TEMATY EGZAMINACYJNE z „PODSTAW MIERNICTWA" w r. ak. 2003/2004

1. Wyjaśnij następujące pojęcia: pomiar, metoda pomiarowa, narzędzie pomiarowe.

Pomiar - proces poznawczy polegający na porównaniu wielkości mierzonej z pewną jej wartością przyjętą za jednostkę. Przypisanie wielkości mierzonej pewnej liczby.

Metoda pomiarowa - zespół czynności wykonywanych podczas przeprowadzania pomiaru celem określenia wyniku pomiaru. Metod jest wiele i nie ma metody optymalnej pod każdym względem. Można je podzielić według:

• przetwarzania sygnału pomiarowego w procesie pomiarowym (m. analogowe i cyfrowe),

• sposobu uzyskiwania wyniku pomiaru (m. bezpośrednie, pośrednie i złożone),

• sposobu porównania wielkości mierzonej i wzorcowej (m. odchyłowe, różnicowe i zerowe).

Narzędzie pomiarowe - zespół środków technicznych służących do realizacji procesu pomiarowego. Narzędziami pomiarowymi są wzorce, przyrządy pomiarowe, przetworniki pomiarowe, układy pomiarowe i systemy pomiarowe.

2. Omów budowę i właściwości wzorców rezystancji.

Kwantowy efekt Halla występuje w półprzewodnikowych płytkach o strukturach np. AlGaAs-GaAs ochłodzonych do temp. 0,36K. Jeżeli płytkę taką, zasilana w kierunku osi x prądem stałym I=10μA umieści się w silnym polu magnetycznym, którego wektor indukcji B=12,6T jest skierowany w kierunku osi z, to rezystancja płytki w kierunku osi y jest równa R_Y = h/2e²n gdzie h - stała Plancka, e - ładunek elektronu, n- 2 lub 4. Wartości h i e są stałe, więc rezystancja płytki jest stała i niezależna od czasu. Błąd odtworzenia jednostki rezystancji wynosi 1 do 3·10^-2ppm.

Elementy rezystancyjne oporników wzorcowych wykonuje się ze stopów miedzi, manganinu lub nikrothalu, które po poddaniu ich sztucznemu starzeniu wykazują dużą stałość rezystancji w czasie. Elementy te umieszcza się w obudowach metalowych, najczęściej z gniazdem na termometr. Obciążalność opornika zależy od warunków chłodzenia: w powietrzu wynosi 1W, zaś w kąpieli cieczowej (olej, nafta) 3W.Moc ta określa dopuszczalne wartości prądu - np. dopuszczalny prąd oporników o rezystancji 10kΩ wynosi 10mA, 1kΩ - 30mA zaś 1Ω - 1A. Oporniki wzorcowe mają dwie pary zacisków - dwa prądowe (do doprowadzenia prądu) i dwa napięciowe (do pomiaru napięcia). Stosuje się je w celu zmniejszenia błędów. Istnieje 9 klas dokładności oporników wzorcowych: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2.Oporniki o wskaźniku klasy 0,005 lub mniejszym lub o rezystancji większej niż 10⁵Ω są zaopatrzone w ekrany upływowe lub elektrostatyczne w celu wyeliminowania wpływu upływności izolacji na wartość rezystancji. Do określenia przydatności opornika o obwodach prądu przemiennego korzysta się ze stałej czasowej
, i stosuje schemat zastępczy:

Opornikiem dekadowym nazywa się zespół dekad (o różnych wartościach) umieszczony we wspólnej obudowie. Dekada jest to grupa oporników z przełącznikiem umożliwiającym nastawianie na wartości od 0 do 9, 10 lub 11. Najmniejszy stopień dekady wynosi 0,1Ω, największy 1MΩ. Rozróżnia się 9 klas oporników dekadowych: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5. Klasę opornika dekadowego należy rozumieć w ten sposób, że dekada o największej wartości jest wykonana z błędem równym symbolowi klasy, a dekady o opornikach mniejszych z większym błędem. Aby zapewnić dokładność wynikającą z klasy należy więc korzystać z dekady o największej wielkości.

3. Omów budowę i właściwości źródeł napięcia wzorcowego.

Ogniwo Westona nasycone mieści się w szklanym naczyniu przypominającym literę H. Elektrodami są druty platynowe wtopione w ramiona naczynia. Biegunem dodatnim jest rtęć (Hg), ujemnym - amalgamat kadmu (Cd-Hg), a elektrolitem - nasycony roztwór siarczanu kadmowego (CdSO₄). Przewężenia u dołu zapobiegają przemieszczaniu się chemikaliów. Ogniwo charakteryzuje się rezystancją wewnętrzną R_w=1kΩ. Maksymalny prąd, który można pobrać z tego ogniwa wynosi I=1μA. Ogniwo jest bardzo czule - pobranie większego prądu czy zmiana temperatury, zmiana pomieszczenia (wstrząsy, wibracje) - powodują, ze można go używać dopiero po wielu godzinach. Jeżeli pobierze się prąd I = 100 μA to ogniwo zmienia swoje właściwości w sposób trwały. Ogniwo daje w temperaturze +20°C napięcie około 1,018650V (napięcie jest zależne od stopnia zanieczyszczenia materiałów). Błąd odtworzenia takiego napięcia wynosi 0,4 ppm.

Złącze Josephsona składa się z 2 nadprzewodników przedzielonych cienka warstwą dielektryka umieszczonych w temperaturze 0,36K. Stałoprądowy efekt Josephsona polega na tym, że przez złącze może przepływać prąd stały o wartości mniejszej od pewnej wartości krytycznej I_k nie wywołując spadku napięcia na złączu. Po umieszczeniu złącza w słabym (B=1mT) polu magnetycznym o wielkiej (f_s=10GHz) częstotliwości występuje przemiennoprądowy wewnętrzny efekt Josephsona. Wskutek tego charakterystyka prądowo napięciowa przybiera kształt schodkowy. Skok prądu występuje przy napięciu U_n spełniającym zależność
(n to kolejny numer schodka). Zależność ta wiąże częstotliwość pola elektromagnetycznego z napięciem. Ponieważ częstotliwość f_s można zmierzyć stosunkowo łatwo z błędem rzędu 10^-8%, istnieje więc możliwość bardzo dokładnego porównania „napięcia schodkowego” U_n z sem wzorców i wyznaczenia ich zmienności czasowej.

Dioda krzemowa Zenera jest złączem półprzewodnikowym. Charakterystyka prądowo-napięciowa podobna jest do zwykłej diody, ale załamuje się przy pewnej wartości napięcia, zwanej napięciem Zenera. Wartość tego napięcia zależy od typu diody i wynosi od 3 do 27V. W obszarze załamywania się charakterystyki następuje szybki wzrost prądu płynącego przez diodę przy niezmienionym napięciu. Właściwość tę wykorzystuje się do stabilizacji napięcia. Jakość diody Zenera ocenia się na podstawie współczynnika stabilizacji
. Rezystancja dynamiczna wynosi
. Najmniejszą rezystancję dynamiczną mają diody o napięciu Zenera U_z=6-8V. Współczynnik temperaturowy napięcia wynosi
. Diody o napięciu Zenera U_z=5-7V mają ten współczynnik bliski zeru. Wzorcowe źródła z diodami Zenera są budowane na różne napięcia znamionowe, a ich prąd wyjściowy jest ograniczony tylko parametrami użytych elementów. Poważna wada tych wzorców jest mała stałość w czasie.

