1 V Ý ZNAM A Ú ČEL ELEK TR OTE CHNI CK Ý CH M E R A NÍ
◘ Meranie je proces poznávania spočívajúci v porovnávaní meranej veličiny s niektorou jej
hodnotou, ktorá bola prijatá za jednotku. Napríklad pri meraní elektrického napätia nameriame hodnotu 220 V. Za jednotku
napätia sme prijali 1 volt. Meranou veličinou je napätie U a porovnávacou veličinou je číslo 220.
◘ Elektrické meranie je proces, pri ktorom sa určujú veľkosti rôznych elektrických veličín , ako je
napätie, prúd, elektrický výkon, elektrická práca, frekvencia, odpor, elektrická kapacita kondenzátorov, vlastná a
vzájomná indukčnosť cievok a pod.
Magnetické meranie tieţ povaţujeme za elektrické meranie, pretoţe je vţdy spojené s elektrickými javmi.
◘ Merací prístroj je zariadenie, ktoré slúţi na porovnanie meranej veličiny s jednotkou merania.
Elektrický merací prístroj je zariadenie, ktoré vyuţíva fyzikálne zákony a závislosti na určenie elektrickej
veličiny.
Elektricky možno merať a kontrolovať aj iné fyzikálne (neelektrické) veličiny, napr. čas, dĺžku, zrýchlenie, teplotu,
tlak, silu a pod.
2 ZAKONNÉ MERACIE JEDNOTKY
V medzinárodnej sústave jednotiek — SI rozlišujeme:
a) základné jednotky — meter, kilogram, sekunda, ampér, kelvin, mol a kandela,
Meno
Symbol Veličina
Definícia
meter
m
dĺžka
Meter je dĺžka dráhy, ktorú prejde svetlo vo vákuu za 1/299792458 sekundy
(podľa 17. CGPM, 1983).
hmotnosť
Kilogram
rovnáSI
hmotnosti
medzinárodného
prototypu
kilogramu
(platino V sa
sústave
patrí medzi
odvodené jednotky,
rozmer
v základných
irídiový valec), ktorý je umiestnený
úrade pre miery a váhy
2 −3v Medzinárodnom
−1
jednotkách je: V = kg·m ·s ·A .
(Bureau International des Poids et Mesures, BIPM) v Paríži (podľa 1. CGPM, 1889).
čas
Sekunda je doba rovnající se 9 192 631 770 periodám záření, které odpovídá
miesta niţšieho potenciálu na miesto vyššieho potenciálu potrebné
přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu
vykonať prácu 1 joule.
cesia 133.
kilogram
kg
Volt je jednotka elektrického napätia, resp. elektrického potenciálu.
Rozdel potenciálov je 1 volt, ak je na prenesenie náboja 1 coulomb z
sekunda
s
Napätie medzi koncami vodiča je 1 volt, ak stály prúd 1 ampér vo vodiči
ampér
A
elektrický prúd
Ampér je stály elektrický prúd,
[1] ktorý pri prechode dvoma priamymi rovnobežnými
dodáva
výkon
1 wattzanedbateľného
.
nekonečne
dlhými
vodičmi
kruhového prierezu, umiestnenými vo
Jednotka
bola
pomenovaná
podľavyvolá
talianskeho
fyzika
vákuu vo vzdialenosti 1 meter od seba,
silu 2×10
−7 Alessandra
newtonu naVoltu,
1 meter
vynálezcu
elektrického
článku (1800).
dĺžky vodičov
(podľa
9. CGPM, 1948).
kelvin
K
termodynamická
teplota
meter · kilogram · sekunda
ampér · kelvin
· mól 13. CGPM,
Kelvin je Základné
1/273,16 termodynamickej
teploty·trojného
bodu· kandela
vody (podľa
radián · steradián
1967). Doplnkové
mól
mol
hertzsústavy,
· stupeň Celzia
newton · joule
· watt
· pascal
· coulomb ·
Mól je látkové množstvo
ktorá· obsahuje
práve
toľko
elementárných
ohm · siemens
· farad
· weber ·čistého
tesla · henry
· (12C) (podľa
látkové množstvo jedincovOdvodené
(entít), koľkovolt
je ·atómov
v 0,012
kilogramu
uhlíka
lúmen · lux · becquerel ·gray · sievert · katal
14. CGPM, 1971).
kandela
cd
svietivosť
Kandela je svietivosť zdroja, ktorý v danom smere vysiela monochromatické
žiarenie s frekvenciou 540×1012 hertzov, a ktorého žiarivosť v tomto smere je
1/683 wattu na steradián (podľa 16. CGPM, 1979).
b) odvodene jednotky — vytvárajú sa kombináciou základných jednotiek podľa určitých algebraických
vzťahov,
c) doplnkové jednotky — pri nich nie je určené, či sú to základné
patri sem radián a steradián.
jednotky alebo odvodene jednotky;
Technická prax vyţaduje jednotky SI vyjadriť násobkom alebo podielom. Tvoríme ich prednostne podľa tretej mocniny čísla
desať a pouţívame pre ne označenie predponami podľa STN.
d) vedľajšie jednotky — minúta, hodina, deň, uhlový stupeň, uhľová minúta, sekunda, grad, stupeň Celzia,
liter, tona, elektrónvolt, voltampér, var.
1
3.CHYBY A PRESNOSŤ MERANIA
ROZDELENIE CHÝB Z HĽADISKA MERANIA
Hodnotu meranej veličiny, získanú pri praktickom meraní, nemôţeme zistiť s absolútnou presnosťou.
Nameraná hodnota je väčšia alebo menšia ako skutočná hodnota, hovoríme o chybe merania. Podľa
spôsobu výskytu môţeme chyby rozdeliť na:
— sústavné chyby,
— náhodné chyby,
— omyly.
— Sústavné chyby sú zväčša zapríčinené nedokonalosťou a nepresnosťou meracích prístrojov alebo
nepresnosťou pouţitej meracej metódy. Patria sem aj chyby spôsobené trvalým vplyvom okolia, ohnutím ručičky
alebo nesprávnym nastavením nuly. Ak poznáme zákonitosti, ktorými sa chyby riadia, môţeme ich vylúčiť z merania
korekciou výsledku .
— Náhodné chyby vznikajú z náhodných príčin, vyskytujú sa iba občas a nepravidelne. Sú zapríčinené
najmä náhlymi zmenami teploty, vlhkosti vzduchu a pôsobením cudzích magnetických polí na merací
pristroj. Náhodné chyby sa nesprávajú podľa ţiadnej zákonitosti, nemôžeme ich vplyv na výsledok
merania vylúčiť. Ich vplyvu sa dá zabrániť vhodným usporiadaním meracích prístrojov a dodrţaním
správnych podmienok pri meraní. Ich vplyv môžeme obmedziť niekoľko násobným opakovaním merania
a vypočítaním priemernej hodnoty výsledkov jednotlivých meraní, pričom vylúčime z merania sústavné
chyby a omyly.
— Omyly vznikajú nepozornosťou merajúcej osoby, nesprávnym postupom pri meraní, nesprávnym
odčítaním na stupnici pristroja, zlým zápisom a pod. Merania, pri ktorých vznikli veľké chyby
spôsobené omylom, musíme vylúčiť a nebrať ich do úvahy.
ABSOLUTNA A RELATIVNA CHYBA MERANIA
Veľkosť' kaţdej chyby pri meraní môţeme vyjadriť dvojakým spôsobom: buď skutočnou veľkosťou
odchýlky od pravdepodobnej správnej hodnoty, alebo percentuálnou odchýlkou. Nameraná hodnota je totiţ
väčšia alebo menšia ako skutočná hodnota. Tento rozdiel sa nazýva chyba merania.
Chyba vyjadrená odchýlkou v jednotkách meranej veličiny sa nazýva absolútna chyba merania
X = XN - XS
kde XN je nameraná hodnota meranej veličiny,
XS — skutočná hodnota meranej veličiny.
Absolútna chyba merania môže mat' kladné alebo záporné znamienko. Pretoţe ţiadny merací pristroj nie je
absolútne presný, skutočnú hodnotu meranej veličiny nemôţeme prakticky nikdy zistiť. Preto pri kontrole povaţujeme za správne
tie hodnoty, ktoré ukazuje presnejší pristroj. Takéto vyjadrenie chyby je výhodné vtedy, ak určujeme skutočnú hodnotu meranej
veličiny a vyjadrujeme ju pomocou opravy. Absolútna chyba môţe byť rovnaká aj pre rôzne hodnoty XN. Ak
chceme porovnať presnosť niekoľkých rôznych meraní, je výhodnejšie vyjadriť odchýlky od skutočných
hodnôt pomocou relatívnej chyby.
