Elektrotechnika 2

1. Elektrotechnika 2 Elektrické měřicí přístroje

2. Měřicí přístroj číslicový ukazatel grafický ukazatel přepínač funkcí a rozsahů připojovací svorky grafický multimetr číslicový digitální multimetr

3. Měřicí zařízení obsahuje jeden nebo více měřicích přístrojů a příslušenství • příslušenství: • speciální měřicí sondy • měřicí transformátor • měřicí vedení • tiskárna protokolu měření

4. Měřicí rozsah • hodnota, ke které se vztahuje údaj o třídě přesnosti přístroje • zároveň hodnota, kterou by měřená veličina neměla překročit Digitální megaohmmetr

5. Základní pojmy měřicí techniky určování číselné hodnoty fyzikální veličiny, např. elektrického napětí nebo tíhové síly měření určování počtu událostí stejného typu nebo předmětů v určitém časovém úseku, např. počet elektrických impulzů za sekundu počítání zjišťování, zda má zkoušený předmět předepsané vlastnosti, zvláště jsou-li tyto vlastnosti v předepsaných tolerancích zkoušení zjištění rozdílu mezi skutečnou hodnotou a hodnotou ukazovanou měřícím přístrojem kalibrování justování nastavení ukazatele tak, aby ukazoval správnou hodnotu úřední postup ověření správnosti měřicího přístroje nebo normálu, potvrzuje se značkou, pravidelně se opakuje kontrolování

6. Ukazatele měřicích přístrojů analogové ukazatele • ukazatel měřené hodnoty sleduje spojitě hodnotu měřené (vstupní) veličiny • hodnotu na stupnici ukazuje ručka nebo jiný ukazatel pohybující se spojitě podél stupnice • pro větší přehlednost – zapisovací přístroje číslicové ( digitální ) ukazatele • číselná hodnota měřené veličiny je znázorněná číslem složeným z číslic a případně znaménka • naměřené hodnoty mohou být vytištěny, případně může být vytištěn graf časového průběhu

7. Analogové měřicí přístroje součásti • pohyblivá část měřicího ústrojí ( měřidla ) s ručkou • stupnice • pevná část měřicího ústrojí obsahující trvalý magnet nebo cívku

8. pohyblivá část měřidla ( otočná část ) • uložení s malým třením – potřeba snadného vychýlení • potřeba tlumení kmitů kolem správné polohy • tlumící síla musí být úměrná rychlosti pohybu • vzduchové tlumení • tlumení vířivými proudy • ručka • musí být lehká, aby netlumila otáčivé pohyby • musí se krýt se svým obrazem v zrcadle chyba paralaxou – způsobena šikmým pohledem na stupnici

9. stupnice musí být přehledná a snadno čitelná dílek stupnice - rozestup čárek stupnice konstanta stupnice – změna měřené veličiny odpovídající jednomu dílku stupnice citlivost přístroje – převrácená hodnota konstanty stupnice tvary stupnic

10. důležité údaje o přístroji • jednotka měřené veličiny • značka typu měřicí soustavy • druh měřeného proudu • třída přesnosti • pracovní poloha přístroje • velikost zkušebního napětí

11. analogový multimetr • měření stejnosměrných napětí • měření střídavých napětí • měření stejnosměrných proudů • měření stejnosměrných napětí • měření elektrického odporu • třeba vždy kontrolovat nastavení správné funkce i rozsahu při měření veličiny neznámé velikosti je třeba z bezpečnostních důvodů nastavit nejprve největší měřicí rozsah odpovídající veličiny a rozsah pak snižujeme na nejmenší možný, aby byla ručka pokud možno v horních dvou třetinách stupnice

12. Číslicové měřicí přístroje součásti • analogově – digitální převodník • zobrazovací jednotka - displej • zdroj energie – síťový zdroj nebo baterie příklady údajů na číslicovém displeji

13. analogově-digitální převodník – AD převodník • zpracovává pouze napětí • pro měření proudu a odporu je potřeba měřicí převodník převod napětí na čas - při nulovém napětí porovnávacího přesného pilovitého napětí začíná počítání časových impulsů, končí, když rostoucí pilovité napětí dosáhne úrovně měřeného napětí - počet impulsů odpovídá velikosti měřeného napětí měření s dvojnásobnou integrací - kondenzátor prvního integrátoru se nabílí po přesně stanovenou dobu přes přesný odpor při měřeném napětí, pak je vybíjen proti srovnávacímu napětí opačné polarity přes stejný odpor - čas vybíjení je měřen přesným čítačem impulsů – počet impulsů odpovídá měřenému napětí

