background image

 

 

1

MIERNICTWO ELEKTRYCZNE  - analogowe 

 
 
 
 
 
Program wykładu 

 

Technika pomiarów i podstawy rachunku błędów  

 

Rodzaje mostków pomiarowych ze szczególnym uwzględnieniem mostków  
wysokonapięciowych  

 

Przekładnik prądowy i napięciowy  

 

Stany pracy normalnej i awaryjnej przekładników  

 

Pomiary mocy czynnej i biernej w układach z przekładnikami prądowymi 

i napięciowymi  

 

Pomiary energii  

 

Zasady pomiaru wielkości nieelektrycznych  

 

Przetworniki tensometryczne, temperatury, ciśnienia i drgań  

 

 

Literatura 

1.

 

Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A., Metrologia elektryczna, WNT, Warszawa, 
1994 

2.

 

Zatorski A., Rozkrut A., Miernictwo elektryczne - materiały do ćwiczeń 
laboratoryjnych
, Wydawnictwo AGH, 1994 

3.

 

Rylski A., Metrologia II, Wydawnictwo Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2000 

4.

 

Ratyńska J., Zarys miernictwa elektrycznego i elektronicznego, Wydawnictwo 
Politechniki Radomskiej, Radom 2002 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

background image

 

 

2

Metrologia - dziedzina wiedzy, zajmująca się pomiarami. 

Pomiary - doświadczenia, których wynikiem są zarówno oceny jakościowe jak i ilościowe. 
Istotą każdego pomiaru jest porównanie wartości mierzonej z wzorcem miary tej wielkości. 
 
Wzorce są to narzędzia pomiarowe odtwarzające jednostki miary lub ich wielokrotności. Od 
wzorców  wymaga  się  niezmienności  w  czasie,  dużej  dokładności,  łatwego  odtwarzania 
i stosowania.  
Wzorce charakteryzują się następującymi parametrami: 
• nominalna miara wzorca 
• niedokładność miary wzorca 
• okres zachowania niedokładności miary wzorca 
• warunki, w których miara i dokładność są zachowane 
 
Przykłady wzorców miar 

 

wzorce napięcia 

 

wzorce rezystancji 

 

wzorce pojemności i indukcyjności 

 

wzorce czasu i częstotliwości 

 
 
Ogniwo Westona 
Umieszczone  jest  w  szklanym  naczyniu,  w  które  wtopione  są  platynowe  elektrody.  Dodatni 
i ujemny  biegun  ogniwa  stanowią  odpowiednio  rtęć  (Hg)  i    amalgamat  kadmu  (Cd  9-Hg), 
natomiast elektrolitem jest nasycony roztwór siarczanu kadmowego (CdSO4 ). 

 

Ogniwo wzorcowe Westona 

Dla temperatury 20

0

C wartość napięcia na zaciskach ogniwa jest równa 1,018636V. 

Z  ogniwa  nie  należy  pobierać  prądu  przez  dłuższy  czas.  Największy  dopuszczalny, 
krótkotrwały  prąd  pobierany  wynosi  1µA.  Ogniwo  wyładowywane  w  ciągu  3  min  prądem 
20µA  odzyskuje  właściwe  napięcie  dopiero  po  3h.  Pobór  prądu  przekraczającego  100µA 
powoduje  uszkodzenie  ogniwa.  Ogniwa  nasycone  Westona  są  wrażliwe  na  wstrząsy 
i wibracje. 
 
Oporniki wzorcowe 
Użytkowe  wzorce  rezystancji  stanowią  oporniki  wykonane  z  drutu  i  taśm  rezystancyjnych. 
Podział wzorców rezystancji: 
-  wzorce  nienastawne,  odtwarzające  jedną  wartość  rezystancji  -  zwane  opornikami 
wzorcowymi
 
-  wzorce nastawne, odtwarzające wiele wartości rezystancji - zwane opornikami dekadowymi

background image

 

 

3

Elementy rezystancyjne oporników wzorcowych wykonuje się ze stopów miedzi znanych pod 
nazwami  handlowymi  manganin  i  nikrothal,  charakteryzujące  się  niskim  współczynnikiem 
temperaturowym rezystancji.  

 

Schemat elektryczny oraz budowa opornika wzorcowego 

 

Oporniki wzorcowe mają po dwie pary zacisków prądowych i napięciowych.  
Zaciski prądowe służą do doprowadzenia prądu do opornika, a zaciski napięciowe do pomiaru 
napięcia  na  oporniku.  Stosowanie  zacisków  prądowych  i  napięciowych  zmniejsza  błędy 
spowodowane rezystancjami przejścia na styku przewodów łączących i zacisków, zwłaszcza 
tam, gdzie są one porównywalne z wartością rezystancji opornika wzorcowego. 
 
 
 
TECHNIKA WYKONYWANIA POMIARÓW PRZYRZĄDAMI ANALOGOWYMI 
 
Przyrząd magnetoelektryczny 
 

 

Zasada  działania  przyrządu  magnetoelektrycznego  opiera  się  na  oddziaływaniu  pola 
magnetycznego  magnesu  trwałego  na  cewkę  z  prądem  elektrycznym,  do  którego 
przymocowana jest wskazówka. 
 
 

background image

 

 

4

Przyrząd elektromagnetyczny 

 

Zasada  działania  miernika  elektromagnetycznego  polega  na  oddziaływaniu  pola 
magnetycznego cewki przewodzącej prąd, na ruchomy rdzeń ferromagnetyczny umieszczony 
w  tym  polu.  Wskazówka  połączona  z  rdzeniem  wskazuje  wartość  prądu  przepływającego 
przez cewkę.  Im większy  prąd przepływa przez  cewkę, tym silniej jest wciągany rdzeń, tym 
większy jest moment i większe odchylenie wskazówki.

