- 1 -1
1.ANALOGOVÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE
Principy měřicích soustav:
1. Magnetoelektrická (depreszký)
2. Elektrodynamická
3. Indukční
4. Feromagnetická
Magnetoelektrická soustava:
Založena na působení sil v magnetickém poli permanentního magnetu na vodiče cívky, kterou
prochází elektrický proud.
Obr.1
Princip Magnetoelektrické soustavy
Pohybový moment vypočítáme: IkNBIlrM PP == 2
Konečná výchylka: I
k
k
D
P
=α
Pro měření střídavých průběhů využíváme diodové usměrňovače nebo termoelektrické
články.
Použití magnetoelektrické soustavy je univerzální – ampérmetry, voltmetry ( KVmV ÷ ),
galvanoměry.
Výhodou soustavy je nízká vlastní spotřeba - 38
1010 −−
÷ .
- 2 -2
Elektrodynamická soustava:
Založena na působení sil vznikajících v magnetickém poli jedné pevné a druhé otočné cívky.
Z principu elektrodynamické soustavy vyplývá nutnost použít nelineární stupnici.
Obr.2
Princip elektrodynamické soustavy
Pohybový moment vypočítáme: PP kIIM 21=
Výhodou elektrodynamické soustavy je její vysoká přesnost nevýhodou velká vlastní spotřeba
Elektrodynamickou soustavu můžeme zapojit jako voltmetr (obr.3a), jako ampérmetr
(obr.3b) nebo jako wattmetr (obr.3c).
Obr.3
Zapojení Elektrodynamické soustavy
V zapojení jako voltmetr je výchylka úměrná čtverci napětí, v zapojení jako ampérmetr je
výchylka úměrná čtverci proudu.Speciální je zapojení wattmetru:
a)
b)
c)
- 3 -3
Wattmetr:
Obr.4
Zapojení wattmetru
Konstantu wattmetru spočítáme:
M
NN
W
IU
k
α
ϕcos
= ,kde: NU …rozsah napěťových cívek
NI …rozsah proudových cívek
ϕcos …účiník
Indukční soustava:
Pracuje na principu vzniku vířivých proudů,které vyvolají pohyb otočné části přístroje.
Obr.5
Schéma elektroměru
Proud procházející cívkami (obr.5) vyvolá vířivé proudy v hliníkovém kotoučku, který se
roztočí pokud je jeho pohybový moment větší než brzdící moment permanentního magnetu.
Tato soustava se používá v elektroměrech.
- 4 -4
Feromagnetická soustava:
Soustava s otočným permanentním magnetem (obr.6). Používá se na ampérmetry (1mA –
200A) a voltmetry (15 – 600V). U soustavy se projevuje vliv kmitočtu většího než 500Hz.
Soustava má větší vlastní spotřebu.
Obr.6
Schéma feromagnetické soustavy
Základní části měřicích přístrojů:
Měřicí ústrojí:
Konstrukční uspořádání částí jejichž vzájemná působení způsobují pohyb otočné části. Na
pohyblivou část působí pohybový moment ( PM ),vyvolán měřenou veličinou, a direktivní
moment ( dM ), uměle vyvolán proti PM .
Stupnice:
Rozsah stupnice – Je dán krajními hodnotami stupnice určitým způsobem označenými.
Měřicí rozsah – Označená část rozsahu, kde lze měřit s předepsanou přesností.
Největší hodnoty měřicího rozsahu – Rozdíl obou hranic měřicího rozsahu.
Horní mez měřicího rozsahu – Shodná se jmenovitou hodnotou veličiny.
Zařízení pro čtení údajů měřicího přístroje:
Ručkové
Vibrační
Světelný ukazatel
Zapisovací
Tlumení otočné části:
Zabraňuje rozkmitání ukazatele a zajišťuje ustálení výchylky. Rozlišujeme podle principu:
Magnetické – Otočná část se pohybuje v magnetickém poli tlumícího permanentního
magnetu.
Vzduchové – K tlumení se využívá odpor vzduchu.
Kapalinové – K tlumení se využívá odpor kapaliny.
- 5 -5
Vlastnosti analogových měřicích přístrojů:
Třída přesnosti:
Číslo z předepsané řady, které klasifikuje přesnost přístroje. Vypočítáme ji ze vztahu:
%100
max
⋅=
M
O
xδ , kde M …Maximální rozsah a maxO … Maximální chyba přístroje.
Řada tříd přesnosti:
0,05 – 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1 – 1,5 – 2,5 – 5 [%]
- nižší číslo vyšší přesnost
Přetížitelnost měřicích přístrojů:
Násobek jmenovité měřicí hodnoty, který přístroj snese bez poškození.
- trvalá
- krátkodobá
Základní části měřících přístrojů:
a) měřící ústrojí
b) ukazatel výchylky
Měřící soustavou se rozumí fyzikální princip převodu měření el. veličiny na mechanický
pohyb. Podle tohoto principu rozeznáváme tyto měřící soustavy:
a) s otočnou cívkou – magnetoelektrický – Depresova metoda
b) s otočným magnetem
c) elektromagnetický
d) elektrodynamický
e) indukční – Ferarrisova metoda
f) tepelné
g) elektrostatické
h) rezonanční
Podle čtecího zařízení rozeznáváme měřící přístroje:
a) ručková
b) registrační
c) zrcátková
d) vibrační
e) digitální
Zrcátková – u níž otočná část nese zrcátko – malý úhel natočení – výchylka
Měřící rozsah, konstanta a citlivost měřícího přístroje
Má-li se měřícím přístrojem změřit velikost měřené veličiny, musí se jeho stupnice ocejchovat
v jednotkách měřené veličiny. Hodnota veličiny pro plnou výchylku určuje měřící rozsah.
