Miernik magnetoelektryczny
Fizyczna zasada działania polega na mechanicznym oddziaływaniu pola magnetycznego o określonej indukcji na przewodnik z prądem elektrycznym. Siła oddziaływania jest proporcjonalna do natężenia prądu. Odchylenie organu ruchomego jest wywołane działaniem pola magnetycznego magnesu trwałego na cewkę, przez którą płynie prąd. Ruchomy może być magnes trwały - (miernik magnetoelektryczny o ruchomym magnesie) bądź cewka z prądem (magnetoelektryczny o ruchomej cewce). Te ostatnie są bardziej rozpowszechnione.
Rozszerzanie zakresu pomiarowego
Oznaczenia: ( = ) - przy prądzie stałym,
( ~ ) - przy prądzie przemiennym,
a) zakres napięciowy:
posobnik - szeregowo włączony opornik dodatkowy ( =, ~ ),
dzielnik rezystancyjny ( =, ~ ),
dzielnik pojemnościowy lub szeregowo włączony kondensator - woltomierz elektrostatyczny ( ~ ),
przekładnik napięciowy ( ~ ),
dzielnik indukcyjnościowy ( ~ ),
b) zakres prądowy: bocznik - równolegle włączony opornik dodatkowy ( = ),
bocznik wielozakresowy Ayrtona (* 10 A) ( = ),
przekładnik prądowy ( ~ ),
transduktor - przekładnik prądu stałego ( = ), (duże prądy, kA ),
DZIELNIKI Zastosowanie: bardzo dokładne pomiary przy prądzie przemiennym w zakresie częstotliwości akustycznych - np. sprawdzanie przekładników napięciowych, układy mostkowe przemiennoprądowe. Układy kaskadowo połączonych autotransformatorów zapewniają niedokładność nastawienia przekładni * 10-6. Napięcie wyjściowe wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset woltów, zakres częstotliwości od około 10 Hz do 10 kHz. Impedancja wejściowa * 50 k* Budowa: rdzeń pierścieniowy, małe straty magnetyczne, b. duże *.
Wartości prądów znamionowych pierwotnych są znormalizowane, natomiast prąd wtórny wynosi zwykle I2= 5 A (niekiedy 1 A lub 2 A). PRZEKLADNIKI prądowe budowane są w klasie: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3 (jako przyrządy laboratoryjne nawet w klasach dokładniejszych). Przekładnik prądowy pracuje jak transformator w stanie zwarcia. W obciążonym przekładniku prądowym przepływy prądowe: pierwotny I1z1 i wtórny I2z2 mają wartości zbliżone i skierowane przeciwnie, a wypadkowa indukcja magnetyczna w rdzeniu jest niewielka (około 0,01 * 0,1 T). Ponieważ przepływy są przeciwstawne, to prąd dopływający do zacisku pierwotnego K i odpływający od zacisku wtórnego k zmieniają się równocześnie - czyli są w fazie.
W przypadku rozwarcia obwodu wtórnego zanika przepływ wtórny I2z2, a pierwotny pozostaje praktycznie bez zmiany. Wypadkowy strumień w rdzeniu rośnie aż do nasycenia. Powoduje to duże straty w rdzeniu (prądy wirowe i histereza - *Fe * k B2) i grzanie się rdzenia, co może doprowadzić do uszkodzenia izolacji. Ponadto w uzwojeniu wtórnym indukuje się niebezpiecznie wysokie napięcie w postaci impulsów (ze względu na nasycenie strumień w rdzeniu ma przebieg zbliżony do prostokątnego) o wartości szczytowej rzędu kilkuset woltów, a nawet większej. Dla uniknięcia rozwarcia obwodu wtórnego (np. w przypadku wymontowania amperomierza) przy włączonym prądzie pierwotnym, zaciski wtórne k i l zwiera się grubym przewodem lub specjalną zworą, w którą zaopatrzone są fabrycznie niektóre przekładniki.