Relatívna chyba je pomer absolútnej chyby ku skutočnej hodnote meranej veličiny
=
X / XS
Ak vyjadrime relatívnu chybu v percentách zo skutočnej hodnoty,
dostaneme percentuálnu (relatívnu) chybu
=
X / X .100 (%)
S
Skutočnú hodnotu XS nepoznáme, preto je výhodné v prípade, ţe sa nameraná hodnota len malo líši od
skutočnej hodnoty, vyjadriť relatívnu chybu v percentách z nameranej hodnoty
=
X / XN .100 (%)
Podľa poţadovanej presnosti rozdeľujeme elektrotechnické merania na:
— veľmi presne — pouţívajú sa napr. pri stanovení hodnôt sekundárnych etalónov,
— laboratórne a výskumné — vyţadujú prístroje, ktoré sa beţne nepouţívajú,
— dielenské a kontrolne — majú rôznu poţadovanú presnosť podľa stupňa dôleţitosti.
2
ELEKTROMECHANICKÉ MERACIE PRÍSTROJE
Elektromechanický prístroj je zariadenie, ktoré sa skladá z - meracieho systému
- ukazovacej časti.
Pokiaľ pôsobí na merací systém meraná veličina, pôsobením elektrického prúdu alebo
elektrického poľa vzniká moment sily. Tento spôsobí, ţe pohyblivá časť ukazovacieho zariadenia sa dá do
pohybu a ustáli sa na výchylke úmernej hodnote meranej veličiny. Ak sa mení hodnota meranej veličiny spojito,
mení sa spojito aj výchylka otočnej časti ukazovacieho zariadenia. Preto ich začaďujeme
medzi analógové meracie prístroje.
4.1 ROZDELENIE ELEKTROMECHANICKÝCH PRISTROJOV
Podľa spôsobu, akým sa transformuje meraná veličina na mechanický pohyb otočnej časti
ukazovacieho zariadenia, rozdeľujeme elektromechanické prístroje na:
♠ základné analógové elektromechanické prístroje,
◘ rezonančné meracie prístroje,
♦ integračné prístroje,
♀ pomerové prístroje,
☺iné elektromechanické prístroje.
♠ Základné analógové elektromechanické prístroje rozdeľujeme podľa sústavy na:
a) magnetoelektrické prístroje s otočnou cievkou,
b) magnetoelektrické prístroje s otočným magnetom,
c) feromagnetické (elektromagnetické) prístroje,
d) indukčné (Ferrarisove) prístroje,
e) tepelné prístroje,
f) elektrostatické prístroje.
◘ Rezonančné prístroje pracujú na princípe mechanickej rezonancie s kmitmi striedavého prúdu.
♦ Integračné prístroje merajú časový integrál okamţitých hodnôt meranej veličiny.
♀Pomerové prístroje merajú pomer dvoch veličín.
☺Iné elektromechanické prístroje sú napr. elektromechanické oscilografy, zapisovače a pod.
Podľa vonkajšej úpravy a použitia poznáme prístroje:
a) rozvádzačové,
b) prenosné (montáţne),
c) laboratórne,
d) základné meracie.
Podľa meranej veličiny rozoznávame:
a) voltmetre _ merajú elektrické napätie,
b) ampérmetre - merajú elektrický prúd,
c) galvanometre - merajú veľmi malé prúdy a napätia,
d) wattmetre - merajú elektrický výkon,
e) varmetre - merajú jalový elektrický výkon,
f) elektromery - merajú elektrickú energiu,
g) fázomery - merajú účinník cos ϕ v striedavých obvodoch,
h) frekventomery - merajú frekvenciu elektrického prúdu.
Okrem uvedených prístrojov sa pouţívajú aj ďalšie špeciálne prístroje, napr. ohmmetre a pod.
3
KONŠTRUKČNÉ ČASTI ELEKTROMECHANICKÝCH PRÍSTROJOV
- merací systém
- ukazovacie zariadenie
ULOŢENIE POHYBLIVEJ ČASTI MERACIEHO MECHANIZMU
Ak má byt merací prístroj dostatočne citlivý, musí byť jeho pohyblivá časť ľahká a uloženie
otočnej časti pri pohybe nesmie spôsobovať veľké trenie. Okrem toho treba zabezpečiť presnú
vzájomnú polohu pevnej a pohyblivej časti v pokoji aj pri pohybe otočnej časti.
Uloženie otočnej časti pouţívame:
a) v ložiskách - môţe byt hrotové a čapové,
b) závesové - môţe byt jednoduché a dvojité.
Hrotové uloženie je najrozšírenejšie v starších typoch a pouţíva sa v prístrojoch všetkých tried presnosti.
Oska otočnej časti prístroja je zakončená kuţeľmi so zaoblenými hrotmi. Hroty sú uloţené v hrotových
loţiskách (obr. 4.1); sú z kalenej ocele a otáčajú sa v priehlbinách loţiskových kameňov z
polodrahokamov. Odolnosť voči otrasom moţno zvýšiť pruţným uloţením loţiska tak, ţe pod zafírovú
podložku (k) sa vloţí pruţina. Loţisko je umiestnené v jamke, jej nastavením sa vymedzí osová vôľa osky
otočnej časti. Hroty hriadeľa sa môţu mechanickým nárazom ľahko poškodiť, preto si takéto uloţenie
vyţaduje starostlivé zaobchádzanie.
Usporiadanie hrotového
loţiska
NS- nastavovacia
skrutka. H – hriadeľ
zakončený hrotom, ZP
- základná platňa, PM poistná matica. V zafírová podložka
Čapové uloženie sa pouţíva vtedy, ak je otočná časť ťaţšia, a v prípadoch, keď sa vyţaduje zvýšená
odolnosť voči otrasom (napr. elektromery, registračné prístroje a pod.). Usporiadanie uloţenia v
čapovom loţisku je na obr. 4.2. Prevŕtaná zafírová vloţka (V) tvorí radiálne loţisko, zafírová podloţka (P)
axiálne loţisko. Toto uloţenie je odolnejšie voči otrasom, trenie v loţiskách je však väčšie ako v
hrotových loţiskách, preto prístroje s čapovými loţiskami merajú s menšou presnosťou.
Závesové uloženie.
Jednoduché závesové uloženie . Otočná časť sústavy je zavesená na vlákne, ktoré tvorí
bronzový alebo platinovo-niklový pásik, prípadne pokovované kremíkové vlákno. Jednoduchý
záves sa pouţíva vtedy, ak sa vyţaduje vyššia citlivosť, je však chúlostivý pri prenášaní. Pred
meraním vyţaduje nastavenie systému do vodorovnej polohy pomocou skrutiek . Vlákno, ktoré sa prietokom
prúdu cez cievku spolu s ňou skrúca, vytvára zároveň direktívny moment, ktorý vracia otočnú
časť do východiskovej polohy, ak prestane pôsobiť meraná veličina.
Dvojité závesové uloženie Má otočnú časť napnutú medzi dvoma vláknami. Nie je tak
citlivé na polohu pri meraní. Ak je otočná časť ľahká a vlákna sú hrubé a krátke, nerobí sa
aretácia. Sú odolnejšie voči otrasom a majú menšiu vlastnú spotrebu.
Všetky typy uloţenia sú citlivé na mechanické zaobchádzanie, preto musíme otočnú časť
zabezpečiť proti poškodeniu uloţenia. Robí sa to aretáciou. Aretácia môţe byť mechanická
(spočíva v znehybnení otočnej časti) alebo elektrická (robí sa pretlmením obvodu, napr.
spojením otočnej cievky prístroja nakrátko). Tým sa obmedzí voľné kývanie otočnej časti.
Pri novších typoch prístrojov sa aretácia pouţíva iba výnimočne.
4
Na odčítanie meraných údajov elektromechanických prístrojov pouţívame :
- ukazovacie zariadenie,
- zapisovacie zariadenie.
Ukazovacie zariadenie sa skladá z ukazovateľa a číselníka.
