Elektrické měření definice.: Poznávací je zjištění:
proces
jehož
prvořadým cílem
•
výskytu a
•
velikosti (tzv. kvantifikace)
měřené veličiny při využívání známých fyzikálních jevů a zákonů.
MP - Ampérmetr A U
I
R
Naměřená hodnota proudu 5 A znamená, že měřená veličina je 5 x větší než jednotka - A
1
Zákon o metrologii (metrologický zákon) č. 505/1990 Sb. v pl. znění
+ novely a velké množství navazujících prováděcích a souvisejících předpisů) ↓ zajišťuje jednotnost a správnost měřidel a měření
Kategorie měřidel dle MZ : • etalony,
• pracovní měřidla stanovená (stanovená měřidla), • pracovní měřidla nestanovená (pracovní měřidla), • informativní měřidla
2
Definice základních pojmů • kalibrace = proces návaznosti etalonů a pracovních měřidel
• ověření = proces návaznosti stanovených měřidel je nazýván
• úřední měření = metrologický výkon, o jehož výsledku vydává autorizovaný subjekt doklad, který má charakter veřejné listiny
Orientační“ či „informativní“měřidla •
pracovní měřidla, která byla před uvedením do oběhu prvotně kalibrována
•
měřidlo musí být jednoznačně odlišitelné značkou od ostatních pracovních měřidel, (např. informativní měřidlo)
• základem je prvotní kalibrace u výrobce a té přisoudit neomezenou lhůtu platnosti,
• omezující aspekty pro tato měřidla: - nesmí mít přímý či blízký vliv na: jakost činnosti – výroby či služby apod., bezpečnost při práci, zdraví či životní prostředí apod., - nebude použito tam, kde je předepsáno použití pracovního měřidla, ošetřeného v metrologickém systému firmy - nemusí být vedena v metrologické evidenci firmy - ostatní pracovní měřidla pochopitelně ano (ve větších subjektech s velkými počty měřidel)
3
Elektrické měření obsahuje: Objekt měření (měřené veličiny) • Měřící zařízení (spojení objektu s MP) • Metodu měření (aplikace fyzikálního zákona) •
Zpětné působení Objekt měření
Měřící zařízení
Signál
Chyby měření Systematické
- absolutní chyba : - relativní chyba :
Omyly
Náhodné
Δ X = X − X SKU T δ =
ΔX X
⋅100
[%]
4
Základní pojmy Citlivost přístroje
αd c= r
kde r -
rozsah přístroje , αd - celkový počet dílků na stupnici
Třídy přesnosti: (0,1; 0,2; 0,5; 2,5; 5 %) Definice třídy přesnosti: Podíl relativní chyby a rozsahu maximální výchylky (bývá uvedena na MP) ~ maximální dovolená chyba (%) vztažená na plnou výchylku
5
Konstanta přístroje: k - počet jednotek na jeden dílek stupnice
r
1 k= = α c
(obrácená hodnota citlivosti)
Zkušební napětí MP - maximální hodnota při BP, (označení na přístroji )
Vlastní spotřeba MP - příkon potřebný na plnou výchylku
Přetížitelnost přístroje - maximální násobek jmenovité hodnoty bez poškození
Provozní poloha MP - zaručuje se třída přesnosti
6
Příklady značek, vyskytujících se na měřících přístrojích (MP) MP pro měření stejnosměrného proudu - DC MP pro měření střídavého proudu - AC MP pro měření stejnosměrného (DC) a střídavého (AC) proudu 1,5 ; 0,5; 0.2
třídy přesnosti MP
MP je určen pro svislou polohu MP je určen pro vodorovnou polohu MP je určen pro šikmou polohu 60° k vodorovné rovině značka uzemňovací svorky
7
„2 ve hvězdě …………….zkušební napětí je 2 kV; “hvězda bez čísla” …… zkušební napětí je 500 V; „hvězda s 0“ ……………zkušební napětí se nezměřilo.
Rozdělení EMP dle jejich použití: • Rozváděčové (pevně namontované na panelu) • Montážní (přenosné) • Laboratorní (větší přesnost, rozměry, kontrolní funkce) • Základní (normály)
8
Rozdělení EMP podle způsobu: snímání :
zobrazení :
odečítání :
-analogové
-ukazovací
-ručkové
-číslicové (digitální)
-zapisovací
-číslicové -registrační -vibrační, světelné
Ručkové měřící přístroje: a) Měřící systémy - označení ........ pro měření ss (DC) proudu ........ s usměrňovačem ( i pro měření střídavého (AC, ~) proudu) ......... s termočlánkem (měří efektivní hodnoty) moment M ~ B.I.l ~ k . Id , - měří střední hodnoty stupnice MP je pro harmonický průběh veličiny cejchována v efektivních hodnotách !!
