adíme ochranný odpor RO – chrá ní galvanometr před př etížením. Potenciometrem nastavujeme takové napě tí př i kterém nebude prochá zet galvanomě rem proud. Namě řené napě tí se rovná napě tí mě řeného zdroje. Podstata: spotř eba voltmetru př i mě ř ení se hradí z pomocného zdroje. Mě řený zdroj tedy není zatížen a jeho vnitř ní odpor se nemůže projevit. RO G

Mě řený zdroj

V

14

7a) OSCILOSKOP, FUNKCE, POPIS Hlavníčásti: 1. Obrazová čá st 2. Svislý (vertiká lní) zesilovač 3. Vodorovný (horizontá lní) zesilovač 4. časová zá kladna Obrazová část – je to nejdůležitě jší součá st osciloskopu. U osciloskopu se používají obrazovky s elektrostatickým vychylová ním paprsku, protože mohou sledovat průbě hy př i vyšších kmitech. Pohyb paprsku se sklá dá z pohybu svislého – vertiká lního a vodorovného – horizontá lního. Oba průbě hy probíhají z pravidla současně . Svislý pohyb odpovídá velikosti mě ř ené veličiny a vodorovný pohyb ukazuje průbě h veličiny v zá vislosti na čase. Elektronový paprsek je možno také vychylovat elektromagneticky, je to účinně jší způsob, ale pro osciloskop nevhodný, protože odpor budících cívek je zá vislý na kmitočtu. Svislý zesilovač – zesiluje pozorovanou veličinu. Je to ně kolika stupňový zesilovač s velkou vstupní citlivostí. Vstupní impedance bývá do 50 Ω nebo 1 MΩ . Nízká impedance je vhodná pro mě ření vysokých kmitočtů, vysoká se používá tehdy je-li potř eba aby mě ř ený objekt byl co nejméně zatě žovaný. Výstup z koncového stupně vertiká lního zesilovače je zapojen na vertiká lní destičky obrazovky. Jeho úkolem je zesílit napě tí na takovou úroveň, aby na vertiká lních vychylovacích destičká ch bylo takové napě tí, které by umožnilo vychýlení paprsku. Citlivost tohoto zesilovače ř ídíme př epínačem volt / dílek. Zesílení se musí nastavit tak, aby nebyl př ebuzen a bylo možno odečíst kř ivku. Vodorovný zesilovač – zesiluje napě tí potř ebné k vodorovnému pohybu. Požadavky na jeho vlastnosti jsou menší než u svislého. Je vyveden na přepínač čas / dílek. Č asová základna – tak se u osciloskopu nazývá zdroj s pilovitým průbě hem. Pilovité napě tí slouží k časovému založení pozorované svě telné stopy, nebo mě ř ené veličiny. Podstatou obvodu pro vytvá ř ení pilovitých kmitů je postupné nabíjení kondenzá toru př es odpor a jeho rychlé vybití př es doutnavku. Vertiká lní vychylovací destičky Zaostř ovací anoda Ř ídící mř ížka žhavení katoda Urychlovací anoda Horizontá lní vychylovací destičky Hlavní anoda

15

luminof or

Obrazovka je elektronka, kde se emitované elektrony soustř edí do úzkého paprsku, který po dopadu na stínítko vyvolá svě télková ní. Luminofor je lá tka, která po dopadu elektronu uvolňuje další elektrony. Stínítko obrazovky je luminoforem natř eno zevnitř . Tok mezi anodou a katodou ovlá dá ř ídicí mř ížka a to podle toho jestli na ni př ivá díme kladné nebo Ω zá porné napě tí. XL = L

7b) MĚŘ ENÍ TEPLOT ODPOROVÝMI TEPLOMĚRY Podstatou činnosti odporových teplomě rů je změ na odporu čidla s teplotou. Č idlo je vyrobeno navinutím velmi slabého drá tku (PtRh) na vhodném nosném já dru. Př i změ ně teploty dochá zí ke změ ně odporu čidla, tzn. že vlastně mě ř íme odpor ale př ístroj je na cejchovaný ve °C. Používá me tyto mě ř ící metody: a) výchylková b) můstková c) kompenzační Vý chylkové metody Mě ř ící př ístroj je zapojen v úhlopř íčce můstku. Mírou odporu je proud, který prochá zí mě ř ícím př ístrojem. Protože výchylka př ístroje je značně ovlivně na změ nami napá jení je tř eba napá jecí napě tí př esně dodržet. K vyrovná ní odporu vedení se používají RJ (justovací odpory), které mají obvykle hodnotu 16 Ω . Mě ř ení pomocí pomě rových mě ř ících př ístrojů: Je to magnetoelektrický systém se zkř íženými cívkami. Obě cívky jsou napá jeny ze společného zdroje. Výchylka je dá na pomě rem dvou cívek. Rυ

Rυ

RJ RJ

~ ~ 16

Můstková ( nulová ) metoda Odporový teplomě r je zapojen do jedné vě tve můstku, rovnová ha se nastavuje změ nou odporu druhé vě tve. Mírou mě ř eného odporu a tím i teploty je buď odpor nastavitelného rezistoru, nebo poloha jezdce potenciometru. Potenciometr je spojen s ukazatelem, nebo s registračním zař ízením. Můstek je nastaven tak, že př i 100 Ω je 0°C Rυ

G

~ Kompenzační metoda Je to nejpř esně jší metoda, odpor není ovlivně n odporem př ívodu. Princip spočívá v mě ření úbytků napě tí na rezistoru, kterým prochá zí konstantní proud. Kompenzá torem se mě ř í úbytky napě tí na rezistoru a odporovém teplomě ru. U této metody se používá mě ř ící př ístroj s číselnou indikací mě řené hodnoty. Kompenzace napě tí se prová dí samočinně , přesnost mě ř ení je až 0,01%. mA

RJ = Rυ

RN

Uυ

UN

UJ ´ RN UN

Rυ– odporový teplomě r RN – konstantní odpor Uυ– výchylka na odporovém teplomě ru UN – výchylka na konstantním rezistoru

K

Chyby př íměř ení odporový mi teploměry: Dovolené chyby u platinových odporových teplomě rů jsou podle Č SN do 1% v celém rozsahu mě ř ení.

17

Př ipojení čidla odporového teplomě ru: a) U dvojvodičového zapojení se odpor př ívodu musí nastavit na jmenovitou hodnotu pomocí vyrovná vacího odporu RJ – nevýhodou je, že se úplně projevuje vliv kolísá ní teploty na odpor vedení. Je to nejméně přesné mě ř ení. RJ Rυ

b) U trojvodičového zapojení se podstatně zmenšuje vliv odporu vedení na kolísá ní teploty, protože v mě ř ící a porovná vací vě tvi vznikají stejné změ ny odporu. Třetí vodič posouvá napá jecí bod až ke snímači teploty ( odporový teplomě r ). Proto vedení může být v podstatně delší, než u dvojvodičového zapojení. RJ Rυ RJ RJ

c) U tyř vodičového zapojení není třeba nastavovat odpor vedení. Toto vedení se používá pro nejpř esně jší mě ř ení.

Rυ

-

Výhody mě ř ení odporovými teplomě ry: velká př esnost mě ření nízkých a stř edních teplot možnost mě ř ení rychle se mě nících teplot (krá tká časová konstanta) vysoká citlivost na malé teplotní změ ny necitlivost vůči rušivým vlivům možnost mě ř ení teplot jedním vyhodnocovacím zař ízením na ně kolika místech možnost dá lkového mě ř ení registrace využití signá lu k automatické regulaci

-

Nevýhody mě ření odporovými teplomě ry: malá otř esu vzdornost nepoužitelnost v normá lním provedení v prostř edí s nebezpečím výbuchu.

18

8a) NÍ ZKOFREKVENČ NÍ GENERÁTORY Používají se k výrobě ST el. energie. Dá le k mě ření zkreslení nízkofrekvenčního zesilovače, mě ř ení zesílení, útlumu, šíř ky propustného pá sma. Napě tí generá toru je od 1μV do 100V (max. podle konstrukce) 1. Nízkofrekvenč ní– kmitočet do 20 kHz 2. Vysokofrekvenč ní– kmitočet do 300 MHz Průbě hy kmitů: a) sinusový b) obdélníkový c) pilovitý

Zá kladem generá toru je oscilátor. Pro sinusové kmity se nejčastě ji používají tyto oscilá tory: 1. LC oscilátor – paralelní spojení indukčnosti a kapacity – spojení nabitého kondenzá toru s cívkou př es kterou se kondenzá tor stř ídavě nabíjí a vybíjí. 2. RC oscilátory – jsou výhodné pro velkou stabilitu kmitočtu, mají malé zkreslení pod 0,1%. 3. Záznějový oscilátor – podstatou je smě šová ní dvou kmitočtů vyrá bě ných ve dvou oscilá torech, jeden oscilá tor má stá lý kmitočet, kmitočet druhého lze mě nit. Kmitočty se smě šují ve smě šovači. Na výstupu se pak objeví jejich součty, odečety, jejich kombinace. Zá zněje –jsou to rozdíly obou kmitů vyrá bě ných ve dvou oscilá torech. Ostatní kmitočty jsou nežá doucí a potlačují se filtrem zvaným dolnípropust. Výhody: - dodá vá kmitočty prakticky od 0 - výstupní kmitočet je velmi stá lý, protože oscilá tor s pevným kmitočtem je ř ízen krystalem. Osci. 1

f = f1 – f2 Smě š ovač

Dolní prop.

f = f1 + f2 f – výstupní kmitočet

Osci. 2

Oscilá tory obdélníkový ch kmitů: Napě tí se vyrá bí úpravou sinusového napě tí nebo se používá multivibrátor. Č innost multivibrá toru je založena na vybíjení nebo nabíjení kondenzá toru př es odpor. Obdélníkové napě tí vzniká mezi kolektory tranzistoru T1 a T2. Tyto tranzistory stř ídavě propouště jí a zadržují kolektorové proudy př ičemž na rezistorech R1, R2 napě tí stř ídavě stoupá a klesá . Výroba pilovitý ch kmitů: Tato výroba je založena na nabíjení kondenzá toru př es odpor a jeho ná sledné vybití př es doutnavku. 19

8b) MĚŘ ENÍ SINUSOVÉ HO NAPĚTÍ OSCILOSKOPEM 1. Nízkofrekvenční generá tor nastavíme na střední kmitočet např . 800 Hz, a jeho výstupní napě tí asi na 1V

DC G

Y

INT X

2. Zesilovač X přepneme na INT a zesilovač Y na časovou zá kladnu nastavíme tak,aby na stínítku obrazovky byla př ímka. Potom zesilovač Y př epneme ze stejnosmě rného vstupu (SS) na stř ídavý (AC) a sledujeme zda se obraz nemě ní či neposouvá . 3. Změ ř íme délku úsečky a z grafů př ečteme jakému napě tí odpovídá délka úsečky. Pro vě tší př esnost je tř eba dosá hnout vě tší ostrosti obrazu, proto musí být osciloskop nař ízen na nejmenší jas. Nízkofrekvenční generá tor dodá vá sinusové napě tí, jehož stř ední hodnota je rovna 0, neboť pravidelně se stř ídá kladná a zá porná maxima jsou př i aritmetickém součtu rovna 0. Př i ostrém jasu obrazu můžeme pozorovat zvě tšení jasu na koncích kmitu, což je způsobeno nejmenší rychlostí svě telné stopy v okamžiku průchodu proudu maximem. Nejvě tší rychlost má svě telná stopa př i průchodu proudu osou, což se v našem obrá zku projevuje jako tenká př ímka a tedy i snížením jasu. Délka úsečky, kterou převedeme na napě tí pomocí grafu, udá vá špičkovému napě tí, toto mě ř ení má svůj význam, neboťu rychlých jevů (krá tkodobých impulsů) je velmi pohodlné a prakticky jedinou možností, jak s velkou př esností zjistit skutečné okamžité napě tí. Klasické ručkové mě ř ící př ístroje (galvanomě ry) mají totiž určitou setrvačnost, takže př esnou okamžitou velikost napě tí jimi mě ř it nelze. U kmitů nepravidelných průbě hů je tento způsob mě ř ení optimá lní.

20

9a) MĚŘ ENÍ NA TRANSFORMÁTORU Na transformá toru mě ř íme: 1. Izolační odpor – prová dí se kontrola zda izolace transformá toru má dostatečný odpor pro spolehlivý a bezpečný provoz. Dle Č SN 350013 je př i provozní teplotě 75 UN [MΩ ; kV] °C nejmenší př ípustný izolační odpor dá n vztahem: RIZ = PN + 100 100 UN – jmenovitá hodnota napě tí primá rního nebo sekundá rního vinutí. PN – jmenovitý výkon stroje. Izolační odpor se mě ř í tranzistorovým mě ř ičem se zkušebním napě tím 500V proudem 1mA po dobu 5 – 10 s. Mě ř í se primá rní vinutí vůči kostř e, sekundá rní vinutí vůči kostř e a primá rní vinutí proti sekundá rnímu vinutí. Ω

Ω 1

FU

2

2

1 N2

N1 Ω Dá le mě ř íme: -

proud na primá rní straně . proud na sekundá rní straně . napě tí na primá rní straně . napě tí na sekundá rní straně . výkon na primá rní straně . výkon na sekundá rní straně . př i chodu transformá toru nakrá tko mě ř íme % napě tí nakrá tko.