♠ Ukazovateľ meracieho prístroja indikuje polohu pohyblivej časti prístroja. Jeho funkciu
najčastejšie vykonáva ručička (kopijovitá, nožová, jazýčková, prípadne iného tvaru.)
Kopijovitá a jazýčková ručička sa pouţívajú v rozvádzačových prístrojoch , aby ju bolo vidieť na väčšiu
vzdialenosť (nie sú vhodné na presné merania)
Na presné merania sa používajú nožové a sklené ručičky. Veľmi citlivé prístroje majú ukazovaciu
časť riešenú tak, ţe ručička je nahradená svetelným lúčom. Vtedy otočná časť meracieho systému má závesové
uloţenie. Pri prenosných zrkadlových prístrojoch sa zvyšuje citlivosť niekoľkonásobným
odrazom lúča pomocou zrkadielok, čím sa v pomerne malom priestore dosiahne veľká dĺţka lúča.
♠ Číselník - stupnica s číslovaním a iné predpísané znaky a značky.
Podľa pouţitej sústavy meracieho systému môţe byť stupnica:
•rovnomerná (lineárna),
•nerovnomerná (nelineárna) Špeciálny druh stupnice je stupnica s potlačenou nulou).
Pouţíva sa v prístrojoch so
systémom nastaveným na väčší začiatočný direktívny moment, takţe ručička začne ukazovať aţ do určitej veľkosti (hodnoty) meranej veličiny.
Dosiahne sa tým zväčšenie vzdialenosti medzi dielikmi na stupnici a presnejšie odčítanie .
Presnejšie meracie prístroje majú stupnicu podloženú zrkadielkom,
Na číselníkoch meracích prístrojov sú okrem dielikov ešte ďalšie údaje a značky, ktoré bliţšie charakterizujú merací prístroj.
•značka výrobcu,
•výrobné číslo (musí byť aj na príslušenstve dodanom spoločne s meracím prístrojom),
•značka meranej veličiny,
•značka meracej sústavy,
•značka skúšobného napätia,
•značka polohy stupnice pri meraní,
•značka druhu prúdu s označením frekvencie,
•trieda presnosti,
•iné dôleţité údaje, napr. vnútorný odpor voltmetra, úbytok napätia na ampérmetri
5
Pri meraní s meracími prístrojmi potrebujeme pri ich zapojení do
meranú hodnotu. Pretoţe otočná časť systému má určitú
obvodu
čo najrýchlejšie a správne odčítať
hmotnosť, môţe sa ručička pohybovať okolo ustálenej výchylky.
Vtedy hovoríme o podtlmenom systéme. Pre správne a
rýchle odčítanie potrebujeme, aby sa otočná časť systému
s ručičkou čo najrýchlejšie a bez prekmitov ustálila na
hodnote prislúchajúcej hodnote meranej veličiny
(priebeh b). Dosahuje sa to správnym tlmením, ktoré
pôsobí na otočnú časť brzdným momentom Mb. Brzdný
moment nesmie pôsobiť v pokoji. Ak je tlmenie veľké
pretlmený systém, trvá dlhý čas, kým sa ručička ustáli (priebeh c).
Podľa konštrukcie rozoznávame tlmenie:
- vzduchové,
- kvapalinové,
- magnetické.
Vzduchové tlmenie môţe byt krídelkové alebo piestové). Tlmenie zabezpečuje
krídelko alebo piestik, ktorý sa pohybuje s malou vôľou v uzavretom priestore. Pri
pohybe stláča pred sebou vzduch, ktorý môţe unikať iba malými štrbinami medzi krídelkom alebo piestom a stenami uzavretého
priestoru.
Kvapalinové tlmenie pracuje na podobnom princípe ako piestové vzduchové tlmenie, tlmiace médium
je však kvapalina, najčastejšie olej. Pouţíva sa prevaţne v registračných prístrojoch.
Magnetické tlmenie pracuje na princípe pohybu hliníkového segmentu v
magnetickom poli permanentného magnetu. Pri pohybe sa v segmente indukuje napätie,
od ktorého vznikajú vírivé prúdy. Magnetické pole od vírivých prúdov pôsobí proti pôvodnému
poľu, čím zabraňuje rýchlemu pohybu segmentu. Tým sa pohybová energia otočnej časti mení
podľa Lencovho zákona na Joulovo teplo, ktoré zohrieva segment. Magnetické tlmenie sa
pouţíva iba v takých sústavách, kde rozptylové pole permanentného magnetu nevplýva na
presnosť merania.
Pôsobením meranej veličiny na otočnú časť systému vzniká moment systému Ms ktorý vychýli ručičku
z nulovej polohy do polohy zodpovedajúcej hodnote meranej veličiny. Ak hodnota meranej veličiny
klesne na nulu, musí sa otočná časť systému vrátiť do pôvodnej polohy. To zabezpečuje direktívny
(riadiaci) moment Md,. Pri meraní otočná časť systému zaujme takú polohu, v ktorej sú moment
systému a direktívny moment rovnako veľké Ms= Md
Direktívny moment moţno vytvoriť pružinou špirálovitého tvaru ktorá je jedným
koncom upevnená na oske otočnej časti, druhým koncom na niektorej pevnej časti meracieho systému .
Obvykle sa pouţívajú dve špirály, ktoré pôsobia proti sebe tak, aby sa
pri skrúcaní jednej špirály druhá špirála odkrúcala. Dosiahneme tým rovnomerný rast direktívnej sily s výchylkou a stabilnú nulovú polohu. V
niektorých rozvádzačových prístrojoch sa vytvára direktívna sila protizávažím
voči ručičke, ktoré sa dvíha pri pohybe ručičky. Vyţaduje však presnú polohu prístroja pri
prevádzke. Prístroje so závesovým uložením otočnej časti vytvárajú direktívny
moment skrúcaním vlákna pri vychyľovaní. Pred meraním kontrolujeme, či
sa ručička nachádza v nulovej polohe. Moţno ju taviť nastavovačom nulovej
polohy,. Jeho funkcia spočíva v otáčaní korekčnej skrutky s výstredne
uloţeným kolíkom. Tento zasahuje do výrezu dvojramennej páky. Na konci
tejto páky je upevnený koniec jednej direktívnej pruţiny, čo umoţňuje meniť
napnutie pruţiny.
6
ROZSAH MERACÍCH PRISTROJOV
Merací rozsah prístroja je určitým špeciálnym spôsobom vyznačená časť rozsahu stupnice, kde môţeme merať s
predpísanou presnosťou.
Merací rozsah stupnice je celá dĺţka stupnice daná okrajovými hodnotami stupnice, ktoré sú
určitým spôsobom označené. Merací rozsah prístroja je často totoţný s meracím rozsahom stupnice.
Odlíšenie meracieho rozsahu od rozsahu stupnice sa vyznačuje na stupnici bodkami, farebnými
alebo dlhými čiarami, spôsobom delenia stupnice, iným typom číslic a pod. (obr. 4.7d).
Najväčšia hodnota meracieho rozsahu je hodnota hornej hranice meracieho rozsahu pre prístroj s
nulou na jednom konci delenia stupnice. Ak je nula vnútri delenia stupnice, najväčšia hodnota
meracieho rozsahu je daná súčtom hodnôt obidvoch hraníc meracieho rozsahu. V prístrojoch s
potlačenou nulou je najväčšia hodnota meracieho rozsahu daná rozdielom hodnoty hornej a dolnej
hranice meracieho rozsahu. .
KONŠTANTA A CITLIVOSŤ MERACÍCH PRÍSTROJOV
Konštanta meracieho prístroja K je hodnota meranej veličiny pripadajúca na jeden dielik
stupnice. Vypočítame ju, ak merací rozsah prístroja vydelíme počtom dielikov stupnice
K = merací rozsah prístroja / počet dielikov stupnice
Citlivosť' meracieho prístroja C je zmena výchylky ukazovateľa v dielikoch stupnice, ktorá
pripadá na zmenu hodnoty meranej veličiny o jednotku. Je to prevrátená hodnota konštanty K
C = počet dielikov stupnice / merací rozsah prístroja
PRESNOSŤ MERACIEHO PRÍSTROJA A JEHO TRIEDA PRESNOSTI
Presnosť meracieho prístroja je daná hraničnou chybou a hraničnou zmenou údajov.