14. zobrazovací jednotky - displeje umožňuje zobrazit i písmena • 3místný displej čísla: 000 až 999 • 1/2místný displej číslo: nic nebo 1 • → 3 ½ místný displej čísla: 000 až 1999

15. chyba digitálního měřicího přístroje Příklad: Digitální voltmetr s 3 ½ místným displejem, ve třídě přesnosti 0,2 a přípustnou odchylkou na posledním místě z = ± 3 digitů (jednotek) ukazuje napětí, 100,0 V. Jak velké je a) rozlišení a b) přípustná absolutní chyba F?

16. popis digitálního multimetru range (rozsah): manuální nastavování měřících rozsahů šířka pásma AC: kmitočtový rozsah, ve kterím lze měřit parametry střídavých proudů a napětí s chybou odpovídající třídě přesnosti přístroje baragraf: pruh krátkých čárek pod číslicovým údajem simulující změnami své délky analogový pohyb ručky přístroje přenost: třída přesnosti k udává horní mez relativní chyby měřené hodnoty – je třeba zohlednit přípustnou odchylku udávanou v digitech /jednotkách/

17. popis digitálního multimetru automatické přepínání rozsahů: multimetr volí takový rozsah, při kterém je možné dosáhnout nejlepší přesnosti – využívá všech míst displeje automatické ukládání naměřené hodnoty do paměti (Hold): měřená hodnota je v určený okamžik uložena do paměti a zobrazována na displeji zkoušení průchodnosti (vodivosti) s akustickou indikací: galvanická průchodnost /zkrat/ mezi dvěma místy je indikována akusticky i na displeji (propískávání obvodů) true RMS, střední kvadratická hodnota: efektivní hodnota je měřena správně pro sinusové i nesinusové střídavé proudy a napětí měření diod (bipolárních tranzistorů): měření diodových přechodů, při kterém má být úbytek napětí v propustném směru 0,6 V až 0,7 V

18. popis digitálního multimetru vrcholový činitel (Crestfaktor) Fc: efektivní hodnota napětí nebo proudu je správně měřena tehdy, je-li přípustný vrcholový činitel udávaný výrobcem větší než poměr amplitudy a efektivní hodnoty měřené veličiny

19. popis digitálního multimetru relaticní referenční hodnota: v relativním režimu je v paměti uložena vztažná (referenční) hodnota a naměřené hodnoty jsou zobrazovány vzhledem k této hodnotě, tedy jako odchylky od referenční hodnoty min/max: přístroj uchovává v paměti při průběžném měření minimální a maximální hodnotu měřené veličiny automatické vypínání (Slep-Modus): přístroj se automaticky vypíná po určité době po poslední změně při obsluze přístroje střída: u periodického impulsního signálu je měřena střída jako poměr šířky impulsů a periody, udává se v % upozornění na nesprávné nastavení funkce přístroje (Input Alert): varovný akustický signál, jsou-li do zdířek pro měření proudu připojeny vodiče a funkční přepínač není nastaven na měření proudu sériové rozhraní: datové rozhraní pro komunikaci s počítačem, sloužící k přenosu měřicích dat

20. Chyby ručkových měřicích přístrojů mohou vzniknout nepřesným nebo chybným čtením údajů osobní chyby jsou nahodilé nejsou zohledňovány může je vnést způsob zapojení přístroje – např. použití zapojení s chybou proudu namísto zapojení s chybou napětí systematické chyby odchylku měření způsobují konstrukční nedostatky – např. nepřesná stupnice chyba ukazatele (výsledku měření) přípustná absolutní chyba F vliv na měření má kolísání okolní teploty nebo kmitočtu sítě chyby vnějšími vlivy jsou zohledňovány pouze když jsou experimentálně zjistitelné

21. třída přesnosti udává největší přípustnou chybu v procentech měřicího rozsahu, na kterém měření probíhá absolutní chyba F – pro všechny naměřené hodnoty při daném rozsahu stejná třída přesnosti x horní mez rozsahu absolutní chyba F = 100 relativní chyba měření f – poměr absolutní chyby F a naměřené hodnoty M absolutní chyba . relativní chyba F = 100 naměřená hodnota wu – dolní možná mez skutečné hodnoty wo – horní možná mez skutečné hodnoty