21

9b) MĚŘ ENÍ PROUDU OSCILOSKOPEM Tato metoda je nepř ímá . Osciloskopem vlastně mě ř íme napě tí a pak dosadíme př ímo do vzorce a vypočteme tak proud který prochá zí odvodem. Postup př i mě ř ení: a) zesilovač X př epneme na EXT a zesilovač Y na DC. Svislým a vodorovným posunem nař ídíme stopu do stř edu stínítka obrazovky a nastavíme maximá lní ostrost obrazu. b) Ze zdroje prochá zí proud nejprve rezistorem R1, který omezuje velikost proudu a potom rezistorem R2 na ně mž vzniká úbytek napě tí, který je př ímo úmě rný velikosti proudu. Velikost napě tí na R2 zjistíme na stínítku obrazovky, pomocí grafu ze zjiště ného napě tí a zná mého odporu vypočteme proud.

DC

EXT

B R1

R2

22

Y

X

10a) DIGITÁLNÍ MĚŘ Í CÍ PŘ Í STROJE U číslicových př ístrojů čteme údaj i s polohou desetinné čá rky, rychlost mě ř ení udá vá čas, který je potř ebný na převod vstupní analogové veličiny na číslicový údaj (to jsou tisíciny sekundy). Maximá lní chyba je u číslicových př ístrojů se pohybuje od 0,1-0,001% Měř enínapětí: Nejrozšíř eně jším druhům mě ř ení v elektrotechnice patř í mě ření el. napě tí. UX

Vstupn í dě lič

Vstupní zesilov ač

Usmě r ňovač

A/Č př evodník

Zobrazova cí display

Napá je cí zdroj Vstupnídě lič - upravuje vstupní napě tí do rozsahu vhodného ke zpracová ní dalšími obvody. Vstupnízesilovač - má velký vnitř ní odpor, velkou odolnost proti př etížení velkých napě tí, co nejmenší napě ťová asymetrie. Analogově -č íslicový př evodník -převá dí analogovou na číslicovou, vhodný vstupní rozsah, př evod na dostatečný počet míst. Digitá lní př ístroje mají velký vnitř ní odpor, pro srovná ní s analogovými u nichž se pohybují v mezích 100 k /V, u digitá lních až 10 M /V. Př i číslicovém mě ř ení se mě ř ená veličina vyhodnocuje v jednotlivých hodnotá ch v rychlém sledu za sebou. Proto AČ P př evá dí analog. spojitou veličinu na číslicovou nespojitou. Dalším úkolem AČ P je zakódová ní mě ř . veličiny tak, aby na výstupu mohla být zná zorně na číslicovým údajem v 10 soustavě . Č íslicový voltmetr kompenzačního typu: UX

PO

UK

ZKN ŘO

ČI

H

GI

Užívá AČ P, který mě řené napě tí v komp. zapojení porovná vá se zná mým napě tím. Spouště cí impuls z časového odvodu otevř e hradlo (H) a vynuluje ř ídící obvod (Ř O) s čítačem impulsů (Č I). Impulsy s generá toru impulsů (GI) prochá zí hradlem do ř ídícího obvodu. Ř ídicí obvod dá vá signá ly pro ř ízení zdroje kompenzačního napě tí, současně zaznamená vá v čítači impulsů počet př írůstků komp.napě tí. Zdroj komp. napě tí dá vá do porovná vacího odvodu komp. napě tí Uk postupně narůstajícím způsobem. Po každém impulsu generá toru vzroste komp. napě tí o hodnotu př írůstku ΔUk. V okamžiku, kdy se komp. a mě ř ené napě tí vyrovnají porovná vací obvod svým impulsem př eruší př ívod signá lu z ř ídícího obvodu do zdroje komp. napě tí. Současně ř ídící odvod vyšle impuls STOP!, který uzavř e hradlo a zamezí cestu impulsů z generá toru impulsů. Počet impulsů, které vyšly z generá toru impulsů do ř ídícího obvodu je zaznamená n v čítači impulsů a je roven př írůstku komp. napě tí. 23

Měř eníproudu: Proud prochá zí rezistorem a úbytek napě tí vyvolaný na tomto rezistoru se mě ř í pomocí číslicového voltmetru př ipojeného paralelně k rezistoru. Úbytek napě tí je pro plný rozsah 100 200mV. Voltmetr je necejchová n v jednotká ch proudu. Př i mě ření proudů se u číslicových mě ř ících př ístrojů projevují na př esnosti př echodové odpory, protože př echodový odpor se př ipočítá k odporu bočníku a na rozsazích 0,1 - 1 A způsobuje nezanedbatelnou chybu př i mě ř ení. Tuto chybu nelze nijak vykompenzovat, protože př echodový odpor má př i každém mě ř ení jinou hodnotu. Proudové obvody jsou vždy chrá ně ny pojistkou. Měř eníodporu Používají se 2. zá kladní metody a to zpě tnovazebnía metoda konstantního proudu. Metoda konstantního proudu - jde vlastně o př evodník odpor napě tí př ičemž výstupní napě tí z př evodníku je př ivedeno k zemnímu bodu a může být snadno mě ř eno číslicovým voltmetrem. Zpětnovazební metoda - mě ř ený rezistor je za pojen do zpě tné vazby operačního zesilovače. Rozsahy jsou v rozmezích 1kΩ - 100MΩ a vstupní napě tí je stabilizová no na př esnou hodnotu. Př esnost digitá lních mě ř ících př ístrojů je 0,1 - 0,001% - je charakterizová no chybami podobně jako u analogových př ístrojů. chyby číslicových př ístrojů dě líme do 2 skupin: a)pevné chyby: jsou nezá vislé na hodnotě mě ř ené veličiny, způsobené posunutím 0 vstupního zesilovače a zbytkovým napě tím spínačů. b)chyby úmě rné hodnotě vstupní mě ř ené veličiny: jsou způsobeny chybami zisku zesilovače nebo vstupního dě liče a projevují se př i mě ř ení hodnot blízkých jmenovité hodnotě mě ř ené veličiny v daném rozsahu. 10b) MĚŘ ENÍ OSCILOSKOPEM, TRANSFORMÁTOR PŘ I ZKRATU SEKUNDÁRNÍ HO VINUTÍ Zesilovač X přepneme na INT, časovou zá kladnu synchronizujeme z generá toru napě tí. Generá tor nastavíme na co nejmenší kmitočet (asi 20 HZ) paralelně k primá rnímu vinutí transformá toru př ipojíme kapacitu, která vytvá ř í z vinutí transformá toru paralelně rezonanční obvod. Rozkmit se plynule zmenšuje působením ztrá t až kmity úplně zaniknou v př ípadě , že sekundá rní vinutí nebo jeho čá st je spojena nakrá tko. Př i zkratu se indukčnost primá rního vinutí zmenší o ně kolik má lo % původní velikosti a zá nik kmitů a jejich tlumení je mnohem rychlejší. Na osciloskopu můžeme pozorovat útlumy kmitů př i nezatíženém transformá toru a př i zatížení různých odboček.

Generá tor st kmitů

R DC

C

INT

Tr Y

24

SIN

X

11a) MĚŘ ENÍ TEPLOT TERMOČ LÁNKY Podstatou činnosti je jev, že mezi dvě ma vodiči z různých materiá lů, které jsou na jednom konci vodivě spojeny vzniká termoelektrické napě tí, jestliže spojené konce mají jinou teplotu než srovná vací. Č ím více spoj vodičů (mě ř ící spoj) zahř ívá me zvě tšuje se rozdíl teplot mezi mě ř ícím a srovná vacím spojením, tím je vě tší termoelektrické napě tí. Mě ř ení teplot termočlá nkem se uskutečňuje tak, že se mě ř ící místo vystaví účinkům mě ř ené teploty a srovná vací místo je obvykle udržová no na teplotě 20°C. Termoel. napě tí se mě ř í milivoltmetrem. Z namě ř eného napě tí lze pomocí tabulky určit teplotu. Cu – Ko mě ď, konstantan hně dá Fe – Ko železo, konstantan modrá Ni – Cr – Ni nikl, chrom, nikl zelená Pt – Rh – Pt platina, rhodium, platina bílá (nejčastě jší použití) Metody měř ení teplot termočlánkem: a) Výchylková – Termoel. napě tí se mě ř í milivoltmetrem, údaj milivoltmetru zá visí na teplotě celého obvodu, proto výrobce př edepisuje jaký odpor musí mít vedení, které je př ipojeno na svorky milivoltmetru, tato hodnota se nastavuje justovacím rezistorem RJ a prová dí se pro vyloučení vlivu teploty vedení na př esnost mě ř ení. b) Kompenzační – používá se oř i vyšších ná rocích na př esnost mě ř ení. Mě ř ené napě tí se porovná vá se zná mým napě tím, čímž se dosahuje př esnosti až 0,01%, vyhodnocovací př ístroj je číslicový miliampérmetr nacejchovaný ve °C. Vliv teploty srovná vacích spojů na mě ř ení se kompenzuje zapojením s použitím tzv. Kompenzač níkrabice. Funkce kompenzační krabice: Do mě ř ícího obvodu se zavá dí kompenzační napě tí jehož hodnota je regulová na termistorem zapojeným do můstku. Když se zvyšuje teplota okolí, zvyšuje se odpor vedení a snižuje se odpor termistoru. Tím dochá zí k vyrovná ní odporu a zamezení chyb př i mě ř ení. mA

mV

mV

RJ P

G M

υ Metoda výchylková

υ

RJ

Metoda můstková

RJ Můstková metoda s komp. krabicí

Termočlá nky mě ř í stř ední a vyšší teploty narozdíl od odporových teplomě rů !!!

25

11b) MĚŘ ENÍ ELEKTRICKÉ ENERGIE Podle druhu prou dě líme elektromě ry na stejnosmě rné a stř ídavé. Elektromě ry na stř ídavý proud ještě dě líme podle počtu fá zí na jednofá zové a trojfá zové Podle druhu mě ř ené energie na elektromě ry činné, jalové a zdá nlivé elektrické energie. Zapojeníjednofázového elektroměru Př i činnosti mě ř ícího ústrojí jsou proudy v cívká ch elektromagnetu fá zově posunuty a vlivem prostorového rozmístě ní jader vytvá řejí postupné magnetické pole. Toto pole udí v hliníkovém kotouči víř ivé proudy, které uvá dí kotouč do pohybu. Aby otá čky kotouče byly vždy úmě rné velikosti působícího napě tí a velikosti stř ídavého proudu prochá zejícího mě ř ícím ústrojím, otá čí se kotouč v poli trvalého magnetu. Otá čky kotouče se př evá dí šroubovým př evodem na počítadlo, kde se spotř ebovaná energie zaznamená vá v kWh.

Kontrola činnosti elektroměru Ke zkoušenému elektromě ru př ipojíme kontrolní spotř ebič o zná mém př íkonu a zjistíme pomocí stopek dobu jedné otá čky podle značky na jeho obvodu ( je př esně jší zjistit dobu 5 nebo 10 otá ček a podě lit ji počtem otá ček). Vzorec po výpočet doby otá čky hliníkového kotouče elektromě ru: 1000 tX = ´t PW tX – doba jedné otá čky př i kontrolním zatížení př íkonu PW t - doba otá čení př i zatížení 1000 W Trojfázový elektroměr Elektromě ry jalové a zdá nlivé elektrické energie. Elektrické motory potř ebují ke své činnosti magnetické pole, budí se v nich proudem, který se stá vá jalovou složkou z celkového odebíraného proudu. Jalová složka způsobuje fá zový posun mezi napě tím a proudem. Pro výrobce elektrické energie je výhodně jší, když se elektrická energie odebírá s menším fá zovým posunem a s velkým účiníkem. Př i malém účiníku jsou transformá tory a alterná tory v síti použity jen proudově .