Hraničná chyba (najväčšia dovolená chyba) ΔM, podľa ktorej sa vo väčšine prístrojov posudzuje
presnosť prístroja, sa vyjadruje v percentách najväčšej hodnoty rozsahu. Je to v percentách
vyjadrený pomer najväčšej absolútnej chyby Δ M max z najväčšej hodnoty meracieho rozsahu M.
Vzťažné podmienky sú podmienky, pri ktorých bol prístroj nastavený, overený a vyskúšaný. Zo
vzťaţných podmienok sa na číselníku uvádza iba poloha prístroja. Ak sa neuvádzajú ostatné vzťaţné
podmienky, prístroj je určený pre normálne pracovné podmienky pri teplote 20 °C s dovolenými odchýlkami podľa triedy
presnosti a pri vylúčení vplyvu vonkajších magnetických polí okrem zemského magnetického poľa. Pre prístroje určené na
meranie striedavého prúdu musí byt priebeh meranej veličiny sínusový s frekvenciou v rozpätí 45 Hz aţ 65 Hz a činiteľ
celkového harmonického skreslenia môţe byt maximálne 5 % (pre prístroje s usmerňovačom maximálne 1%). Ak je prístroj
určený pre iné vzťaţné podmienky, musia byť na číselníku vyznačené.
Podľa veľkosti hraničnej chyby ΔM, vyjadrenej v percentách z najväčšej hodnoty meracieho
rozsahu, zaradujeme prístroje do niekoľkých tried presnosti. Trieda presnosti sa vyjadruje číslom
zo zvoleného radu, ktoré klasifikuje presnosť meracieho prístroja, a je totoţné s najväčšou
dovolenou chybou v percentách:
0,1 % ; základné prístroje, ktoré sa pouţívajú na kontrolu veľmi presných laboratórnych prístrojov,
0,2% ; veľmi presné laboratórne prístroje,
0,5% ; presné laboratórne prístroje,
1% ; montáţne a laboratórne prístroje,
1,5% ; niektoré montáţne a presné rozvádzačov prístroje,
2,5% ; rozvádzačov prístroje,
5% ; iné menej presné prístroje.
7
Všetky meracie prístroje musia trvale zniesť zaťaženie na hornú hranicu meracieho rozsahu
pri vzťaţných podmienkach a pritom vyhovieť ustanoveniam triedy presnosti. Pri prekročení hornej
hranice meracieho rozsahu dochádza k preťaženiu meracieho prístroja. Preťaţenie môţe byť trvalé
alebo krátkodobé.
Trvalé preťaženie, nazývané tieţ tepelné, musia zniesť všetky prístroje bez poškodenia. Pre ampérmetre a
voltmetre s triedou presnosti 1 aţ 5, ďalej pre wattmetre, varmetre, fázomery a frekventomery je to 1,2-násobok menovitej hodnoty meranej veličiny.
Krátkodobé preťaženie, nazývané tieţ dynamické, nastáva pri prudkom zvýšení prúdu alebo
napätia na krátky čas. Norma presnosti stanovuje pre kaţdý typ prístroja a triedu presnosti násobky menovitej
hodnoty a čas trvania, počas ktorého musia prístroje vydrţať toto preťaţenie bez následkov .
Následkom preťaţenia môţe dôjsť k poškodeniu prístroja, a to buď nadmerným ohriatím, alebo mechanickým poškodením.
ELEKTRICKÁ PEVNOSŤ PRÍSTROJOV
Elektrická pevnosť prístrojov sa skúša skúšobným napätím. Týmto napätím sa skúša elektrická
pevnosť izolácie elektrických prístrojov. Skúšobné striedavé napätie musí mať sínusový priebeh. Zapojí sa medzi všetky navzájom
pospájané svorky a hliníkový kryt, ktorým sa obalí prístroj z izolantu. Skúšobné napätie sa postupne zvyšuje a udrţuje sa počas 60 sekúnd . Hodnota
skúšobného napätia sa určí v závislosti od menovitého napätia obvodu prístroja alebo príslušenstva
prístroja.
VLASTNÁ SPOTREBA MERACÍCH PRÍSTROJOV
Vlastná spotreba meracích prístrojov je príkon odoberaný prístrojom z obvodu na dosiahnutie plnej
výchylky. Vlastná spotreba zaťaţuje meraný obvod a spôsobuje oteplenie meracích prístrojov, preto má
byť čo najmenšia. Udáva sa vo wattoch pre jednosmerné prístroje a vo VA pre striedavé prístroje. Môţe
sa udať aj nepriamo číselným údajom na stupnici. Pri voltmetroch sa udáva prúdom tečúcim cez voltmeter
pri menovitom napätí, ktorý vypočítame pomocou vnútorného odpor voltmetra. Tento odpor sa udáva na
stupnici v hodnotách pripadajúcich na jeden volt rozsahu (Ω. V-', alebo kΩ. V-'). Pri ampérmetroch sa
vlastná spotreba udáva úbytkom napätia na ampérmetri pre menovitý prúd.
Priklad 4.3
Vypočítajte vlastnú spotrebu a prúd pretekajúci voltmetrom s rozsahom stupnice 0 a 120 dielikov a vnútorným odporom SOOS2. V -' na rozsahu 0 aţ
240 V pre výchylka a = 120 dielikov. Odpor voltmetra Rv = 500.240 = 120 000 Ω Vlastná spotreba pre a = 120 dielikov Pv= U2/Rv= 240 2 /120 = 480 mW
Prúd pretekajúci voltmetrom Iv = U v / Rv = 240 / 120 = 2 mA
RUŠIVÉ VPLYVY PÔSOBIACE NA MERACÍ MECHANIZMUS
Veľkosť výchylky prístrojov ovplyvňujú okrem meranej veličiny a tzv. ovplyvňujúce veličiny (teplota,
vlhkosť, cudzie magnetické poli, a pod.). Ich veľkosť nesmie prekročiť hodnotu, pri ktorej by prístroj
meral s chybou väčšou, ako je hraničná chyba stanovená triedou pres nosti prístroja. Medzi veličiny
ovplyvňujúce údaj meracích prístrojov patria:
1. Teplota - uplatňuje sa najčastejšie. Prístroje sú vyhotovené a na stavené tak, aby merali najpresnejšie
pri teplote 20 °C. Väčšie zmeny teploty môţu spôsobiť zmenu odporov meracích prístrojov a môţu zväčšiť rozmery otočných
častí, čím sa zväčší trenie v loţiskách. Prehriatie prívodných špirálových pruţín sa prejaví zmenou ich pruţnosti a pod. Preto sa
pre prístroj udáva menovitý teplotný rozsah použitia. V tomto rozsahu zmeny teplôt zmena údaja nesmie prekročiť hodnotu
danú triedou presnosti prístroja.
Vplyv teploty obmedzujeme prirodzeným chladením a tzv. teplotnou kompenzáciou.
2. Cudzie magnetické polia, vytvorené prípadne aj inými prístrojmi, môţu značne ovplyvniť presnosť
merania. Ich vplyv je tým väčší, čím je vlastné magnetické pole prístroja slabšie . Ochranou pred vplyvom
cudzích magnetických polí je magnetické tienenie. Merací mechanizmus sa vloţí do kovového krytu z magneticky dobre
vodivého materiálu.
3. Elektrostatické pole môţe tieţ značne ovplyvniť presnosť merania napr. svojimi vírivými účinkami na ručičku alebo v
prístrojoch s viacerými elektrickými okruhmi rozdielom potenciálov medzi nimi. Ochrana spočíva v elektrostatickom tienení;
merací systém obalíme fóliou z neferomagnetického kovu, napr. hliníka. Tesne pred meraním alebo počas neho nie je vhodné
čistiť sklo ochraňujúce stupnicu.
4. Presnosť merania sa môţe zhoršiť aj mechanickými vplyvmi. Prudkým nárazom sa môţe deformovať ručička, pri
mechanických nárazoch sa môţe poškodiť uloţenie otočnej časti, a tým sa zväčší trenie. Nesprávne vyváţenie otočnej časti
a nesprávna poloha prístroja pri meraní spôsobujú prídavné momenty ovplyvňujúce údaj prístroja.
5. Zmena frekvencie spôsobuje zmenu údajov prístrojov tých systémov, kde moment sily priamo závisí od veľkosti
frekvencie (napr. indukčný prístroj). Okrem toho zmeny frekvencie spôsobujú v prístro joch pri meraní striedavých veličín
zmenu údaja vplyvom zmeny fázového posunu na impendanciách napr. vplyvom indukčnosti predradených vinutých rezistorov.
