Wykład
Wykład
PODSTAWY METROLOGII
ELEKTRYCZNEJ
ProwadzÄ…ca:
® dr in\
. Danuta Skalska
Podstawy miernictwa elektrycznego
wiadomości ogólne
2
2
2
Dział nauk technicznych noszący nazwę
miernictwa elektrycznego obejmuje zagadnienia
związane z teorią pomiarów wielkości elektrycznych
oraz z właściwościami środków technicznych do
tego celu stosowanych.
Miernictwo elektryczne, podobnie jak ka\
da inna
gałąz
miernictwa, wykształciło własne specyficzne
metody pomiarowe, których cechy wynikają z
właściwości mierzonych wielkości elektrycznych.
Pomiar sprowadza się do porównania wartości
mierzonej wielkości z wartością tej wielkości
przyjętą za jednostkę. W wyniku przeprowadzonego
procesu pomiar, uzyskuje siÄ™ liczbÄ™, wyra\
ajÄ…cÄ…
wartość mierzonej wielkości w obranej jednostce.
2013-03-05 2
pole elektromagnetyczne 1
Pomiary mo\
na podzielić na dwie grupy
3
3
3
(uwzględniając wpływ innych wielkości tj. T
otoczenia, wilgotności w czasie itp.)
Pomiary w warunkach ustalonych  sÄ… to
pomiary, które wykonywane są przy stałych
wartościach wielkości np. T otoczenia i
wilgotności w czasie lub są zale\
ne w stopniu
wystarczająco małym albo są niezale\
ne od tych
wartości wielkości.
Pomiary w warunkach nieustalonych  sÄ… to
pomiary, które wykonywane są przy zmiennych
wartościach wielkości np. T otoczenia i wilgotności
w czasie, które wyraz
nie wpływają na wartości
mierzone. Przy du\
ej prędkości zmian wielkości
mierzonej nale\
y zastosować w pomiarach
przyrządy rejestrujące właściwie dobrane i o
wymaganej dokładności.
2013-03-05 3
4
4
4
Metody pomiarów
6
6
6
POMIARY
BEZPOÅšREDNIE POÅšREDNIE ZA
OśONE
Pomiar prądu - Pomiar energii Pomiar pośredni lub
amperomierz, elektrycznej  na bezpośredni pewnej
Pomiar napięcia - podstawie pomiaru liczby wielkości
woltomierz, prądu, napięcia i czasu powiązanych ze sobą
Pomiar mocy  watomierz układem równań
2013-03-05 4
pole elektromagnetyczne 2
Chcąc poznać zjawiska zachodzące w
5
5
5
obiekcie fizycznym lub systematycznie
kontrolować warunki jego pracy, nale\
y
dokonać pomiarów wielu ró\
nych wielkości
fizycznych.
W tym celu korzysta się z zespołu środków
technicznych zwanych narzędziami
pomiarowymi. SÄ… to:
1. PrzyrzÄ…dy pomiarowe,
2. Przetworniki pomiarowe,
3. Układy i systemy pomiarowe.
2013-03-05 5
Elektryczne metody pomiarowe odznaczajÄ… siÄ™:
- du\
ą dokładnością,
6
6
6
- prostotÄ… i mo\
liwością pomiarów zdalnych.
Z uwagi na spełniane funkcje przez przyrządy pomiarowe
wyró\
niamy:
1. Mierniki  przyrządy wyskalowane w jednostkach miary wielkości
mierzonej i przyjmujÄ… nazwÄ™ od jednostki tej miary (np.woltomierz,
amperomierz, watomierz, omomierz) lub od nazwy wielkości
mierzonej (np. częstościomierz, fazomierz).
2. Rejestratory  przyrządy pomiarowe, które umo\
liwiajÄ… zapis
przebiegu wielkości mierzonej w funkcji innej wielkości np. czasu,
(elektromechaniczne, elektrooptyczne, elektroniczno-optyczne).
3. Charakterografy  przyrzÄ…dy umo\
liwiajÄ…ce obserwacje , pomiar lub
rejestrację charakterystyk układów elektrycznych (przetworniki
wielkości nieelektrycznych na sygnał pomiarowy elektryczny).
