Miernictwo

elektryczne

i nie tylko

dla Transportowców

Opracowanie to dedykuję Jerzemu W.

Scenariusz na podstawie powieści „Przekaźniki obojętne”

Do ataku NIE przyznaje się Studenckie Koło Naukowe

Stowarzyszenia Elektryków Polskich nr. 243

przy Wydziale Transportu.

Wersja 1Wstęp

W tym opracowaniu pragnę opisać zasady działania mierników, zasady pomiarów i trochę powołać się na hydraulikę - nie martwcie się Studenci, nie będzie tu żadnych całek, różniczek, ani tym podobnych, natomiast za wykresy wskazowe przepraszam. Tekst ten powinien zrozumieć uczeń szkoły średniej przed maturą. Jest to przeddzidzie przeddzidzia dzidy bojowej, więc z tego nie nauczysz się i NIE zaliczysz nie mając podstawowej wiedzy. Jeżeli nadal nie rozumiesz (czytaj: jesteś osobą omijającą MediaMarkt szerokim łukiem), to idź na konsultacje (lepiej nie, bo całek i tak nie zrozumiesz), może lepiej weź sobie książkę dla technikum lub ZSZ - tam jest to przystępnie opisane...

Opracowanie to jest pisane dla ok. 90% mądrzejszej populacji na naszym Wydziale. Piękniejsze 10% przepraszam. Bo jak wiecie: uroda * wiedza = const. Inaczej: Ilość inteligencji na planecie jest stała. Natomiast liczebność populacji rośnie...

Fragmenty mądre żywcem przerżnięto z:

1. Stefan Lebson, Jacek Kaniewski „Miernictwo elektryczne dla technikum” dla uczniów III i IV klas technikum elektrycznego PWSZ 1972

2. Konstanty Bielański, Jan Dyszyński, Ryszard Hagel „Miernictwo elektryczne” dla uczniów III i IV klas technikum elektrycznego WSiP 1975

Fragmenty tekstu, które są zrozumiałe przez Ciebie, czytelniku, napisał Autor.

Autor nie ponosi odpowiedzialności za jakiekolwiek pomyłki. Aczkolwiek dołożył wszelkich starań, aby ich nie było.

Życzę miłej lektury...Elektrotechnika

czyli duże prądy, niskie napięcia - co nie znaczy, że bezpieczne.

Budowa mierników

Każdy miernik coś mierzy z jakąś dokładnością - podaje nam wartość taką, jaką uważa że jest w obwodzie mierzonym. Jeżeli nie interesuje nas wartość (a jedynie obecność np. napięcia), wtedy posługujemy się wskaźnikiem. Można dyskutować, czy miernik o dokładności 10% to jeszcze miernik, czy już wskaźnik.

Podstawowym elementem miernika wskazówkowego jest jego ustrój, tj. przetwornik, który przetwarza bezpośrednio wielkość elektryczną (np. natężenie prądu) na wielkość mechaniczna, jaką jest odchylenie wskazówki. Części ruchome ustroju nazywają się organem ruchomym. Postać ustroju zależna jest od konstrukcji (cewka, magnes trwały, miękki rdzeń ferromagnetyczny), natomiast zawsze do organu ruchomego dołączona jest mechanicznie wskazówka. Czyli wskazówka z osprzętem stanowi organ ruchomy. Wygląda on tak:

Moment wywołany przez wielkość mierzoną to moment napędowy. Moment w drugą stronę to moment zwracający - pochodzi on od sprężyny (Nie mylić z „momentem zwracającym” po ochleju). Gdy te momenty się zrównają to wskazówka się zatrzymuje. Niestety sama ma energię kinetyczną i waha się wokół położenia w którym te dwa momenty są sobie równe. Aby za długo się nie wahała stosuje się tłumiki. Ilość i wielkość wahnięć jest określona w normie PN/E-06501.

Mierniki dzielą się na magnetoelektryczne i elektromagnetyczne. Niby to samo, tyle że na odwrót. Nie znaczy to, że odczyt będzie odwrotny. Będzie on błędny.

Rodzaje mierników

Magnetoelektryczne

Jak sama nazwa wskazuje: magneto - elektryczne, czyli jest magnes i elektryka.

Ustrój miernika magnetoelektrycznego (ustrój magnetoelektryczny) stanowi magnes trwały, w którego polu umieszczona jest cewka. Moment napędowy powstaje dzięki oddziaływaniu pola magnesu na uzwojenie cewki, przez które płynie prąd.