8
Princíp: využívajú pri meraní silové účinky magnetického alebo elektrického poľa.
Iba tepelný prístroj vyuţíva zmenu dĺţky ohriatych vodičov..
MAGNETOELEKTRICKÉ PRÍSTROJE (DEPRÉZSKE)
Či n n os ť : Tento prístroj pozostáva z permanentného magnetu (PM),
pólových nadstavcov (PN) z magneticky mäkkého materiálu, jadra (J),
ktoré je upevnené nosníkom z neferomagnetického materiálu (N). Jadro
tvorí valček z mäkkej ocele. Jadro s pólovými nástavcami vytvára
vzduchovú medzeru, v ktorej je otočne uloţená cievka (C). Cievka je z
medeného izolovaného drôtu a je navinutá na hliníkovom rámčeku.
Rámček je pripevnený na oske. Prívod prúdu do cievky tvoria dve špirálové
pružiny, ktoré sú navzájom opačne vinuté. Tieto pružiny pri skrúcaní
vytvárajú direktívny moment, ktorý vždy vráti cievku do východiskovej
polohy. Na oske je upevnená aj ručička (R), ktorá sa vyvaţuje
závaţiami (VZ).
Ak je vo vzduchovej medzere homogénne magnetické pole, prietokom
prúdu cez cievku vytvorí cievka nové magnetické pole, ktoré sa snaţí natočiť
cievku tak, aby orientácia magnetického toku od permanentného magnetu a
od cievky bola rovnaká. Pri pohybe závitu cievky v magnetickom poli vo
vzduchovej medzere pôsobí na strany závitu, ktoré pri pohybe pretínajú
magnetické pole, sila
B-magnetická indukcia vo
F = 2. B. l. I
(N ; T, m, A)
vzduchovej medzere
I–prúd prechádzajúci cievkou,
n - počet závitov cievky
r je polomer cievky
Ak má cievka n závitov, tak
F = 2 . B .l.I. n (N ; T, m, A)
Vzhľadom na os otáčania vytvorí sila F točivý moment, ktorý sa nazýva
moment systému
M S = F. r = 2.B.l.I.n.r
(N.m; T, m, A, m)
a)konštrukčné usporiadanie,
b) silové pôsobenie na závit
PM permanentný magnet, PN
pólové nadstavce. R ručička, J
jadro. N nosník z
neferomagnetického
materiálu, C cievka, VZ
vyvažovanie závažia. MB
magnetický bočník
súčin 2. r. l predstavuje plochu cievky.
Ak je magnetická indukcia vo vzduchovej medzere konštantná, moţno napísať kS=2.B.l.n.r
pre moment systému platí Ms=ks.I
(N.m; N.m.A-1, A)
Konštantu ks nazývame pohybová konštanta systému prístroja.
Proti momentu systému pôsobí direktívny moment od direktívnych pruţín. Jeho veľkosť je úmerná
natočeniu direktívnych pruţín, teda výchylke α
M d=k d. α
Otočná časť systému sa bude pohybovať dovtedy, kým sa moment systému a direktívny moment nevyrovnajú
M S = Md
ks .I= kd. α
Z toho pre výchylku a platí α = I * kS / kd = I * 2. B. 1. n. r / kd
Ak označíme C I = 2.B.l.n.r
(rad; rad. A-1 , A)
α = Ci . I (rad; rad. A-', A)
Konštantu CI nazývame prúdová citlivosť systému. Prevrátená hodnota prúdovej citlivosti je prúdová
konštanta KI. Ak sa nemenia rozmery cievky ani vlastnosti direktívnych pružín a magnetická indukcia vo
vzduchovej medzere je konštantná, bude výchylka prístroja lineárne úmerná pretekajúcemu prúdu. Prístroj bude
mať teda rovnomernú stupnicu.
Prietokom prúdu I cez cievku sa vytvorí na nej úbytok napätia U. Vo vzťahu moţno dosadiť za I = U/R
α = C I . I = C • U / R = Cu . U
(rad; rad . V-1, V)
9
kde Cu = CI / R je napäťová citlivosť prístroja.
Pri praktickom pouţívaní prístrojov vyjadrujeme výchylky v dielikoch, preto môţeme napísať
α = CI . I
(d, d. A -1, A)
α = Cu . U
(d, d. V -1, V)
Pri výrobe treba nastaviť hodnotu prúdu I pri rovnakom type prístroja na takú konštantnú hodnotu, pri ktorej
je výchylka ručičky maximálna. Preto je systém vystrojený magnetickým bočníkom, ktorým nastavujeme
magnetickú indukciu vo vzduchovej medzere na potrebnú hodnotu, prípadne po čase odstraňujeme vplyv
starnutia permanentného magnetu. Tvary najpouţívanejších magnetov sú na obr. Dnes sa používajú iba tzv.
vnútorné magnety, v ktorých permanentný magnet tvorí vlastne jadro (valček). Vyžaduje si to však kvalitné
magnety malých rozmerov zo špeciálnych zliatin, ktoré sa v procese výroby podrobujú umelému starnutiu .
Tlmenie magnetoelektrických prístrojov je magnetické. Vytvárajú ho vírivé prúdy indukované v hliníkovom rámčeku,
na ktorom je navinutá cievka. Hliníkový rámček tvorí závit nakrátko, v ktorom sa indukuje pri pohybe v magnetickom poli napätie;
indukované napätie vytvorí prietok prúdu cez rámik.
Tvary permanentných magnetov
a) usporiadanie s dvoma vonkajšími magnetmi
b)usporiadanie s vnútorným magnetom
PM- permanent ný m agnet. PN- pólo vý
nást avec. JA- j armo m agnet ické ho
o bvodu
Ak označíme vo vzťahu α = CI . I = C u . U hodnoty I a U pre maximálnu výchylku prístroja α max ako prúd
systému prístroja Ip a napätie systému prístroja U p, je zrejmé, ţe pri meraní väčších hodnôt, ako je Ip a Up,
musíme tento základný rozsah prístroja zväčšiť. Rozsah zväčšujeme pri ampérmetri bočníkom, pri voltmetri
predradeným rezistorom.
Zapojenie na zväčšenie prúdového rozsahu pomocou bočníka je na obr. Podľa I. Kirchhoffovho zákona platí
I=Ip+ Ib
Ak označíme pomer prúdov I / Ip = n (n je číslo, ktoré udáva, koľkokrát sa zväčšil prúdový rozsah prístroja),
môţeme vzťah (4.14) vyjadriť vzťahom I= n .Ip
Ďalej platí n= Rp/Rb + 1
Rb = Rp / n-1
Zapojenie na zväčšenie napäťového rozsahu pomocou predradeného rezistora je na obr. Predradený
rezistor zapájame do série s prístrojom, čím zväčšíme jeho napäťový rozsah. Celkové merané napätie sa
rozdelí na úbytky UP a US
U=Up + Us prúd pretekajúci prístrojom Ip= U/Rp + Rs = Up / Rp
úpravou dostaneme U=Up(Rp+Rs)/Rp
Ak označíme pomer napätí U/U P = n (n je číslo, ktoré udáva, koľkokrát sa zväčšil napäťový rozsah
prístroja), môţeme pomocou vzťahu (4.16) vyjadriť odpor predradného rezistora
Rs=Rp. (n-1)
Magnetoelektrické prístroje sú vhodné na meranie jednosmerného prúdu a napäti a vo veľmi
veľkých rozsahoch (prúdy od µA do kA, napätia od mV do kV). Majú malú vlastnú spotrebu (od
µW do mW), sú však citlivé na hrubé mechanické a elektrické zaobchádzanie. Otras}• majú nepriaznivý vplyv na loţiská a pri preťaţení sa prehrejú
direktívne pruţiny, čím sa zmení hodnota direktívneho momentu. Stupnica je lineárna, zmeny rozsahov realizujeme bočníkmi a pr edradnými rezistormi.
10
Ak zapojíme magnetoelektrický prístroj na striedavý prúd, systém nestačí sledovať okamţité zmeny
prúdu a ustáli sa na strednej hodnote. Pre harmonický priebeh sa táto hodnota rovná nule. Pouţitý
usmerňovač plní funkciu prevodníka striedavého napätia na jednosmerné. Ako usmerňovače sa dnes
pouţívajú polovodičové diódy s privareným zlatým hrotom alebo kremíkové diódy. Vyznačujú sa
vysokým napätím v spätnom smere, malými prúdmi v spätnom smere a malou vlastnou kapacitou.