Przekładnik napięciowy jest to transformator pracujący praktycznie w stanie jałowym, gdyż pobór prądu z obwodu wtórnego przez woltomierz i cewki obwodów napięciowych watomierzy, liczników czy fazomierzy jest mały
Strumień w rdzeniu pochodzi praktycznie od przepływu pierwotnego I1z1. Uzwojenia nawinięte są na rdzeniu ferromagnetycznym wykonanym z blach transformatorowych. Uzwojenie pierwotne wysokiego napięcia jest odizolowane starannie od rdzenia i uzwojenia pierwotnego. Jeden z zacisków obwodu wtórnego jest uziemiony. Chroni to ten obwód od ewentualnego przeskoku wysokiego napięcia na stronę niskiego napięcia. Oprócz tego oba obwody: pierwotny i wtórny są zabezpieczone bezpiecznikami przed zwarciami.
MOSTKI RLC Mostki RLC służą do pomiaru rezystancji, indukcyjności i pojemności elementów liniowych. Ze względu na zasadę działania pozwalają one na pomiar składników impedancji.
Impedancję można przedstawić jako kombinację idealnej rezystancji i idealnej reaktancji. Elementy idealne charakteryzują się tylko ich podstawowymi cechami, a więc rezystor - rezystancją, kondensator - reaktancją pojemnościową, dławik - reaktancją indukcyjną. |
Mierniki cyfrowe: Grupujemy ze względu na pomiary -czasu, częstotliwości i fazy -sygnałów elektrycznych(nap, pradu, mocy) -parametrów obowdu elek (rezyst, poj, ind) Częstościomierz: Wrzozec częstotliwości,wraz z ukł powielania i dzielenia częst, wytwarza ciag impulsow wzorcowych uc o czestotliwości fw Impulsy wyzwalają układ sterowania,którym jest przezutnik bramkujący (wyznacza on wzorcowy czas pomiaru Tp (otwarta bramka) Gdy bramka jest otwarta doprowadzane są impulsy o częstotliwiości mierzonej fx Pomiar trwa od 10ms do 10s. Zbyt długie czasy pomiarów są niekorzystne (przy małych częst) bo szybka zmiana częstotliwości mierzonej miernik wskazuje wart średnią Przystawka dzieląca składa się z ukł wejściowego (wzmacniacz), ukł formujący, dzielnik częstotliwości, ukł dopasowujący) Zmniejszona czestotliwość o k mierzymy miernikiem cyfrowym, otrzymujemy fx=kFx Przystawka mieszająca sygnał mierzony mieszany z przebiegiem sinusoidalnym o określonej częstotliwości. Za pomoca nastawnego rezonatora wybiera się jedną z harmonicznych. Na wyjściu otrzymujemy częstotl sumacyjne i róznicowe. Sumujący oczyszcza się za pomocą filtru dolnoprzepustowego, a różnicowy mierzy się częstościomierzem cyfrowym Czasomierz Zlicza, w mierzonym czasie impulsy powtarzające się, z wzorcową częstotliwością fx Mikroprocesorowe częstościomierze-czasomierze: Pomiar częstotliwości w sposób pośredni (poiar okresu) w zakresie do kilku kHz i bezpośredni - większych częstotliwości. Cykl pomiarowy rozpoczyna się zawsze od pomiaru okresu. Fazomierze cyfrowe Cyfrowy pomiar wart chwilowej przesunięcia fazowego jets oparty na cyfrowym pomiarze pzrediałów czasu. Woltomierze cyfrowe: -duza dokładność pomiaru (wyeliminowany błąd związanego z subiektywością odczytu) -automatyczny wybór zakresu i polaryzacji -możliwość przyłączenia innych urządzeń -zastosowanie w telemetrii Podział: woltomierze napięć stalych, wolnozmiennych i napięc zmiennych Budowa: ukł wejściowy, przetwornik A/C, dekoder, ukł sterujący i wskaźnik Przetworniki A/C bezpośrednie dają dużą szybkość pomiaru. Urzywamy przetworniki kompensacyjne (mały błąd wskazań) w najdokładniejszych woltomierzach. Przeważnie używamy przetw integracyjne (dobra rozdzielczość i tłumienie zakłóceń okresowych) Zakłócenia szeregowe: sprzężenia indukcyjności przewodów doprowadzających, równoległe: różnica potencjałów zacisków uziemiających źródła Eliminacja zakłócających napięc przemiennych