Organem ruchomym ustroju może być albo cewka, albo magnes. Pierwsze rozwiązanie uzyskało szersze rozpowszechnienie i dlatego zostanie dokładnie opisane.

Ustrój magnetoelektryczny o ruchomej cewce przedstawiono na rys. 3-22. Częścią nieruchomą ustroju jest magnes trwały. Magnes wytwarza pole magnetyczne w szczelinach powietrznych między zakończonymi walcowo nabiegunnikami i umieszczonym współosiowo stalowym rdzeniem walca. Organem ruchomym ustroju jest prostokątna cewka uzwojona cienkim izolowanym przewodem miedzianym. Oś obrotu cewki pokrywa się z osią rdzenia i nabiegunników. Linie magnetyczne w szczelinach powietrznych przecinają dwa boki cewki pod kątem prostym. Ponieważ szerokość szczelin jest stała, wiec boki cewki znajdują się zawsze w polu o stałej wartości indukcji magnetycznej. Dwie spiralne sprężyny wytwarzają moment zwracający i służą jednocześnie do doprowadzenia prądu do uzwojenia cewki.

Jeżeli przez uzwojenie cewki ruchomej popłynie prąd. to odchyli się ona od położenia spoczynkowego (obróci dookoła osi) pod działaniem sil elektrodynamicznych. Energię potrzebną do odchylenia cewka pobiera za pośrednictwem układu z obwodu kontrolowanego. Cześć dostarczonej energii zostaje zużyta na nagrzanie się cewki (ciepło Joule'a).

Elektrodynamiczne

Czyli elektryka i dynamiczne oddziaływanie na siebie dwóch cewek

W ustroju elektrodynamicznym występuje wzajemne oddziaływanie dynamiczne dwóch przewodów z prądem. W rzeczywistym wykonaniu przewody zastąpione są przez cewki: nieruchomą i ruchomą (rys. 3-83).

Cewka ruchoma obraca się na czopach wspartych na łożyskach. Prąd do cewki ruchomej doprowadza się za pomocą dwóch sprężyn spiralnych służących jednocześnie do wytwarzania momentu zwracającego. Do cewki ruchomej przymocowana jest wskazówka oraz skrzydło tłumika.

Pod działaniem sił dynamicznych cewka ruchoma obraca się dookoła swej osi dążąc do zajęcia położenia, przy którym kierunek jej pola mag­netycznego będzie zgodny z kierunkiem pola cewki nieruchomej (rys. 3-84). Przy takim ustawieniu cewek energia pola magnetycznego ustroju osiąga maksimum. Dążenie cewek wiodących prąd do takiego ustawie­nia się nie zależy od rodzaju prądu. Ustrój elektrodynamiczny działa więc zarówno przy prądzie stałym, jak i przy prądzie przemiennym.

Ustroje elektrodynamiczne stosuje się w amperomierzach, woltomierzach, watomierzach i waromierzach (miernikach mocy biernej). Budowane są również ilorazowe ustroje elektrodynamiczne przeznaczone do mierników częstotliwości, cos φ itp.

Ferrodynamiczne

Czyli żelazo i dynamika

Zasada działania jest taka sama jak powyższych, lecz wprowadzono stal do obwodu magnetycznego. Także te mierniki mają dwa niezależne obwody. Wygląda to mniej więcej tak, jakby w ustroju magnetoelektrycznym magnes zastąpiono stalą (rozmagnesowano) i na niej nawinięto uzwojenie.

Najczęściej są to watomierze, waromierze, mierniki o ustrojach ilorazowych - fazomierze, mierniki częstotliwości itd.

Elektromagnetyczne

Jak sama nazwa wskazuje: elektro - magnetyczne czyli elektromagnes.

Budowane są dwa rodzaje ustrojów elektromagnetycznych: jednordzeniowe i dwurdzeniowe.

Ustrój jednordzeniowy (rys. 3-72) ma płaską cewkę, do której wciągany jest rdzeń z miękkiej stali osadzony mimośrodowo na osi. Moment zwracający wytwarza płaska sprężyna spiralna.

Ustrój dwurdzeniowy (rys. 3-73) ma cewkę okrągłą. Dwa rdzenie wykonane z cienkiej blachy stalowej umieszczone są wewnątrz cewki. Jeden z nich, rdzeń nieruchomy, przymocowany jest do korpusu cewki, a drugi, rdzeń ruchomy, do osi ustroju. Gdy przez cewkę płynie prąd, oba rdzenie zostają namagnesowane w tym samym kierunku i odpychają się wzajemnie.

Bierzemy miernik...

Prąd stały, a zmienny

A może stale zmienny...