4. Omów budowę i właściwości wzorców pojemności. Podaj schematy zastępcze kondensatorów. Zdefiniuj tangens kąta stratności.

Wzorcami pojemności są zwykle kondensatory powietrzne. Elektrody kondensatorów mają zawsze nieokreślone pojemności względem otoczenia. Jako że nie da się ich uniknąć, należy ustalić ich wartość umieszczając kondensator w metalowym ekranie. Wzorzec ma 3 zaciski: dwa (1i 2) przyłączone do elektrod, a trzeci (0) do ekranu. Jeśli zacisk 0 jest połączony z zaciskiem 1, to pojemność kondensatora wzorcowego między zaciskami 1 i 2 wynosi C=C₁₂+C₂₀, a jeżeli połączy się ze sobą zaciski 0 i 2, to pojemność ta wynosi C=C₁₂+C₁₀. Wartości C₁₂, C₂₀ i C₁₀ są podawane na tabliczce znamionowej wzorca.

Kondensatory wzorcowe o pojemności od 10000pF do 10μF są budowane z dielektrykiem mikowym, gdyż są znacznie mniejsze od wzorców powietrznych.

W idealnym kondensatorze (bezstratnym) kąt przesunięcia fazowego φ między prądem a napięciem wynosi π/2. W kondensatorach rzeczywistych występują straty wynikające z właściwości dielektryka i elementów konstrukcyjnych. Jakość rzeczywistego kondensatora określa kąt strat dielektrycznych δ=π/2-φ.

Kondensator rzeczywisty można przedstawić za pomocą układu zastępczego zawierającego pojemność i rezystancję. Rozróżnia się układ zastępczy równoległy (a) szeregowy (b).

5. Wyjaśnij na przykładach zasadę kompensacyjnej metody pomiarowej.

Przy pomiarze metodą kompensacyjną wielkość wzorcowa przeciwdziała wielkości mierzonej i kompensuje jej działanie na detektor (więc jeśli są równe to żadna z wielkości nie wydatkuje energii do detektora). Pomiar tą metoda możliwy jest tylko wówczas, gdy wielkość mierzona jest nośnikiem energii (prąd lub napięcie).

Jeśli detektor wskaże zero, to napięcia U_x i U_w będą kompensować się wzajemnie. Wynika wtedy, że:

U_x = U_w

Opór w źródle prądowym powinien dążyć do nieskończoności, więc detektor wstawiamy równolegle, aby prąd mógł płynąć. Jeśli detektor wskaże zero, to prądy I_x i I_w będą kompensować się wzajemnie. Wynika wtedy, że:

I_x = I_w

6. Na przykładzie układu mostkowego wyjaśnij zasadę komparacyjnej metody pomiarowej.

Wielkością mierzoną jest R₁. Wielkością wzorcową jest R₂. Z elektroniki wiemy, że aby mostek był w równowadze (tzn. I = 0) to powinno być spełnione równanie:

R₁*R₄ = R₂*R₃

W metodzie komparacyjnej porównujemy wielkość mierzoną (R₁) ze znaną krotnością wielkości wzorcowej (R₂). Badając różnicę R₁ - k R₂, sprowadza się ja do zera poprzez regulację współczynnika k, a wzorzec przyjmuje stałą wartość (stąd jest dokładniejszy).

Przekształcamy powyższe równanie: R₁ = R₂*R₃/R₄

Podstawiając do wzoru, nasz współczynnik k = R₃/R₄. Za jego pomocą równoważymy mostek. Potem podstawiamy dane i wyliczamy R₁.

7. Na przykładzie (np. częstościomierza cyfrowego) wyjaśnij zasadę metody koincydencyjnej.

Bramka posiada dwa wejścia: jedno sterujące i drugie dla impulsów. Po bramce jest licznik zliczający impulsy. Na wejście sterujące dajemy sygnały z generatora kwarcowego, który jest w stanie dać impulsy w bardzo dokładnie wyznaczonych odstępach czasu (T_p). Pierwszy impuls otwiera bramkę, drugi zamyka. Na to drugie wejście dajemy impulsy, które są odlegle o jakiś czas T_x (nic o nich nie wiemy). Załóżmy, że w tym czasie, kiedy bramka była otwarta, weszło ich do licznika N. Na rysunku widać zależność: T_p = N * T_x. Częstotliwość jest to odwrotność okresu, więc: f_x = N /T_p. Taka jest zasada działania częstościomierza, który wykorzystuje koincydencyjną metodę porównawczą. Możemy teraz powiedzieć, że metoda ta polega na badaniu zbieżności krotności wielkości mierzonej i krotności wielkości wzorcowej.

8. Wyjaśnij zasadę metody podstawieniowej.

W metodzie podstawieniowej następuje porównanie wielkości mierzonej X z wielkością wzorcową X_w, Ala nie jest to porównanie bezpośrednie i równoczesne. Metoda ta polega na zastąpieniu - w trakcie procesu pomiarowego - wielkości mierzonej wielkością wzorcową dobraną w taki sposób, aby skutki wywołane przez nią były takie same.

Przykładem zastosowania tej metody może być pomiar masy ciała na wadze wskazówkowej. Po zważeniu ciała zastępuje się je na szalce wagi odważnikami (wzorcami) dobranymi w taki sposób, aby otrzymać poprzednie wskazanie wagi. Wartość masy ciała określa się wg masy odważników - a więc niedokładność symetryczna zostaje wyeliminowana.

9. Podaj definicję błędu bezwzględnego i względnego pomiaru. Co to jest poprawka?

Błąd bezwzględny - różnica między wartością X otrzymaną w wyniku pomiaru a wartością rzeczywistą X_r.

Błąd względny - stosunek błędu bezwzględnego pomiaru do wartości rzeczywistej, zwykle w %.

W technice pomiarowej wartość rzeczywistą zastępuje się wartością poprawną X_p, czyli wartością zmierzoną dokładniej. Odwrotność błędu bezwzględnego poprawnego (X - X_p) nazywamy poprawką.

10. Jakie znasz metody obliczania błędów systematycznych przy pomiarach pośrednich. Wyjaśnij je na przykładzie, np. Y= A*B.