przez stosowanie filtrów dolnoprzepustowych na wejściach (wada- wydłóżenie czasu odp na zmianę nap) Woltomierze kompensacyjno-całkujące zalety: niewrażliwość na zakłócenia (calkujący) i duża dokładność (kompens) Napięcia przemienne: pomiar odbywa się przez zmiane wart średniej, skutecznej lub maksymalnej (szczytowej) na nap stałe do czego stosujemy prostowniki Wada: zależność wskazań od kształtu krzywej napięcia mierzonego Kompensacyjne woltomierze cyfrowe wart skutecznej (brak żródeł nap wzorcowych odtwarzających wzorcowy kształt nap mierzonego) nap komp formuje się z nap mierzonego Błąd pomiaru 0,05-0,1% dla nap > od mV Mikroprocesorowe woltomierze Budowa:ukł wej, przetwornik A/C, sys pzretwornikowy, wskaźnik Mikroprocesor odpowiedzialny za procedurę pomiaru, sterowania blokami, przeprowadza operacje (nośnik: interfejs i szyna danych) Multimetry Uniwersalny, wielofunkcyjny przyząd pomiarowy, pozwalający mierzyć wart elektrycznych. Mierzą napięcia stałe i zmienne, rezystancji, poj, częstotliwości. Są 2typy: a) programowane (mikroprocesorowe): mały błąd wskazań, ma mikrokontroler (blok obliczeniowy) b) nieprogramowane
2rodzaje czujników termoelek: a)paremetryczne-temp wpływa na: -rezystywność -przenikalność magnet i dielektryczna -przewodzenie złącza Stosujemy termorezystory i termistory (dokładność pomiaru, łatwość wyk ukł samoczynnego sterowania, łatwość rejestracji temp w f-cji czasu i zdalny pomiar) b)generacyjne (termoel) stanowią ogniwa termoelektryczne o sile termoelek. E zależnej od różnicy temp. Rezystancja metali stos na czujniki termometryczne jest powtarzalna w funkcji temp. Rt=R0[1+a(t-t0)+b(t-t0)2+...] Dla metali wsp dodatnie. Materiał termorezystora (Pt, Ni, Cu) cechy: duża wytrz. Mech. Duża Rezystywność i stałość w czasie, powtarzalność i liniowość charakterystyki przetwarzania, szeroki zakres przetwarzania. W T=0C standardowa rezystancja czujników R0=100ohm a prąd 5-10mA. Termometr platynowy: R(t)=R0[1+At+Bt*t+C(t-100)*t*t*t]. Dla t>0 składnik ostatni nie występuje. Term niklowy: R(t)=R0(1+At+Bt*t+Ct3+dt4). Dla t<0 dodatkowy człon korekcyjny deltaR(t)=E*t(t-30). Termoelementy Działanie opiera się na zjawisku termoelektrycznym Peltiera i Thomsona. Polega na powstawaniu napięcia elektrycznego w obwodzie zawierającym różne metalem, których złącza znajdują się w niejednakowych temperaturach. Powstają 2 napięcia kontaktowe przeciwnie skierowane. Przy różnych temp pojawia się różnica potencjałów (napięcie termoelektryczne) E(T)=a(Tx-T0). Błąd pomiaru Tx jest uzależniony od temp odniesienia T0. Powinna ona być stała. Termistory Element półprzewodnikowy, wykorzystujący zależność między R a t. Materiały: tlenki Fe, Ni, Li, Tytanu. W zależności od składu, wyróżniamy t. NTC (ujemny wsp temperaturowy- R maleje gdy t rośnie Rt2=Rt1expB(1/t2-1/t1) i PTC(dodatni wsp temp. R=A+C*expBT (pozystor-do stabilizacji temp a nie do pomiaru)). Czułość termiostora charakteryzuje temperaturowy wsp rezystancji: alfa=(-B/T2). Wart: -2% - -6% wyzn w t=20C. Wykonywane w postaci: perełek, pręcików, płytek, bagietek, mogą mieć obudowy szklane lub plastykowe. Budowa układu pom: CTLPPPzasilanie. Logometr magnetoelektryczny Organ ruchomy składający się z 2 skrzyżowanych pod stałym kątem cewek umieszczonych w szczelinie magnesu stałego. Nie wymagadają stabilizowanego źródła napięcia zasilającego-stos prądów bez zmian. Termometry nieelektryczne: Bimetalowe, dylatacyjne, cieczowe, manometryczne. Elementy: rurka Bourdona, mieszek, membrana, rurka zwinięta walcowo, puszka. Wskaźniki temperatury: stożki Segera, farby i kredki termometryczne.