Do napięć i prądów przemiennych stosujemy mierniki elektromagnetyczne.

Jeżeli weźmiemy magnetoelektryczny, to taki pokaże nam zero, bo w jednym (dodatnim) półokresie wskazówka będzie się wychylać w jedną stronę, a w półokresie drugim (ujemnym) będzie się odchylać w drugą stronę. Czyli będzie drgała w takt 50Hz. Ze względu na dużą bezwładność wskazówki nie będzie się ona ruszać.

Do prądów i napięć stałych stosujemy mierniki zarówno magnetoelektryczne jak i elektromagnetyczne.

Miernik magnetoelektryczny wychyli się w jedną stronę w prawo lub lewo (gdy jest źle podłączony...). Wychylenie w lewo jest dopuszczalne tylko wtedy, gdy zero znajduje się na środku skali (patrz wskaźnik ładowania / poboru prądu akumulatora w samochodzie)

Natomiast w mierniku elektromagnetycznym z elektromagnesu (ta gruba cewka na rys 3-83 oznaczona jedynką) zrobi się magnes. Będzie ona działała tak jak magnes trwały... I w dodatku wszystko jedno, jak podłączymy.

Co to za miernik???

Czyli o dziwnych znaczkach na miernikach

No to mierzymy...

Jeszcze kawałek teorii...

Wychylenie wskazówki (moment napędowy) jest proporcjonalne do prądu (amperozwoi), który przepływa przez cewkę nawiniętą na ramce. A prąd jest proporcjonalny do napięcia przyłożonego do tej ramki. Czyli regulując prąd w cewce, regulujemy wychylenie wskazówki. Czyli wychylenie wskazówki zmienia się w zależności od tego jaki prąd płynie przez cewkę. Duży prąd - duże wychylenie. Mały prąd - małe wychylenie.

Woltomierz to jest ustrój z połączonym opornikiem w szereg. Opornik ogranicza prąd, który płynie przez cewkę na ramce. Prąd jest ograniczany do małej wartości (np. dla magnetoelektrycznych jest to ok. 25 - 50 μA przy pełnym wychyleniu.). Uznaje się, że taki mały prąd nie wpływa na warunki pomiaru.

Amperomierz elektromagnetyczny natomiast jest nawinięty grubą cewką - musi ona wytrzymać mierzony prąd.

Amperomierz magnetoelektryczny jest to opornik (nazywa się bocznik), na którym jest odpowiedni spadek napięcia przy danym prądzie (np. 60mV przy 60A czyli 0,01Ω). Tym małym napięciem zasilana jest cewka, która się wychyla. Więc dlaczego się nie spali? Bo przy tych 60A na zaciskach amperomierza tylko ok. 25μA przepływa przez cewkę, natomiast pozostałe 59,999999975A przez opornik.

Pomiary napięcia - woltomierz

Napięcie to różnica potencjałów - czyli trzeba połączyć dwa punkty o różnych potencjałach tak, żeby nie spowodować przepływu ładunków, lub spowodować taki mały, że uznamy go za nieistotny.

Odwołując się do hydrauliki:

Mamy dwa naczynia otwarte w których jest woda. Niestety nie możemy do nich zajrzeć, jedynym dostępnym punktem jest rurka przy dnie. Należy określić w którym naczyniu jest więcej wody i o ile.

Ciśnienie słupa wody odkształci membranę - wybrzuszy się ona w kierunku zbiornika prawego. W mierniku to wybrzuszenie to wychylenie wskazówki. Momentem zwracającym jest sprężystość membrany. Aby uwzględnić mały przepływ prądu przez miernik należy przebić mały otwór w membranie.

Pomiary prądu - amperomierz

Prąd to ruch elektronów, należy zatem zmierzyć ile ich przechodzi przez dany przekrój kabla - rury w m³/s. Spadek napięcia na amperomierzu (mały, bo mały, ale jest) jest modelowany przez tarcie w łożyskach i uszczelnieniu wałka.

I tak przepływomierz wskazuje jaki jest przepływ w m³/s. Dwa ciśnieniomierze wskazują różnice ciśnień wody na wejściu i wyjściu układu prądnicy. Mając te dane można wyliczyć jaką moc ma płynąca woda. Przekładając to na elektrykę - mamy prąd w amperach i ciśnienie w woltach - można obliczyć moc, jaka się wydziela w elemencie.
Sposób pomiaru pokazuje rysunek. P1 i P2 to prądnice.

Jak widać, przepływomierz (amperomierz) włącza się w szereg z obciążeniem, a ciśnieniomierz - manometr (woltomierz) równolegle do niego...