Metoda przyrostów

Jeżeli przy pomiarze A popełniono błąd ΔA i przy pomiarze B popełniono błąd ΔB, to Y wynosi:

Y + ΔY = (A + ΔA)(B + ΔB)

Błąd bezwzględny wynosi:

ΔY = (A + ΔA)(B + ΔB) - AB

Błąd względny wynosi więc:

δ_Y = (1+ δ_A)(1+ δ_B)-1

δ_Y = δ_Aδ_B + δ_A + δ_B

Iloczyny błędów są tak małe, że pomijalne:

δ_Y = δ_A + δ_B

Metoda różniczki zupełnej

Korzysta się z rozwinięcia funkcji w szereg Taylora. Po odrzuceniu wyrazów zawierających ΔA i ΔB w wyższych potęgach wielkość pomiaru można przedstawić w następujący sposób:

δ_Y = δ_A + δ_B

Metoda logarytmowania

Stosuje się ją do funkcji w postaci iloczynu lub ilorazu. Logarytmujemy:

ln Y = ln A + ln B

Różniczkujemy:

Ponieważ
,
, itd., uzyskujemy:

δ_Y = δ_A + δ_B

11. Co oznacza pojęcie klasa miernika analogowego? Jakie znasz klasy mierników? Jaka jest zależność pomiędzy błędem pomiaru a klasą miernika? Woltomierz klasy l o zakresie 0-100 V wskazuje 50 V. Jaki jest względny błąd pomiaru napięcia?

Klasa miernika analogowego (błąd względny jego pomiaru) to umowne oznaczenie jego właściwości, a w szczególności dokładności pomiaru.

Klasa miernika obliczamy ze wzoru: względny błąd pomiaru = błąd bezwzględny(Δ) / wartość maksymalna

- wzór dla miernika o skali od 0 do W_max

- wzór dla miernika o skali od W_min od W_max

- wzór dla miernika o skali od 0 do ∞

Klasy mierników:

Mierniki o klasie dokładności 0,1, 0,2 i 0,5 to mierniki laboratoryjne, o klasie 1, 1,5 i 2,5 to m. aparatowe i tablicowe, a miernik o klasie 5 to wskaźnik.

Zależność pomiędzy błędem pomiaru a klasą miernika

- błąd pomiaru

- błąd miernika

Zależność ta opisana jest wzorem

Wniosek: Im mniejszą wartość mierzymy tym błąd pomiaru jest większy! Należy mierzyć powyżej ²/₃ podziałki miernika.

Mając woltomierz klasy l o zakresie 0-100 V wskazujący 50 V, względny błąd pomiaru napięcia obliczamy ze wzoru na zależność błędu pomiaru a klasą miernika i otrzymujemy

12. Trzy oporniki R₁= 10 kΩ±1%, R₂= 1kΩ±10Ω, R₃= 100Ω±5% połączono szeregowo. Oblicz względny błąd graniczny zestawu.

Dane: δ_R2 = 10/1000 = 1%, R₃ = 0,1 kΩ

Funkcja: R = R₁ + R₂ + R₃

Błąd pomiaru obliczony metodą różniczki zupełnej:

13. Dwa oporniki R₁=10Ω±1Ω, R₂=10kΩ±1% połączono równolegle. Oblicz względny błąd graniczny zestawu.

Dane: δ_R1 = 1/10 = 10%, R₁ = 0,01 kΩ

Funkcja:

Błąd pomiaru obliczony metodą różniczki zupełnej:

14. Dwa kondensatory C₁= 1μF±1%, C₂= 100 nF±5% połączono szeregowo. Oblicz względny błąd graniczny zestawu.

Dane: C₁ = 100 nF = 0,1μF

Funkcja:

Błąd pomiaru obliczony metodą różniczki zupełnej:

15. Dwa kondensatory C₁= 10 μF±1%, C₂= 100 nF±5nF połączono równolegle. Oblicz względny błąd graniczny zestawu.

Dane: δ_C2 = 5/100 = 5%, C₂ = 100 nF = 0,1μF

Funkcja: C = C₁ + C₂

Błąd pomiaru obliczony metodą różniczki zupełnej:

16. Funkcja ma postać Y=A*B⁵C², δ_A=±1%, δ_B=±2%, δ_C=±0,5%. Ile wynosi błąd średniokwadratowy określenia Y ?

17. Prąd I = 1A±1% płynie przez opornik R=10Ω±0,1Ω. Jaki jest błąd średniokwadratowy określenia wartości napięcia na tym oporniku?

U = IR

18. Obliczyć częstotliwość przebiegu okresowego, którego okres mierzony na ekranie oscyloskopu analogowego ma długość 5 cm, a stała przebiegu linearnego (podstawy czasu) jest równa 5 μs/cm.

T=5[cm]*5[μs/cm] = 25 μs

f=1/T=1/(25*10^-6)=(1000*10³)/25=40kHz

19. Woltomierz cyfrowy (4¹/₂ cyfry) o zakresie 0-100 V wskazuje 50,00V. Obliczyć względny błąd graniczny pomiaru tego napięcia, jeżeli błąd woltomierza zdefiniowano następująco Δ = 0,02% wartości mierzonej ±1 cyfra.

±0,02%±
=±0,02%±

błąd cyfrowy jest pomijalnie mały.

20. Funkcja ma postać Y=AB+C, A=1±1%, B=2±2%, C=3±3%. Oblicz względny błąd graniczny określenia Y.

21. Wyjaśnij dlaczego woltomierz powinien mieć możliwie dużą rezystancję wewnętrzną, zaś amperomierz możliwie jak najmniejszą. Jaką rezystancję wewnętrzną mają współcześnie budowane woltomierze i amperomierze?

Woltomierz powinien mieć dużą rezystancję wewnętrzną, aby nie zmieniał warunków pracy obwodu, czyli nie tworzyły się nowe gałęzie w obwodzie. Amperomierz powinien mieć jak najmniejszą rezystancję, aby nie powodował dodatkowych spadków napięcia w obwodzie.

Woltomierze nap. Stałego - najgorsze - 100 Ω/V

Dla przemiennego i=50mA

10V/50*10^-3=0,2kΩ

Woltomierze analogowe mają rezystancje małą - najlepsze 100 kΩ/V

Woltomierze cyfrowe - najmniejsze 1MΩ٪10GΩ

0٪0,01V

0٪0,1V na wej. mają wzmacniacze mają zazwyczaj 10MΩ٪10GΩ

0٪1V

0٪10V

0٪100V na wej. mają dzielnik nap. rezystancyjny 1MΩ٪10MΩ

0٪1kV

Amperomierze

∆U=30mV

45,60,75,100,150mV R_A= ∆U/I

R_A jest mniejsza niż 1Ω

Woltomierze cyfrowe ∆U=100mV٪500mV są mniej korzystne, niż analogowe.

22. Rezystancyjne, pojemnościowe i indukcyjnościowe dzielniki napięcia. Tłumiki. Budowa. Właściwości metrologiczne.

Dzielnik napięcia jest czwórnikiem, który zapewnia uzyskanie określonego stosunku między napięciem wejściowym U₁ i wyjściowym U₂. Stosunek ten (K_u) nosi nazwę przekładni dzielnika.

_______________________________________________________________________________________

Dzielnik rezystancyjny - szeregowe połączenie dwóch oporników R₁ i R₂. Przekładnia dzielnika przy prądzie stałym wynosi:
, a przy prądzie zmiennym:
, przy czym Z₁, Z₂

- impedancja poszczególnych części dzielnika. Przekładnia dzielnika zależy od częstotliwości napięcia zasilającego. Eliminacja błędu częstotliwościowego możliwa jest wówczas, kiedy oporniki są tak nawinięte, że R₁/L₁=R₂/L₂ oraz kiedy włączone są kondensatory o takiej pojemności, że R₁C₁=R₂C₂. Najdokładniejsze są klasy 0,001%.