26

12a) ELEKTRICKÉ METODY MĚŘ ENÍ VÝŠKY HLADINY Používá me dvě zá kladní metody: 1. První metoda mě ř ení využívá el. vlastností vodivých kapalin. Vodivá kapalina může uzavírat obvod el. proudu mezi dvě ma elektrodami. Prochá zející el. proud může ovlá dat signalizační, poplašné nebo registrační zař ízení. Jestliže vstoupne hladina vodivé kapaliny dotkne se elektrody E1 a pak prochá zí el. proud z transformá toru TR př es uzemně nou ná drž, kapalinu a elektrodu E1 na cívku relé. Relé uzavř e kontakt spínacího kontaktu a ten ovlá dá signalizační a regulační odvod. Regulá tor ná m zapne čerpadlo, které doplní požadované množství kapaliny. !! U této metody se musí použít bezpečné napě tí – ochrana obsluhy !! Signalizace

Regulace

Síť E1 K1

CRE

K2

TR RE

2. Druhá metoda se zaklá dá na změ ně kapacity kondenzá toru, která je způsobena změ nou výšky hladiny kapaliny v ná době . U kapacitních snímačů je nutné vychá zet z vlastností kapaliny jeli vodivá nebo ne. Má -li kapalina charakter dielektrika – olej – pak jednu elektrodu tvoř í kovová tyč, která je izolovaně upevně na. Druhou elektrodu tvoř í kovový plá šťná doby ve které se mě ř í hladina. Mě ř í-li se hladina vody vodivými kapalinami pak snímací voda má povrch s izolačního materiá lu, pak je mě ř ení dostatečn0ě nezá vislé na vlastnostech kapaliny. Kapacitní roura př edstavuje jedno rameno stř ídavého kapacitního můstku. Můstek se napá jí z oscilá toru a dolaďovacím kondenzá torem C1 a potenciometrem R3 se vyvá ží př i minimá lní hladině mě ř ené kapaliny. Stoupá -li hladina kapaliny v ná době můstek se vyvažuje a v jeho diagoná le se objeví ST napě tí úmě rné výšce hladiny. Toto napě tí se zesiluje selektivním zesilovačem a mě ř í se mě ř idlem které je nacejchová no v jednotká ch výšky hladiny. Selektivní zesilovač zesiluje pouze signá ly z oscilá toru a zadržuje všechny rušivé signá ly – mě ření je proto velmi př esné. Můstek R

Oscilá tor TR

C1

R3 R2

UB

27

TR2

Selektivní zesilovač

12b) MĚŘ ENÍ VA CHARAKTERISTIKY DIODY Dioda obsahuje jediný př echod PN. Materiá lem je křemík nebo germanium. Používá se k usmě rňová ní stř ídavého proudu. Voltampérová charakteristika udá vá zá vislost proudu na napě tí. Na obrá zku vidíme voltampérovou charakteristiku diody. V I. kvadrantu je dioda polarizová na propustně . Po př ekročení prahového napě tí UT0, tedy po př ekoná ní potenciá lového valu, začne diodou prochá zet proud, který roste zhruba exponenciá lně s napě tím. Ve III. kvadrantu je dioda polarizová na zá vě rně . Zá vě rný proud je především určen tokem minoritních nosičů. Již př i zá vě rném napě tí ně kolik desetin voltu dosá hne plné a stá lé velikosti IR0 nezá vislé na napě tí U. K proudu minoritních nosičů se ještě př idá vá svodový proud, který s rostoucím napě tím v zá vě rném smě ru mírně stoupá . U kvalitní diody je však v porovná ní s proudem minoritních nosičů zanedbatelný. Zá vě rný proud je tedy, jak vidíme, narozdíl od proudu v propustném smě ru v širokém rozsahu př ibližně nemě nný. Až po př ekročení průrazného napě tí UBR dochá zí ná hle k strmému vzrůstu proudu – dochá zí k průrazu př echodu. Podle provedení přechodu muže mít diferenciá lní odpor po průrazu kladnou, nulovou nebo zá pornou velikost.

V propustném smě ru má lepší vlastnosti dioda germaniová , v zá vě rném kř emíková . Křemíkové diody mají vě tší průrazné napě tí, menší teplotní zá vislost a vě tší př ípustnou provozní teplotu (jsou lepší). 13a) CEJCHOVÁNÍ VOLTMETRU A AMPÉ RMETRU Př i cejchová ní ampérmetru a voltmetru porovná vá me údaje namě ř ené př esným př ístrojem (A1- etalon ) s cejchovaným př ístrojem (Ac, Vc). Přesnost kontrolních mě ř ících př ístrojů má být alespoň a jednu tř ídu vyšší. Vzdá lenost mezi př ístroji má být nejméně 30 cm, aby se nemohli vzá jemně ovlivňovat svými magnetickými poli. Proud nebo napě tí postupně zvě tšujeme od 0 po hlavních dílcích stupnice až do plné výchylky.

A1

Ac Rz

28

V1

Vc

13b) MĚŘ ENÍ NA NF ZESILOVAČ Í CH Zesilovač je elektronické zař ízení, jehož výstupní signá l, odevzdaný spotř ebiči je vě tší než výkon vstupního budícího signá lu. Je navržen tak, aby zesiloval v požadovaném frekvenčním signá lu Zá kladní podmínky a požadavky př i mě ření nf. zesilovačů: Mě ř ení se prová dí pro jmenovité provozní podmínky – musí se př ipojit zatě žovací rezistor který musí mít shodnou hodnoto jako má zatě žovací impedance pro který byl zesilovač navržen. Frekvence vstupního signá lu musí být nastavena tak, aby se co nejméně uplatňoval vliv korekčních obvodů asi 1kHz

RG = 0,1 ZVST

Měř ení vstupní impedance nf. zesilovačů ZESILO

V1

V

G ~ ~

Rz

V2

U1

ZVST – přepoklá daná vstupní impedance, zjiště ná ze štítku př ístroje. Absolutní hodnotu vstupní impedance zjišťujeme mě ř ením zesílení. Př edpoklá dá me, že vnitř ní odpor zdroje signá lu tvoř í max. 10% z celkové impedance zdroje (Rg = 0,1). Mě ř í se př i frekvencích zhruba 10 kHz, protože u nf. zesilovačů by př i vyšších frekvencích dochá zelo ke zkreslení. Na výstupu je zesilovač zatížen rezistorem RZ. Na vstupu nastavujeme jmenovité vstupní napě tí U1. Napě tí U1 i U2 na výstupu mě ř íme buď elektronickým voltmetrem nebo osciloskopem. U1 Z namě ř ených hodnot vypočítá me absolutní hodnotu impedance : Z = ´ Rg U2 Měř ení vý stupní impedance nf. zesilovače V

Rg = 0,1 ZVST zesilovač G ~ ~

US

V1

U1

V2

U2 U20

Rz

Je to vnitř ní impedance na výstupních svorká ch zesilovače př i provozních podmínká ch. Př i př ipojení zá tě že nastavíme jmenovité hodnoty změ ř íme U2 na výstupu a po odpojení zá tě že změ ř íme U20. Z namě ř ených hodnot vypočítá me výstupní impedanci. U20 - U2 ZVYST = RZ U2 29

Měř ení zesílení nf. zesilovačů Rg = 0,1 ZVST zesilovač G ~ ~

V1

US

U1

U2

V2

RZ

Č tyř pólové zesílení napě tí nf. zesilovače je dá no pomě rem výstupního napě tí U2 ke vstupnímu U2 AU = napě tí U1 U1 Pomocí generá toru budícího signá lu nastavíme vstupní napě tí na jmenovitou hodnotu. Rezistor Rg slouží k nastavení impedance (menší než 10 % celkové jmenovité impedance). Regulá torem zesílení nastavíme na výstupu rezistoru RZ jmenovité napě tí U2. Mě ř íme př i normá lních provozních podmínká ch a když snížíme úroveň napě tí signá lu, pak poklesne výstupní napě tí U2 př ičemž odečítá me hodnotu U2 a dosadíme do vzorce. Měř ení zkreslení nf. zesilovačů zesilovač

Rz G ~ ~

US

V1

U1

RZ

U2

V2

Y

Mě ř ení se prová dí př i jmenovitých provozních podmínká ch, př i frekvencích do 1 kHz aby nedochá zelo k ovlivňová ní mě ř ení. Moderní mě ř iče zkreslení mají vlastní budící generá tor, který splňuje podmínky pro stabilitu. Na obrazovce osciloskopu můžeme porovnat tvary budícího signá lu na vstupu s výstupním signá lem.

30

14a) ANALYZÁTORY Analyzá tor je automatické nebo poloautomatické zař ízení, které udá vá složení analyzované lá tky. Pracuje na zá kladě fyziká lních nebo fyziká lně chemických reakcí. Pracuje buď spojitě nebo nespojitě . Výsledné hodnoty jsou buď ukazová ny na stupnici, registrová ny, signalizová ny př ípadně př edá vá ny k dalšímu zpracová ní Poloautomatický analyzá tor - ke své činnosti potř ebuje ruční zá sah, jedná se o dá vková ní vzorků. Jsou to př enosná zař ízení. Indiká tor - je to rovně ž určitý druh poloautomatického analyzá toru. Pracuje nespojitě a je př enosný. Síťový analyzá tor - jedná se o př ístroj, který sleduje jakost napě tí. Poruchy způsobené spotř ebiči působí zpě tně na rozvodnou síť, čímž může být ovlivně na provozní bezpečnost ostatních síťových účastníků. Detektor - je vlastně mě ř ící ústrojí u analyzá toru - čidlo analyzá toru. V zásadě se rozdělují takto: 1. Termochemické 2. Termoelektrické 3. Absorpční Termochemické analyzátory Využívají reakcí které jsou prová zeny změ nami teplot. Teplo uvolně né př i reakci zvyšuje teplo soustavy zvýšení teploty je př ímo úmě rné koncentraci analyzované lá tky. Všechny mě ř ící metody používají mě ř ící komůrky. Zvýšená teplota soustavy se snímá . Rozlišujeme tř i typy základních mě ř ících komůrek: 1. Analyzovaný plyn prochá zí komůrkou ve které je umístě no platinové vlá kno. Vlá kno se vyhř ívá el. proudem na teplotu př i niž probíhá spalová ní mě ř ené lá tky. Uvolně ním spá leným teplem se zvyšuje teplota vlá kna, což se projeví zvě tšením el. odporu. Změ na odporu se mě ř í. 2. V termostatu je uložena komůrka, která je z čá sti vyplně na katalyzá torem. Analyzovaný plyn protéká komůrkou a na katalyzá toru vzniká reakce, která způsobí zvýšení teploty - mě ř í se termoelektrickým člá nkem. 3. Analyzovaný plyn př ichá zí do el. vyhř ívané pícky - která současně tvoř í mě ř ící komůrku. Osou pícky prochá zí keramická trubička, která je na svém povrchu natřena katalyzá torem. Zvýšení teploty způsobené spalová ním analyzované lá tky se mě ř í termoelektrickým člá nkem. První typ:

Druhý typ:

nosníky komů rka

komů rka měřicíspoj

Platinové vlá kno

srovná vacíspoj

31

katalyzá to r Měřícípřístroj

Termoelektrické analyzátory Rozezná vá me dva typy termoelektrických analyzá torů. a) Potrubím (1) se př ivá dí analyzovaný plyn do mě ř ící komůrky (2) ve které je spalovací drá tek (3) ze slitin radia a platiny vytá pě n na teplotu 500°C. K analyzovanému vzorku je přes filtr (6) př isá vá n vzduch. Množství spalitelné lá tky se určuje podle změ ny drá tku. Mě ř ící drá tek (3) a srovná vací drá tek (4) tvoř í horní vě tve můstku. 10

6

4

11

7

5

9 2

8

3

12

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Vstupní potrubí Mě řící komůrka Spalovací drá tek Mě řící drá tek Spalovací komůrka Filtr Tepelně zá vislý rezistor Tepelně zá vislý rezistor Svorky napá jecího zdroje Mě řící zdroj Vstup vzduchu

1

b) Topný člá nek je pokryt katalickou vrstvou. Difůzí se do komory dostá vá smě s mě ř eného plynu. Spá lená čá st mě ř eného plynu se spá lí na katalyzá toru a zvýší se teplota vlá ken, která jsou zapojena do můstku. Výstupní napě tí z můstku je př ipojeno na zesilovač a klopné obvody. Analyzá tor se používá ke stanovení koncentrace výbušných lá tek ve vzduchu. Oznamuje nebezpečnou koncentraci zvukovou a svě telnou signalizací. Klopný obvod př i nebezpečné koncentraci vypne celé provozní zař ízení. Nezá visle na tomhle dě lení je můžeme dě lit takto: Analyzátory skupenství- analyzá tory plynů,kapalin a plynných lá tek. Podle počtu určovaných lá tek - jednosložkové a dvousložkově Podle principu č innosti - analyzá tory založené na fyziká lním principu a na analyzá tory založené na chemicko fyziká lním principu. Pod e úč elu použitíl - analyzá tory výrobních procesů, bilanční analyzá tory, zabezpečovací analyzá tory. Absorpce zář ení: Prochá zí-li elektromagnetické zá ření ně jakým prostředím pohlcuje toto prostř edí čá st energie, tzn. že intenzita vystupujícího zá ř ení bude menší než intenzita vstupního zá ř ení. Absorpce je zá vislá na koncentraci absorbující lá tky a na tloušťce vrstvy v níž absorpci dochá zí. Mě ř ící metody: - rozlišujeme podle vlnové délky použitého elektromagnetického zá ř ení. Absorpce ultrafialového zář ení Absorpce viditelného zář ení– kalimetrické metody Absorpce infrač erveného zář ení

