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
1
Metrologia - dziedzina wiedzy, zajmujÄ…ca siÄ™ 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 200C wartość napięcia na zaciskach ogniwa jest równa 1,018636V.
Z ogniwa nie należy pobierać prądu przez dłuższy czas. Największy dopuszczalny,
krótkotrwaÅ‚y prÄ…d pobierany wynosi 1µA. Ogniwo wyÅ‚adowywane w ciÄ…gu 3 min prÄ…dem
20µA odzyskuje wÅ‚aÅ›ciwe napiÄ™cie dopiero po 3h. Pobór prÄ…du przekraczajÄ…cego 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.
2
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 PRZYRZ
DAMI ANALOGOWYMI
PrzyrzÄ…d magnetoelektryczny
Zasada działania przyrządu magnetoelektrycznego opiera się na oddziaływaniu pola
magnetycznego magnesu trwałego na cewkę z prądem elektrycznym, do którego
przymocowana jest wskazówka.
3
PrzyrzÄ…d 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
Rodzaj mierzonego przez ustrój pomiarowy prądu
symboliczne
Stały
Przemienny
Stały i przemienny
Oznaczenie
symboliczne
Poziome położenie pracy przyrządu
Pionowe położenie pracy przyrządu
SkoÅ›ne poÅ‚ożenie pracy przyrzÄ…du, np. 60°
1,5 Wskaz
nik klasy dokładności
Napięcie probiercze 500V
4
Napięcie probiercze większe niż 500V (np. 2 kV)
Przyrząd nie podlegający próbie wytrzymałości elektrycznej izolacji
Oznaczenie
Nazwa ustroju pomiarowego
symboliczne
Magnetoelektryczny z magnesem stałym
Magnetoelektryczny z prostownikiem
Magnetoelektryczny ilorazowy
Elektromagnetyczny
Elektrodynamiczny
Ferrodynamiczny
Typowe zastosowania
Prąd stały Prąd przemienny
V
A
-----------
&!
W
-----------
Var
5
Błąd pomiarów analogowych
Rys. 1. Definicja błędu pomiaru
" `" f (t) - błąd statyczny, " = f (t) - błąd dynamiczny
Błąd " pomiaru powstaje wskutek niedoskonałości narzędzi pomiarowych, nieodpowiednich
warunków pomiaru oraz nieumiejętności obserwatora.
BA

DY PRZYRZ
DÓW ANALOGOWYCH
Błąd bezwzględny
" =Wm -Wr
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
"
´ = Å"100%
Wm
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  przyrzÄ…dy laboratoryjne
0.5, 1.0, 1.5  przyrzÄ…dy techniczne
> 1.5  wskaz
niki
Klasa dokładności
"max
kl = Å"100%
zakres
6
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.
kl Å" zakres 0,5 Å"100
" = = = 0.5V
100 100
0.5
a) ´ = Å"100% =50%
1
0.5
b) ´ = Å"100% = 2.5%
20
0.5
c) ´ = Å"100% = 0.625%
80
0.5
d) ´ = Å"100% = 0.5%
100
Wniosek
Należy tak dobierać zakres pomiarowy przyrządów, aby wskazówka znajdowała się przy
końcu skali.
Błędy pomiarów pośrednich
f (x1, x2 ,..., xn ) - relacja pośrednia określająca wielkość mierzoną
n - liczba przyrządów pomiarowych
dla n d" 3
"f "f "f
"F = Å" "x1 + Å" "x2 + ... + Å" "xn
"x1 "x2 "xn
dla n > 3
7
2 2 2
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
"f "f "f
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
"F = Å" "x1 + Å" "x2 + ... + Å" "xn
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
"x1 "x2 "xn
íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚ íÅ‚ Å‚Å‚
Przykład
Obliczyć błąd pośredniego wyznaczenia wartości rezystancji w oparciu o pomiar napięcia
i prÄ…du.
U
R =
I
"R "R 1 -U
"R = Å" "U + Å" "I = Å" "U + Å" "I
2
"U "I I
I
1 U 1
"R = Å" "U + Å" "I / Å"
2
I R
I
"R 1 1 1 U
= Å" Å" "U + Å" Å" "I
2
R R I R
I
"R I 1 I U
= Å" Å" "U + Å" Å" "I
2
R U I U
I
"R "U "I
= +
R U I
´ =´U +´
R I
8