Konstantou přístroje rozumíme číslo, jimž je nutno násobit výchylku na přístroji čtenou v
dílcích stupnice. Jinými slovy konstanta přístroje pro určitý měřící rozsah je hodnota 1 dílku
stupnice pro tento rozsah v jednotkách měřené veličiny. Přesně stanovíme konstantu, dělímeli
měřící rozsah přístroje počtem dílků stupnice:
stupnicedílkůpočet
rozsahjmenovitý
=k
Převrácená hodnota konstanty se nazývá citlivost přístroje:
k
c
1
=
- 6 -6
Třídy přesnosti měřících přístrojů
Absolutní chyba přístroje ∆p se vyjadřuje buď v dílkách stupnice, nebo v jednotkách měřené
veličiny. Absolutní chyba je různá na různých místech stupnice, tj. i na různých rozsazích.
Přesnost přístroje se posuzuje podle největší absolutní chyby vyjádřené v procentech z plné
výchylky a podle mezní chyby dovolené třídou přesnosti. Největší procentní chyba přístroje:
100
max
max
⋅
∆
=
α
δ
p
p
Třídu přesnosti měřícího přístroje se rozumí jeho mezní procentní chyba vztažená na αmax.
Podle velikosti mezní chyby se měřící přístroje rozdělují do 6 tříd přesnosti: 0,1; 0,2; 0,5; 1;
1,5; 2,5; 4
Soustavy měřících přístrojů
S otočnou cívkou - Depresova (magnetoelektrická) – je založena na silovém působení
magnetického pole permanentního magnetu na vodič, jímž prochází el. proud. Je-li indukce ve
vzduchové mezeře rovnoměrně rozložena, je dělení stupnice rovnoměrné. Tlumení měřícího
přístroje je magnetické.
Rušivé vlivy – vliv cizích magnetických polí a vliv rozdílu teplot.
Použití – magnetoelektrická soustava je ze všech soustav nejpřesnější, lze dosáhnout třídy
přesnosti až 0,1, používá se pro měření napětí a proudu (stejnosměrného).
S otočným magnetem – patří mezi elektromagnetické, patří k nejstarším měřícím přístrojům,
mají jednu z nejmenších α. Tlumení je vzduchové.
Rušivé vlivy – obsahuje velmi malý magnet, tudíž je náchylný na cizí magnetické pole,
závislý na teplotě.
Použití – voltmetry a ampérmetry, galvanoměry (stejnosměrné)
Elektromagnetické – měřící přístroje elektromagnetické soustavy jsou založeny na
magnetických účincích elektrického proudu. Dělíme je na soustavu s plochou a kruhovou
cívkou. Přístroje soustavy s plochou cívkou do jejichž dutiny se vtahuje plíšek z měkké oceli.
Přístroje s kruhovou cívkou v jejichž válcové dutině jsou uloženy dva tenké plíšky z měkkého
ocelového materiálu. Prochází-li proud – zmagnetizují se oba plíšky na stejnou polaritu.
Rušivé vlivy – poněvadž magnetické pole měřícího přístroje je velmi malé, tak na ně mají
značný vliv cizí magnetická pole. Proto se vkládají do stínícího krytu z feromagnetického
materiálu.
Použití – měřící přístroje této soustavy se používají jako voltmetry a ampérmetry na
stejnosměrný i střídavý proud.
Elektrodynamické – přístroje soustavy elektrodynamické využívají k svému působení
dynamických účinků elektrického proudu. Skládají se z pevné cívky, v jejíchž dutině je
otočná cívka. Při průchodu elektrickým proudem měřícím ústrojím vytvářejí obě cívky
magnetické pole (kroutící moment).
Rušivé vlivy – vliv cizích magnetických polí. Abychom tyto vlivy vyrušili, musíme
magneticky odstínit.
Použití – měřící přístroje této soustavy se používají jako voltmetry, ampérmetry a wattmetry
na střídavý proud.
Ferodynamická (elektrodynamická se železem) – odstraňuje nedostatky elektrodynamické
soustavy (uložením cívky na feritové jádro). Má stejné vlastnosti jako elektrodynamická
soustava.
Tepelná – přístroje tepelné soustavy se zakládají na změně délky kovového vodiče (závisí na
procházejícím elektrickém proudu).
- 7 -7
Rušivé vlivy – prudká změna teploty, musíme kalibrovat.
Použití – ampérmetry na střídavý i stejnosměrný proud. Přesnost až 0,1%.
Elektrostatické – přístroje se zakládají na silových účincích elektrického pole. Měří pouze
napětí. Jejich provedení je různé podle použití. Měřící ústrojí se skládá ze dvou nebo více
pevných desek, na které přivádíme napětí. Mezi nimi je zavěšena lehká hliníková destička
(pohyblivá). V provedení se podobá elektrostatickému otočnému kondenzátoru.
Rušivé vlivy – vliv cizích elektrických polí – odstíníme.
Použití – dělíme jako voltmetry měřící stejnosměrné i střídavé napětí. Při nízkém kmitočtu
nemají žádnou spotřebu. Třída přesnosti 1. Kontrolují i vysoké napětí.
Rezonanční – přístroje rezonanční (vibrační) jsou založeny na principu: jazýček tvořící
pohyblivou část přístroje je každý naladěný na určitou frekvenci a tepavé pole střídavého
proudu rozkmitá jazýčky. Nejvíce ty, které jsou naladěny na danou frekvenci.
Rušivé vlivy – otřesy v rytmu kmitočtů.
Poměrové – používají se na měření poměrových veličin (výkon).