32

1. Př ístroje založené na využití absorpce ultrafialového zá ření: Ultrafialové analyzá tory používají jako zdroj zá ř ení nízkotlaké a vysokotlaké rtuťové výbojky, vodíkové výbojky a wolframové lampy. K indikaci zá ř ení se používají vakuové nebo plynové fotonky. V moderně jších analyzá torech př edevším polovodičové diody, nebo fototranzistory Funkce: - ultrafialové svě tlo ze zdroje prochá zí filtrem, čočkou a clonou a je rozdě lová no na dva svazky paprsků. Jeden svazek prochá zí mě ř ícím člá nkem a druhý srovná vacím člá nkem, oba jsou pak soustř edě ny na foto diodu. Používá se jen jedna fotodioda, protože nestejné vlastnosti dvou fotodiod by ovlivnily mě ření. Tento analyzá tor se používá určová ní čistoty chlóru. 2. Kalometrické analyzá tory Zde se jako zdroj svě tla používají žá rovky. Jako detektory se používají fotodiody a fototranzistory. Funkce: - ze zdroje svě tla vychá zejí svě telné paprsky, které prochá zejí clonami, optikou a po průchodu mě ř ícím ústrojím a srovná vacím člá nkem dopadají na fotodiody. Fotodiody jsou zapojeny elektricky proti sobě a výchylka mě ř ícího př ístroje udá vá koncentraci mě ř ené lá tky. V př ípadě slabého signá lu se používá zesilovač. 3. Infračervené analyzá tory Používají jako zdroj zá ř ení nikl-chromového vlá kna, nebo pá sky. Ž haví se na teplotu 600 – 800°C. Bývají umístě ny v ohnisku parabolické zrcadlovky. Jako detektory se používají kyvety plně né plynem, který pohlcuje zá ření určité vlnové délky. Funkce: - infračervené zá ření je soustř eďová no do parabolickými zrcadly do dvou svazků. Jeden prochá zí filtračním člá nkem (kyvetou) a druhý srovná vacím člá nkem. Filtrační člá nek nasaje prostředí s určitým plynem, jestliže tento plyn neabsorbuje infračervené zá ř ení zvýší se teplota v člá nku (v kyvetě ) a zvýší se rozdíl teplot mezi mě ř ícím a srovná vacím člá nkem. Rozdíl se mě ř í a je mírou obsahu určitého plynu v ovzduší. Takto se mě ř í CO2.

33

14b) MŮ Ů STKOVÉ MĚŘ ENÍ Č INNÝCH ODPORŮ Můstek je tvoř en čtyř mi rameny, v nichž jsou zapojeny odpory R1, R2, R3, R4. Mezi vrcholy A, C je zapojen zdroj proudu a mezi vrcholy B a D je zapojen mě ř ící př ístroj - Galvanometr, který má uprostř ed stupnice nulu. Můstek je vyrovnaný jestliže ná m diagoná lou neteče žá dná proud. Po př ipojení nezná mého odporu RX nastane v můstku nerovnová ha – diagoná lou teče proud. Pomocí mě nitelných rezistorů R2 a R3 můstek hrubě a jemně vyvažujeme. Můstek je vyrovná n, jestliže ná m diagoná lou neteče proud. V praxi se vyrá bě jí můstky, které vyvažují automaticky pomocí integrovaných obvodů a výsledek se pak zobrazí na display automaticky vyvá ženého můstku. !! Tento můstek můžeme napá jet SS i ST proudem, protože napě tí i proud jsou ve fá zi !!

Vzorce pro výpočet RX (R1): U1 = U3 U2 = U4 U1 U3 = U2 U4 I1 ´ R1 I2 ´ R3 R1 R3 = = = I1 ´ R2 I2 ´ R4 R2 R4 R3 RX = R2 ´ R4

34

15a) ZVĚTŠOVÁNÍ MĚŘ Í CÍ CH ROZSAHŮ AMPÉ RMETRU A VOLTMETRU Zvětšování rozsahu ampérmetru

IA

IC IB

A Rz

Rb

IC – celkový proud tekoucí obvodem IA – proud tekoucí ampérmetrem IB – proud tekoucí bočníkem

RA [Ω ] n-1 Rb – odpor bočníku RA – vnitř ní odpor ampérmetru (zjiště ný ze štítku př ístroje) n – počet zvě tšení Rb =

Ampérmetr se vždy do obvodu zapojuje s mě ř eným předmě tem do série. Od ampérmetru požadujeme co nejmenší odpor, aby na ně m vzniklo co nejmenší napě tí. Chceme-li zvě tšit mě ř ící rozsah ampérmetru provedeme to tak, že k ampérmetru př ipojíme paralelně bočník. Bočník je odpor, který je vě tšinou trvale př ipojen na svorká ch př ístroje a je zabudová n v krytu př ístroje. Zvětšování rozsahu voltmetru V

RP

RP = RV ´ ( n – 1 ) [Ω ] RP – odpor př edřadníku RV – vnitř ní odpor voltmetru (zjiště ný ze štítku př ístroje) n – počet zvě tšení

Voltmetr se vždy do obvodu zapojuje paralelně s mě řeným př edmě tem. Od voltmetru požadujeme velký vnitř ní odpor, aby jím tekl co nejmenší proud. Vyskytne-li se potř eba změ ř it vě tší napě tí než je mě ř ící rozsah voltmetru učiníme to zapojením činného odporu (př edřadníku) do série s voltmetrem.

35

15b) MĚŘ ENÍ CHARAKTERISTIK 3 FÁZOVÝCH AS MOTORŮ DYNAMOMETREM Dynamometr – je dynamo s cizím buzením, které má rotor spojený s rotorem asynchronního motoru, stator je uložen otočně – spojen s ukazatelem momentu. Na spodní straně statoru dynamometru je př ipevně no zá važí, které př i vychylová ní statoru vytvá ř í moment proti momentu asynchronního motoru a proto je výchylka statoru úmě rná točivému momentu. Vinutí statoru je př ipojeno na rezistor v ně mž se energie mě ní v teplo. Teoretický rozbor: Točivý moment 3 fá zového asynchronního motoru vytvá ř ený na hř ídeli nelze př ímo určit ze štítkových hodnot, protože se mě ní v zá vislosti na otá čká ch motoru podle momentové charakteristiky. Hodnotu momentu lze určit z otá ček a z výkonu podle vztahu: P [Nm; W; red/s] W 2pn W= Ω – úhlová rychlost 60 M=

V technické praxi je a štítku motoru uveden výkon v kW a otá čky za minutu. Mn = 9,55

P n

[Nm; kW; min–1]. Tento vztah lze použít pro výpočet jmenovitého momentu Mn, protože dosazujeme údaje ze štítku motoru. Mě ř ení zá vislosti momentu na otá čká ch se neprovádí př i jmenovité hodnotě , ale napě tí musíme snížit tak aby se zabrá nilo nadproudu, který by vinutí nadmě rně zahř á l. Asynchronní motor můžeme zatě žovat dvě ma způsoby: 3) změ nou velikosti zatě žovacího odporu dynama. 4) změ nou budícího napě tí. M

V A

M 3~

G

Pk RZ

Tachodynamometr – mě ř í otá čky. Dynamometr – brzdí motor.

36

TD

V Ik V

V

16a) METODY MĚŘ ENÍ INDUKČ NOSTI 1. Měř eníindukčnosti cívek bez železného jádra ampérmetrem a voltmetrem Technické provedení cívek nedovoluje př i jejich mě ř ení uplatnit takové zjednodušující př edpoklady jako tomu bylo např . u kondenzá torů. V praktické realizaci není činný odpor vinutí cívky RL zanedbatelný vůči indukční reaktanci cívky. XL = v ´ L Ná hradní schéma cívky se sklá dá z odporu a ideá lní indukčnosti. RL

jXL = jvL

Impedance cívky podle ná hradního schématu se sklá dá ze dvou složek: 2. Reálné – př edstavované v tomto př ípadě odporem vinutí RL. 3. Imaginární – př edstavované indukční reaktancí XL. Velikost impedance cívky určíme z namě řených hodnot proudu a napě tí. Úhlový kmitočet určíme z údaje kmitomě ru. v = 2pf. Abychom mohli určit indukčnost cívky, musíme ně jakým způsobem určit RL. Z výrazu určující impedanci cívky Z = RL + jvL zjistíme, že impedance bude rovna odporu tehdy, když člen jvL se bude rovnat nule. Tohoto stavu dosá hneme tím že kmitočet proudu který mě ř íme bude nulový, jinými slovy budeme mě ř it impedanci cívky stejnosmě rným proudem, potom tedy Z = RL. To znamená , že pro určení indukčnosti cívky je nutné provést dvě mě ř ení: 1. Stř ídavým proudem př i ně mž zjistíme impedanci. 2. Stejnosmě rným proudem př i ně mž zjistíme odpor cívky RL. 1 Z namě ř ených hodnot vypočteme L z konečného vztahu: L = ´ Z 2 - RL2 . ω Měř eníindukčnosti cívek se železný m jádrem ampérmetrem a voltmetrem U cívek se železným já drem použijeme totéž ná hradní schéma jako na původním obrá zku př i mě ř ení cívky bez já dra. Je nutno si však uvě domit, že u cívky se železným já drem zahrnuje odpor RL v sobě nejen vliv odporu vinutí, ale i vliv já dra v ně mž se vliv stř ídavého proudu protékající cívkou indukují víř ivé proudy. To má za ná sledek oteplení já dra cívky. V tomto př ípadě nemůžeme urči hodnotu RL tak, jak jsme to udě lali u cívky bez já dra stejnosmě rným proudem, neboťpř i ně m se vliv železného já dra cívky neuplatňuje. Odpor RL – reá lnou složku impedance určíme z činného odporu výkonu, který cívka odebírá př i P stř ídavém proudu a z proudu protékající cívkou. RL = 2 . I Pro výpočet indukčnosti použijeme stejný vztah, jako pro cívku bez železného já dra s dosazením 1 výše uvedeného vyjá dř ení RL. L = ´ U2 ´ I2 - P 2 . Př i odvozová ní tě chto vztahů jsme 2 2πf I neuvažovali spotř ebu mě ř ících př ístrojů. Ta není zanedbatelná , protože elektrodynamická soustava, která se užívá pro mě ř ení výkonu má pomě rně velkou vlastní spotř ebu.

37

A U V

220 V Hz f 50 Hz

L RL

Př i mě ř ení velké indukčnosti (velké impedance) napě ťovou cívku wattmetru a voltmetru zapojíme př ed ampérmetr a proudovou cívku wattmetru. Měř eníindukčnosti můstkovou metodou - tento typ můstku nazývá me Maxwellův můstek. LN

LX

RN

RX i

R1

R2

V prvním rameni můstku je zapojena mě řené indukčnost LX, RX. V druhém rameni můstku je zapojeny srovná vací indukčnost LN, RN. V třetím a čtvrtém rameni jsou zapojeny odpory R3 a R4. Z tohoto zapojení můžeme vypočíst reá lnou a imaginá rní čá st R1 R1 mě ř ené indukčnosti RX a LX: LX = LN ´ RX = RN ´ . R2 R2 Nevýhodou můstku je nutnost použití srovná vacího etalonu indukčnosti LN. Jestliže chceme můstek vyvá žit, je nutno mít možnost mě nit odpory obou cívek. Etalony indukčnosti jsou pomě rně drahé a mají velké rozmě ry. Proto pro mě ření indukčnosti užívá me takové zapojení, v nichž se indukčnost srovná vá s kapacitou.

16b) MĚŘ ENÍ VÝKONU JEDNOFÁZOVÉ HO ASYNCHRONNÍ HO MOTORU Aby se jednofá zový asynchronní motor sá m rozbě hl, je u tě chto motorů na statoru kromě hlavního vinutí ještě pomocné vinutí tzv.rozbě hové vinutí. Každé vinutí zaplňuje 1/3 drá žek, takže 1/3 drá žek zůstá vá prá zdná . Osy obou vinutí svírají úhel 90o. Do rozbě hového vinutí je zapojen rezistor, nebo tlumivka, nebo kondenzá tor. Př ipojením obou vinutí na totéž napě tí je proud v rozbě hovém vinutí časově posunut témě řo 1/4 periody oproti proudu v hlavním vinutí. Prostorové natočení obou vinutí o 90o a časové posunutí obou proudů, které jimi prochá zí, budí v dutině statoru dvě vzá jemně posunutá stř ídavá magnetická pole, která dá vají výsledné točivé magnetické pole potřebné pro rozbě h motoru. Po rozbě hu se pomocné vinutí může odpojit, protože jeho magnetické účinky jsou nahrazeny magnetickými účinky otá čejícího se rotoru. Stator je vyroben z hliníkové slitiny,dynamové plechy s drá žkami pro vinutí jsou mechanicky př ipevně ny ke kostře. Ž á bra statoru zajišťují chlazení.

