Temat : Mierniki elektromagnetyczne.

• Wstęp teoretyczny:

Zasada działania mierników elektromagnetycznych polega na oddziaływaniu pola magnetycznego cewki przewodzącej prąd na ruchomy rdzeń. Ferromagnetyczna wskazówka umieszczona wraz z rdzeniem wskazuje wartość prądu przepływającego przez cewkę. Im większa wartość prądu przepływającego przez cewkę tym rdzeń jest silniej wyciągany. W efekcie zwiększeniu ulegają moment obrotowy wyrównywany przez moment sił zwrotnych oraz wychylenie wskazówki. Miernik taki służy zarówno do pomiaru prądu stałego jak i wartości skutecznej prądu zmiennego. Woltomierz elektromagnetyczny ze względu na prostą budowę a w rezultacie niski koszt produkcji jest najpopularniejszym typem miernika. Działa na zasadzie oddziaływania pola elektromagnetycznego nieruchomej cewki na rdzeń ferromagnetyczny stanowiący ruchomą część ustroju pomiarowego. Ustroje te różnią się tylko i wyłącznie liczbą zwojów cewki. W szereg cewki włączony jest opornik szeregowy nawinięty drutem manganowym.

Częstościomierz miernik częstotliwości jest to urządzenie do pomiarów częstotliwości, zazwyczaj częstotliwości zmian napięcia elektrycznego. Pomiar częstotliwości sygnału polega na formowaniu impulsów w chwilach przejścia sygnału przez pewien określony poziom napięcia i zliczeniu impulsów w przedziale czasu zadanym z generatora wzorcowego.

• Wykaz przyrządów:

• Uniwersalny woltomierz elektromagnetyczny

- zakres napięcia <15,60> [ V ] – 50 [ mA ]

7,5 [ V ] – 100 [ mA ]

-zakres częstotliwości 15…50…500 [ Hz ]

• - do pomiaru prądu stałego z dokładnością 1

do pomiaru prądu sinusoidalnie zmiennego z klasą 0,5

- poziome położenie pracy.

- próba napięciowa 2kV

• Woltomierz wzorcowy

- Zakres U dla DC/AC : < 10µV ; 630 V >

-Zakres I dla DC/AC : < 10µA ; 1A >

-Zakres R : < 1mΩ ; 10 mΩ >

• Autotransformator

-moc wyjściowa : 1 [ kVA]

- max prąd wyjściowy : 4 [ A ]

-bezpiecznik 4A/250 V

- liczba faz : 1

- napięcie wyjściowe 230 [ V ]

- zakres U : <0,250> [ U ]

• Generator mocy

-typ PO-21A

-zakres częstotliwości <20;20K>[ Hz ]

-napięcie : U – 75,5 [ V ]

- pobór mocy : ok. 110 [ VA ]

• Częstościomierz

- typ PFL-21 „Zopan”

• Łącznik

• Stoper ( licznik czasu pracy)

- Simex SPI-73

-dokładność ±0,02

• Schemat pomiarowy:

• Tabela pomiarowa:

Lp.	1	2	3	4	5	6	7
Ub [ V ]	60	50	40	30	20	10	0
Uw [ V ]	59,10	48,62	38,8	28,53	18,7	9,61	0,4
ΔUb [ V ]	0,9	1,38	1,2	1,47	1,3	0,39	-0,4
ϕUb [ % ]	1,5%	2,8%	3,1%	5,1%	7%	4%	--

ΔU_bmax  = 1, 75 [ V ]

Kl = Δ$\frac{U_{\text{bmax\ }}}{\text{Uz}} = 0,5$

Lp.	1	2	3	4	5	Średnia
α1	50	50	50	50	49	49,8
α1	36	36	36	36	37	36,2
T [ s ]	1,8	1,4	1,7	2	1,6	1,7

Lp.	1	2	3	4	5	Średnia
to [ s ]	6,1	5,6	6	6,1	6	5,96
i [ s ]	0,14	0,36	0,04	0,14	0,04	0,144
i^2 [ s^2 ]	0,02	1,13	0,0016	0,02	0,0016	0,034

• Przykładowe obliczenia:

• ΔU_b = U_b − U_w [ V ]

ΔU_b = 50 − 59, 1 = 0, 9 [ V ]