22. výpočet chyby měření • příklad: Vypočtěte pro přístroj s uvedenou stupnicí a uvedenou hodnotou rozsahu a znázorněnou naměřenou hodnotou: • konstantu stupnice • naměřenou hodnotu M • absolutní chybu F • relativní chybu f • horní mez wo skutečné hodnoty • dolní mez wu skutečné hodnoty řešení:

23. druhy měřicích metod pro získání hodnot elektrických veličin 1) základní rozdělení metod přímé metody • využíváme měřící přístroje pro zjištění požadované hodnoty (proud - ampérmetr) nepřímé metody • využíváme funkčních závislostí (vzorce) pro zjištění požadovaných hodnot 2) rozdělení podle určení měřené veličiny základní metody • měřená veličina se stanoví měřením srovnávací metody • naměřená veličina se srovná s veličinou téhož druhu pomocí výpočtu 3) rozdělení podle funkce měřících přístrojů • výchylkové metody • metody nulové (všecko metody můstkové)

24. Měření aktivních elektrických veličin napětí proud elektrický výkon Magnetoelektrická měřicí soustava s otočnou cívkou • stejnosměrný proud • stejnosměrné napětí • velká citlivost a přesnost • možnost měření střídavých proudů a napětí s předřazeným usměrňovačem • lineární stupnice

25. Feromagnetická (elektromagnetická) měřicí soustava s otočným železem • stejnosměrný i střídavý proud • stejnosměrné i střídavé napětí • nevhodná pro měření malých hodnot • nelineární stupnice

26. Elektrodynamická měřicí soustava • stejnosměrný i střídavý proud • stejnosměrné i střídavé napětí • měření výkonu (wattmetr) měření činného výkonu jednofázového střídavého proudu wattmetrem nutné dávat pozor, aby nedošlo k přetížení v proudové nebo napěťové větvi i při nepřekročení rozsahu ve wattech

27. Měření pasivních elektrických veličin elektrický odpor obecná impedance Měření odporu

28. Měřící můstky • představují obvod složený ze čtyř impedancí a to tak, že tvoří uzavřený čtyřúhelník • účelem můstku je zjišťovat neznámou impedanci, zařazenou na místě jedné z nich • přitom obvykle jedna impedance je proměnná, aby se můstek "vyrovnal„, v tom případě měřidlo v úhlopříčce můstku nezaznamená žádnou výchylku, protože oběma větvemi teče stejný proud • měření je přesné, ale vyhovuje pouze pro úzký rozsah hodnot (záleží na součástkách v můstku) • společným znakem je napájení, které je připojeno k jedné úhlopříčce můstku a způsob indikace, indikátor se zapojí k druhé úhlopříčce • vyvažování je stejné, poslouží proměnný rezistor zapojený jako reostat.

29. Měřící můstky stejnosměrné střídavé Maxwellův můstek Thomsonův můstek Wienův můstek Wheatstonův můstek De Sautyho můstek měření odporu R měření odporu R kapacity C indukčnosti L jakosti Q ztrátového činitele D

30. Wheatstonův můstek používá se k měření malých hodnot odporů neznámý odpor X se připojí ke vstupním svorkám, R1 a R3 jsou rezistory s hodnotami nepříliš vzdáleny od měřeného odporu a rezistor R2 je proměnný s hodnotami vynesenými na stupnici jako měřidlo slouží miliampérmetr s "nulou" uprostřed napájení - stejnosměrný zdroj (např. galvanické články 4,5 V). použití střídavého zdroje - uplatnila by se případná induktivní (kapacitní) složka a místo reálného odporu by můstek měřil impedanci

31. můstky pro měření kapacit

32. De Sautyho můstek používá se k měření kapacit v horních větvích fungují kapacity neznámá Cx a kondenzátor C2 Indikátor - obvykle vysokoohmové sluchátko, které se s protékajícím střídavým proudem ozývá Pokud zvuk utichne, můstek je vyrovnán napájení - střídavým proudem z generátoru o kmitočtu, který je většinou 1 kHz Proměnný rezistor R2 se musí předem ocejchovat podle kapacitního normálu

33. Wienův můstek používá se k měření kapacit

34. můstky pro měření indukčnosti

35. Maxwellův můstek používá se k měření indukčnosti cívka se vyznačuje i vlastní kapacitou, můstek se nepodaří plně vyrovnat ke kompenzaci imaginární složky se používá rezistor R3 napájení - střídavým proudem a příčný proud se indikuje sluchátkem