38

Zastavíme–li tento motor, sá m se nerozbě hne, pouze odebírá ze sítě velký proud a když jej v čas od sítě neodpojíme spá lí se izolace a vinutí. Pootočíme-li rotorem motor se rozbě hne v tomto smyslu, ve kterém jsme otočili rotorem. Smysl otá čení jednofá zových asynchronních motorů změ níme změ nou př ívodu buď u hlavního vinutí, nebo u pomocného (rozbě hového) vinutí. Otá čky jsou stá lé a nelze je regulovat. Jednofá zové motory do výkonu 5 kW lze př ipojit př ímo na síťNN. Proudový ná raz nesmí př esá hnout 7 kVA. Vě tší motory se spouště jí př es spouště č. Jednofá zový asynchronní motor s kondenzá torem v rozbě hovém vinutí Tento motor může být př ipojen trojím způsoben: s trvale př ipojeným kondenzá torem, s kondenzá torem př ipojeným jenom př i rozbě hu, se dvě ma kondenzá tory, z nichž jeden slouží k rozbě hu a po rozbě hu se samočinně odpojí. Druhý kondenzá tor jednak pomá há zvlá dnout rozbě h motoru, jednak zlepšuje jeho účiník a je trvale př ipojen k pomocnému rozbě hovému vinutí. Zá bě rný moment zá visí na velikosti kapacity kondenzá toru. Č ím je však kapacita vě tší, tím vě tší je také zá bě rný moment, ale tím vě tší je také proudový ná raz př i spouště ní a proud prochá zející pomocným vinutím př i normá lním bě hu motoru. Vě tší proud způsobuje vě tší oteplení, proto je 100 μ F C= 1kW kapacita omezena. Popis mě ř ení: Na autotransformá toru nastavujeme postupně požadovaná napě tí a odečítá me hodnoty z ampérmetru, voltmetru a wattmetru. Pro každé mě ř ení spočítá me: Zdá nlivý výkon S = U ´ I [VA,V,A] Q = S2 - P2 [VA,VA,W] Jalový př íkon Účiník Fá zový úhel

P S [-,W,VA] j = arcosj cosj =

I A

220 V~

Z

P W V U

M

HV 220 V

Ik

PV

39

C1

17a) MĚŘ ENÍ VÝKONU STEJNOSMĚRNÉ HO PROUDU Výkon stejnosmě rného proudu určíme výpočtem z proudu a napě tí. P = U ´ I [ W; V; A ]. Hodnotu napě tí a proudu zjišťujeme mě ř ením. V obvodech s malou spotř ebou elektrické energie, musíme vzít v úvahu i spotř ebu mě ř ících př ístrojů. Výkon spotřebiče bude menší o spotř ebu mě ř ících př ístrojů v porovná ní s výkonem, který vypočteme z údajů na př ístrojích. Skutečný výkon PZ (na zatě žovacím odporu) je dá n: U2 1. PZ = U ´ I [W; V; A; Ω ] RV 2. PZ = U ´ I - I2 - RA [W; V; A; Ω ] a) Mě ř ení výkon stejnosmě rného proudu voltmetrem a ampérmetrem ( v obvodu s velký m proudem a malý m napě tím) I A

IV

+

V

-

RZ

U

b) Mě ř ení výkonu stejnosmě rného proudu voltmetrem a ampérmetrem (v obvodu s malý m proudem a velký m napě tím) I UA

A +

V

-

U RZ

Výkon můžeme mě ř íme př ímo wattmetrem. Zapojením proudové a napě ťové cívky wattmetru je analogické jako zapojení ampérmetru a voltmetru př i mě ř ení výkonu ampérmetrem a voltmetrem!!!

40

17b) MĚŘ ENÍ PROUDU OSCILOSKOPEM Tato metoda je nepř ímá . Osciloskopem vlastně mě ř íme napě tí a pak dosadíme př ímo do vzorce a vypočteme tak proud který prochá zí odvodem. Postup př i mě ř ení: a) zesilovač X př epneme na EXT a zesilovač Y na DC. Svislým a vodorovným posunem nař ídíme stopu do stř edu stínítka obrazovky a nastavíme maximá lní ostrost obrazu. b) Ze zdroje prochá zí proud nejprve rezistorem R1, který omezuje velikost proudu a potom rezistorem R2 na ně mž vzniká úbytek napě tí, který je př ímo úmě rný velikosti proudu. Velikost napě tí na R2 zjistíme na stínítku obrazovky, pomocí grafu ze zjiště ného napě tí a zná mého odporu vypočteme proud.

DC

EXT

B R1

R2

41

Y

X

18a) SOUSTAVA ELEKTRODYNAMICKÁ Elektrodynamické př ístroje jsou založeny na principu vzá jemného působení dvou vodičů, jimiž protéká proud. Elektrodynamické mě ř ící ústrojí sestá vá ze dvou cívek, jimiž protékají proudy úmě rné mě ř ené veličině . Jedna z cívek je pevná (napě ťová ), druhá pohyblivá (proudová ). Pohyblivá cívka je upevně na na otá čivé ose spolu s kř idélkem vzduchového tlumení. Proud se do pohyblivé cívky př ivá dí př es spirá lové pružiny, které současně vyvolá vají ř ídicí moment. Vzá jemným působením pevné a pohyblivé cívky vzniká moment soustavy. Pevná cívka je obvykle dě lena na dvě čá sti z toho důvodu, aby se v prostoru, v ně mž se pohybuje pohyblivá cívka, vytvoř il potř ebný tvar magnetického pole. Magnetické pole př ístroje se nachá zí ve vzduchu, a proto je slabé. Ná sledkem toho je pohybový moment pomě rně malý. Pro dosažení dostatečného momentu je tř eba navinout na pohyblivou i nepohyblivou cívku mnoho zá vitů. Spotř eba je pomě rně velká , ně kolik wattů. Pohyblivá cívka se vychýlí i v př ípadě že v jejím prostoru bude cizí magnetické pole, jehož kmitočet bude stejný jako kmitočet prochá zejícího proudu touto cívkou. Citlivost na cizí magnetická pole se snižuje stíně ním. Př ístroj nesná ší velká př etížení, protože pohyblivou cívkou prochá zí proud, který se do ní př ivá dí př es pružiny vyvozující ř ídící moment. Pohyblivá cívka je vinuta z tenkého drá tu, aby mě la co nejvíce zá vitů a př itom byla lehká . Spotř ebu elektrodynamického př ístroje je možno snížit tak, že magnetický obvod bude z feromagnetického materiá lu.Takové př ístroje se nazývají feromagnetické a pracují na stejném principu jako př ístroje elektrodynamické. Zapojeníelektrodynamický ch př ístrojů U elektrodynamického voltmetru se cívky zapojují do série . Do série s nimi je zapojen př edř adník Rp, kterým se omezuje velikost proudu protékajícího cívkami a jímž se nastavuje rozsah př ístroje. Proud prochá zející cívkami je př ímo úmě rný mě ř enému napě tí. Stupnice má kvadratický průbě h. Rp I1

U elektrodynamického ampérmetru bývají cívky zapojeny paralelně .Moment soustavy se rovna R Ms = k ´ I1 ´ I2 kde k je konstanta úmě rnosti př 1 ístroje. I Moment soustavy je zá vislý kvadraticky na mě řené I2 R2 veličině , a tedy i průbě h stupnice elektrodynamického ampérmetru bude kvadratický Elektrodynamické př ístroje se nejčastě ji používají jako wattmetry. Zapojujeme ho do obvodu tak, aby pevnou cívkou, tzv. proudovou, protékal proud,který protéká i zá tě ží (spotř ebičem) a pohyblivou cívku, tzv. napě ťovou, proud úmě rný napě tí na zá tě ži. Moment soustavy je úmě rný součinu proudů protékajícího pevnou i pohyblivou cívkou (I a Iu) Výchylka elektrodynamického př ístroje je lineá rně zá vislá na výkonu tzn., že průbě h stupnice bude lineá rní. V obvodu stř ídavého proudu je moment soustavy elektrodynamického př ístroje zapojeného jako wattmetr úmě rný i fá zovému posunu mezi proudem a napě tím v mě ř eném obvodu a to ídavého proudu. Je tedy lineá rně takto: Ms = K ´ I ´ U ´ COSj = K ´ P kde P je činný výkon stř zá vislý na činném výkonu v obvodu a stupnice je opě t lineá rní. Iu

42

I

U

Rz

18b) MĚŘ ENÍ ELEKTRICKÉ HO NAPĚTÍ KOMPENZAČ NÍ MI METODAMI Je nutný pomocný zdroj o vyšším napě tí než mě ř ený. Jako indiká tor nulového zatížení použijeme galvanometr. Do obvodu zař adíme ochranný odpor RO – chrá ní galvanometr před př etížením. Potenciometrem nastavujeme takové napě tí př i kterém nebude prochá zet galvanomě rem proud. Namě řené napě tí se rovná napě tí mě řeného zdroje. Podstata: spotř eba voltmetru př i mě ř ení se hradí z pomocného zdroje. Mě řený zdroj tedy není zatížen a jeho vnitř ní odpor se nemůže projevit spotř ebou napě tí. RO G

Mě řený zdroj

V

Měř eníelektrického napětí kompenzátorem Kompenzá tor je zař ízení k př esnému mě ření napě tí kompenzační metodou. Nejčastě ji bývá konstruová n na mě ření SS napě tí. Kompenzá tory se konstruují i pro př enosné mě ř ící př ístroje na ST napě tí, ale mě ření je složitě jší, protože se musí př ihlížet ke kmitočtu fá zí mě ř eného napě tí. Př íprava kompenzá toru a postup mě ření: 1. Nejprve překontrolujeme nulovou polohu ručky galvanometru, př ípadně opravíme stavítkem S. 2. Vypínač VZ př epneme do polohy Z a př epínač rozsahu do polohy P. Tím jsme zapojili obvod pomocného proudu, vypínač P umožňuje nastavit sprá vný pomocný proud galvanometrem. 3. Otočným mě nitelným odporem R nastavíme pomocný proud tak, že ručka galvanometru ukazuje na červenou čá st stupnice. 4. Potom př epínač S př epneme na polohu 0 a př ístroj je př ípraven k mě ř ení.

43

-

+

P

G

0 – 70 mV (P,O)

S

T V

R

1,5 V

Z 19a) METODY MĚŘ ENÍ KAPACIT Můstková metoda Kondenzá tor s nezná mou kapacitou př ipojíme ke svorká m. Jedna z tě chto svorek je uzemně na, proto aby namě řená hodnota byla př esně definová na proti zná mému potenciá lu. Otočný kapacitní normá l CN se nastaví otočným stavítkem asi do poloviny své kapacity. Promě nný rozsahový rezistor R2 nastavíme na nejvě tší rozsah. Pak zapojíme generá tor a nastavíme př edepsané ST napě tí. Př epíná ním rezistoru R2 nastavujeme na indiká toru nejmenší výchylku – tzv. drahé vyrovnání. Můstek vyrovná vá me změ nou kapacity normá lového kondenzá toru CN – tzv. levné vyrovnávání. Př i sprá vně vyrovnaném můstku stanovíme kapacitu mě řeného kondenzá toru ze vzorce: R4 CX = ´ CN . R3 R2

CN

CX ↑ C4 R3

R4

~

44

Nepř ímá metoda Tato metoda je v podstatě založena na Ohmově metodě . Napá jecí napě tí je ze zná mého zdroje U napě tí a proud se vypočítá . U kondenzá torů nehovoř íme o impedanci nýbrž o kapacitanci. XC = I 1 500 ´ I XC = C= 2pfC pfU A 220 V 50 Hz

Hz f Z

I

U V

C 1

19b) MĚŘ ENÍ VA CHARAKTERISTIKY DIODY Dioda obsahuje jediný př echod PN. Materiá lem je křemík nebo germanium. Používá se k usmě rňová ní stř ídavého proudu. Voltampérová charakteristika udá vá zá vislost proudu na napě tí. Na obrá zku vidíme voltampérovou charakteristiku diody. V I. kvadrantu je dioda polarizová na propustně . Po př ekročení prahového napě tí UT0, tedy po př ekoná ní potenciá lového valu, začne diodou prochá zet proud, který roste zhruba exponenciá lně s napě tím. Ve III. kvadrantu je dioda polarizová na zá vě rně . Zá vě rný proud je především určen tokem minoritních nosičů. Již př i zá vě rném napě tí ně kolik desetin voltu dosá hne plné a stá lé velikosti IR0 nezá vislé na napě tí U. K proudu minoritních nosičů se ještě př idá vá svodový proud, který s rostoucím napě tím v zá vě rném smě ru mírně stoupá . U kvalitní diody je však v porovná ní s proudem minoritních nosičů zanedbatelný. Zá vě rný proud je tedy, jak vidíme, narozdíl od proudu v propustném smě ru v širokém rozsahu př ibližně nemě nný. Až po př ekročení průrazného napě tí UBR dochá zí ná hle k strmému vzrůstu proudu – dochá zí k průrazu př echodu. Podle provedení přechodu muže mít diferenciá lní odpor po průrazu kladnou, nulovou nebo zá pornou velikost.