|
Wartość modalna to wartość zmiennej losowej, dla której prawdopodobieństwo jest największe, czyli jest to najczęściej powtarzająca się wartość. Mediana to wartość zmiennej losowej, która dzieli obszar zmienności na dwa obszary o jednakowych prawdopodobieństwach, czyli jest to liczba w środku zbioru liczb tzn., że połowa liczb ma wartości większe niż mediana i połowa ma wartości mniejsze. Jeżeli liczba danych w zbiorze jest parzysta, to mediana jest średnią dwóch liczb środkowych.
1.Błędy systematyczne (nielosowe) - przy wielu pomiarach tej samej wartości wielkości mierzonej, wykonywanych w tych samych warunkach, są stałe zarówno co do wartości bezwzględnej jak i co do znaku. Błąd taki można eliminować, lub przynajmniej redukować za pomocą poprawki, wyznaczonej teoretycznie lub doświadczalnie. Główne przyczyny powstawania tych błędów to : błędy metody, powstające w rezultacie świadomego przyjęcia pewnych uproszczeń, niedokładność wzorca, oddziaływanie przyrządu na obiekt badany, zmiana warunków odniesienia. Cecha char-możliwość ich całkowitej lub częściowej eliminacji. 2.Błędy przypadkowe (losowe)-zmieniają się w sposób nieprzewidzialny, zarówno co do wartości bezwzględnej jak i co do znaku, przy wykonywaniu dużej ilości pomiarów tej samej wielkości w warunkach pozornie niezmiennych. Powodują rozrzut kolejnych wyników wokół wartości rzeczywistej mierzonej wielkości. 3.Błędy nadmierne (grube lub pomyłki)- błędy wynikające z nieprawidłowego wykonania pomiaru.Wynik pomiaru obarczony błędem nadmiernym nie jest brany pod uwagę jest niewiarygodny.
Podział niepewności na dwa typy: •niepewności typu A, wyznaczane metodami statystycznymi •niepewności typu B, wyznaczane innymi metodami Można przyjąć na podst. źródeł powstawania, że niepewność typu A odpowiada błędom spowodowanym efektami przypadkowymi, natomiast niepewność typu B odpowiada błędom spowodowanym efektami systematycznymi. Jeśli niepewność wywołana jest przez efekty systematyczne (najczęstsze źródło - błąd aparatury pomiarowej) - to wartość graniczna tego błędu umożliwia wyznaczenie wariancji dla przyjętego rozkładu prawdopodobieństwa. Niepewność typu B można ocenić w zależności od posiadanych informacji jak: •właściwości przyrządów i metod pomiarowych •danych kalibracyjnych przyrządu •informacji podanych przez producenta •danych z wcześniejszych pomiarów Dla danej wielkości przyporządkowuje się określony rozkład prawdopodobieństwa i oblicza odchylenie standardowe. (rozklad jednostajny lub trójkątny)
Etapy rozwoju elektrycznych przetworników
1.Mierzona wielkość przetwarzana przez element czujnikowy EC na wielkość pomocniczą, która z kolei za pośrednictwem kondycjonera sygnałów KS jest przekształcona w standardowy analogowy sygnał elektryczny.
2.Sygnał przekształcony przez przetwornik a/c doprowadzony do jednostki centralnej nadzorującej procesem.
3.Kondycjoner sygnałów został umieszczony w jednej obudowie wraz z elementem czujnikowym.
4.Miniaturyzacja elementów półprzewodnikowych umożliwia umieszczenie w jednej obudowie przetwornika a/c.
5. Dalsza miniaturyzacja elementów półprzewodnikowych umożliwia umieszczenie w jednej obudowie przetwornika mikroprocesora μP Przetwornik taki połączony jest z jednostką centralną standardowym interfejsem i nosi nazwę przetwornika inteligentnego.
|