4. Detektory  np. zera ( stwierdzenie istnienia lub zaniku zjawiska).
2013-03-05 6
pole elektromagnetyczne 3
2013-03-05 7
Mierniki dzielimy na:
7
7
7
Analogowe,
Obwody elektryczne,
Ustrój pomiarowy.
Cyfrowe.
Ustrój pomiarowy - (klasycznego miernika analogowego) składa
siÄ™ z ;
- części nieruchomej,
- części ruchomej (tzw. organ ruchomy, którego poło\
enie
odpowiada określonej wartość wielkości mierzonej).
Organ ruchomy jest połączony ze wskazówką lub innym
Organ ruchomy jest połączony ze wskazówką lub innym
urzÄ…dzeniem wskaz
nikowym (np. świetlnym lub cyfrowym)
urzÄ…dzeniem wskaz
nikowym (np. świetlnym lub cyfrowym)
2013-03-05 8
pole elektromagnetyczne 4
Wartość wskazana przez miernik ró\
ni siÄ™ nieco od
rzeczywistej wartości wielkości mierzonej,
8
8
8
spowodowane jest to:
Niestałością parametrów ustroju pomiarowego,
Niedokładnością konstrukcji tego ustroju
(wpływ tarcia),
Wpływem czynników zewnętrznych;
- stałe pola magnetyczne i elektryczne,
- zmiana temperatury otoczenia.
Ró\
nica między wartością zmierzoną Wx a wartością rzeczywistą
Wrz nazywa się błędem (uchybem bezwzględnym " miernika)
"
"
"
" = Wx  Wrz
"
"
"
p = - " , poprawka (jest to wartość jaką nale\
y dodać do
"
"
"
2013-03-05 9
wskazanej, by uzyskać wartość mierzoną).
Do oceny jakości pomiaru odpowiednie jest pojęcie
błędu względnego pomiaru, który wyra\
amy w [%]
9
9
9
wartości mierzonej
Wx -Wrz
´ = Å"100%
Wrz
Dokładność przyrządu pomiarowego określa się
błędem względnym, wyra\
onym w [%] pełnego
zakresu przyrzÄ…du Wm
Wx -Wrz
´ = Å"100%
Wm
2013-03-05 10
pole elektromagnetyczne 5
Uchyb względny - jest podstawą podziału mierników na
10
10
10
klasy dokładności (zaznaczone na skalach mierników).
Rozró\
nia się następujące klasy dokładności:
0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5.
Za znamionowe warunki przyjmuje siÄ™:
TemperaturÄ™ pracy 23ºC (odchyÅ‚ka Ä… 2 ºC ),
Wilgotność wzglÄ™dna 40÷60%,
Częstotliwość 50 Hz (odchyłka ą 5 Hz),
Ustawienie zgodne z podanym na podzielni przyrzÄ…du.
2013-03-05 11
Rodzaje uchybów i ich z
ródła
11
11
11
CaÅ‚kowity uchyb pomiaru ´c jest sumÄ… kilku
´
´
´
uchybów składowych:
´c = ´s + ´p + ´n
´ ´ ´ ´
´ ´ ´ ´
´ ´ ´ ´
´
Uchyb systematyczny (´s )  wynika z wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci
´
´
stosowanej metody, układu pomiarowego i jego
elementów oraz z oddziaływania stałych w czasie
wielkości, nie związanych z układem (wartość jego
jest stała w serii kilku pomiarów).
´
Uchyb przypadkowy (´p )  powodowany jest
´
´
ró\
nymi zmiennymi w czasie czynnikami, zwiÄ…zanymi
z właściwościami elementów układu pomiarowego
oraz obserwatora (wartość jego jest zmienna).