Cholera, podłączone A nie działa...

Czyli wziąłem nie ten miernik

		Na schemacie jest
				Amperomierz	Woltomierz
Wziąłem	Amperomierz	Dobrze!!!	Ty idioto!!! Zrobiłeś zwarcie, amperomierz praktycznie nie ma rezystancji - idź i wymień bezpiecznik, o ile taki jest...
		Woltomierz	Woltomierz ma b. dużą (teoretycznie - nieskończoną) rezystancję, czyli efekt jest taki jakby była przerwa w obwodzie.	Dobrze!!!

Dobrze połączone,

Trzeba tylko

Dobrze odczytać...

Czyli ile wziąć działek

Miernik wskazówkowy niestety nie podaje odczytu „dokładnego”, tak jak to podaje miernik cyfrowy (np. 9.45V - z kropką - po zachodniemu...).

Jak odczyt jest bezpośredni, to pół biedy - jakoś sobie człowiek da radę, ale jak trzeba przeliczyć to jest gorzej...

Po pierwsze, należy prawidłowo spojrzeć na skalę.

Jeżeli kierunek patrzenia nie jest prostopadły do skali, to wskazówka pokrywa się dla obserwatora z niewłaściwym miejscem podziałki (rys. 3-17). Uchyb odczytu wywołany przez niewłaściwy kierunek obserwacji nazywa się uchybem od paralaksy. Dla uniknięcia tego uchybu zaopatruje się skalę w wycięcie przebiegające wzdłuż podziałki, a pod skalą umieszcza się lustro (rys. 3-18). W czasie odczytu obserwator powinien patrzeć tak, żeby wskazówka pokrywała się ze swoim odbiciem w lustrze.

Po drugie, jeżeli się przelicza, to należy to zrobić prawidłowo. Inną sprawą jest interpretacja wyników, muszą one wychodzić logiczne. Np. moc rezystora wychodziła rzędu megawata - czyli tyle, ile pobiera lokomotywa EP09... (3000V na drucie * 400A na odbieraku = 1 200 000 W =1,2MW). Więc zawsze patrz, czy to co Ci wychodzi z pomiaru jest w miarę sensowne.

Czyli jak przeliczać???

1. Spojrzeć, co jest na pokrętle wyboru zakresu (np. 600mA) - oznaczone Z

2. Spojrzeć ile działek jest na skali - najczęściej są to wartości: 30, 100, (150), 300, (600) - oznaczone D

3. Zastanowić się, z której skali będzie najłatwiej odczytać. Czy ilość działek łatwo się mieści w wybranym zakresie. (np. gdy zakres jest ustawiony na 600 i nie ma takiej skali, to czytamy ze skali 300, a nie 100. Przemnożyć razy dwa jest łatwiej niż razy sześć).

4. Przeprowadzić następujące rozumowanie:

Jeżeli cała skala ma S działek i jest to Z [mA],

wskazówka wskazuje W działek, to prąd z proporcji wynosi:

D działek	------	Z zakres
W wskazanie	------	X wartość

Na przykład:

Na pokrętle wyboru zakresu jest Z=300[V], działek jest D=150,wskazówka ustawiła się na działce W=125, to napięcie X wynosi: U=WZ/D=125*300/150=250[V]

Można też inaczej: jedna działka jest warta Z/D. To W działek jest warte W*(Z/D)

Lub jeszcze bardziej po magistersko-inżyniersku:

Stosunek

nazywa się stałą podziałki. C_max i C_max to wartość górnej i dolnej wartości zakresu pomiarowego. A wskazanie to wartość działki razy ilość działek.

Przykład dla zrozumienia:

Amperomierz o zakresie pomiarowym 0-5[A] ma podziałkę o 100 działkach. Stala podziałki amperomierza jest równa:

Wskazówka zatrzymała się na 96 działce. Płynie prąd 96 działek * 0,05^A/_dz=4,8A

A gdy miernik ma nie jedną, a dwa pokrętła wyboru zakresu, jak watomierz to co?

Pomiary Mocy

Mocy ok. 40% (alk.)

Mierząc moc trzeba mieć wartość napięcia na elemencie (różnicy ciśnień) i przepływającego prądu (przepływu wody) oraz kąta pomiędzy tymi wartościami o ile mierzymy prąd zmienny.

W obwodach prądu przemiennego rozróżnia się trzy rodzaje mocy

1. Moc czynna P=U*I*cosφ w watach

2. Moc bierna Q= U*I*sinφ w warach

3. Moc pozorna S=U*I w woltamperach

Do pierwszych dwóch używa się watomierzy i waromierzy. Do pomiaru mocy pozornej używa się woltomierza i amperomierza. Wskazania ich się mnoży.