45

V propustném smě ru má lepší vlastnosti dioda germaniová , v zá vě rném kř emíková . Křemíkové diody mají vě tší průrazné napě tí, menší teplotní zá vislost a vě tší př ípustnou provozní teplotu (jsou lepší).

20a) ELEKTRICKÉ METODY MĚŘ ENÍ VÝŠKY HLADINY Používá me dvě zá kladní metody: 1. První metoda mě ř ení využívá el. vlastností vodivých kapalin. Vodivá kapalina může uzavírat obvod el. proudu mezi dvě ma elektrodami. Prochá zející el. proud může ovlá dat signalizační, poplašné nebo registrační zař ízení. Jestliže vstoupne hladina vodivé kapaliny dotkne se elektrody E1 a pak prochá zí el. proud z transformá toru TR př es uzemně nou ná drž, kapalinu a elektrodu E1 na cívku relé. Relé uzavř e kontakt spínacího kontaktu a ten ovlá dá signalizační a regulační odvod. Regulá tor ná m zapne čerpadlo, které doplní požadované množství kapaliny. !! U této metody se musí použít bezpečné napě tí – ochrana obsluhy !! Signalizace

Regulace

Síť E1 CRE

K1

K2

TR RE

2. Druhá metoda se zaklá dá na změ ně kapacity kondenzá toru, která je způsobena změ nou výšky hladiny kapaliny v ná době . U kapacitních snímačů je nutné vychá zet z vlastností kapaliny jeli vodivá nebo ne. Má -li kapalina charakter dielektrika – olej – pak jednu elektrodu tvoř í kovová tyč, která je izolovaně upevně na. Druhou elektrodu tvoř í kovový plá šťná doby ve které se mě ř í hladina. Mě ř í-li se hladina vody vodivými kapalinami pak snímací voda má povrch s izolačního materiá lu, pak je mě ř ení dostatečn0ě nezá vislé na vlastnostech kapaliny. Kapacitní roura př edstavuje jedno rameno stř ídavého kapacitního můstku. Můstek se napá jí z oscilá toru a dolaďovacím kondenzá torem C1 a potenciometrem R3 se vyvá ží př i minimá lní hladině mě ř ené kapaliny. Stoupá -li hladina kapaliny v ná době můstek se vyvažuje a v jeho diagoná le se objeví ST napě tí úmě rné výšce hladiny. Toto napě tí se zesiluje selektivním zesilovačem a mě ř í se mě ř idlem které je nacejchová no v jednotká ch výšky hladiny. Selektivní zesilovač zesiluje pouze signá ly z oscilá toru a zadržuje všechny rušivé signá ly – mě ření je proto velmi př esné.

46

Můstek R

Oscilá tor TR

C1

Selektivní zesilovač

TR2

R3 R2

UB

20b) MĚŘ ENÍ OSCILOSKOPEM, TRANSFORMÁTOR PŘ I ZKRATU SEKUNDÁRNÍ HO VINUTÍ Zesilovač X přepneme na INT, časovou zá kladnu synchronizujeme z generá toru napě tí. Generá tor nastavíme na co nejmenší kmitočet (asi 20 HZ) paralelně k primá rnímu vinutí transformá toru př ipojíme kapacitu, která vytvá ř í z vinutí transformá toru paralelně rezonanční obvod. Rozkmit se plynule zmenšuje působením ztrá t až kmity úplně zaniknou v př ípadě , že sekundá rní vinutí nebo jeho čá st je spojena nakrá tko. Př i zkratu se indukčnost primá rního vinutí zmenší o ně kolik má lo % původní velikosti a zá nik kmitů a jejich tlumení je mnohem rychlejší. Na osciloskopu můžeme pozorovat útlumy kmitů př i nezatíženém transformá toru a př i zatížení různých odboček.

Generá tor st kmitů

R DC

C

INT

Tr Y

47

SIN

X

21a) OSCILOSKOP, FUNKCE, POPIS Hlavníčásti: 1. Obrazová čá st 2. Svislý (vertiká lní) zesilovač 3. Vodorovný (horizontá lní) zesilovač 4. časová zá kladna Obrazová část – je to nejdůležitě jší součá st osciloskopu. U osciloskopu se používají obrazovky s elektrostatickým vychylová ním paprsku, protože mohou sledovat průbě hy př i vyšších kmitech. Pohyb paprsku se sklá dá z pohybu svislého – vertiká lního a vodorovného – horizontá lního. Oba průbě hy probíhají z pravidla současně . Svislý pohyb odpovídá velikosti mě ř ené veličiny a vodorovný pohyb ukazuje průbě h veličiny v zá vislosti na čase. Elektronový paprsek je možno také vychylovat elektromagneticky, je to účinně jší způsob, ale pro osciloskop nevhodný, protože odpor budících cívek je zá vislý na kmitočtu. Svislý zesilovač – zesiluje pozorovanou veličinu. Je to ně kolika stupňový zesilovač s velkou vstupní citlivostí. Vstupní impedance bývá do 50 Ω nebo 1 MΩ . Nízká impedance je vhodná pro mě ření vysokých kmitočtů, vysoká se používá tehdy je-li potř eba aby mě ř ený objekt byl co nejméně zatě žovaný. Výstup z koncového stupně vertiká lního zesilovače je zapojen na vertiká lní destičky obrazovky. Jeho úkolem je zesílit napě tí na takovou úroveň, aby na vertiká lních vychylovacích destičká ch bylo takové napě tí, které by umožnilo vychýlení paprsku. Citlivost tohoto zesilovače ř ídíme př epínačem volt / dílek. Zesílení se musí nastavit tak, aby nebyl př ebuzen a bylo možno odečíst kř ivku. Vodorovný zesilovač – zesiluje napě tí potř ebné k vodorovnému pohybu. Požadavky na jeho vlastnosti jsou menší než u svislého. Je vyveden na přepínač čas / dílek. Č asová základna – tak se u osciloskopu nazývá zdroj s pilovitým průbě hem. Pilovité napě tí slouží k časovému založení pozorované svě telné stopy, nebo mě ř ené veličiny. Podstatou obvodu pro vytvá ř ení pilovitých kmitů je postupné nabíjení kondenzá toru př es odpor a jeho rychlé vybití př es doutnavku. Vertiká lní vychylovací destičky Zaostř ovací anoda Ř ídící mř ížka žhavení katoda Urychlovací anoda Horizontá lní vychylovací destičky Hlavní anoda

48

luminof or

Obrazovka je elektronka, kde se emitované elektrony soustř edí do úzkého paprsku, který po dopadu na stínítko vyvolá svě télková ní. Luminofor je lá tka, která po dopadu elektronu uvolňuje další elektrony. Stínítko obrazovky je luminoforem natř eno zevnitř . Tok mezi anodou a katodou ovlá dá ř ídicí mř ížka a to podle toho jestli na ni př ivá díme kladné nebo Ω zá porné napě tí. XL = L

21b) METODY MĚŘ ENÍ Č INNÝCH ODPORŮ a) Měř eníčinný ch odporů můstkem Můstek je vyrovná n, když ná m diagoná lou neteče žá dný proud. (v diagoná le je zapojen mě ř ící př ístroj) Po př ipojení nezná mého odporu RX nastane v můstku nerovnová ha – diagoná lou teče proud. Pomocí mě nitelných odporů R2 a R3 můstek hrubě a jemně vyvažujeme. V současné době se vyrá bě jí můstky, které vyvažují automaticky pomocí integrovaného obvodu a výsledek př enesou na display. !! Můstek můžeme napá jet i stř ídavým proudem, protože proud a napě tí jsou ve fá zi !! Rovnice pro výpočet nezná mého odporu RX (R1) U1 = U3 U2 = U4

b) Měř eníčinného odporu ohmmetrem Ohmmetr je př ístroj s magnetoelektrickou soustavou s otočnou cívkou. Př ipojením nezná mého odporu RX ke svorká m př ístroje se uzavře proudový obvod a prochá zející proud vychýlí otočnou čá st mě ř ícího ústrojí, výchylka je př ímo úmě rná př ipojenému odporu RX. Jako zdroj se používají suché člá nky, se snižová ním napě tí zdroje by ohmmetr mě ř il špatně . Proto se mě ř ící ústrojí doplňuje nastavitelným magnetickým bočníkem, kterým lze zvě tšit citlivost a zabrá nit vzniku chyb př i mě ř ení. Př ed mě ř ením je tř eba př ístroj seř ídit. Neukazuje-li ručka v klidu na nekonečno nastavíme ji korekč ním šroubem, potom spojíme svorky na krá tko a magnetický m bočníkem nastavíme nulovou polohu ručky. Jestliže se to nepodař í je nutno zdroj vymě nit.

49

0,1

RO Ω

4,5

Soustava s otočnou cívkou

10

1 R5

R3

RX

R4

R7 R6

R2 Ω

R1

22a) NÍ ZKOFREKVENČ NÍ GENERÁTORY Používají se k výrobě ST el. energie. Dá le k mě ření zkreslení nízkofrekvenčního zesilovače, mě ř ení zesílení, útlumu, šíř ky propustného pá sma. Napě tí generá toru je od 1μV do 100V (max. podle konstrukce) 3. Nízkofrekvenč ní– kmitočet do 20 kHz 4. Vysokofrekvenč ní– kmitočet do 300 MHz Průbě hy kmitů: a) sinusový b) obdélníkový c) pilovitý

Zá kladem generá toru je oscilátor. Pro sinusové kmity se nejčastě ji používají tyto oscilá tory: 4. LC oscilátor – paralelní spojení indukčnosti a kapacity – spojení nabitého kondenzá toru s cívkou př es kterou se kondenzá tor stř ídavě nabíjí a vybíjí. 5. RC oscilátory – jsou výhodné pro velkou stabilitu kmitočtu, mají malé zkreslení pod 0,1%. 6. Záznějový oscilátor – podstatou je smě šová ní dvou kmitočtů vyrá bě ných ve dvou oscilá torech, jeden oscilá tor má stá lý kmitočet, kmitočet druhého lze mě nit. Kmitočty se smě šují ve smě šovači. Na výstupu se pak objeví jejich součty, odečety, jejich kombinace. Zá znějě –jsou to rozdíly obou kmitů vyrá bě ných ve dvou oscilá torech. Ostatní kmitočty jsou nežá doucí a potlačují se filtrem zvaným dolnípropust. Výhody: - dodá vá kmitočty prakticky od 0 - výstupní kmitočet je velmi stá lý, protože oscilá tor s pevným kmitočtem je ř ízen krystalem. Osci. 1

f = f1 – f2 Smě š ovač

Dolní prop.

f = f1 + f2 f – výstupní kmitočet

Osci. 2

50

Oscilá tory obdélníkový ch kmitů: Napě tí se vyrá bí úpravou sinusového napě tí nebo se používá multivibrátor. Č innost multivibrá toru je založena na vybíjení nebo nabíjení kondenzá toru př es odpor. Obdélníkové napě tí vzniká mezi kolektory tranzistoru T1 a T2. Tyto tranzistory stř ídavě propouště jí a zadržují kolektorové proudy př ičemž na rezistorech R1, R2 napě tí stř ídavě stoupá a klesá . Výroba pilovitý ch kmitů: Tato výroba je založena na nabíjení kondenzá toru př es odpor a jeho ná sledné vybití př es doutnavku.

