Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb
CW01 - Teorie měření a regulace ZS – 2010/2011
9.3
© 2010 - Ing. Václav Rada, CSc.
Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb
Teorie měření a regulace elektr. měření
14.SP-t.6. ZS – 2014/2015
© 2014 - Ing. Václav Rada, CSc.
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Další pokračování
o principech A
© VR - ZS 2009/2010
měření …………
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření fyzikálních veličin – elektrické veličiny Elektrotechnická měření lze rozčlenit do skupin či oblastí podle obecných nebo specifických kriterií závislých na účelu členění.
Do skupiny „Základních elektrotechnických měření“ jsou zařaA zena měření základních elektrotechnických veličin:
© VR - ZS 2009/2010
- napětí
- odporu
- proudu
- kapacity
- výkonu
- indukčnosti
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření fyzikálních veličin – elektrické veličiny Ostatní měření elektrotechnických veličin (většinou odvozených či odvoditelných, případně vypočitatelných, ze základních měření, kdy jsou takovéto komplikované přístupy nahrazeny přímo přístrojem obsahujícím vše potřebné – např. mikropočítač pro numeA rické výpočty atd. – z těch nejznámějších sem patří měření výkonu / příkonu či cos φ – takto definováno jen pro jednoduchost) - jsou zařazeny do jediné skupiny –
„Pokročilá elektrotechnická měření“.
© VR - ZS 2010/2011
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření napětí: Přístroj:
voltmetr Zapojení: paralelně ke zdroji či spotřebiči (k potenciálovému rozdílu)
© VR - ZS 2009/2010
V
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření napětí:
G
V
RZ
V MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJ
ZDROJ
© VR - ZS 2009/2010
alternativní zapojení MĚŘÍCÍHO PŘÍSTROJE
ZÁTĚŽ
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření vyšších napětí – použití napěťového děliče: Aby byl V-metr schopen měřit vyšší napětí (UG) – a to právě „nkrát“ vyšší – musí být použit napěťový dělič – zde odporový. Problémem napěťových děličů je, že odpor R1 musí být podstatně menší než vnitřní odpor V-metru – za dostatečné se považuje, pokud hodnota vzájemného poměru těchto odporů bude minimálně 100, lepší je 1000.
Odpor R2 je v praxi zátěží neboli spotřebičem a jeho hodnota je tudíž dána (a většinou se nedá ovlivnit) – pak musí být použit (jako speciální varianta) měřicí přístroj s vysokým vnitřním odporem.
© VR - ZS 2010/2011
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření vyšších napětí – použití napěťového děliče:
R1 G ZDROJ
MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJ
ODPOROVÝ DĚLIČ
UG
© VR - ZS 2009/2010
UG - Um
R2
Um
V
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření vyšších napětí – použití napěťového děliče: Napěťový dělič sníží napětí (UG) v poměru hodnot celkového odporu (R1 + R2) a dílčího odporu (R2) na úroveň Um:
Um / R2 = (UG – Um) / R1
R1 = R2 * ( UG / (Um – 1) ) Dělicí poměr napěťového děliče a hodnota „základního“ odporu v děliči jsou dány vztahy:
n = UG / Um R1 = R2 * ( n – 1)
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření vyšších napětí – použití napěťového děliče: Napěťový dělič sníží napětí (UG) v poměru hodnot celkového odporu (R1 + R2) a dílčího odporu (R2) na úroveň Um:
Um / R2 = (UG – Um) / R1
R1 = R2 * ( UG / (Um – 1) ) Dělicí poměr napěťového děliče a hodnota „základního“ odporu v děliči jsou dány vztahy: © VR - ZS 2009/2010
n = UG / Um R1 = R2 * ( n – 1)
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření vyšších napětí – použití napěťového děliče: Druhým problémem je, že odpory děliče musí také snést (vydržet) procházející proud - jejich výkonová hodnota (tzv. „watáž“ neboli hodnota dovolené či přípustné wattové zátěže jednotlivých prvků děliče) – musí respektovat tento procházející proud. V některých případech (a to pouze u střídavého napětí) mohou být místo odporů použity kondenzátory.
Jiná verze pro střídavé napětí je využití transformátoru se snižujícím poměrem.
© VR - ZS 2010/2011
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření proudu: Přístroj:
ampérmetr
A Zapojení: sériově ke zdroji či spotřebiči (aby přístrojem protékal ak-tivní pracovní proud)
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření proudu:
A G
ZDROJ
© VR - ZS 2009/2010
MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJ
RZ ZÁTĚŽ
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření proudu: Hodnota proudu je dána Ohmovým zákonem:
U = R * I … … napětí je dáno násobkem odporu a proudu nebo
I=U/R To znamená, že velikost proudu závisí na hodnotě napájecího napětí (napětí zdroje UG) a hodnotě zátěžného odporu Rz.