_______________________________________________________________________________________

Dzielnik pojemnościowy - zbudowany z połączonych szeregowo kondensatorów C₁ i C₂. Przekładnia dzielnika z uwzględnieniem rezystancji R₁ i R₂ zależy od częstotliwości prądu. Dla częstotliwości f większej od 50 kH prawidłowy jest wzór
. Dzielniki pojemnościowe stosuje się tylko przy wysokich napięciach (są mniej dokładne niż dzielniki rezystancyjne, ale rezystancyjne nie są tak odporne). Najdokładniejsze są klasy 0,01%. Stosuje się je przy pomiarach wysokich napięć przyziemnych za pomocą woltomierzy elektrostatycznych.

_______________________________________________________________________________________

Dzielnik indukcyjnościowy - obwód wejściowy i wyjściowy jest sprzężony indukcyjnie. Aby zapewnić dokładność i stałość przekładni dzielnika, powinien być zbliżony konstrukcją do transformatora idealnego. Wówczas przekładnia
, przy czym N₁, N₂ - odpowiednio ogólna liczba zwojów i liczba zwojów tej części uzwojenia, z której jest zbierane napięcie wyjściowe. Stosuje się go w zakresie częstotliwości akustycznych. Zaletą jest mała zależność przekładni od obciążenia. Rdzeń najczęściej jest pierścieniowy. błąd:10^-4%

Zakres częstotliwości nie może przekraczać 10 kHz.

Są one bardzo dokładne

_______________________________________________________________________________________

Tłumiki - są urządzeniami charakteryzującymi się zdolnością obniżania poziomu napięcia, prądu lub mocy. To czwórnik, od którego wymaga się obwodu stałego podziału napięcia, ściśle określonej impedancji wejściowej, ściśle określonej impedancji wyjściowej (impedancja falowa)

Jako tłumiki stosuje się: czwórnik typu T, П lub H. Rezystancja falowa (napisana na tłumiku) wynosi od 50 Ω do1600 Ω. Najczęściej spotykany podział napięcia wejściowego to: przez 10, 100 lub 1000. Jednostką tłumienia jest 1 decybel(dB)=20 lg U_wy/U_we. Tłumienie może wynosić np: 20 dB (stosunek U_wy/U_we równy 10), 40 dB (równy 100) i 60 dB (równy 1000). Tłumiki zwykle są nasadzone na kabel koncentryczny, i w końcówce kabla mamy „sondę” pomiarową.

Kształt T kształt П, kształt H

23. Przekładniki prądowe prądu przemiennego. Cel stosowania. Budowa. Oznaczenia zacisków. Błąd prądowy i błąd kątowy. Skutki rozwarcia obwodu wtórnego.

Cel stosowania: stosuje się je do pomiarów prądu, mocy, energii lub jako zabezpieczenie od zbyt dużych prądów, które mogłyby zniszczyć instalację.

Budowa: budowane są na rdzeniach zamkniętych lub otwieranych. Na rdzeniu zamkniętym znajduje się uzwojenie pierwotne, przez które płynie prąd I_p (ten duży prąd) i uzwojenie wtórne z prądem I_s. Uzwojenia są starannie izolowane od siebie. Przy bardzo dużych prądach stosuje się rdzenie otwierane (cęgi Dietza), które nasadza się na szynę przewodzącą prąd. Uzwojenie pierwotne stanowi wtedy jeden zwój. Obciążeniem uzwojenia wtórnego może być amperomierz,
cewka prądowa watomierza, obwód prądowy licznika energii i przekaźnik nadmiarowo - prądowy.

Stosunek rzeczywistych wartości I_p i I_s nosi nazwę rzeczywistej przekładni prądowej:
.

Przekładnik prądowy budowany jest na prąd znamionowy pierwotny od 5A do 4 kA. Prąd znamionowy wtórny jest znormalizowany i wynosi 5A (rzadziej 1 lub 2 A dla pomiarów zdalnych). W praktyce operuje się pojęciem przekładni znamionowej:
.

Błąd prądowy - różnica między przekładnią znamionową a rzeczywistą decyduje o błędzie prądowym przekładnika. Wartość bezwzględna wynosi więc:
, a względna:

. Na podstawie tego błędu określamy klasę przekładnika, która może wynosić 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 3P; 5P.

Błąd kątowy: - wskutek istnienia w przekładniku prądu magnesującego, przesunięcie fazowe prądów I_p i I_s nie jest równe 180°. To dodatkowe przesunięcie γ, między wektorem prądu I_p i odwróconym wektorem prądu
I_s nosi nazwę błędu kątowego. Błędy te mogą wynosić 10°, 20°, 30° i 60°. Są istotne, jeśli odbiornikiem jest watomierz lub licznik. Dwie ostatnie klasy (3P i 5P) nie mają określonego błędu kątowego, więc nie mogą być stosowane do pomiarów mocy i energii.

Skutki rozwarcia obwodu wtórnego:

• blachy rdzenia zaczynają się grzać od prądów wirowych. Jeżeli nastąpi przerwa w izolacji między blachami, to są prądy wirowe stają się większe, i rdzeń zaczyna się grzać, a potem dymić. Rdzeń się namagnesowuje. Aby móc używać przekładnika, trzeba go rozmagnesować.

• pomiędzy rozwartymi punktami powstaje napięcie szpilkowe (do 30 kV)

• izolacje są kiepskie ( nie wytrzymują 30 kV) i następuje zniszczenie przekładnika

24. Przekładniki napięciowe prądu przemiennego. Cel stosowania. Budowa. Oznaczenia zacisków. Błąd przekładni i błąd kątowy. Cel stosowania i właściwości.

Cel stosowania: Umożliwia pomiary i kontrolę parametrów elektrycznych w sieci wysokiego napięcia przy stosowa­niu aparatury niskiego napięcia, w warunkach pełnego bezpieczeństwa obsługi.

Budowa: jest pomiarowym transformatorem jednofazowym pra­cującym w warunkach zbliżonych do stanu jałowego. Budowane są na rdzeniach zamkniętych lub otwieranych (cęgi Dietza). Uzwojenia są starannie izolowane od siebie. Znamionowe napięcie pierwotne wynosi od 100V do 1MV.Napięcie znamionowe wtórne standardowo wynosi 100 V. Korzysta się ze znamionowej przekładni napięciowej:
. Obciążeniem obwodu wtórnego jest woltomierz, cewka napięciowa watomierza lub cewka napięciowa licznika energii.

Zaciski pierwotne przekładnika napięciowego oznacza się dużymi literami A i B, zaciski uzwojenia wtórnego — małymi literami a i b.

Błąd napięciowy: jest to różnica wartości skutecznych napięcia wtórnego, pomnożonego przez przekładnię znamionową oraz napięcia pierwotnego, wyrażoną w procentach napięcia pierwotnego
. Na podstawie tego błędu określamy klasę przekładnika, która może wynosić 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 3P; 6P.