Watomierze laboratoryjne buduje się na cosφ=1, dla celów specjalnych stosuje się watomierze na inne współczynniki mocy, np. 0,5 lub mniejsze.

Stałą podziałki oblicza się tak samo:

Przykład:

Watomierz ma 150 działek, U_z=300V, I_z=5A, cosφ=Zφ=1 ma stałą podziałki:

Ustawiono zakres pomiarowy pokrętłami:

Z_V - zakres napięcia, Z_V - zakres prądu, Zφ - zakres cosφ

Z= Z_VZ_AZφ, działek jest D, więc jedna działka jest warta (Z_VZ_AZφ)/D.

To W działek jest warte W*( Z_VZ_AZφ/D).

Gdy miernik zbudowany jest na cosφ=1, pokrętła nie ma więc, zakłada się, że Zφ=1.

Plątanie kabelków

Czyli na pająka

Aby watomierz prawidłowo wskazał moc, to oprócz teorii odczytu należy znać praktykę okablowania:

Przy pomiarach watomierzami należy pamiętać o tym, że są one obliczone i wykonane na pewne znamionowe napięcia i prądy. Przy małym cosφ obwodu, do którego jest włączony watomierz, łatwo jest go uszkodzić, gdyż prąd może znacznie przekroczyć wartość znamionową, chociaż wskazówka nie osiągnęła końca podziałki. Przy pomiarach mocy wskazana jest więc ciągła kontrola za pomocą amperomierza i woltomierza. Amperomierz włącza się w szereg z uzwojeniem prądowym (tym grubym uzwojeniem na rys 3-92 między zaciskami k-l). Woltomierz natomiast równolegle do uzwojeń napięciowych (czyli do zacisków O-U). Kropką oznaczony jest początek cewki.

Na dwóch kabelkach

Czyli o mocy odbioru jednofazowego.

Watomierz włączamy tak, jak jest na rysunku, pamiętając przy podłączaniu o rysunku poprzednim. Dzięki woltomierzowi i amperomierzowi możemy także zmierzyć moc pozorną i cosφ

Ich troje plus jeden

Czyli o mocy odbioru trójfazowego w sieci czteroprzewodowej.

Kiedyś, za starych dobrych czasów kolejne fazy oznaczało się R, S, T, a przewód wyprowadzony z punktu zerowego transformatora nazywał się zerowy i oznaczany jako 0. Przewód ten służył do zasilania i ochrony. Był uziemiony przy trafie, a także mógł być uziemiany w każdym innym miejscu. Do urządzeń, których obudowę trzeba było uziemić, podłączano to zero do obudowy.

Przyszło nowe i w ramach zmian nazw nieprawomyślnych na te lepsze oraz dostosowywania i ujednolicania prawa+ zmieniono także nazwy kabelków. I tak: fazy to teraz L1, L2, L3, a punkt zerowy to nie zerowy a neutralny. Ponadto rozdzielono funkcję przewodu zerowego: teraz już tylko zasila i nazywa się N. Przewód uziemiający to PE. W normalnych warunkach pracy nie płynie nim żaden prąd. Jedynie w przypadku zwarcia do części chronionej płynie prąd zwarcia, który przepala bezpiecznik umieszczony w przewodzie fazowym. Oznaczenia pochodzą od angielskich (zachodnich) słów: Line, Neutral i Protective Earth. A przewód dawny zerowy jeżeli nadal pełni funkcję ochronno-zasilającego, to nazywa się PEN (dotyczy to starych - sprzed 95r. - instalacji 2 lub 4 przewodowych).

Wracając do tematu, bierze się trzy watomierze i łączy tak jak na rysunku, Moc urządzenia to suma mocy wskazanych przez trzy watomierze.

Jeżeli zasilanie jest symetryczne i obciążenie jest symetryczne to można pomiaru mocy można dokonać jednym miernikiem - należy jego wskazanie pomnożyć przez 3.

Trzy razy po raz

Czyli trzy tylko fazy

Mając do dyspozycji trzy mierniki, łączy się jak na rys. 10-19 - w gwiazdę. Tworzy się sztuczny punkt neutralny (zerowy) - ze wszystkimi cewkami napięciowymi jest włączony w szereg taki sam rezystor, który ogranicza prąd.