 

 
Symbole stosowane do opisu przyrządów analogowych 

Oznaczenie 

symboliczne 

Rodzaj mierzonego przez ustrój pomiarowy prądu 

 

Stały 

 

Przemienny 

 

Stały i przemienny 

 

Oznaczenie 

symboliczne 

 

 

Poziome położenie pracy przyrządu 

 

Pionowe położenie pracy przyrządu 

 

Skośne położenie pracy przyrządu, np. 60° 

1,5 

Wskaźnik klasy dokładności 

 

Napięcie probiercze 500V 

background image

 

 

5

 

Napięcie probiercze większe niż 500V (np. 2 kV) 

 

Przyrząd nie podlegający próbie wytrzymałości elektrycznej izolacji 

 

Oznaczenie 

symboliczne 

Nazwa ustroju pomiarowego 

 

Magnetoelektryczny z magnesem stałym 

 

Magnetoelektryczny z prostownikiem 

 

Magnetoelektryczny ilorazowy 

 

Elektromagnetyczny 

 

Elektrodynamiczny 

 

Ferrodynamiczny 

 

Typowe zastosowania 

 

 

 

Prąd stały 

 

 

 

 

Prąd przemienny 

 

 

 

      

 

 

 

      

 

 

      

 

 

 

      

 

 

Ω 

 

----------- 

 

     

 

 

 

    

 

 

Var 

-----------   

 

    

 

 

 

background image

 

 

6

Błąd pomiarów analogowych 
 

 

 

Rys. 1. Definicja błędu pomiaru 

 

 

)

(t

f

 - błąd statyczny,  

)

(t

f

=

 - błąd dynamiczny 

 
 
Błąd 

 pomiaru powstaje wskutek niedoskonałości narzędzi pomiarowych, nieodpowiednich 

warunków pomiaru oraz nieumiejętności obserwatora. 
 
 
 
BŁĘDY PRZYRZĄDÓW ANALOGOWYCH 

 

Błąd bezwzględny 

r

m

W

W

=

 

 
Błędem bezwzględnym posługujemy się do określenia dokładności wyniku pomiaru i jego 
zaokrąglenia. Błąd ten nie nadaje się do porównywania różnych wyników pomiarów lub 
porównywania narzędzi o różnych zakresach pomiarowych. 
 
 

Błąd względny 

%

100

=

m

W

δ

 

Błąd ten stosowany jest do określania dokładności narzędzi i metod pomiarowych 
 
Właściwości pomiarowe przyrządów pomiarowych określa się za pomocą 

klasy dokładności 

 
0.1, 0.2 – przyrządy laboratoryjne 
0.5, 1.0, 1.5 – przyrządy techniczne 
> 1.5 – wskaźniki 
 
 

Klasa dokładności  

%

100

max

=

zakres

kl

 

 

background image

 

 

7

Maksymalny błąd jaki może popełnić przyrząd w dowolnym miejscu skali, podzielony przez 
zakres pomiarowy przyrządu i pomnożony przez 100. 
 
Klasa  dokładności  określa  błąd  podstawowy  przyrządu  pomiarowego  w  jego  normalnych 
warunkach użytkowania. 
Wskazania  przyrządu  pracującego  w  warunkach  różniących  się  od  normalnych  mogą  być 
obarczone błędami dodatkowymi 
 
 

Przykład 

Woltomierzem  o  klasie  dokładności  równej  0,5  i  zakresie  pomiarowym  wynoszącym  100V 
zmierzono: 
a)

 

1V 

b)

 

20V 

c)

 

80V 

d)

 

100V 

Obliczyć błąd pomiaru napięcia dla każdego z powyższych przypadków. 
 

100

zakres

kl

=

=  

V

5

.

0

100

100

5

,

0

=

 

 

a) 

%

50

%

100

1

5

.

0

=

=

δ

 

b) 

%

5

.

2

%

100

20

5

.

0

=

=

δ

 

c) 

%

625

.

0

%

100

80

5

.

0

=

=

δ

 

d) 

%

5

.

0

%

100

100

5

.

0

=

=

δ

 

 
Wniosek 
Należy  tak  dobierać  zakres  pomiarowy  przyrządów,  aby  wskazówka  znajdowała  się  przy 
końcu skali. 
 
 
 
Błędy pomiarów pośrednich 
 

)

...,

,

,

(

2

1

n

x

x

x

f

- relacja pośrednia określająca wielkość mierzoną 

n

- liczba przyrządów pomiarowych 

 
dla 

3

n

 

n

n

x

x

f

x

x

f

x

x

f

F

+

+

+

=

...

2

2

1

1

 

 
dla 

3

>

n

 

background image

 

 

8

2

2

2

2

2

1

1

...





+

+





+





=

n

n

x

x

f

x

x

f

x

x

f

F

 

 
 
Przykład 

Obliczyć  błąd  pośredniego  wyznaczenia  wartości  rezystancji  w  oparciu  o  pomiar  napięcia 
i prądu. 
 

I

U

R

=

 

 

I

I

U

U

I

I

I

R

U

U

R

R

+

=

+

=

2

1

 

 

I

I

U

U

I

R

+

=

2

1

                / 

R

1

 

 

I

I

U

R

U

I

R

R

R

+

=

2

1

1

1

 

 

I

I

U

U

I

U

I

U

I

R

R

+

=

2

1

 

 

I

I

U

U

R

R

+

=

 

 

I

U

R

δ

δ

δ

+

=