Błędem kątowym γ przekładnika napięciowego nazywa się kąt zawarty między wektorem napięcia U_p i odwróconym wektorem napięcia U_s. Dwie ostatnie klasy (3P i 6P) nie mają określonego błędu kątowego, więc nie mogą być stosowane do pomiarów mocy i energii.

25. Przetworniki U/I i I/U. Budowa. Cel stosowania. Właściwości.

Przetworniki te służą do przetwarzania prądu w napięcie lub odwrotnie. Do tego celu używa się wzmacniaczy operacyjnych z odpowiednią pętlą ujemnego sprzężenia zwrot­nego.

W przetworniku prądu w napięcie, jeśli wzmacniacz ma cechy idealnego wzmacniacza operacyjnego, napięcie wyjściowe wynosi U_wy=-RI.

Przetworniki takie stosuje się do pomiaru bardzo małych prądów (jeśli R jest dostatecznie duże) oraz do przetwarzania rezystancji (jeśli zasili się je ze źródła o znanej wydajności prądowej, a R = R^x).

Przetworniki napięcia w prąd są budowane w układach z wejściem odwracającym (a) lub z wejściem nieodwracającym (b). Prąd I₁ w obu tych układach jest określony wyrażeniem
.

Napięcie źródła sygnału wejściowego i wzmacniacz operacyjny powinny być tak dobrane, aby mogły dostarczać odpowiedni prąd do obciążenia. Układ b charakteryzuje się większą rezystancją wejściową, ponieważ wyko­rzystuje się wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego.

26. Przetworniki R/U (omomierze elektroniczne). Budowa. Właściwości.

Przetworniki R/U posiadają dwa typy przedstawione na rysunku. Zwykle zasilane z baterii suchych 1,5 V (paluszki AAA). Woltomierz mierzy napięcie wyjściowe (wzmocnienie razy napięcie wejściowe).

W I typie wzmocnienie wzmacniacza odwracającego K wynosi R_x/R. Jako że R i E=U_we są stałe to
. Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do rezystancji R_x, więc taki woltomierz może być od razu wyskalowany w omach. Budowane są na określoną wartość rezystancji: np. 1k, 10 k, 100 k Jeżeli włączony opornik stanowi przerwę, to U_wy = E - w mierniku analogowym wskazówka będzie uderzać o zderzak, a w cyfrowym zostaną wygaszone wszystkie pola odczytowe. Błędy są rzędu 0,2%, 0,5% - są to bardzo dobre oporniki.

II typ: opornik R i R_x są zamienione miejscami, więc
. Napięcie wyjściowe jest odwrotnie proporcjonalne do rezystancji R_x. Podziałka tego woltomierza ma na początku nieskończoność, nieskończoność na końcu 0. Nie należy zwierać opornika R_x, gdyż wtedy U_wy = E i wskazówka stanie na polu 0. Jest to układ mniej dokładny, gdyż podziałka jest nierównomierna. Wskazówka pokazuje wartość mniej - więcej. Stosuje się je po to, żeby wiedzieć, z czym ma się do czynienia (np. do sprawdzenia czy opornik nie jest w jakiś sposób uszkodzony). Obydwa omomierze często pracują jako skojarzone - typ drugi wybiera wtedy zakres dla typu I.

27. Przetworniki C/U, f/U, L/U. Budowa. Właściwości.

Przetwornik C/U jest miernikiem pojemności kondensatora. Napięcie wyjściowe wynosi:
. Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do pojemności C_x, więc taki woltomierz może być od razu wyskalowany w faradach. Zmiana zakresu miernika odbywa się przez zmianę opornika R - rozwiązaniem jest kilka oporników z przełącznikiem.

Przetwornik f/U jest miernikiem częstotliwości. Zamiast kondensatora C_x mamy kondensator wzorcowy C. Napięcie wyjściowe wynosi
. Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do częstotliwości f_x, więc taki woltomierz może być od razu wyskalowany w hercach. Częstotliwość pracy takich częstościomierzy nie przekracza na ogół 1MHz.

Przetwornik L/U jest miernikiem indukcyjności. Napięcie wyjściowe wynosi:
. Jeżeli cewka ma dobroć (
) Q>10, to 1/Q² pod pierwiastkiem jest pomijalne:
. Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do indukcyjności L_x, więc taki woltomierz może być od razu wyskalowany w henrach. Zmiana zakresu pomiaru odbywa się przez zmianę opornika R. Przetwornik L/U ma z reguły kilka zakresów.

28. Przetworniki prostownikowe wartości średniej i maksymalnej. Budowa. Właściwości.

Jeżeli wartość średnia prądu wyprostowanego (wychodzącego) jest proporcjonalna do wartości średniej prądu przemiennego (wejściowego), to mamy do czynienia z przetwornikiem prostownikowym wartości średniej. Charakterystyka prostownika powinna stanowić linię prostą. W przypadku prostownika jednopołówkowego charakterystyka wynosi i=bu. Diody nie mają liniowego przebiegu. Aby ta charakterystyka była zbliżona do linii prostej należy połączyć szeregowo z diodą opornik o odpowiedniej wartości.

Prostownik wartości średniej dwupołówkowy: w takim układzie jak na rysunku po prawej zastosowano mostek Graetza. Prąd i=u_x/R, więc układ prostowniczy ma charakterystykę przetwarzania liniową, nie zależnie od charakterystyk diod. Wadą jest to, że prostownik ten musi być podłączony do zasilania.

Przetworniki prostownikowe wartości szczytowej - wartość średnia prądu wyprostowanego (wychodzącego) jest proporcjonalna do wartości szczytowej prądu przemiennego (wejściowego). Prostowanie jest jednopołówkowe.

Prostownik szeregowy. Kondensator tego prostownika ładuje się przy wejściowym napięciu dodatnim do wartości zbliżonej do jego amplitudy. Rozładowuje się przy wejściowym napięciu ujemnym. Oczywiście, im mniej się rozładowuje tym lepiej. Na wyjściu otrzymujemy zbliżony do stałego sygnał, który jest proporcjonalny do wartości szczytowej. Taki układ jest niekorzystny, gdyż prostowanie jednopołówkowe wchodzi na obiekt. Po zamianie miejscami diody i kondensatora otrzymujemy prostownik równoległy, gdzie na początku kondensator odcina składową stałą. W takim układzie kondensator jest stale naładowany do wartości praktycznie równej wartości szczytowej. Dalej następuje transmisja sygnału stałoprądowego. Prostownik równoległy budowany jest częściej niż szeregowy, gdyż odcina składową stałą. Takie prostowniki budowane są na częstotliwości do 1 GHz. Jako, że na wejściu zwykle daje się układy czynne, układy te powinny mieć dużą impedancję wejściową (a nie mają). Uzyskamy ją stosując wzmacniacze, ale układy takie posiadają wady: konieczne jest zasilanie, częstotliwość nie może być większa niż kilkanaście MHz-ów (wzmacniacze nie mają tak dużego pasma przenoszenia częstotliwościowego).