Magnetoelektrický prístroj sa dnes zapája s usmerňovačom iba ako dvojcestný usmerňovač v mostíkovom
alebo polomostíkovom zapojení (obr. 4.19). Voltampérová charakteristika polovodičového usmerňovača
nie je lineárna, uplatňuje sa tu vplyv prahového napätia, ktoré je pre germániové diódy asi 0,3 V a pre
kremíkové diódy asi 0,7 V. To má vplyv na Stupnicu, ktorá je potom iná pre nízke napätie a iná pre vyššie
napätie, kde sa natoľko neuplatňuje vplyv prahového napätia a zaoblenie charakteristiky. Ak pracuje
magnetoelektrický prístroj s usmerňovačom v lineárnej časti charakteristiky, meria strednú hodnota
priebehu meranej veličiny. Táto sa však v praxi pouţíva málo, preto je stupnica prístroja vynesená v
efektívnej hodnote, ktorá sa pouţíva najčastejšie. Pre sínusový priebeh meranej veličiny platí medzi
strednou a efektívnou hodnotou prevodový vzťah
Ief = I S . 1,11
Uef = 1,11 . US
Hodnota 1,11 sa nazýva činiteľ tvaru (hodnota odčítaná na prístroji - efektívna hodnota je 1,11-krát
väčšia ako meraná stredná hodnota).
Obr. 4.19.
Dvojcestné
zapojenie
usmerňovača
mostíkové,
b) polomos tikov é
a)
Pre neharmonické priebehy činiteľ tvaru nadobúda iné hodnoty, Stupnica všeobecne neplatí a prístroj
meria nesprávne. Preto neharmonické priebehy napätí a prúdov nemeriame prístrojmi s usmerňovačom.
Vlastná kapacita hrotových diód je rádovo jednotky pF, čo umoţňuje ich pouţitie aţ do frekvencií
rádovo stovky MHz. Pretoţe v prístroji pouţívame aj iné prvky a ich vzájomné zapojenia, zniţuje sa
reálne pouţitie pre meranie pri frekvenciách do 20 kHz.
Magnetoelektrický prístroj s usmerňovačom sa pouţíva v prístro joch, ktoré sa pomocou prepínačov
dajú pouţiť na merania striedavých a jednosmerných napätí a prúdov. Nazývame ich univerzálne
prístroje a sú doplnené priamoukazujúcim ohmmetrom. (DU 10, DU20, PU 110, PU 120)
Magnetoelektrický prístroj s termoelektrickým p r e v od ní k om
Termoelektrický prevodník sa skladá z vyhrievacieho drôtu a z termočlánku . Termočlánok tvoria dva kovy trvalo spojené;
spoj sa ohrieva teplom, ktoré vzniká vo vyhrievacom drôte, ak ním preteká meraný prúd. Pri vhodne zvolených kovoch vzniká
rozdielom teplôt na vyhrievanom teplom konci a na studenom konci, kde je pripojený merací prístroj, termonapätie.
Termonapätie je v určitom rozsahu priamo úmerné rozdielu teplôt medzi studeným a teplým koncom, spôsobuje ho prúd
pretekajúci vyhrievacím drôtom U = Kt . (t 1 - t 2 ) (V ; V . K-', K)
kde Kt je konštanta úmernosti závislá od druhu materiálu drôtu termo článku.
Vzťah môţeme upraviť takto: Ut=k.R.I2
Napätie na milivoltmetri je úmerné druhej mocnine pretekajúceho prúdu. Výchylka je teda úmerná
efektívnej hodnote meraného prúdu alebo napätia, a to aj pri vysokých frekvenciách a neharmonických
priebehoch. Po špeciálnych úpravách môţeme tento prístroj pouţiť aţ do stovák MHz. Vyhrievací drôt
je s termočlánkom v priamom alebo nepriamom styku. Presnosť merania je menšia ako presnosť
magnetoelektrických prístrojov. Vlastná spotreba ja väčšia. Majú nerovnomer nú stupnicu a jeden
rozsah, malú odolnosť voči preťaţeniu a tepelnú zotrvačnosti. Nie sú však citlivé na cudzie magnetické
a elektrické polia.
Magnetoelektrický prístroj s
termoelektrickým prevodníkom,
a)sneizolovaným termočlánkom.
b)s izolovaným termočlánkom V
vyhriecaci drôt. SP sklená perlička
11
Princíp činnosti feromagnetického prístroja spočíva v silovom pôsobení magnetického poľa
cievky, vytvoreného meraným prúdom, na feromagnetické teliesko (jadro) . Konštrukčne
je riešený ako 1.) systém s plochou cievkou, systém s 2.) valcovou cievkou a systém
s 3.)obvodom z magneticky vodivého materiálu , v ktorom otočne uložený pliešok zmenšuje
magnetický odpor obvodu.
W m =1/2 L. I 2
(J; H, A)
(4.18)
Feromagnetický prístroj s plochou cievkou
a.)konštrukčné us poriadanie
b.)princíp činnosti
R-ručička. P- pliešok, ŠP-špirálová
pruţina. VZ - vyvaţovacie závaţia. RA
- ramienko, V- valček. C-cievka, os-oska
Použitie: V – metre, A- metre ; jednosmerné, striedavé
Zmena rozsahu: A-meter – prepínaním počtu závitov cievky; V-meter – predradnými rezistormi
Princíp činnosti elektrodynamických prístrojov spočíva v silovom pôsobení medzi pevnou a
pohyblivou cievkou (cievkami pretekajú merané prúdy). Elektrodynamický prístroj pozostáva z pevnej
cievky C1 a pohyblivej cievky C2. Pevná cievka je rozdelená na dve rovnaké časti, aby sa dosiahlo homogénne
magnetické pole v mieste, kde sa pohybuje pohyblivá cievka. Prúd do pohyblivej cievky sa privádza špirálovými
pruţinami, ktoré vytvárajú aj direktívny moment. Cievky sa snaţia zaujať takú polohu, aby energia magnetického poľa bola najväčšia.
Tlmenie je vzduchové, ručička spolu s vyvaţovacími závaţiami je umiestnená na spoločnej oske.
Moment systému určíme zo vzťahu Ms = I1.I2 .dM /d α
dM – rýchlosť veľkosti zmeny vzájomnej indukčnosti cievok L1, L2
d α - uhol natočenia
dM / d α - konštanta
Použitie: A-metre, V-metre, W-metre
A-metre: pri meraní malých prúdov zapájame cievky do
série (do 0,5 A) pri väčších prúdoch paralelne
V-metre: pri meraní napätia
zapájame cievky do série
a priraďujeme im predradený
rezistor Rs (stupnica nelineárna, kvadratická)
W-metre: Pevnú cievku zapájame do série so záťaţou Z (prúdová), Pohyblivú cievku zapájame paralelne
k záťaţi (napäťová). Prúdovou cievkou preteká prúd záťaţe I a napäťovou cievkou
Iv= U/Rwv
Princíp činnosti - spočíva vo využití silových účinkov nepohyblivých
striedavých magnetických polí na prúdy indukované týmito poľami vo
vodivých pohyblivých neferomagnetických častiach.. Takýto princíp vyuţívajú
elektromechanické otáčkornery, ktoré zaraďujeme medzi indukčné prístroje.
Použitie: V súčasnosti výhradne ako merač elektrickej energie
Rozdiel
medzi
prístrojom
s dielektrickým
momentom(A,V,W)
a elektromerom je iba v tom, ţe kotúč sa otáča a počet otáčok registruje
počítadlo. Elektromery nemajú direktívny moment. Proti Ms pôsobí brzdný
moment.
12
Princíp č innosti sa zakladá na využití síl striedavého alebo
jednosmerného elektrického poľa, ktoré pôsobia na pohyblivú čast
systému. Vyuţíva sa priťahovanie dvoch alebo viacerých platničiek,
prípadne vzájomné pôsobenie odpudzujúcej elektródy. Silové pôsobenie
závisí od napätia pripojeného medzi elektródami.
Elektrostatické prístroje majú najčastejšie tvar otočného kondenzátora.
Jedna elektródy je pevná, druhá pohyblivá. Pohyblivá elektródy môţe
vykonávať otočný alebo priamočiary pohyb. Elektródy pôsobia na seba
tak, aby sa zväčšovala energia elektrického poľa medzi elektródami.