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření výkonu / příkonu: Přístroj:
W
wattmetr obsahuje vždy dvě části = pro měření připojeného napětí a pro měření procházejícího proudu – výchozí vztah:
P=U* I © VR - ZS 2010/2011
nebo
N=U*I
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření výkonu / příkonu: Zapojení: principem je současné sériově a paralelně ke zdroji či spotřebiči (aby přístrojem protékal aktivní pracovní proud a přístroj byl zároveň připojen i na příslušný potenciálový rozdíl)
© VR - ZS 2010/2011
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření výkonu / příkonu:
W
G
ZDROJ © VR - ZS 2009/2010
MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJ (elektroměr)
RZ
ZÁTĚŽ
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření výkonu / příkonu:
A MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJ
G
ZDROJ © VR - ZS 2009/2010
MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJ
V RZ ZÁTĚŽ
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření (vykonané) práce: Přístroj:
elektroměr
Ws
Obsahuje vždy tři části = pro měření připojeného napětí, pro měření procházejícího proudu a pro určení doby po kterou proud procházel (pracoval) – výchozí vztah:
A=P* t © VR - ZS 2010/2011
nebo
A=U*I*t
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření práce: Zapojení: obdobné, tj. sériově a paralelně ke zdroji či spotřebiči – proto, aby přístrojem protékal aktivní pracovní proud a přístroj byl zároveň připojen i na příslušný potenciálový rozdíl + (navíc, protože fyzikální veličina „práce“ je dynamickou veličinou) časové určení = odměření doby po kterou proud protékal (pracoval)
© VR - ZS 2010/2011
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření práce:
Ws
G
ZDROJ
© VR - ZS 2009/2010
MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJ (elektroměr)
RZ
ZÁTĚŽ
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření el. práce - nepřímé měření: t
měření času
A MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJ
G
ZDROJ © VR - ZS 2009/2010
MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJ
V
RZ ZÁTĚŽ
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření el. práce: Zapojení 1-fázového elektroměru (pro jednofázový odběr) ve 3-fázové síti.
© VR - ZS 2009/2010
elektroměr
T- MaR
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření na 3-fázové síti: A
V
V
3-fázový ZDROJ
ZÁTĚŽ
V
N
V A
V
V A
napětí sdružené © VR - ZS 2009/2010
napětí fázové
fázový proud
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření odporu: Přístroj:
Rx
ohmmetr obsahuje vlastní zdroj napětí a proudu, který bude protékat měřeným odporem – (proto se nehodí každý přístroj pro měření libovolného fyzického odporu) – principiálně se využívá jednoho ze vztahů vyjadřujících Ohmův zákon: © VR - ZS 2010/2011
Ω
R=U/I
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření odporu: Zapojení přímé :
ohmmetr – (paralelně) k měřenému fyzickému odporu (předmětu, jehož elektrický odpor chceme změřit) – obsahuje vlastní zdroj cca 1,5 nebo 3 Vss – vyšší napětí se nepoužívá z provozně-praktických důvodů - pokud se neměří vysoké Ohmické hodnoty, například u isolačních odporů.
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření odporu – přímo Ohmmetrem:
MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJ
Ω
© VR - ZS 2009/2010
Rx
MĚŘENÝ (FYZICKÝ) ODPOR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření odporu - nepřímé: Zapojení nepřímé : sériovým ampérmetrem (přístrojem musí proté-kat aktivní pracovní proud tekoucí měřeným od-porem) a paralelním voltmetrem připojenými zároveň do obvodu s měřeným odporem – je nutný externí zdroj s hodnotami napětí a proudu přiměřenými měřenému odporu
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření odporu – pomocí výpočtu z Ohmova zákona: MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJ
A G
ZDROJ ss © VR - ZS 2009/2010
MĚŘÍCÍ PŘÍSTROJ
V
RZ ZÁTĚŽ
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření odporu: Měření velkých odporů (např. isolačního): přístrojem
megmet
– pro rozsah od 1 [ MΩ ] výše (až do hodnot jednotek [ GΩ ] podle konstrukce přístroje) – obsahuje zdroj zvýšeného střídavého napětí (500 Vst a více)
© VR - ZS 2009/2010
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření odporu: Měření zemních odporů přístrojem
terrametr
– pro rozsah od 10 [ MΩ ] výše (do hodnot až stovek [ GΩ ] podle konstrukce přístroje) – obsahuje vlastní zdroj cca 200 Vst a více
© VR - ZS 2009/2010
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Měření odporu: Měření velmi malých odporů (např. přechodových odporů v kontaktech a spojích)
přístrojem
miliohmmetr
– pro rozsah do 1 (příp. 10) [Ω ] – od hodnot 0,001 [Ω ] = 1 [ mΩ ] (nebo i menších) – vždy v můstkovém zapojení s kompenzacemi přídavných přechodových odporů a v přesných přístrojích i včetně teplotních kompenzací) – má vlastní zdroj malého stejnosměrného napětí (cca 1 až 3 V) © VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření na transformátoru:
primár
U1 L1 N1
U2
sekundár
L2 N2
Převodní poměr:
ktr = U2 / U1 = I1 / I2 = N2 / N1 © VR - ZS 2009/2010
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
Měření na transformátoru:
A
A U1
G
V
L1 N1
© VR - ZS 2009/2010
U2
L2 N2
V
RZ
T- MaR
MĚŘENÍ – TEORIE A PRINCIPY
… a to by bylo
k informacím o měření el. veličin (skoro)
vše © VR - ZS 2009/2010
99....
Témata
© VR - ZS 2009/2010
T- MaR