29. Przetworniki RMS i TRMS. Budowa. Właściwości. Zastosowanie.

Przetwornik RMS jest to prostownik wartości skutecznej, tzn. wartość średnia prądu wyprostowanego (wychodzącego) jest proporcjonalna do wartości skutecznej prądu przemiennego (wejściowego). Charakterystyką diody powinna być idealna parabola, tzn. i powinno być proporcjonalne do kwadratu napięcia i = bu². Nie ma takich diod, więc taką charakterystykę budowano z aproksymacji odcinkowej: parabolę przedstawiano jako szereg odcinków. Budowa jest skomplikowana, a przetwornik mało przydatny. Dzisiaj nikt już ich nie produkuje.

Przetwornik TRMS jest to miernik prawdziwej wartości skutecznej. Z obwodów scalonych i ze wzmacniaczy operacyjnych buduje się kwadrator (który podnosi wielkość do kwadratu). Sygnał z kwadratora daje się na układ całkujący, a potem pierwiastkujący. W sumie realizują one wzór
, i na wyjściu otrzymujemy sygnał proporcjonalny do prawdziwej wartości skutecznej prądu.

30. Narysować podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych (układ odwracający; nieodwracający, wtórnik, układ całkujący, sumator). Opisać ich właściwości.

Wzmacniacz odwracający.

Układ składa się ze wzmacniacza operacyjnego i dwu oporników, R₁ i R₂. Opornik R₁ doprowadza sygnał z wejścia układu na wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego. Opornik R₂ doprowadza na wejście odwracające sygnał z wyjścia układu. Oba oporniki można potraktować jako dzielnik napięcia włączony pomiędzy wejście i wyjście układu. Wyjście dzielnika jest dołączone do wejścia odwracającego wzmacniacza operacyjnego. Na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego istnieje pewien potencjał o wartości U_we-. Przez opornik R₁ płynie prąd o natężeniu I₁=(U_we-- U_we)/R₁. Przez opornik R₂ płynie prąd o natężeniu I₂=(U_wy- U_we-)/R₂.

We wzmacniaczu nieodwracającym napięcie wzmacniane jest podawane na wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego. Na wejście odwracające jest podawana za pomocą dzielnika utworzonego z oporników R₁ i R₂ część napięcia wyjściowego (sprzężenia zwrotne).

Przez opornik R₁ płynie prąd o natężeniu I=U_we/R₁. Taki sam prąd płynie przez opornik R₂. Na połączonych szeregowo opornikach R₁ i R₂ istnieje więc napięcie o wartości równej I(R₁+R₂)=(U_we/R₁)(R₁+R₂). Jest ono równe napięciu występującemu na wyjściu wzmacniacza. Zatem współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza liniowego nieodwracającego, wynosi:
Opór wejściowy wzmacniacza nieodwracającego równy jest oporowi wejścia nieodwracającego wzmacniacza operacyjnego.

Wtórnik napięciowy

 

Wtórnik napięciowy uzyskuje się ze wzmacniacza nieodwracającego przy zastosowaniu rezystora R₁ o bardzo dużej wartości (R₁ dąży do nieskonczoności). Wartość rezystancji R powinna być równa wartości rezystancji źródła sygnału wejściowego. Taki układ charakteryzuje się bardzo dużą rezystancją wejściową (rezystancja dla sygnału współbieżnego) i małą rezystancją wyjściową (k_uo razy mniejszą od rezystancji wyjściowej wzmacniacza operacyjnego z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego).

Wzmacniacz całkujący (integrator).

 

Integrator otrzymuje się przez włączenie kondensatora C w obwód sprzężenia zwrotnego wzmacniacza operacyjnego(rysunek obok).

Napięcie wyjściowe można wyznaczyć przez scałkowanie obu stron równania
 

stąd nazwa układ całkujący. Po scałkowaniu i wykonaniu przekształceń otrzymuje się
 

 gdzie U₀ stanowi wartość napięcia na kondensatorze w chwili początkowej t = 0.

Korzystając z zapisu operatorowego:

można określić wzmocnienie układu
 

 

Sumator

Oprócz odejmowania napięć wzmacniacz operacyjny wykonuje również ich dodawanie (rysunek powyżej). Korzystając z procedury analizy pracy wzmacniaczy operacyjnych otrzymuje się:
 

 

 

 Rezystancja wejściowa: R_we = R₁ - dla sygnału U₁, R_we = R₂ - dla sygnału U₂ itd.

Wartość rezystancji R_R powinna być równa rezystancji wynikającej z równoległego połączenia rezystorów R₁, R₂,..., R_n i R.

31. Budowa lampy oscyloskopowej i podstawowe regulacje: ostrość, jasność, astygmatyzm, przesuwanie plamki „góra-dół" i „prawo-lewo".

Wyrzutnią elektronową jest katoda tlenkowa K żarzona pośrednio. Siatka sterująca S, zwana cylindrem Wehnelta, oraz dwie anody cylindryczne A₁ i A₂ tworzą tzw. soczewkę elektronową. Pole elektryczne, wytworzone przez wysokie napięcie stałe (od kilku do kilkunastu kilowoltów) doprowadzone do anod, powoduje silne przyspieszenie elektronów i jednocześnie ogniskowanie wiązki na ekranie. Do siatki sterującej S do­prowadza się potencjał ujemny względem katody. Przez regulację napięcia siatki (potencjometr P₁) zmienia się liczbę elektronów przedostających się w kierunku anod, a tym samym intensywność świecenia plamki. Regulacja potencjału anody A₁ (potencjometr P₂) umożliwia zmianę ogniskowania wiązki elektronów, służy więc do ustalania ostrości plamki na ekranie.

Wiązka przebiega między dwiema parami elektrod X i Y, zwanych płytkami odchylającymi, i pada na ekran. Część energii kinetycznej elektronów uderzających w ekran jest zużywana na pobudzenie luminoforu do świecenia, a część na wybicie elektronów emisji wtórnej. Elektrony emisji wtórnej, zdążające do grafitowej powłoki E połączonej z anodą A₂, zamykają obwód elektryczny strumienia elektronów emitowanych z katody.

32. Budowa oscyloskopu analogowego. Omówić rolę podzespołów: synchronizacja i poziom wyzwalania.

Napięcie mierzone doprowadza się do płytek Y lampy przez dzielnik napięcia DN_Y i wzmacniacz pomiarowy W_Y. W pozycji 1 przełącznika P napięcie rozciągu z generatora GNP jest podane na płytki X lampy. Ustawienie przełącznika w pozycji 2 daje możliwość doprowadzenia napięcia o dowolnym przebiegu do płytek X przez dzielnik napięcia DN_X i wzmacniacz W_X. Blok UF jest układem formującym ujemne impulsy doprowadzone do siatki lampy, w celu wygaszenia plamki świetlnej w czasie powrotu promienia przy rozciągu linearnym. Oscyloskop jest zasilany z dwóch zasilaczy napięcia stałego: wysokonapięciowego, który zasila elektrody lampy oscyloskopowej przez dzielnik napięcia DN i niskonapięciowego, który zasila pozostałe układy.

Układ synchronizacji i poziomu wyzwalania określa poziom napięcia koniecznego, aby układ został uruchomiony. W takim wypadku przebieg byłby rejestrowany dopiero od pewnego momentu. Zapobiega temu linia opóźniająca, która przesuwa przebieg w czasie i powoduje, że jest on wyświetlany od początku.