2013-03-05 12
pole elektromagnetyczne 6
 ´
Uchyb nieczuÅ‚oÅ›ci ´n - wynika z niedostatecznej
´
´
12
12
12
czułości układów i mierników (związany jest z klasą
mierników i parametrami układu pomiarowego),
´n < 0,1 - 0,3 ´s
´ ´
´ ´
´ ´
Przy zestawieniu układów pomiarowych oraz
dobieraniu parametrów ich elementów nale\
y dÄ…\
yć
zawsze do tego, aby uchyb nieczuÅ‚oÅ›ci ´n i
´
´
´
przypadkowy ´p byÅ‚ dostatecznie maÅ‚y w porównaniu
´
´
´
z uchybem systematycznym ´s ;
´
´
´
´n = ´p = 0,3 ´s
´ ´ ´
´ ´ ´
´ ´ ´
Zmniejszenie uchybu ´n i ´p uzyskuje siÄ™ przez
´ ´
´ ´
´ ´
odpowiedni dobór parametrów elementów układu i
dostateczną stabilizację warunków pomiaru.
2013-03-05 13
USTROJE MIERNIKÓW ELEKTRYCZNYCH I ICH SYMBOLE
13
13
13
2013-03-05 14
pole elektromagnetyczne 7
OZNACZENIA NA MIERNIKACH ELEKTRYCZNYCH
14
14
14
2013-03-05 15
ELEKTROMECHANICZNE PRZYRZ
DY POMIAROWE
15
15
15
2013-03-05 16
pole elektromagnetyczne 8
POMIAR NAT
śENIA PR
DU
Zmiana zakresu amperomierza
16
16
16
n  krotność zwiększenia
zakresu pomiarowego A
2013-03-05 17
POMIAR NAPI
CIA
Zmiana zakresu woltomierza
17
17
17
n  krotność zwiększenia
zakresu pomiarowego V
2013-03-05 18
pole elektromagnetyczne 9
Pomiar rezystancji metodÄ… technicznÄ…
18
18
18
U
U
a)Układ ppn. (pomiar małych rezystancji),
b) Układ ppp.(pomiar średnich i du\
ych rezystancji)
2013-03-05 19
Pomiar rezystancji metodÄ… mostkowÄ… (tzw. metodÄ… zerowÄ…)
19
19
19
2013-03-05 20
pole elektromagnetyczne 10
CO NALEśY ZROBIĆ, ABY WYKONAĆ PRAWIDA
OWO POMIAR ?
1. Określić wymaganą dokładności pomiaru.
20
20
20
2. Wybrać metody pomiaru uwzględniając wymaganą dokładność,
właściwość wielkości mierzonych, warunki pomiaru.
3. Zestawić układ.
4. Ustalić zale\
ności wartości wielkości mierzonej od wewnątrz
układowych i postronnych wielkości wpływających (eliminując
oddziaływanie uchybów przypadkowych i systematycznych),
5. Zapewnić stabilizację pracy układu i warunków pomiaru.
6. Dokonać właściwego pomiaru (prawidłowo uruchomić układ,
odpowiednio nastawić elementy układu, prawidłowo odczytać
wartości wskazane przez mierniki).
7. Sporządzić protokół pomiarów.
8. Obliczyć wyniki i wprowadzić ewentualne poprawki eliminując
wpływ właściwości układu pomiarowego oraz innych wielkości
wpływających na pomiar.
2013-03-05 21
Metody zerowe (mostkowe, kompensacyjne)
Podsumowanie
21
21
21
zapewniają największą dokładność, poniewa\

istnieje mo\
liwość zastosowania czułych
przyrządów  galwanometrów.
W metodach tych doprowadza siÄ™ do zaniku prÄ…du w
kontrolnej części układu i wyznacza się szukaną rezystancję
lub sem, na podstawie innych znanych warunków w układzie.
Metody odchyłowe (bezpośrednie i porównawcze) są mniej
dokładne, zale\
ne od dokładności u\
ytych przyrządów.
Ze względu na zasadę działania przyrządy dzielimy na:
Magnetoelektryczne, Elektromagnetyczne
Analogowe
Elektrodynamiczne, Indukcyjne, Cieplne
Cyfrowe Elektroniczne
2013-03-05 22
pole elektromagnetyczne 11