Elektromechanické měřicí přístroje Lubomír Slavík TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií
Materiál vznikl v rámci projektu ESF (CZ.1.07/2.2.00/07.0247) Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Vlastnosti elektrických měřicích přístrojů s elektromechanickým ústrojím pevná část pohyblivá část – otočné ústrojí měřená veličina vyvolá pohybový moment – vychýlení otočného ústrojí z nulové polohy proti působení řídicího (direktivního) momentu pohybový moment
M p f x k p x
x … měřená veličina β … výchylka otočného ústrojí v rad
direktivní moment
Md M p 0 Cx
x
k
x 1 Kx Cx
kp kd
M d kd
x
kp kd
α … výchylka otočného ústrojí v dílkách
g k
citlivost měřicího přístroje definují statické vlastnosti měřicího přístroje konstanta měřicího přístroje
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Dynamické vlastnosti – působení 4 momentů moment direktivní moment pohybový moment setrvačnosti sil moment brzdicí
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Typy měřicích elektromechanických přístrojů Magnetoelektrické Elektromagnetické Elektrodynamické Ferodynamické Indukční Kmitočtoměry (rezonanční přístroj)
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Magnetoelektrický (Deprézský) měřicí systém Permanentní magnet ‐ měřicí cívka ‐ pólové nástavce Vhodné pouze pro měření ss (DC) U a I Výchylka úměrná proudu měří střední hodnotu prvku Střídavý proud lze měřit až po usměrnění Stupnice kalibrovaná pro efek vní hodnoty harmonického usměrněného průběhu → pro jiný než sinusový průběh nutný přepočet Princip měření: do cívky přiváděn proud → silový účinek → vychýlení měřicí cívky na které je ručička
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Magnetoelektrický ampérmetr I N Im
Rb
Rm N 1
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Magnetoelektrický voltmetr U N Um
R p Rm N 1
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Magnetoelektrické přístroje s usměrňovačem
Přístroj měří střední hodnotu, je však kalibrován v efektivních hodnotách pro harmonický (sinusový) průběh. Při neharmonickém (nesinusovém) průběhu nelze efektivní hodnotu z údaje přístroje určit! Střední hodnotu vypočteme podělením údaje koeficientem tvaru pro harmonický průběh (1,11)
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Magnetoelektrické přístroje s usměrňovačem - pokračování
Kmitočtová závislost: parazitní kapacity předřadných rezistorů (V‐metr) parazitní indukčnosti bočníků (A‐metr)
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Speciální typy magnetoelektrických přístrojů Magnetoelektrické přístroje s termoměničem Napětí Ut, které měří mgel. milivoltmetr je úměrné rozdílu teplot θ a θ0 Teplota θ, na kterou se ohřeje topný vodič, je úměrná kvadrátu protékajícího proudu →mgel. přístroj s termoměničem měří efektivní hodnotu Výhody: nízká frekvenční závislost, měří správně i při velkém činiteli výkyvu. Nevýhody: Nízká přesnost, malá přetížitelnost.
Galvanoměry měření extrémně malých proudů – až 1010 d/A ukazatele vyvážení ss můstků
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Elektromagnetický přístroj Pevná cívka, v dutině je otočná osa, na ose váhový segment, který je v jádru cívky Princip: po připojení U zmagnetují segmenty ve shodě → segmenty se budou odpuzovat → otočení osy, na které je ručička Měří efektivní hodnoty U a I Nepotřebuje usměrnění, lze měřit DC i AC hodnoty U a I
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Elektromagnetický voltmetr
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Praktická provedení
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Elektrodynamický přístroj Pevná cívka vytváří elektromagnetické pole, pohyblivá cívka vytváří výchylku Princip: pohyblivá cívka je připojena na napětí, pevná na proud → výchylka je úměrná součinu U a I Používá se zejména při měření výkonu Měří pouze činný výkon Princip
pro střídavé průběhy:
pro harmonický průběh:
Přepínání rozsahů ‐ Napěťové rozsahy – předřadný rezistor Proudové rozsahy – sério‐paralelní řazení ekvivalentních sekcí cívky
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Ferodynamický přístroj menší přesnost omezenější frekvenční rozsah méně citlivé na okolní rušení – výborné elmag stínění
Princip
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Elektrostatický přístroj
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Indukční přístroje MOPC – mag. obvod proudové cívky MONC – mag obvod napěťové cívky BM – brzdicí magnet K – hliníkový kotouček
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Praktické provedení indukčního přístroje
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Poměrové přístroje ‐ logometry
G (I1/I2) … výchylka ručky závislost pohybových momentů a na výchylce i poměru proudů cívkami:
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Vibrační kmitoměr
největší použití pro 50Hz
F ~ B2 … mechanická rezonance nastává při f=2.fB
Měřicí metody, impedanční můstky Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Schématické značky základních typů elektromechanických měřicích přístrojů