5. MĚŘENÍ PROUDU, NAPĚTÍ a VÝKONU EL. PROUDU

Transkript

1 5. MĚŘEÍ ROD, ĚÍ a VÝKO EL. ROD Měření proudu a napětí: etalony, referenční a kalibrační zdroje (včetně principu pulsně-šířkové modulace) měření stejnosměrného napětí: přehled možností s ohledem na velikost měřeného napětí, princip kompenzační metody (kde se využívá), měření velmi malých napětí, vliv vstupní napěťové nesymetrie skutečného OZ, automaticky nulovaný zesilovač, modulační zesilovač (principy), měření teploty termočlánky měření stejnosměrného proudu: přehled možností s ohledem na velikost měřeného proudu, metody pro měření velkých proudů měření střídavého napětí a proudu: přehled použitelných přístrojů a jakou hodnotu měří, měření střídavého proudu (přehled) měřicí transformátory ( i I, náhradní schéma, zapojení, použití, chyby) Měření výkonu el. proudu: Výkon stejnosměrného proudu (V-metrem a -metrem, chyby metody) Definice, Q, S - měření výkonu v jednofázových sítích (, Q, chyba metody) Elektronický (číslicový) W-metr (širokopásmové převodníky I, kmitočtově kompenzované děliče) Měření spotřeby el. energie - indukční a elektronický elektroměr BX38EMB 5 1

2 MĚŘEÍ ROD ĚÍ Etalony, referenční a kalibrační zdroje Základní jednotkou SI elektrický proud realizace: proudové váhy (primární etalonáž) Sekundární etalony etalony napětí (=IR) Westonův etalonový článek (známá teplotní závislost napětí, velký R i, nesnáší otřesy) Josephsonův jev supravodivý I drát s hrotem e h nf 0 h e 483,59790 Hz / V supravodivé pásky + R 3 R R 1 r eplotně kompenzované zenerovy diody (definovaný proud + termostat) Referenční zdroje integrované obvody r = ZD (R 1 +R ) / R 1 teplotně kompenzovaná Zenerova dioda BX38EMB 5

3 apěťové kalibrátory (přesné D/ převodníky s šířkovou modulací) ZR KO r f SO ŘO u D 0 0 t r 0 kde r X f, r X f X X = číslo, které převádíme na napětí = rozsah převodníku BX38EMB 5 3

4 MĚŘEÍ SEJOSMĚRÉHO ĚÍ 10 mv 1000 V magnetoelektrické voltmetry, R i = 1 50 k/v 10 mv 1000 V běžné multimetry, R VS = 10 M < 10 mv kvalitní multimetry, speciální mikro/nanovoltmetry Zesilovače: 10 mv měřicí stejnosměrně vázané zesilovače ) 0,1 mv 10 mv automaticky nulované zesilovače 0,1 mv modulační zesilovače ) viz. přednáška č. 3 nutno uvažovat i vliv vstupní napěťové nesymetrie rincip kompenzační metody I IV IV X = k I IV = 0 R vst = X k oužití - kompenzační Č převodníky - kompenzační zapisovače BX38EMB 5 4

5 utomaticky nulovaný zesilovač _ HZ HZ - hlavní zesilovač Z - pomocný zesilovač + B + + Z B C B C B oloha : vstupní napěťová nesymetrie Z je zesílena a výstupní napětí je zapamatováno na C oloha B: napěťová nesymetrie Z je kompenzována napětím z C, Vstupní napěťová nesymetrie HZ je zesílena Z a přivedena na kompenzační vstup HZ tím je kompenzována napěťová nesymetrie HZ. Současně je toto napětí zapamatováno na C B a použito pro kompenzaci HZ v předchozím taktu (poloha ). BX38EMB 5 5

6 Modulační zesilovač f R F u u 4 u 1 u u 3 u x C u 4 F C C ~ u x u 1 u t t t u 3 BX38EMB 5 6

7 Měření teploty termočlánky Cu S Cu B SOJOVCÍ VEDEÍ = 1 ( 1 - s ) 1 = termoelektrický koeficient (VK -1 ) s = teplota studeného (srovnávacího) konce. Lze stanovit měřením nebo kompenzovat kompenzační krabicí. RODLŽOVCÍ VEDEÍ M1 1 Izotermální svorkovnice R R Cu S R R V M MĚŘICÍ MODL S Mn S S MLI- LEXEREM, / Č ŘEVOD- ÍKEM ROCE- SOREM 1 Kompenzační krabice SEZOR ELOY BX38EMB 5 7