9
elektrodynamický - měřící systém neobsahuje ferromagn. materiál ferrodynamický (cívky mají železné jádro), -větší moment,
použití - zejména pro měření elektrického výkonu a střídavého proudu,
Další druhy MP Číslicové (digitální) MP - měřící systém + záznamové zařízení
Registrační - zobrazení okamžitých hodnot
10
Osciloskopy - pozorování okamžitých hodnot veličin v souvislé podobě Časová základna osciloskopu- zařízení umožňující přemístění stopy jako specifikované funkce času
Oscilograf - k zapisování okamžitých hodnot veličin
v souvislé podobě
Virtuální měřící přístroje VMP) - ( SW + PC + převodník)
Podstatou VMP je: • doplnění PC zásuvnou multifunkční kartou (D/A) • vytvoření vhodného programu pro PC • vhodné vývojové prostředí v PC Vlastnosti: nižší ceny, flexibilita (možností změny vlastností pomocí SW)
11
Měření elektrických veličin Měření elektrického napětí: Voltmetr
náhradní schéma V
RiV V
Připojení paralelně k měřícímu obvodu –
obr
Změny měřícího rozsahu (možné způsoby) • předřadným odporem
U = UV ⋅
(bývá zabudován přímo v MP)
RiV + RP RiV
• napěťovým převodním transformátorem (snižovací účinek, galvanické oddělení)
• měřícím zesilovačem (zesílení, galvanické oddělení optočlenem)
12
Změny měřícího rozsahu V-metru • napěťovým převodním transformátorem (snižovací účinek, galvanické oddělení) n
N
UV
U (AC)
V RiV >> 0
M m
Měření elektrického proudu: Ampérmetr
A
náhradní schéma RiA A
Připojení sériově k měřícímu obvodu
13
Změna měřícího rozsahu A-metru - bočníkem IL
R iV
A
RB
U
IL
R iA IA
U
IL = I A ⋅
RL
R iA RB
mV
RB
RL
IV IL = U =
mV
⋅
I NB U NB
U mv RB
• (převod proudu I na napětí U s tím, že mV- metr je cejchován v jednotkách proudu - A)
• proudovým převodním transformátorem
IL K
U
k
pI
IA L
R
Poznámka:
A
l
I L = I A ⋅ pI pI =
I1 I2
Měření přes proudový transformátor je možné pouze u střídavého proudu !!!
14
Měření elektrického výkonu Ve stejnosměrných obvodech: - nepřímá metoda - U * I - přímá metoda = elektrodynamický W-metr Ve střídavých obvodech: - přímá metoda pomocí MP - W-metrů.
W zpět Wattmetry -- 2 měřící obvody (cívky): proudový a napěťový - zpět i u
W u
A RL
V
Zapojení A-metru W-metru a V-metru v elektrickém obvodě
15
Měření jalového výkonu: • přímá metoda - pomocí var- metru (W-metrů zapojeného tak, že napětí je posunuto o úhel 90o)
Q = U ⋅ I ⋅ sinϕ = U ⋅ I ⋅ cos (π/2 − ϕ ) • nepřímo určením z trojúhelníku výkonů U 2 ⋅ I 2 = P 2 + Q2 ⇒ Q = U 2 ⋅ I 2 − P 2 =
(U ⋅ I + P ) ⋅ (U ⋅ I − P )
Měření zdánlivého výkonu: - nepřímá metoda pomocí A-metru a V-metru A
+
I U
UV
V
A
Iz=IA
Z
-
16
Měření elektrické energie: Elektroměr
Wh
Rozdělení dle provedení : •
mechanický
•
elektronický
Rozdělení dle určení •
jednosazbový, dvousazbový
•
speciální
Měření odporu: Ohmova metoda
RX =
UX IX
, kde UX - úbytek napětí na odporu IX - proud tekoucí odporem
Varianta zapojení s voltmetrem před ampérmetrem: RX =
U X UV − U A = IX IA
Varianta zapojení s voltmetrem za ampérmetrem: RX =
UV UV = IX I A − IV
17
Měření neelektrických veličin elektrickými metodami Filosofie – převod neelektrické veličiny na veličinu elektrickou, kterou již jsme schopni změřit Použití : - k vyhodnocení (kvalitativní a kvantitativní) - jako řídící (akční) veličina v ASŘ Výhody elektrického měření neelektrických veličin: • velká citlivost; • velká přesnost; • možnost dálkového přenosu; • možnost registrace a dalšího zpracování. Nevýhody: •větší pořizovací náklady
Měřící sestava obsahuje:
SNÍMAČ
MĚŘÍCÍ OBVOD (zesilovač + zdroj)
VYHODNOCENÍ ZAŘÍZENÍ
18
Snímač: - umožňuje přeměnu neelektrické veličiny na elektrický signál. Rozdělení snímačů dle principu: a) aktivní: - přímá přeměna veličiny na elektrickou veličinu U, I, Q, f) (piezoelektrický, termočlánky, elektromagnetický apod.) b) pasivní: (parametrické) - změna parametru elektrického obvodu R, L, C popř. i stav kontaktu (odporové, indukční, kapacitní, fotoelektrické, kontaktní)
Rozdělení podle využívaného fyzikálního jevu nebo principu snímání, ( druhu výstupního signálu senzoru): a) odporové,kapacitní,indukčnostní, indukční, transformátorové b) piezoelektrické, optoelektronické c) vibrační d) magnetoelastické, magnetoelektrické termoelektrické a další
19
Příklady měření neelektrických veličin kolem nás
• Měření rychlosti, vzdálenosti (cyklopočítač) • Měření tělesného tuku, BMI, krevního tlaku, pulzu • Měření vzdálenosti, vodorovnosti, svislosti • Měření teploty povrchů těles • Měření rychlosti (PČR) - zkuste popsat podstatu výše zmíněných měření
20