Gdy zasilanie i odbiór jest symetryczny, to także można użyć jednego watomierza. Układ pomiaru napięcia stanowi gwiazda. Dwa jej ramiona to oporniki R, natomiast trzecie to obwód napięciowy watomierza także o oporności R.

Gdy nie mamy do dyspozycji trzech watomierzy, odbiór jest niesymetryczny, brak przewodu neutralnego (zerowego), to stosujemy układ Arona.

Jak widać, jest to ten sam układ, zmieniają się tylko przewody. Ale kolejność faz się nie zmienia.W_1a,W_2b i W_1c (napięcie pomiędzy fazą mierzoną oraz poprzednią) oraz W_2a, W_1b,W_2c (napięcie pomiędzy fazą mierzoną oraz następną) to te same watomierze, tylko inaczej podłączone.

Dla symetrycznego zasilania i odbioru możliwe jest obliczenie kąta fazowego układu ze wzoru:

P₁ i P₂ to wskazania watomierzy (P₁ > P₂)

Było czynnie, będzie biernie

Czyli krótko o pomiarze mocy biernej

Moc bierną mierzy się następująco, zgodnie z teorią:

Moc bierna obwodu wynosi przy założeniu symetrii:

Aby otrzymać wartość mocy biernej, należy pomnożyć wskazanie watomierza lub przez √3.

Natomiast, przy obciążeniu niesymetrycznym, lub gdy dysponujemy trzema watomierzami, albo pomiar wykonujemy trzy razy to sumę wskazań należy pomnożyć przez 1/√3 (bo 3*1/√3=√3):

A układ połączeń wygląda tak:

Czy 1V to 1V?

Czyli czy zero to zero

Klasa dokładności jest ważnym, umownym oznaczeniem za­sadniczych właściwości narzędzia pomiarowego, a zwłaszcza jego dokładności. Narzędzia pomiarowe o jednakowej klasie dokładności spełniają takie same wymagania odnośnie dokładności.

Klasę dokładności miernika elektrycznego określa się jako wartość błędu dopuszczalnego (ściśle - błędu granicznego dokładności wskazań) wyrażonego w procentach największego wskazania przyrządu.

Uwagi o klasie dokładności:

• Pojęcie klasy dokładności stosuje się do różnych nieelektrycznych i elektrycznych narzędzi pomiarowych, np. do mierników, wzorców miar, przekładników i innych przyrządów.

• Klasa dokładności określa błąd narzędzia pomiarowego w jego normalnych warunkach użytkowania. Przez normalne warunki użytkowania rozumie się warunki, które powinny być przestrzegane w celu poprawnego stosowania narzędzia i które uwzględniają jego budowę, wykonanie i przeznaczenie. Normalne warunki użytkowania określają nam temperaturę i wilgotność otoczenia, częstotliwość i kształt krzywej prądu, ustawienie miernika. Wskazania miernika pracującego w warunkach różniących się od normalnych mogą być obarczone dodatkowymi błędami;

• Umownie przyjęto następujące wartości błędu dopuszczal­nego (błędu granicznego dokładności wskazań): ±0,1%, ±0,2%, ±0,5%, ±l%, ±1,5%, ±2,5%, ±5% i odpowiednio oznaczono liczbami klasy dokładności: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2,5; 5.

Wyraz „dokładność" często opuszcza się i używa się określe­nia: amperomierz klasy 0,2; przekładnik klasy 1. W skrócie oznacza się klasę dokładności: kl. Na przykład: kl. 0,5.

Błąd bezwzględny = wynik pomiaru - wartość wielkości mierzonej.

Δ_X - błąd bezwzględny pomiaru, X_m - wynik pomiaru, Xr - wartość wielkości mierzonej.

Znajomość klasy dokładności miernika umożliwia obliczenie największego (granicznego) błędu bezwzględnego wskazań Δ_{x max}:

przy czym: X_max - największe wskazanie, X_m - wynik pomiaru.

Względny błąd wskazań miernika:

Z zależności tej wynika, że pomiar jest tym dokładniejszy, im bliższa jest wartość wielkości mierzonej X_m — wartości największego wskazania X_max. WNIOSEK: Mierniki należy zatem dobierać tak, aby wskazania mieściły się w 1/3 końcowej części podziałki.

Przykład

W woltomierzu klasy dokładności l graniczny błąd dokładności wskazań nie przekracza l% jego wskazania największego. Jeżeli wskazanie największe woltomierza (zakres pomiarowy) odpowiada napięciu 100 V, to gwarantuje nam to, że błąd wskazania w żadnym miejscu podziałki nie przekracza ±1V.