8 ypický laboratorní termočlánek typu K raktické provedení spoje dvou kovů růmyslový termočlánek v ochranném pouzdru Kompenzační krabice Omega CJ a její vnitřní zapojení BX38EMB 5 7

9 MĚŘEÍ SEJOSMĚRÉHO ROD 1 až 10 číslicové multimetry popř. magnetoelektrické ampérmetry, (s přepínatelným bočníkem, úbytky napětí typicky mv) 10 až 1000 externí bočník + číslicový multimetr popř. magnetoelektrický milivoltmetr (úbytky napětí typicky mv) 1 speciální číslicové nano/pikoampérmetry (obvykle měření úbytku napětí na vysokoohmovém odporu mikrovoltmetrem) 10 m bez úbytku napětí převodník proud - napětí s OZ (viz. přednáška 3, nutno uvažovat vstupní klidové proudy) 10 m až 10 k bez úbytku napětí používají se magnetické senzory: I I x + R R I x Hallovy sondy BX38EMB 5 8

10 MĚŘEÍ SŘÍDVÉHO ĚÍ 1. Měření střední hodnoty, cejchováno v efektivní hodnotě pro sinusový průběh - magnetoelektrický s usměrňovačem 1000 V (50 Hz 5 khz) - číslicové multimetry nižší třídy (10 mv 1000 V, fr. rozsah do 1 až 10 khz) VSÍ DĚLIČ! SŘÍDVÝ ZESILOVČ OERČÍ SMĚRŇOVČ FILR+Č ČV analogový nf voltmetr - 1 mv - lock-in zesilovač (viz. řízený usměrňovač přednáška 3) nebo selektivní mikrovoltmetr (je třeba měřit jen požadovanou frekvenci). oznámka: Měření VF signálu není v osnovách tohoto předmětu. BX38EMB 5 9

11 . Měření efektivní hodnoty - elektromagnetický (feromagnetický), V!!OZOR!! frekvenční omezení - kvalitnější multimetry s převodníky efektivní hodnoty, střídavé rozsahy označeny RMS popř. RE RMS, nejpoužívanější implicitní převodník (např. IO D 637) viz přednáška 9. - vzorkovací metoda - pro schodovitou aproximaci platí: 1 ef u n n1 kde = počet vzorků za periodu BX38EMB 5 10

12 MĚŘEÍ SŘÍDVÉHO ROD efektivní hodnota přímo elektromagnetický ampérmetr (1 m 10 ) úbytky i na indukčnosti systému, frekvenční omezení (cca do 1 khz) pro harmonický průběh magnetoelektrický s usměrňovačem vždy bočník velká spotřeba (viz.. přednáška) číslicové multimetry (ampérmetry) měření úbytku na bočníku úbytky typicky 10 (0) mv nebo 100 (00) mv, použitelné do jednotek khz, měření efektivní hodnoty omezení viz měření stř. napětí. ro vyšší kmitočty (do stovek khz) se používá bezindukční (koaxiální) bočník: trubka a čela z vodivého materiálu I x B keramická trubka vrstva z odporového materiálu měření proudu s galvanickým oddělením převodníky s Hallovou sondou (viz. stejnosměrná měření) a M BX38EMB 5 11

13 MĚŘICÍ RSFORMÁORY Měřicí transformátory proudu (MI, M) (současně galvanické oddělení) se používají pro proudy větší než cca 10 bez stejnosměrné složky (pro technické kmitočty). I zpravidla 5 (1). Měřicí transformátory napětí (M) (galvanické oddělení) lze použít pro střídavá napětí bez stejnosměrné složky (pro technické kmitočty). zpravidla 100 V. Zjednodušené náhradní schéma měřicího transformátoru přepočítaného na primár : I 1 R 1 L r1 L r R I 1 i Z R Fe I 01 L h R I 1 p I pii 1 p R Z p Z magnetovací proud I 01 způsobuje chybu převodu a fáze MI požadavek Z minimální, sekundár se nesmí rozpojit!! úbytky napětí na R 1, R, L r1, L r způsobuje chybu převodu a fáze M požadavek Z maximální. BX38EMB 5 1