Ms = F.r = ½ U2.dC /d α
dC /d α – konšt.
Použitie: hlavne ako voltmetre, najmä pri meraní vysokých napätí
do f= 10 MHz. (dolná hranica použiteľného rozsahu je približne 20 V – horná 600 kV)
Dosiahnuteľná presnosť je 1%. Prístroje sú citlivé na zaobchádzanie.
Tepelných prís trojov s hor úc im drô tom
Princíp činnosti je zaloţený na predlžovaní kovového vlákna vplyvom tepla,
vznikajúceho vo vlákne pretekajúcim prúdom. Kovové vlákno zo zliatiny platiny a irídia
alebo platiny a striebra sa ohriatím predĺţi, predĺţenie sa prenáša pomocnými vláknami a
pruţinou na hriadeľ, ktorý vychýli s ním spojenú ručičku. Obidve pomocné vlákna spolu
s pruţinou tvoria mechanický prevod, pomocou ktorého sa aj malé predĺţenie
kovového vlákna prevedie na veľkú výchylku ručičky prístroja. Stupnica tepelného
prístroja je nerovnomerná. Tieto prístroje sa používali na meranie jednosmerných,
striedavých a vysokofrekvenčných prúdov a napätí. Merajú totiţ efektívnu
hodnotu aj pri neharmonickom priebehu meranej veličiny. Dnes sa uţ nepouţívajú.
Tepelný prístroj s dvojkovom
Použitie: ako ampérmetre v rozvádzačoch. Princíp činnosti spočíva v pôsobení sily, ktorá vznikne pri
ohrievaní dvojkovu (bimetálu). Pri ohrievaní dochádza k ohýbaniu dvojkovu na stranu kovu s menšou
tepelnou rozťaţnosťou. Dvojkov sa ohrieva prietokom meraného prúdu. Prístroj má dve dvojkovové špirály
navinuté proti sebe a tepelne izolované kotúčom. Jedna špirála vytvára moment systému, druhá slúži ako
teplotná kompenzácia vplyvu zmeny teploty okolia. Cez túto špirálu nepreteká prúd. Tretiu špirálu tvorí medený
prívod bez direktívnej sily.
Jazýčkový vibračný frekventomer
Princíp: Pri rezonančnej frekvencii majú jazýčky najväčší rozkmit, pričom sila potrebná na ich
rozkmitanie je najmenšia
-merajú integrál meranej veličiny podľa času. Najtypickejším predstaviteľom tejto skupiny meracích
prístrojov je v súčasnosti indukčný elektromer, ktorý pracuje ako integrujúci wattmeter. Používa sa
na meranie odberu elektrickej energie. Elektromery môţeme rozdeliť podľa pouţitia na jednosmerné a
striedavé. Jednosmerné elektromery rozdeľujeme podľa veličiny, ktorú merajú, na ampérhodinové a
watthodinové. Elektromery na striedavý prúd rozdeľujeme na elektromery činnej energie a na
elektromery jalovej energie. Podľa počtu pouţitých meracích systémov môţu byť jednosystémové
(pouţívame ich na meranie v jednofázových rozvodoch) a dvoj- alebo troj-systémové (pouţívame ich
v trojfázových rozvodoch).
Elektromer s indukčnou sústavou s postupným poľom,
pouţívaným ako jednofázový elektromer činnej energie. Pracuje
na princípe, ktorý bol odvodený pre indukčné prístroje.. Merací
systém jednofázového elektromeru má tieto hlavné časti:
a) hnací mechanizmus,
b) otáčavý mechanizmus,
c) brzdiaci mechanizmus
13
- merajú pomer dvoch elektrických veličin (napr. prúdov, napätí, odporov). Tieto prístroje
nemajú direktívny moment. Ak sa prístrojom nemeria, ručička zaujme na stupnici neurčitú
polohu. Prúd sa do pohyblivých častí privádza bezdirektívnymi prívodmi. Aby sa ručička pri meraní
ustálila, musí sa moment systému meniť v závislosti od polohy cievky. Rovnováha nastáva v polohe,
pri ktorej sa navzájom rovnajú moment systému jednej a druhej meranej veličiny; momenty musia
pôsobiť proti sebe
MS1 - MS2 = 0
POMEROVÉ PRÍSTROJE S MAGNETOELEKTRICKOU SÚSTAVOU
Cievky pomerového magnetoelektrického prístroja sú pevne mechanicky
spojené a navzájom pootočené o určitý uhol. Tieto mechanicky spojené cievky
tvoria otočnú časť systému. Prúd sa do cievok privádza bezdirektívnymi
pásikmi. Zapojenie cievok musí byt také, aby pohybové momenty jednotlivých
cievok pôsobili proti sebe. Ak predpokladáme rovnaké cievky, musia momenty
systémov závisieť nielen od prúdu, ale aj od natočenia systému, aby sme
dostali ustálenú výchylku. Rieši sa to napr. nekonštantnou vzduchovou
medzerou. Prietokom prúdu cez cievky sa pomerová sústavy pôsobením
točivých momentov natočí v smere väčšieho momentu. To znamená, ţe cievka, ktorá
vytvára väčší moment, sa musí pohybovať do slabšieho magnetického poľa a jej moment
sa zmenšuje. Naopak cievka s menším momentom musí vstupovať do silnejšieho
magnetického poľa a jej moment musí narastať. V polohe v ktorej sa momenty rovnajú,
sa systém ustáli. Pre výchylku platí
α = f(I1/I2)
Pomerový
magnetoelektric
ký prístroj s
nekonštantnou
vzduchovou
medzerou
Za predpokladu, ţe odpory cievok Rc1 a Rc2 sú zanedbateľné voči
hodnotám RN a R x (RN je známy odpor), platí α = f (RN / R x )
a pre RN = konšt moţno stupnicu prístroja ciachovať priamo v hodnotách
R x. Údaj prístroja prakticky nezávisí od hodnoty napájacieho napätia U.
Iné usporiadanie je na obr. 4.38, kde je sice vzduchová medzera konštantná,
ale priebeh magnetickej indukcie vo valčeku s výrazom nie je homogénny.
Magnetická indukcia je vo valčeku najväčšia v strede oproti výrezu,
smerom po obvode valčeka k vzduchovej medzere klesá. Dosiahneme tým
závislosti momentu systému od polohy otočnej časti prístroja.
POMEROVÉ PRÍSTROJE S ELEKTRODYNAMICKOU SÚSTAVOU
Na princípe pomerového elektrodynamického prístroja sa najčastejšie vyhotovuje fázomer priamy merač účinníka cos ϕ. Fázomer sa skladá z pevnej cievky C a z dvoch pohyblivých
cievok C1 a C2, ktoré sú spolu pevne spojené a trvalo pootočené o uhol π /2. Pevná cievka
je rozdelená na dve častí C' a C" a zapája sa do série so spotrebičom. Prúdy v cievkach C1 a
C2 sú navzájom posunuté o uhol π /2 pomocou tlmivky L a rezistora R.
Pomerový
magnetoelektric
ký pristroj s
konštantnou
vzduchovou
medzerou
Pre ich pohybové momenty platí M1=I.I1. dM1/d α . cos ϕ1
M2=I.I2. dM2/d α . cos ϕ2
Uhlová výchylka udáva fázový posun prúdu I a napätia U .
Stupnica prístroja môţe byť priamo ciachovaná v hodnotách
cos ϕ. Uvedené podmienky však platia iba pre frekvenciu, pre
ktorú je prístroj ciachovaný.
Pomerový
elektrodynamický
fázomer
14
REGULÁCIA PRÚDU A NAPÄTIA
Ak pouţívame pri meraní zdroj, ktorý nie je regulovateľný,
musíme na jeho reguláciu pouţiť regulačné prvky.
Najpouţívanejšie regulačné
prvky sú regulačné rezistory, regulačné transformátory,
autotransformátory a indukčné regulátory. Na beţnú
reguláciu sa najčastejšie pouţívajú regulačné posuvné rezistory,
ktoré pouţívame na reguláciu jednosmerných prúdov a
napätí a na reguláciu striedavých prúdov a napätí.