Oczywiście, można zmierzyć napięcie baterii R6 o napięciu znamionowym 1,5V. Uwzględniając błąd będzie ono wynosiło od 0,5V do 2,5V...

PODZIAŁ BŁĘDÓW POMIAROWYCH

Błędy występujące w pomiarach dzieli się na trzy rodzaje:

1. systematyczne

2. przypadkowe

3. nadmierne.

Błąd systematyczny jest to błąd, który przy wielu pomiarach tej samej wartości pewnej wielkości, wykonywanych w tych samych warunkach, pozostaje stały zarówno co do wartości bezwzględnej, jak i co do znaku, lub zmienia się według określonego prawa wraz ze zmianą warunków.

Przykłady błędów systematycznych:

• Błąd powstały przy ważeniu za pomocą odważnika o masie przyjętej jako równej jego masie znamionowej l kg, podczas gdy jego masa poprawna wynosi np. 1,01 kg.

• Wskazania miernika wskazówkowego są obarczone błędem systematycznym wynikającym z niedokładności podziałki, tarcia w łożyskach lub innych źródeł błędów.

• Błąd wynikający z tego, że przymiarem wywzorcowanym w temperaturze otoczenia 20°C mierzono odległość w innej temperaturze bez wprowadzenia poprawki.

• Błąd wynikający z istnienia sił termoelektrycznych w układzie pomiarowym.

• Błąd wskazania narzędzia pomiarowego wywołany podczas wielu kolejnych pomiarów tej samej wartości wielkości mierzonej, zmianami temperatury otoczenia wg znanego prawa.

• Błędy pomiaru spowodowane założeniami upraszczającymi, np. przez pominięcie rezystancji mierników i przewodów łączących.

Charakterystyka błędów systematycznych:.

1. Źródła błędów systematycznych mogą być znane lub nieznane. Doświadczalnie można stwierdzić istnienie błędów systematycznych zmieniając metodę pomiaru lub stosowane przyrządy, powtarzając wykonanie pomiarów przez różnych obserwatorów.

2. Określony błąd systematyczny obliczony lub wyznaczony doświadczalnie można wyeliminować za pomocą poprawki. Na przykład błąd systematyczny wywołany zmianą długości przymiaru wskutek zmiany temperatury może być obliczony i uwzględniony w postaci poprawki.

3. Niektóre błędy systematyczne mogą być wyeliminowane przez właściwe przygotowanie i wykonanie pomiaru

4. Wartości błędów w niezmienionych warunkach pozostają stałe.

5. Wykrywanie istnienia i szacowanie błędów, których nie można wyznaczyć, należy do wykonującego pomiar i w znacznej mierze zależy od jego doświadczenia.

Błąd przypadkowy jest to błąd zmieniający się w sposób nieprzewidziany zarówno co do wartości bezwzględnej, jak i co do znaku przy wykonywaniu dużej liczby pomiarów tej samej wartości wielkości mierzonej w warunkach praktycznie niezmiennych.

Charakterystyka błędów przypadkowych:

1. Występowanie błędów przypadkowych stwierdza się otrzymując przy wielokrotnym powtarzaniu pomiarów, w praktycznie jednakowych warunkach (to znaczy za pomocą tego samego narzędzia pomiarowego i przez tego samego obserwatora, w jednakowych warunkach otoczenia itp.) wyniki pomiarów różniące się ostatnimi znaczącymi cyframi. Błędy te występują tym wyraźniej, im czulsza jest metoda pomiarowa,

2. Błędy przypadkowe występują w wynikach pomiarów po usunięciu wszystkich ujawnionych błędów systematycznych. Błędów przypadkowych nie można uwzględnić w surowym wyniku pomiaru w postaci poprawki; można tylko na podstawie serii pomiarów wykonanych w praktycznie jednakowych warunkach ustalić granice, w których znajduje się ten błąd. W tym celu stosuje się metody rachunku prawdopodobieństwa, pozwalające określić wartość wielkości mierzonej ze znacznie mniejszym błędem niż błędy poszczególnych pomiarów.

3. Błędy przypadkowe dodatnie i ujemne występują jednakowo często.

Błędy nadmierne.

Błędem nadmiernym nazywa się błąd wynikający z nieprawidłowego wykonania pomiaru. Są to błędy wynikające np. z omyłkowego odczytania wskazania (omyłki), z użycia przyrządu uszkodzonego lub z niewłaściwego zastosowania przyrządu.

Oscyloskop

Czyli Wielka Niewyjaśniona Zagadka.