33. W jaki sposób można zmierzyć napięcie przemienne o wartości >= 1 kV.

• przez zastosowanie przekładników napięciowych

do 1 MV kw- przekładnia znamionowa

• przez stosowanie dzielników napięciowych

• przez mierniki Halla

34. 
    Budowa oscyloskopów cyfrowych. Właściwości. Możliwości pomiarowe.

Przyrząd może pracować w dwóch reżimach. Jeżeli przełączniki P₁ i P₂ znajdują się w pozycji 1, to układ pracuje jako konwencjonalny oscyloskop analogowy. Po ustawieniu przełączników w pozycję 2, układ staje się oscylo­skopem z pamięcią.

Badany sygnał jest wówczas podawany przez układ wejściowy na wejście informacyjne przetwornika analogowo-cyfrowego (A/C). Proces prze­twarzania (próbkowania) rozpoczyna się na sygnał „start", który jest generowa­ny przez układ sterujący i podawany na wejście sterujące przetwornika A/C. Otrzymany na wyjściu przetwornika A/C sygnał cyfrowy jest przekazywany do odpowiedniej komórki bloku pamięci. Informacje zawarte w pamięci mogą być przechowywane dowolnie długo.

Przy odtwarzaniu zapisanej informacji, komenda z układu sterującego powoduje wybranie (w odpowiedniej kolejności) zakodowanych informacji cyfrowych (liczb) i przekazanie ich na wejście cyfrowe przetwornika C/A. Przetwornik ten przetwarza informacje cyfrowe na impulsy o amplitudach proporcjonalnych do zakodowanych w pamięci liczb. Gdyby impulsy te zostały bezpośrednio podane przez wzmacniacz Y na płytki odchylania pionowego lampy, to na ekranie powstałby obraz w postaci zbioru świecących punktów. Aby otrzymać obraz ciągły, między przetwornik C/A i wzmacniacz jest włączony układ wygładzania — tzw. generator wektorowy.

Na odpowiedni sygnał z układu sterującego mikroprocesor — wchodzą­cy w układ oscyloskopu — dokonuje analizy matematycznej zarejestrowanego w pamięci przebiegu. Zgodnie z wybranym programem może on obliczyć np. wartość średnią, skuteczną lub międzyszczytową przebiegu, składową stałą czas narastania lub opadania impulsu, itp. Wyniki obliczeń są wyświetlane na wskaźniku.

35. Jakie znasz metody pomiaru częstotliwości? Opisz te metody.

- Pomiar za pomocą częstościomierza cyfrowego dla częstotliwości od 100 Hz w górę do GHz. Bramki otwierane i zamykane są przez generator kwarcowy

- Pomiar za pomocą czasomierzy cyfrowych - częstotliwości niskie - poniżej 100Hz.

Czasomierz różnie się od częstościomierza sterowaniem bramek - otwierane i zamykane śa przez impulsy.

- Pomiar za pomocą oscyloskopu Y/t f=1/t

- Pomiar za pomocą figury Lisażu x/y

Na dwie okładki dajemy częstotliwości, jeśli pokazują się kształtne koła, elipsy, to oznacza, że częstotliwości są takie same. Jeśli figury są inne to liczymy punkty przecięcia lub grzbiety.

- Pomiar za pomocą przetworników częstotliwość częstotliwość napięcie.

Woltomierz na wyjściu może być wyskalowany w wartościach częstotliwości.

36. Liczniki energii czynnej. Budowa. Właściwości.

Każdy licznik musi mieć mechanizm watowmierzowy. Moment napędowy musi być proporcjonalny do mocy. Oblicza się go ze wzoru M=C1 * P

Moment hamujący powinien być proporcjonalny do prędkości liniowych obrotów tarczy.

Tarcza porusza się ruchem jednostajnym gdy C1*P=C2*(dN/dt) C1*A=C2*N to A=C*N

C - stała licznika

Klasy liczników: 0,5 1 2(liczniki domowe) 3(do niedawna)

Budowa:

Zwarte zwoje wytwarzają moment napędowy (ustr. Indukcyjny). Drut hamujący czasami pod wpływem temperatury obluzowuje się.

Budowa licznika elektrycznego

P/elektrycznego - przetwornik mocy w napięcie(całkujący)

Im magnes trwały jest bliżej tym moment hamowania maleje.

Gdy napięcie zmniejsza się moment hamowania maleje.

Im więcej pobieramy prądu tym większy jest moment hamowania.

Moment tarciowy:

- tarcie w łożyskach

- tarcie w liczydle

- tarcie o powietrze w samej tarczy

Licznik powinien ruszyć przy 0,5% I znamionowego (2 klasy)

1 klasy przy 0,4% I znamionowego.

0,5 klasy przy 0,3% I znamionowego.

Liczniki domowe i elektryczne nie są zabezpieczone przez „wydarzeniami w sieci”

37. Mikroprocesorowe liczniki energii czynnej. Budowa. Właściwości. Sposoby rozliczania użytkownik-dostawca.

Liczniki mikroprocesorowe zabezpieczone są przed wydarzeniami w sieci.

Podwójna separacja galwaniczna od sieci.

W liczniku zawarte jest:

- ile zużyliśmy (w taryfach)

- ile trzeba zapłacić w złotych

- data

- godzina, minuta, sekunda

- przebieg napięcia w czasie

(Chyba) Aby odczytać dane z licznika mikroprocesorowego, dostawca nie musi przychodzić, może to zrobić ze zdalnego komputera, który nadzoruje te liczniki.

38. Wyjaśnić na czym polega przetwarzanie analogowo-cyfrowe sygnałów. Co to jest próbkowanie i kwantowanie sygnału? Jak sieje realizuje?

1-wszy etap - próbkowanie - pobieranie wartości chwilowych. Sygnały w ściśle określonych momentach czasowych.

Kondensator pamiętający

Twierdzenie Shannona-częstotliwość próbkowania powinna być conajmnie dwa razy większa od częstotliwości przebiegu mierzonego.

2-gi etap - kwantowanie - porównywanie napięcia na końcu układu z wartością kwantową.

Kwant. Równomierne - generator nap. schodkowych.

3-cia metoda - kwantowanie wagowe - podajemy części nap. wzorcowego.

Uw/2 Uw/4 Uw/8…. = 101.. - przetwornik wielo bitowy(4 do 16 bity)

39. Budowa i właściwości częstościomierzy i czasomierzy cyfrowych.

Są to mierniki służące do pomiaru częstotliwości i okresu

Budowa częstościomierza:

częstościomierz cyfrowy

Układ wejściowy - wzmacniacz, dzielnik napięcia

Układ kształtujący 1 składa się z trzech bloczków:

Układ kasowania - kasuje licznik i doprowadza go do stanu zera.

Błąd graniczny :

N= fx*Tp

Budowa czasomierza:

Budowa czasomierza jest taka sama jak częstościomierza, tylko różni się przy bramce. Jest zamiana miejsc łączy.