14 Zapojení měřicích transformátorů do obvodu MI M I 1 K L I k l M m W Z Z 1 V n W rovedení pro nn rovedení pro vn BX38EMB 5 13

15 Výkon elektrického proudu - definice Okamžitý výkon: p = u i Harmonické průběhy: u i I ef ef sin t sint eharmonické průběhy: = ef I ef cos Q = ef I ef sin S = ef I ef S stejnosměrný proud střídavý proud Q činný výkon jalový výkon zdánlivý výkon = I 1 navíc deformační výkon Měření výkonu stejnosměrného proudu 0 1 p dt S 0 u i dt Q I I Z I V V = Z Z korekce korekce chyby metody: chyby metody: = Z (I - I V ) = V V Z Z = I ( V - ) I I V = Z /R V = I R ozn: Je možné použít i elektrodynamický wattmetr BX38EMB 5 14

16 Měření výkonu střídavého proudu v jednofázové síti (harm. průběh) Činný výkon = I cos nelze použít -metr a V-metr a) I C b) ozn.: V případě, že se neprovádí * I Z * * * korekce chyby metody, je vhodnější použít zapojení b) ~ I C Z Z ~ C Z Z u W. M W ; = k W W - /R C = k W W - I R C (R C většinou neudán) I 1 K M L Z = p I p = k W W p I p k I * l * W M M m 1 n Z u Z u p. p. u. p. u. p u I I p. W. M W M. pi M. p ; upi ; up pi BX38EMB 5 15

17 Jalový výkon Q = I sin = I cos (/ - ) W je nutno posunout o / vůči Z Z * * W / Z BX38EMB 5 16

18 LOGOVÝ WMER (elektrodynamické ústrojí) OHYBLIVÁ CÍVK - proud I RČK EVÁ CÍVK ( SEKCE) - proud I 1 B F ~ B I M = k I 1 I ; I 1 = I C, I = C / R C B ~ I 1 ro střídavé průběhy: OS M 1 0 m dt k 1 0 i i dt k 1 1 R C 1 0 i C u C dt k R C Kmitočtová závislost: M (ro harmonické průběhy: M ~ I cos) k R C C L řepínání rozsahů: apěťové rozsahy předřadný rezistor roudové rozsahy sério-paralelní řazení ekvivalentních sekcí cívky rčení konstanty: = k W I kw max C I cos( ) 1 B38EMB 9

19 . S analogovou násobičkou Číslicový Wattmetr u(t) i(t) / I / ÁSO- BIČK. kanál p(t) FILR Č / : kmitočtově kompenzovaný dělič R 1 u 1 C p1 C k1 Č u R C k C p 3. kanál R 1 (C k1 C p1 ) = R (C k C p ) I / (viz přednáška 5): ransformátor + I / s OZ Koax. bočník + zesil. s galv. odd. řevodník s Hallovou sondou 50 Hz až jednotky khz až stovky khz až desítky khz. S číslicovým zpracováním signálu u(t) i(t) I VZORKOVČ + -Č ŘEV. VZORKOVČ + -Č ŘEV. {u i } {i i } MĚŤ + RO- CESOR 1 ; = počet vzorků za periodu BX38EMB 5 17 j1 u j i j ZOBRZOVČ ČÍSLICOVÝ VÝS

20 Měření spotřeby el. energie Elektronický (statický) elektroměr u(t) i(t) / I / ÁSO- BIČK p(t) FILR f f~ (DĚLIČK) REGISR. OČIDLO ~W t t f ; f t t 0 0 Integrace s využitím převodníku f viz přednáška 6 t 0 k t k W BX38EMB 5 17

21 Indukční elektroměr BM 1m M i i1 i 1 ~ i MOC C BM K i i K m MOC i ~ u C BX38EMB 5 18