Oscyloskop elektroniczny jest przyrządem, który umożliwia obserwację przebiegu i pomiar zmiennego w czasie napięcia. Zespół elektrod K, S, A₁ i A₂ stanowi wyrzutnię elektronów i służy do wytworzenia oraz uformowania wiązki elektronów skupionej w ten sposób, aby plamka świetlna na ekranie była ostra i odpowiednio jaskrawa. Po opuszczeniu wy­rzutni wiązka elektronów przebiega między dwoma parami płytek odchylających. Płytki poziome Y odchylają w kierunku pionowym, a płytki pionowe X — w kierunku poziomym. Odchylenie stru­mienia elektronów jest proporcjonalne do natężenia pola elektrycz­nego, a więc do wartości przyłożonego do płytek napięcia. Zupełnie tak jak w układzie współrzędnych - pozioma oś X „odchyla” w poziomie, pionowa oś Y „odchyla” w pionie...

Przebieg badany wprowadza się na płytki odchylania pionowego Y przez szerokopasmowy wzmacniacz pomiarowy o bardzo małych zniekształceniach W₁ (rys. 8.11). Współczynnik wzmocnienia może być zmieniany w szerokich granicach, za pomocą przełącznika skokowego zaopatrzonego w podziałkę, w jednostkach czułości napięciowej S_Y (mm/V). Czułość oznacza liczbą milimetrów odchylenia plamki na ekranie na jeden wolt napięcia wejściowego. Płytki odchylenia poziomego X zasila się z generatora podstawy czasu G napięciem o przebiegu czasowym podobnym do zębów piły i stąd nazywanym napięciem piłokształtnym. Jest to napięcie okresowe o wartości wzrastającej liniowo w ciągu prawie całego okresu, a następnie gwałtownie zanikające (rys. 8.12).

Czyli ta piłka powoduje przelot plamki w poziomie. Natomiast do wejścia Y dołączony jest przebieg badany - powoduje on przelot plamki w pionie. Wypadkowa tych dwóch przebiegów stanowi wykres interesującego przebiegu.

Częstotliwość podstawy czasu można nastawiać odpowiednim przełącznikiem. Podziałka przełącznika jest skalowana w jednostkach częstotliwości (Hz). Wprowadzając jednocześnie odchylenie pionowe przebiegiem badanym (rys. 8.13.) oraz poziome zsynchronizowaną podstawą czasu (rys. 8.13b) otrzymuje się na ekranie wynik odchylenia wypadkowego (rys. 8.13c), będący obrazem przebiegu napięcia badanego w czasie.

Oprócz obserwacji kształtu krzywej napięcia badanego można również wyznaczyć wartość szczytową oraz okres przebiegu, mierząc długość odcinków I_y oraz I_x. Napięcie międzyszczytowe będące podwojoną war­tością maksymalną przebiegu

przy czym: l_Y — wysokość obrazu (mm), S_Y — czułość pionowa (mm/V).

Okres przebiegu jest równy okresowi generatora podstawy czasu

i może być odczytany wprost z podziałki skalowanej w sekundach lub hercach.

Przykład wykorzystania obydwu wejść oscylografu przedstawiono na rys. 8.14.

Jest to układ służący do pomiaru mocy pobieranej przez odbiornik prądu przemiennego. Po odłączeniu generatora podstawy czasu do płytek sterujących poziomo doprowadzono napięcie zasilające U. Jednocześnie płytki sterujące pionowo zasilono spadkiem napięcia powstającym na rezystorze R włączonym w obwód prądu odbiornika. Napięcia sterujące mają przebieg sinusoidalny o tej samej częstotliwości, ale są przesunięte w fazie o kąt φ zależny od właściwości odbiornika. Przy takim sterowaniu na ekranie oscylografu powstaje elipsa, której wymiary pozwalają na określenie mocy pozornej oraz czynnej odbiornika. Mierząc na ekranie odcinki l_x, 1_YA oraz 1_YB (rys. 8.14b) można obliczyć: wartość skuteczną napięcia zasilającego odbiornik

oraz wartość skuteczną prądu

Po podstawieniu moc pozorna odbiornika

Przesunięcie fazowe między przebiegami sterującymi

Zatem współczynnik mocy odbiornika

Moc czynna odbiornika

Elektronika

Czyli niskie napięcia i zerowe prądy

Dział ten „postara się” opracować Koło Naukowe Telematyki w Transporcie - TEMA

przerwach pomiędzy jednym kawałkiem metalu a drugim

odpowiednio wyprofilowanymi końcami magnesu

aby ramka o nic nie ocierała

drucik miedziany w emalii (taka farba) nawinięty na ramce

23/23

---