40. Budowa i właściwości fazomierzy cyfrowych.????

BUDOWA

Napięcia u_v i u₂, między którymi należy zmierzyć przesunięcie fazowe, są doprowadzane do wejść I i II. Z przebiegu tych napięć są kształtowane fale prostokątne, które są następnie różniczkowane i obcinane jednostronnie. Otrzymane na wyjściach obcinaczy impulsy są przesunięte względem siebie w czasie. Przesunięcie czasowe obydwu ciągów impulsów zależy od różnicy faz obu napięć wejściowych. Impulsy te sterują przerzutnikiem bramkującym, który wytwarza z kolei impuls bramkujący. Impuls odpowiadający przejściu przez zero u_t powoduje w konsekwencji otwarcie bramki, a impuls otrzymany przy przejściu przez zero napięcia u₂ zamyka ją. W czasie otwarcia bramki są zliczane impulsy dopływające z generatora impulsów wzorcowych.

Właściwości

Fazomierz cyfrowy mierzy kąt przesunięcia między dwoma częstotliwościami.

Przesunięcie fazowe:

W miernikach, w których chodzi o szybki bezpośredni odczyt, dobiera się częstotliwość wzorcową f_w tak, aby był spełniony warunek
przy czym: k - - liczba naturalna, najczęściej 2 lub 3; f_x - - częstotliwość [przebiegów badanych.

Na błąd pomiaru wartości chwilowej przesunięcia fazowego mają wpływ: błąd zliczania 1/N₂, dodatkowe opóźnienia w obu kanałach (odpowiada temu dodatkowy błąd A(/>_p), niestałość częstotliwości wzorcowej i mierzonej (zmniejsza się przez stosowanie wyżej omówionej synchronizacji) — d_s, błąd bramkowania <5_B i błąd <5₂ uwarunkowany zniekształceniami przebiegu badane­go.

41. Budowa i zasada działania woltomierzy cyfrowych o przetwarzaniu napięcia w przedział czasu.

Układ sterujący samoczynnie lub na sygnał startuje generator i wytwarza napięcie. W układzie wejściowym musi być informacja o biegunowości (-,+).

AWZ - automatyczny wybór zakresu.

Współpracuje ze wskaźnikiem.

42. Budowa i zasada działania woltomierzy cyfrowych o podwójnym całkowaniu.

Z przebiegu współczynnika zakłóceń szeregowych w funkcji stosunku czasu cał­kowania do okresu napięć zakłócających wynika, że wybór właściwego czasu całkowania umożliwia całkowitą eliminacje zakłóceń szeregowych. Czas ten (w Europie) powinien być równy 20 ms z uwagi na to, że zakłócenia mają przeważnie częstotliwość sieci elektroenergetycznej lub też jej wielokrotność.

-Uw - napięcie wzorcowe o odwrotnej polaryzacji do napięcia mierzonego

AWZ - automatyczny wybór zakresu

Zasada działania:

Przełącznik ustawiamy na 1(napięcie stałe), to daje impuls na przerzutnik bramkujący, który otwiera bramkę. Od razu zaczyna się zliczanie impulsów.

Potem przełącznik jest przełączony na 2 i podawane jest napięcie -Uw. Następuje rozładowanie. W czasie rozładowania impulsy nadal są zliczane do licznika.

Jakość pracy tego woltomierza nie zależy od stałej całkowej i nie zależy od okresu generatora impulsów wzorcowych.

Budowa:

43. W jaki sposób można zmierzyć prąd stały o wartości >= 100 A?

Poprzez stosowanie boczników.

Stosuje się na przyrządy do 1kA.Prąd stały może być mierzony za pomocą płytki Halla.

U_H=R_H*(B*I)/d

Do 4kA

Wytwarzane jest pole o indukcji B. Indukcja jest proporcjonalna do prądu, który płynie przez szynę

44. Budowa i zasada działania omomierzy cyfrowych.

Budowa:

Zasada działania:

Układ sterujący na sygnał zamyka wyłącznik, od razu zaczyna się ładowanie kondensatora ze źródła. Przerzutnik otwiera bramkę i impulsy zaczynają wchodzić do licznika.

Napięcie na kondensatorze wyrównuje się. Sygnał do przerzutnika do zamknięcia bramki.

Impulsy, które wchodzą do licznika SA miarą wartości rezystancji.

45. Budowa i właściwości multimetrów cyfrowych.

Przyrządy uniwersalne, wielofunkcyjne, wielozakresowe, dzielą się na:

1. Multimetry techniczne (w gumowej osłonie) - błędy na poziomie+-1%Ww +-1cyfra

2. Multimetry laboratoryjne - błędy na poziomie +-0,001%Ww +-!cyfra

Budowa:

Napięcie stałe(wzmacniacz, dzielnik napięcia), prąd stały(bocznik), napięcie przemienne, prąd przemienny, pomiar rezystancji, pomiar pojemności, pomiar częstotliwości przekazywane są na przetwornik analogowy, może być w układzie próbkująco - pamiętającym, z klawiatury wybieramy co chcemy.

46. Jak definiuje się błędy przyrządów cyfrowych.

Delta = +- a%Ww +- b% W zakresu .

Błąd cyfrowy zliczania +- b% W zakresu.

Błąd względny δ = delta/ Ww = +- a% +- b% W Zakresu/Ww

47. 
    Przetworniki hallotronowe i ich zastosowanie.

Hallotron jest półprzewodnikowym elementem mnożącym. W normalnym wykonaniu jest to cienka płytka prostopadłościenna wykonana z półprzewodnika mono - lub polikrystalicznego, o dwóch parach wzajemnie prostopadłych elektrod. Jedna para - prądowa - służy do doprowadzenia prądu, druga - napięciowa - do odprowadzenia napięcia Halla. Jeśli płytkę taką zasilaną prądem I umieści się w polu magnetycznym B to na wyjściu napięciowym otrzymamy napięcie Halla
, gdzie: R_H - współczynnik Halla, d - grubość płytki, I - natężenie prądu, B - indukcja pola magnetycznego. W przypadku stałego pola magnetycznego i stałego prądu napięcie Halla jest również stałe w czasie. Jeżeli wartości te są zmienne, to napięcie
. Zawartość cosinusa możemy zapisać jako przesunięcie w fazie . Właściwość ta jest wykorzystywana przy budowie przetworników mocy.

Hallotrony są stosowane do pomiarów indukcji i natężenia pola magnetycznego, pomiarów prądów stałych o dużych natężeniach oraz w przetwornikach mocy i fazy.

48. Co to są systemy pomiarowe? Jaka jest ich budowa?

Systemy pomiarowe - zbiór narzędzi pomiaru objęty wspólnym sterowaniem wewn, lub zewn.

49. Opisz znane sposoby pomiaru pojemności kondensatorów.

cyfrowy miernik

pF

nF wyskalowanie

uF

U_wy=(R/ 1:wCx)*U_we=RwCxUwe

50. Opisz znane sposoby pomiaru indukcyjności cewek.

Błąd pomiaru ±1%

4

Zaciski: na schemacie znajdują

się zaciski pierwotne P1 i P2

oraz zaciski wtóre S1 i S2.

---