• ϕU_b=$\frac{\Delta U_{b}}{U_{w}}$ [ $\frac{U}{u} = 1\ \rbrack$

ϕ$U_{b} = \ \frac{0,9}{59,1} = 0,015$

• Δ=α/β $\Delta_{1} = \frac{50}{36} = 1,39$

Β=Δ/2Π $\beta_{1} = \frac{\Delta}{2\Pi} = \frac{1,39}{6,28} = 0,22$

$T_{0} = T{(1 - \beta^{2})}^{\frac{1}{2}}$ $T_{o1} = T_{1}\sqrt{1 - \beta^{2}}$ = 1,8$\sqrt{1 - {0,22}^{2}} = 1,75$

Lp.	1	2	3	4	5	średnia
Δ	1,39	1,39	1,39	1,39	1,32	1,37
β	0,22	0,22	0,22	0,22	0,21	1,09
T0	1,75	1,36	1,66	1,95	1,96	1,65

Lp.	1	2	3	4	5	6	7	8	9
f [ Hz ]	25	50	100	250	500	10^3	10^3	10^3	10^3
Ub [ V ]	47	46	47	46,5	47	47	46	29	16,75
Uw [ V ]	44,9	45,1	45,01	44,98	45,13	45,2	45,11	44,99	45,02
ΔUb [ V ]	2	1	2	1,5	2	2	1	-16	-28,25
ϕUb [ % ]	4,4 [%]	2,2 [%]	4,4 [%]	3,3 [%]	4,4 [%]	4,4 [%]	2,2 [%]	-35 [%]	63 [%]

U_v = const = 45 [ V ] $\frac{\text{ΔU}_{\text{b\ }}\max}{U} = \frac{28,25}{60}$=0,5

ΔU_b max = 28, 25 $\frac{\text{ΔU}_{\text{W\ }}\max}{U} = \frac{0,2}{0,4}$ =0,5

ΔU_w max = 0, 2

• Wnioski i spostrzeżenia.

Badany miernik elektromagnetyczny przekracza skalę dokładności 0,5 przy pomiarach napięcia rzędu <0,30> [ V ]. Badany woltomierz elektromagnetyczny wskazuje duże spadki napięć przy wysokich częstotliwościach rzędu <5;10> [ kHz ]. Sam producent uwzględnia to na tabliczce znamionowej urządzenia. Przy wysokich częstotliwościach <5;10> [ Khz ] błędy pomiaru są dużo większe powyżej 6-8%, przy niskich nie przekraczają 3%. Więc wzorcowy multimetr elektromagnetyczny sprawdza się zarówna w niskich jak i wysokich częstotliwościach przy wysokich częstotliwościach błędy są do przyjęcia poniżej 10% przy niskich są jak najbardziej poprawne do 3%. Pomiary stopnia tłumienia są obarczone dużym błędem, także ze względu na fakt iż obserwator musiał uczestniczyć w badaniu. Dodatkowo błąd mogło potęgować nie skoordynowanie odczytów pomiarów całej grupy.

DO POPRAWY:

• WNIOSKI

Badany miernik elektromagnetyczny przekracza skalę dokładności 0,5 przy pomiarach napięcia rzędu <0,30> [ V ]. Badany woltomierz elektromagnetyczny wskazuje duże spadki napięć przy wysokich częstotliwościach rzędu <5;10> [ kHz ]. Sam producent uwzględnia to na tabliczce znamionowej urządzenia. Przy wysokich częstotliwościach <5;10> [ Khz ] błędy pomiaru są dużo większe powyżej 63%, przy niskich nie przekraczają 5%. Więc wzorcowy multimetr elektromagnetyczny sprawdza się w niskich częstotliwościach przy wysokich częstotliwościach błędy są bardzo duże do 63% przy niskich są jak najbardziej poprawne do 5%. Pomiary stopnia tłumienia mogły być obarczone dużym błędem, także ze względu na fakt iż obserwator musiał uczestniczyć w badaniu. Można więc stwierdzić, że na błędy procentowe nie tylko składa się błąd woltomierza elektromagnetycznego przy pomiarach częstotliwości rzędu <5;10> [ kHz ] do 63% ale i także czynnik ludzki. Po jego zlikwidowaniu np. zastąpieniu maszyną lub kilkukrotnym powtórzeniem pomiarów błędy mogły by być znacznie mniejsze.