22b) MĚŘ ENÍ TRANSFORMÁTORU NAKRÁTKO O transformá toru nakrá tko mluvíme tehdy jsou-li sekundá rní svorky spojeny nakrá tko bezodporovou spojkou. Vstupním a výstupním vinutím prochá zí značný proud nakrá tko. Popis mě ř ení: - měř íme napětí nakrátko S U f) Na autotransformá toru nastavíme takové napě tí, které vyvolá jmenovitý proud. g) Na voltmetru odečteme napě tí, toto napě tí je rovno Uk, dá le počítá me procentní napě tí nakrá tko Uk ze vzorce %uk = ´ 100 [%] U1 h) Vypočítá me výkon nakrá tko Pk z hodnot ampérmetru a voltmetru, př i jmenovitém napě tí. e) Vypočteme maximá lní jmenovitý proud primá ru Ij =

Maximá lní procentní napě tí nakrá tko bývá u menších transformá torů 4-7 % a u vě tších až 11 %. Č ím vě tší je napě tí nakrá tko, tím menší je proud nakrá tko. Úbytek napě tí 4-5 %. Výkon který př i pokusu transformá toru nakrá tko transformá tor odebírá ze sítě se témě řcelý spotřebuje na krytí ztrá t ve vinutí transformá toru, neboťpř i zkratu jsou ztrá ty v železe vzhledem ke ztrá tá m ve vinutí zanedbatelné. Takže ztrá ty nakrá tko se rovnají ztrá tá m ve vinutí. Ik A

Pk

Uk V

Č ím vě tší bude %uK – tím mě kčí je transformá tor, tzn. že po př ipojení zá tě že na transformá toru poklesne napě tí. Proud a napě tí nejsou ve fá zi tzn., že cosφ < 1

51

23a) MĚŘ ENÍ NA TRANSFORMÁTORU Na transformá toru mě ř íme: 1. Izolační odpor – prová dí se kontrola zda izolace transformá toru má dostatečný odpor pro spolehlivý a bezpečný provoz. Dle Č SN 350013 je př i provozní teplotě 75 UN [MΩ ; kV] °C nejmenší př ípustný izolační odpor dá n vztahem: RIZ = PN + 100 100 UN – jmenovitá hodnota napě tí primá rního nebo sekundá rního vinutí. PN – jmenovitý výkon stroje. Izolační odpor se mě ř í tranzistorovým mě ř ičem se zkušebním napě tím 500V proudem 1mA po dobu 5 – 10 s. Mě ř í se primá rní vinutí vůči kostř e, sekundá rní vinutí vůči kostř e a primá rní vinutí proti sekundá rnímu vinutí. Ω

Ω 1

FU

2

2

1 N2

N1 Ω Dá le mě ř íme: -

proud na primá rní straně . proud na sekundá rní straně . napě tí na primá rní straně . napě tí na sekundá rní straně . výkon na primá rní straně . výkon na sekundá rní straně . př i chodu transformá toru nakrá tko mě ř íme % napě tí nakrá tko.

52

23b) MĚŘ ENÍ TEPLOT DOTYKOVÝMI TEPLOMĚRY Měř eníteplot termočlánkem Podstatou činnosti je jev, že mezi dvě ma vodiči z různých materiá lů, které jsou na jednom konci vodivě spojeny vzniká termoelektrické napě tí, jestliže spojené konce mají jinou teplotu než srovná vací. Č ím více spoj vodičů (mě ř ící spoj) zahř ívá me zvě tšuje se rozdíl teplot mezi mě ř ícím a srovná vacím spojením, tím je vě tší termoelektrické napě tí. Mě ř ení teplot termočlá nkem se uskutečňuje tak, že se mě ř ící místo vystaví účinkům mě ř ené teploty a srovná vací místo je obvykle udržová no na teplotě 20°C. Termoel. napě tí se mě ř í milivoltmetrem. Z namě ř eného napě tí lze pomocí tabulky určit teplotu. Cu – Ko mě ď, konstantan hně dá Fe – Ko železo, konstantan modrá Ni – Cr – Ni nikl, chrom, nikl zelená Pt – Rh – Pt platina, rhodium, platina bílá (nejčastě jší použití) Metody měř ení teplot termočlánkem: a)Výchylková – Termoel. napě tí se mě ř í milivoltmetrem, údaj milivoltmetru zá visí na teplotě celého obvodu, proto výrobce př edepisuje jaký odpor musí mít vedení, které je př ipojeno na svorky milivoltmetru, tato hodnota se nastavuje justovacím rezistorem RJ a prová dí se pro vyloučení vlivu teploty vedení na př esnost mě ř ení. b)Kompenzační – používá se oř i vyšších ná rocích na př esnost mě ř ení. Mě ř ené napě tí se porovná vá se zná mým napě tím, čímž se dosahuje př esnosti až 0,01%, vyhodnocovací př ístroj je číslicový miliampérmetr nacejchovaný ve °C. Vliv teploty srovná vacích spojů na mě ř ení se kompenzuje zapojením s použitím tzv. Kompenzač níkrabice. Funkce kompenzační krabice: Do mě ř ícího obvodu se zavá dí kompenzační napě tí jehož hodnota je regulová na termistorem zapojeným do můstku. Když se zvyšuje teplota okolí, zvyšuje se odpor vedení a snižuje se odpor termistoru. Tím dochá zí k vyrovná ní odporu a zamezení chyb př i mě ř ení.

Termočlá nky mě ř í stř ední a vyšší teploty narozdíl od odporových teplomě rů !!!

53

Měř eni teplot odporový mi teploměry Podstatou činnosti odporových teplomě rů je změ na odporu čidla s teplotou. Č idlo je vyrobeno navinutím velmi slabého drá tku (PtRh) na vhodném nosném já dru. Př i změ ně teploty dochá zí ke změ ně odporu čidla, tzn. že vlastně mě ř íme odpor ale př ístroj je nacejchovaný ve °C. Používá me tyto mě ř ící metody: a) výchylková b) můstková c) kompenzační Vý chylkové metody Mě ř ící př ístroj je zapojen v úhlopř íčce můstku. Mírou odporu je proud, který prochá zí mě ř ícím př ístrojem. Protože výchylka př ístroje je značně ovlivně na změ nami napá jení je tř eba napá jecí napě tí př esně dodržet. K vyrovná ní odporu vedení se používají RJ (justovací odpory), které mají obvykle hodnotu 16 Ω . Mě ř ení pomocí pomě rových mě ř ících př ístrojů: Je to magnetoelektrický systém se zkř íženými cívkami. Obě cívky jsou napá jeny ze společného zdroje. Výchylka je dá na pomě rem dvou cívek.

Můstková ( nulová ) metoda Odporový teplomě r je zapojen do jedné vě tve můstku, rovnová ha se nastavuje změ nou odporu druhé vě tve. Mírou mě ř eného odporu a tím i teploty je buď odpor nastavitelného rezistoru, nebo poloha jezdce potenciometru. Potenciometr je spojen s ukazatelem, nebo s registračním zař ízením. Můstek je nastaven tak, že př i 100 Ω je 0°C

54

Kompenzační metoda Je to nejpř esně jší metoda, odpor není ovlivně n odporem př ívodu. Princip spočívá v mě ření úbytků napě tí na rezistoru, kterým prochá zí konstantní proud. Kompenzá torem se mě ř í úbytky napě tí na rezistoru a odporovém teplomě ru. U této metody se používá mě ř ící př ístroj s číselnou indikací mě řené hodnoty. Kompenzace napě tí se prová dí samočinně , přesnost mě ř ení je až 0,01%.

Chyby př íměř ení odporový mi teploměry: Dovolené chyby u platinových odporových teplomě rů jsou podle Č SN do 1% v celém rozsahu mě ř ení. Př ipojení čidla odporového teplomě ru: a) U dvojvodičového zapojení se odpor př ívodu musí nastavit na jmenovitou hodnotu pomocí vyrovná vacího odporu RJ – nevýhodou je, že se úplně projevuje vliv kolísá ní teploty na odpor vedení. Je to nejméně př esné mě ření. RJ Rυ

b) U trojvodičového zapojení se podstatně zmenšuje vliv odporu vedení na kolísá ní teploty, protože v mě ř ící a porovná vací vě tvi vznikají stejné změ ny odporu. Tř etí vodič posouvá napá jecí bod až ke snímači teploty ( odporový teplomě r ). Proto vedení může být v podstatně delší, než u dvojvodičového zapojení. RJ Rυ RJ RJ

55

c) U čtyř vodičového zapojení není tř eba nastavovat odpor vedení. Toto vedení se používá pro nejpř esně jší mě ření.

Rυ

-

Výhody mě ř ení odporovými teplomě ry: velká př esnost mě ření nízkých a stř edních teplot možnost mě ř ení rychle se mě nících teplot (krá tká časová konstanta) vysoká citlivost na malé teplotní změ ny necitlivost vůči rušivým vlivům možnost mě ř ení teplot jedním vyhodnocovacím zař ízením na ně kolika místech možnost dá lkového mě ř ení registrace využití signá lu k automatické regulaci

Nevýhody mě ření odporovými teplomě ry: - malá otř esu vzdornost - nepoužitelnost v normá lním provedení v prostř edí s nebezpečím výbuchu.

24a) MĚŘ ENÍ TEPLOT ODPOROVÝMI TEPLOMĚRY Podstatou činnosti odporových teplomě rů je změ na odporu čidla s teplotou. Č idlo je vyrobeno navinutím velmi slabého drá tku (PtRh) na vhodném nosném já dru. Př i změ ně teploty dochá zí ke změ ně odporu čidla, tzn. že vlastně mě ř íme odpor ale př ístroj je na cejchovaný ve °C. Používá me tyto mě ř ící metody: a) výchylková b) můstková c) kompenzační Vý chylkové metody Mě ř ící př ístroj je zapojen v úhlopř íčce můstku. Mírou odporu je proud, který prochá zí mě ř ícím př ístrojem. Protože výchylka př ístroje je značně ovlivně na změ nami napá jení je tř eba napá jecí napě tí př esně dodržet. K vyrovná ní odporu vedení se používají RJ (justovací odpory), které mají obvykle hodnotu 16 Ω . Mě ř ení pomocí pomě rových mě ř ících př ístrojů: Je to magnetoelektrický systém se zkř íženými cívkami. Obě cívky jsou napá jeny ze společného zdroje. Výchylka je dá na pomě rem dvou cívek.

56

R

R

υ

υ

RJ R J

~ ~ Můstková ( nulová ) metoda Odporový teplomě r je zapojen do jedné vě tve můstku, rovnová ha se nastavuje změ nou odporu druhé vě tve. Mírou mě ř eného odporu a tím i teploty je buď odpor nastavitelného rezistoru, nebo poloha jezdce potenciometru. Potenciometr je spojen s ukazatelem, nebo s registračním zař ízením. Můstek je nastaven tak, že př i 100 Ω je 0°C R

υ

G

~ Kompenzační metoda Je to nejpř esně jší metoda, odpor není ovlivně n odporem př ívodu. Princip spočívá v mě ření úbytků napě tí na rezistoru, kterým prochá zí konstantní proud. Kompenzá torem se mě ř í úbytky napě tí na rezistoru a odporovém teplomě ru. U této metody se používá mě ř ící př ístroj s číselnou indikací mě řené hodnoty. Kompenzace napě tí se prová dí samočinně , přesnost mě ř ení je až 0,01%. mA Rυ

RN

Uυ

UN

RJ =

UJ ´ RN UN

Rυ– odporový teplomě r RN – konstantní odpor Uυ– výchylka na odporovém teplomě ru UN – výchylka na konstantním rezistoru K

57

Chyby př íměř ení odporový mi teploměry: Dovolené chyby u platinových odporových teplomě rů jsou podle Č SN do 1% v celém rozsahu mě ř ení. Př ipojení čidla odporového teplomě ru: d) U dvojvodičového zapojení se odpor př ívodu musí nastavit na jmenovitou hodnotu pomocí vyrovná vacího odporu RJ – nevýhodou je, že se úplně projevuje vliv kolísá ní teploty na odpor vedení. Je to nejméně přesné mě ř ení. RJ Rυ

e) U trojvodičového zapojení se podstatně zmenšuje vliv odporu vedení na kolísá ní teploty, protože v mě ř ící a porovná vací vě tvi vznikají stejné změ ny odporu. Třetí vodič posouvá napá jecí bod až ke snímači teploty ( odporový teplomě r ). Proto vedení může být v podstatně delší, než u dvojvodičového zapojení. RJ Rυ RJ RJ

f) U tyř vodičového zapojení není třeba nastavovat odpor vedení. Toto vedení se používá pro nejpř esně jší mě ř ení.

Rυ

-

Výhody mě ř ení odporovými teplomě ry: velká př esnost mě ření nízkých a stř edních teplot možnost mě ř ení rychle se mě nících teplot (krá tká časová konstanta) vysoká citlivost na malé teplotní změ ny necitlivost vůči rušivým vlivům možnost mě ř ení teplot jedním vyhodnocovacím zař ízením na ně kolika místech možnost dá lkového mě ř ení registrace využití signá lu k automatické regulaci

-

Nevýhody mě ření odporovými teplomě ry: malá otř esu vzdornost nepoužitelnost v normá lním provedení v prostř edí s nebezpečím výbuchu.