Regulačné rezistory sú spravidla navinuté z jedného kusa
odporového drôtu s konštantným prierezom. Drôt je navinutý
na izolačnom valci. Konce odporového drôtu sa pripájajú na
svorky. Regulačný rezistor má vyvedené tri svorky, z ktorých
jedna je označená väčšinou písmenom J, alebo je červená. Na
túto svorku sa pripája zberač, ktorým moţno pohybovať vo
vodorovnom smere po navinutom odporovom drôte, a tým
meniť hodnotu odporu medzi zberačom a začiatkom,
prípadne koncom odporového drôtu. To umoţňuje zapojiť
regulačný rezistor ako reostat alebo ako potencionteter. Pri
pouţívaní týchto rezistorov je dôleţité neprekročiť ich prúdové
zaťaţenie, ktoré je na nich vyznačené výrobcom.
Pri regulácii prúdu v širokom rozsahu zapájame do série dva
regulačné rezistory (obr. 6.la), pričom odpory rezistorov
volíme v pomere 1 : 5 až 1 : 10. Rezistorom s väčšou
hodnotou odporu regulujeme prúd nahrubo, presnú hodnotu nastavíme rezistorom s menšou hodnotou.
Regulačné rezistory moţno zapojiť aj paralelne; vtedy rezistorom s ma lou hodnotou regulujeme prúd
nahrubo, presnú hodnotu prúdu nastavíme rezistorom s väčšou hodnotou. Toto zapojenie je výhodné
pri regulácii prúdov väčších hodnôt.
Pri regulácii napätia zapájame rezistory ako potenciometre. Tieto pracujú ako plynule regulovateľné
deliče napätia. Jemnejšiu reguláciu napätia dosiahneme pomocou zapojenia dvoch potenciometrov,
pomer odporov volíme asi 1 : 5 (obr. 6.16). Dobré regulačné vlastnosti dosiahneme aj kombináciou
zapojenia potenciometra a reostatu. Treba si uvedomiť, ţe pri regulácii prúdu sa zároveň reguluje
aj napätie a naopak, pretoţe obidve veličiny navzájom úzko súvisia.
Na reguláciu striedavého napätia a prúdu moţno pouţiť aj regulačné autotransformátory.
Autotransformátory sa pouţívajú aj v kombinácii s transformátorom. Pri pouţití samostatného
autotransformátora (obr. 6.Ic) si treba uvedomiť, ţe tento nám galvanicky neoddeľuje meraný obvod od
zdroja. Pri zapájaní meracích prístrojov je vhodné zapájať najprv prúdový obvod, až potom
napäťový obvod. Prúdový obvod od napäťového obvodu rozlíšime v zapojení farbou vodičov alebo
rôznymi typmi vodičov. Prierezy vodičov zvolíme podľa veľkosti pretekajúceho prúdu a dovoleného
úbytku napätia na vodičoch. Meracie prístroje rozmiestnime na laboratórnom stole tak, aby zapojenie
bolo prehľadné. Pritom je účelné zoradiť meracie prístroje tak, ako sú zoradené v schéme zapojenia.
Meracie prístroje, ktoré merajú regulovanú veličinu, zapájame do blízkosti regulačného prvku. Meracie
prístroje citlivé na rušivé magnetické polia musíme umiestniť čo najďalej od zdrojov rušenia
(transformátory, tlmivky a pod.).
Pri zapájaní regulačných prvkov dodržujeme určité zásady. Regulačné transformátory a zariadenia, v
ktorých sa veľkosť meranej veličiny nastavuje natáčaním, zapájame tak, aby sa natáčaním doprava
veľkosť meranej veličiny zväčšovala. Ak pouţívame na reguláciu posuvné rezis tory, zapájame ich tak,
aby sa regulovaná veličiny (prúd alebo napätie) zväčšovala posúvaním zberača smerom k obsluhujúcej
osobe. Preto umiestňujeme posuvné rezistory pred meraním tak, aby čelo posuvného rezistora s dvoma
svorkami bolo bliţšie k prednému okraju laboratórneho stola.
15
Základné jednotky SI
Meno
meter
Symbol Veličina
m
kilogram
kg
sekunda
s
Definícia
dĺţka
Meter je dĺţka dráhy, ktorú prejde svetlo vo vákuu za 1/299792458 sekundy (podľa
17. CGPM, 1983).
hmotnosť
Kilogram sa rovná hmotnosti medzinárodného prototypu kilogramu (platino irídiový valec), ktorý je umiestnený v Medzinárodnom úrade pre miery a váhy (Bureau
International des Poids et Mesures, BIPM) v Paríţi (podľa 1. CGPM, 1889). Kilogram je
základná jednotka SI s predponou; gram je definovaný ako odvodená jednotka rovná
1/1000 kilogramu; predpony ako mega sa pridávajú ku gramu, nie kilogramu; napr. Mg,
nie Mkg. Je to jediná jednotka doteraz definovaná prototypom namiesto merateľného
prírodného úkazu.
čas
Sekunda je trvanie presne 9 192 631 770 periód ţiarenia, ktoré zodpovedá prechodu
medzi dvoma hladinami veľmi jemnej štruktúry základného stavu cézia (133Cs) pri teplote
0 kelvinov (podľa 13.CGPM, 1967-1968).
Ampér je stály elektrický prúd, ktorý pri prechode dvoma priamymi rovnobeţnými
nekonečne dlhýmivodičmi zanedbateľného kruhového prierezu, umiestnenými
vo vákuu vo vzdialenosti 1 meter od seba, vyvolá silu 2×10−7 newtonu na 1 meter dĺţky
vodičov (podľa 9. CGPM, 1948). Jednotka je pomenovaná podľa Andrého Maria
Ampéra (1775 – 1836).
ampér
A
elektrický prúd
kelvin
K
termodynamická Kelvin je 1/273,16 termodynamickej teploty trojného bodu vody (podľa 13. CGPM,
teplota
1967). Jednotka je pomenovaná podľa Williama Thomsona lorda Kelvina (1824 – 1907).
mól
kandela
mol
látkové
mnoţstvo
Mól je látkové mnoţstvo sústavy, ktorá obsahuje práve toľko elementárných jedincov
(entít), koľko je atómov v 0,012 kilogramu čistého uhlíka (12C) (podľa 14. CGPM, 1971).
Pri udávani látkového mnoţstva treba elementárne častice (entity) špecifikovať; môţu to
byť atómy, molekuly, ióny, elektróny, iné častice alebo bliţšie určené zoskupenia častíc.
Ide pribliţne o 6,02214199×10 23 entít.
cd
svietivosť
Kandela je svietivosť zdroja, ktorý v danom smere
vysiela monochromatické ţiarenie s frekvenciou 540×10 12 hertzov, a ktorého ţiarivosť v
tomto smere je 1/683 wattu na steradián (podľa 16. CGPM, 1979).
Odvodené jednotky
Odvodené jednotky sa tvoria kombináciou základných jednotiek, kvôli dĺţke a zloţitosti sa niektoré z nich
označujú novým názvom. Abecedný zoznam odvodených jednotiek: coulomb, kilogram na meter
kubický, meter štvorcový, meter kubický, meter za sekundu, newton, ohm, pascal, volt, watt...
Vedľajšie jednotky
Vedľajšie jednotky sú jednotky, ktoré úplne nezapadajú do sústavy SI, ale sú povolené pre svoju všeobecnú
rozšírenosť a uţitočnosť: hodina, minúta, stupeň Celzia, liter...
Základné
Doplnkové
Odvodené
meter · kilogram · sekunda · ampér · kelvin · kandela · mól
radián · steradián
hertz · stupeň Celzia · newton · joule · watt · pascal · coulomb ·
volt · ohm · siemens · farad · weber · tesla · henry ·
lúmen · lux · becquerel ·gray · sievert · katal
Volt je jednotka elektrického napätia, resp. elektrického potenciálu. V sústave SI patrí
medzi odvodené jednotky, rozmer v základných jednotkách je: V = kg·m2·s−3·A−1.
Rozdel potenciálov je 1 volt, ak je na prenesenie náboja 1 coulomb z miesta niţšieho potenciálu
na miesto vyššieho potenciálu potrebné vykonať prácu 1 joule.
Napätie medzi koncami vodiča je 1 volt, ak stály prúd 1 ampér vo vodiči dodáva výkon
1 watt[1].
Jednotka bola pomenovaná podľa talianskeho fyzika Alessandra Voltu, vynálezcu elektrického
článku (1800).
16
Download

(1.časť) - Antošovský ELM I.pdf