58

24b) MĚŘ ENÍ NA NF ZESILOVAČ Í CH Zesilovač je elektronické zař ízení, jehož výstupní signá l, odevzdaný spotř ebiči je vě tší než výkon vstupního budícího signá lu. Je navržen tak, aby zesiloval v požadovaném frekvenčním signá lu Zá kladní podmínky a požadavky př i mě ření nf. zesilovačů: Mě ř ení se prová dí pro jmenovité provozní podmínky – musí se př ipojit zatě žovací rezistor který musí mít shodnou hodnoto jako má zatě žovací impedance pro který byl zesilovač navržen. Frekvence vstupního signá lu musí být nastavena tak, aby se co nejméně uplatňoval vliv korekčních obvodů asi 1kHz

RG = 0,1 ZVST

Měř ení vstupní impedance nf. zesilovačů ZESILO

V1

V

G ~ ~

Rz

V2

U1

ZVST – přepoklá daná vstupní impedance, zjiště ná ze štítku př ístroje. Absolutní hodnotu vstupní impedance zjišťujeme mě ř ením zesílení. Př edpoklá dá me, že vnitř ní odpor zdroje signá lu tvoř í max. 10% z celkové impedance zdroje (Rg = 0,1). Mě ř í se př i frekvencích zhruba 10 kHz, protože u nf. zesilovačů by př i vyšších frekvencích dochá zelo ke zkreslení. Na výstupu je zesilovač zatížen rezistorem RZ. Na vstupu nastavujeme jmenovité vstupní napě tí U1. Napě tí U1 i U2 na výstupu mě ř íme buď elektronickým voltmetrem nebo osciloskopem. U1 Z namě ř ených hodnot vypočítá me absolutní hodnotu impedance : Z = ´ Rg U2 Měř ení vý stupní impedance nf. zesilovače V

Rg = 0,1 ZVST zesilovač G ~ ~

US

V1

U1

V2

U2 U20

Rz

Je to vnitř ní impedance na výstupních svorká ch zesilovače př i provozních podmínká ch. Př i př ipojení zá tě že nastavíme jmenovité hodnoty změ ř íme U2 na výstupu a po odpojení zá tě že změ ř íme U20. Z namě ř ených hodnot vypočítá me výstupní impedanci. U20 - U2 ZVYST = RZ U2

59

Měř ení zesílení nf. zesilovačů Rg = 0,1 ZVST zesilovač G ~ ~

V1

US

U1

U2

V2

RZ

Č tyř pólové zesílení napě tí nf. zesilovače je dá no pomě rem výstupního napě tí U2 ke vstupnímu U2 AU = napě tí U1 U1 Pomocí generá toru budícího signá lu nastavíme vstupní napě tí na jmenovitou hodnotu. Rezistor Rg slouží k nastavení impedance (menší než 10 % celkové jmenovité impedance). Regulá torem zesílení nastavíme na výstupu rezistoru RZ jmenovité napě tí U2. Mě ř íme př i normá lních provozních podmínká ch a když snížíme úroveň napě tí signá lu, pak poklesne výstupní napě tí U2 př ičemž odečítá me hodnotu U2 a dosadíme do vzorce. Měř ení zkreslení nf. zesilovačů zesilovač

Rz G ~ ~

US

V1

U1

RZ

U2

V2

Y

Mě ř ení se prová dí př i jmenovitých provozních podmínká ch, př i frekvencích do 1 kHz aby nedochá zelo k ovlivňová ní mě ř ení. Moderní mě ř iče zkreslení mají vlastní budící generá tor, který splňuje podmínky pro stabilitu. Na obrazovce osciloskopu můžeme porovnat tvary budícího signá lu na vstupu s výstupním signá lem.

60

25a) ANALYZÁTORY Analyzá tor je automatické nebo poloautomatické zař ízení, které udá vá složení analyzované lá tky. Pracuje na zá kladě fyziká lních nebo fyziká lně chemických reakcí. Pracuje buď spojitě nebo nespojitě . Výsledné hodnoty jsou buď ukazová ny na stupnici, registrová ny, signalizová ny př ípadně př edá vá ny k dalšímu zpracová ní Poloautomatický analyzá tor - ke své činnosti potř ebuje ruční zá sah, jedná se o dá vková ní vzorků. Jsou to př enosná zař ízení. Indiká tor - je to rovně ž určitý druh poloautomatického analyzá toru. Pracuje nespojitě a je př enosný Síťový analyzá tor - jedná se o př ístroj, který sleduje jakost napě tí. Poruchy způsobené spotř ebiči působí zpě tně na rozvodnou síť, čímž může být ovlivně na provozní bezpečnost ostatních síťových účastníků. Detektor - je vlastně mě ř ící ústrojí u analyzá toru - čidlo analyzá toru. V zásadě se rozdělují takto: 1. Termochemické 2. Termoelektrické 3. Absorpční Termochemické analyzátory Využívají reakcí které jsou prová zeny změ nami teplot. Teplo uvolně né př i reakci zvyšuje teplo soustavy zvýšení teploty je př ímo úmě rné koncentraci analyzované lá tky. Všechny mě ř ící metody používají mě ř ící komůrky. Zvýšená teplota soustavy se snímá . Rozlišujeme tř i typy základních mě ř ících komůrek: 1. Analyzovaný plyn prochá zí komůrkou ve které je umístě no platinové vlá kno. Vlá kno se vyhř ívá el. proudem na teplotu př i niž probíhá spalová ní mě ř ené lá tky. Uvolně ním spá leným teplem se zvyšuje teplota vlá kna, což se projeví zvě tšením el. odporu. Změ na odporu se mě ř í. 2. V termostatu je uložena komůrka, která je z čá sti vyplně na katalyzá torem. Analyzovaný plyn protéká komůrkou a na katalyzá toru vzniká reakce, která způsobí zvýšení teploty - mě ř í se termoelektrickým člá nkem. 3. Analyzovaný plyn př ichá zí do el. vyhř ívané pícky - která současně tvoř í mě ř ící komůrku. Osou pícky prochá zí keramická trubička, která je na svém povrchu natřena katalyzá torem. Zvýšení teploty způsobené spalová ním analyzované lá tky se mě ř í termoelektrickým člá nkem. První typ:

Druhý typ:

nosníky komů rka

komů rka měřicíspoj

Platinové vlá kno

srovná vacíspoj

61

katalyzá to r Měřícípřístroj

Termoelektrické analyzátory Rozezná vá me dva typy termoelektrických analyzá torů. c) Potrubím (1) se př ivá dí analyzovaný plyn do mě ř ící komůrky (2) ve které je spalovací drá tek (3) ze slitin radia a platiny vytá pě n na teplotu 500°C. K analyzovanému vzorku je přes filtr (6) př isá vá n vzduch. Množství spalitelné lá tky se určuje podle změ ny drá tku. Mě ř ící drá tek (3) a srovná vací drá tek (4) tvoř í horní vě tve můstku. 10

6

4

11

7

5

9 2

8

3

12

14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25.

Vstupní potrubí Mě řící komůrka Spalovací drá tek Mě řící drá tek Spalovací komůrka Filtr Tepelně zá vislý rezistor Tepelně zá vislý rezistor Svorky napá jecího zdroje Mě řící zdroj Vstup vzduchu

1

d) Topný člá nek je pokryt katalickou vrstvou. Difůzí se do komory dostá vá smě s mě ř eného plynu. Spá lená čá st mě ř eného plynu se spá lí na katalyzá toru a zvýší se teplota vlá ken, která jsou zapojena do můstku. Výstupní napě tí z můstku je př ipojeno na zesilovač a klopné obvody. Analyzá tor se používá ke stanovení koncentrace výbušných lá tek ve vzduchu. Oznamuje nebezpečnou koncentraci zvukovou a svě telnou signalizací. Klopný obvod př i nebezpečné koncentraci vypne celé provozní zař ízení. Nezá visle na tomhle dě lení je můžeme dě lit takto: Analyzátory skupenství- analyzá tory plynů,kapalin a plynných lá tek. Podle počtu určovaných lá tek - jednosložkové a dvousložkové Podle principu č innosti - analyzá tory založené na fyziká lním principu a na analyzá tory založené na chemicko fyziká lním principu. Pod e úč elu použitíl - analyzá tory výrobních procesů, bilanční analyzá tory, zabezpečovací analyzá tory. Absorpce zář ení: Prochá zí-li elektromagnetické zá ření ně jakým prostředím pohlcuje toto prostř edí čá st energie, tzn. že intenzita vystupujícího zá ř ení bude menší než intenzita vstupního zá ř ení. Absorpce je zá vislá na koncentraci absorbující lá tky a na tloušťce vrstvy v níž absorpci dochá zí. Mě ř ící metody: - rozlišujeme podle vlnové délky použitého elektromagnetického zá ř ení. Absorpce ultrafialového zář ení Absorpce viditelného zář ení– kalimetrické metody Absorpce infrač erveného zář ení

62

1. Př ístroje založené na využití absorpce ultrafialového zá ření: Ultrafialové analyzá tory používají jako zdroj zá ř ení nízkotlaké a vysokotlaké rtuťové výbojky, vodíkové výbojky a wolframové lampy. K indikaci zá ř ení se používají vakuové nebo plynové fotonky. V moderně jších analyzá torech př edevším polovodičové diody, nebo fototranzistory Funkce: - ultrafialové svě tlo ze zdroje prochá zí filtrem, čočkou a clonou a je rozdě lová no na dva svazky paprsků. Jeden svazek prochá zí mě ř ícím člá nkem a druhý srovná vacím člá nkem, oba jsou pak soustř edě ny na foto diodu. Používá se jen jedna fotodioda, protože nestejné vlastnosti dvou fotodiod by ovlivnily mě ření. Tento analyzá tor se používá určová ní čistoty chlóru. 2. Kalometrické analyzá tory Zde se jako zdroj svě tla používají žá rovky. Jako detektory se používají fotodiody a fototranzistory. Funkce: - ze zdroje svě tla vychá zejí svě telné paprsky, které prochá zejí clonami, optikou a po průchodu mě ř ícím ústrojím a srovná vacím člá nkem dopadají na fotodiody. Fotodiody jsou zapojeny elektricky proti sobě a výchylka mě ř ícího př ístroje udá vá koncentraci mě ř ené lá tky. V př ípadě slabého signá lu se používá zesilovač. 3. Infračervené analyzá tory Používají jako zdroj zá ř ení nikl-chromového vlá kna, nebo pá sky. Ž haví se na teplotu 600 – 800°C. Bývají umístě ny v ohnisku parabolické zrcadlovky. Jako detektory se používají kyvety plně né plynem, který pohlcuje zá ření určité vlnové délky. Funkce: - infračervené zá ření je soustř eďová no do parabolickými zrcadly do dvou svazků. Jeden prochá zí filtračním člá nkem (kyvetou) a druhý srovná vacím člá nkem. Filtrační člá nek nasaje prostředí s určitým plynem, jestliže tento plyn neabsorbuje infračervené zá ř ení zvýší se teplota v člá nku (v kyvetě ) a zvýší se rozdíl teplot mezi mě ř ícím a srovná vacím člá nkem. Rozdíl se mě ř í a je mírou obsahu určitého plynu v ovzduší. Takto se mě ř í CO2.

63

25b) METODY MĚŘ ENÍ KAPACIT Můstková metoda Kondenzá tor s nezná mou kapacitou př ipojíme ke svorká m. Jedna z tě chto svorek je uzemně na, proto aby namě řená hodnota byla př esně definová na proti zná mému potenciá lu. Otočný kapacitní normá l CN se nastaví otočným stavítkem asi do poloviny své kapacity. Promě nný rozsahový rezistor R2 nastavíme na nejvě tší rozsah. Pak zapojíme generá tor a nastavíme př edepsané ST napě tí. Př epíná ním rezistoru R2 nastavujeme na indiká toru nejmenší výchylku – tzv. drahé vyrovnání. Můstek vyrovná vá me změ nou kapacity normá lového kondenzá toru CN – tzv. levné vyrovnávání. Př i sprá vně vyrovnaném můstku stanovíme kapacitu mě řeného kondenzá toru ze vzorce: R4 CX = ´ CN . R3 R2

CN

CX ↑ C4 R3

R4

~ Nepř ímá metoda Tato metoda je v podstatě založena na Ohmově metodě . Napá jecí napě tí je ze zná mého zdroje U napě tí a proud se vypočítá . U kondenzá torů nehovoř íme o impedanci nýbrž o kapacitanci. XC = I 1 500 ´ I XC = C= 2pfC pfU A 220 V 50 Hz

Hz f

Z

I

U V

C 1

Podpis nebyl overen

Digitally signed by Jiri Jemelka DN: cn=Jiri Jemelka, o=ABJEX Team Date: 2002.04.06 10:16:02 +02'00'

Jiri Jemelka 64