Áramköri elemek mérése ipari módszerekkel

Átírás

1 3. aboratóriumi gyakorlat Áramköri elemek mérése ipari módszerekkel. dolgozat célja oltmérők, ampermérők használata áramköri elemek mérésénél, mérési hibák megállapítása és azok függősége a használt mérőműszerek pontossági osztályától.. Elméleti bevezető áramköri elemek mérése ipari módszerrel, az indirekt (közvetett) mérési módszerek csoportjába tartozik. Ebben az esetben a mért áramok és feszültségek segítségével, valamint egyszerű összefüggések alapján határozzuk meg az ismeretlen áramköri elem értékét. módszer könnyű és gyors de a mérőműszerek pontossági osztálya, valamint a mérőműszer használt skálája nagymértékben befolyásolja a mérés pontosságát. volt-ampermérős módszer esetében az ismeretlen impedancia meghatározására Ohm törvényét használjuk, ennek megfelelően mérjük a feszültséget és az áramot. Z (3..) z összefüggés azonban eltekint a mérőműszerek belső ellenállásától, melyek megváltoztatják az áramkörben a mérendő mennyiségek értékét, így csak megközelítő és nem pontos méréseket tudunk végezni. z, hogy a mért illetve számolt értékek mennyire közelítik meg a valós értéket, függ a mérendő impedancia és a mérőműszerek belső ellenállása nagyságának viszonyától, valamint a mérőműszerek bekötési módjától. z ampermérőt és a voltmérőt egymáshoz viszonyítva kétféleképpen helyezhetjük el, ezt a 3.. ábra szemlélteti. 3.. ábra

2 3.a ábrán a voltmérő az ampermérő elé van kapcsolva, így az általa mért feszültség nagyobb, mint a Z impedancia kapcsain mért feszültség. Ha az ismeretlen impedancia egy ellenállás, az ellenállás valódi értékét megadja a 3.. összefüggés: (3..) ahol a voltmérő által mutatott feszültség - az ellenálláson áthaladó áram, amit az ampermérő mutat az ampermérő belső ellenállása Ha a mért ellenállás jóval nagyobb, mint az ampermérő belső ellenállása ( ) akkor az ampermérő belső ellenállása elhanyagolható. Tehát ezt a kapcsolást nagy ellenállás értékek mérésénél alkalmazzuk. relatív hiba amivel az ellenállást meghatároztuk: [%] (3.3.) 3.b ábrán az ampermérő a voltmérőn áthaladó áramot is fogja mutatni. mért ellenállás valódi értékét a 3.4. összefüggés adja meg. (3.4.) Ha v akkor az elhanyagolható, nagyon kis hiba mellet. Nagyrészt a voltmérők belső ellenállása 4, ami még nagyobb elektronikus műszerek esetében. Ezt a kapcsolást kis ellenállásértékek mérésénél alkalmazzuk. relatív hiba, amivel az ellenállást meghatároztuk (a fenti levezetéssel hasonló módon kapjuk): [%] (3.5.) (3.3.) és (3.5.) összefüggésekben és a mérőműszerek relatív hibái melyeket a következő összefüggések adnak meg: N N ; (3.6.), a műszerek pontossági osztálya N, N a műszerek méréshatára,. a mért értékek Ha a volt-ampermérős módszerrel induktivitást (tekercset) akarunk mérni, az impedanciát felírhatjuk a következő formában: j Z (3.7.)

3 Ebben az esetben az impedancia abszolút értékét tudjuk meghatározni a (3..) illetve a (3.4.) összefüggésekkel, melyet induktív impedancia lévén felírhatunk a következő formában is: Z (3.8.) aminek segítségével kiszámíthatjuk az induktív reaktanciát, ha ismerjük a tekercs ellenállását: Z (3.9.) ahol a tekercs ellenállása egyenáramban Ez az összefüggés a következőképen alakul, ha a 3. a ábrán lévő kapcsolást alkalmazzuk: vagy, ha a 3.b ábrán lévő kapcsolást alkalmazzuk: (3.0.) (3..) nnen meghatározhatjuk a tekercs induktivitását: f (3..) f a hálózat frekvenciája, 50Hz Ha a mért impedancia egy kondenzátor, ugyanazokat a kapcsolásokat és összefüggéseket használhatjuk, mint a tekercs esetében, azzal a megjegyzéssel, hogy elhanyagoljuk a dielektrikumban a veszteségeket és az impedancia abszolút értéke a kapacitív reaktanciával lesz egyenlő: Z j j ; Z (3.3.) kondenzátor kapacitása pedig: f (3.4.) 3. mérés menete volt ampermérős módszerrel határozzuk meg az áramköri elemek értékeit, három különböző ellenállás, valamint tekercsek és kondenzátorok esetében. kapcsolási rajz a 3.. ábrán látható:

4 3.. ábra Szükséges műszerek: táp váltakozó áramú tápegység 6 váltakozó áramú ampermérő: nigor 3s, m.3 váltakozó áramú voltmérő H változtatható ellenállás 3/5 mérendő ellenállások ( 5 (reosztát), k 3 68k ) tekercs egyenáramú ellenállással kondenzátor (nf és F értékek) z áramkörbe sorra bekötjük az ellenállásokat, tekercseket majd a kondenzátorokat. Mindegyik áramköri elemmel két mérést végzünk K a pozició (a 3.a ábrán lévő kapcsolásnak megfelelően) és K b (a 3.b ábrán lévő kapcsolásnak megfelelően). műszerek által mért értékeket és a számított értékeket a 3.. táblázatba, valamint a 3.. táblázatba írjuk. kiszámítandó mennyiségek alatt a használandó összefüggés száma szerepel. műszerek belső ellenállását a használt méréshatártól függően a táblázat adja meg. kicsi közepe s 3 nagy a (3..) b (3.4.) a (3.3.) 3..táblázat Megjegyzés b (3.5.) - - K a - - K b - - K a - - K b - - K a - - K b

5 (3.0.) (3..) H (3..) (3.3.) Tekercs K a - - K b - - Tekercs K a - - K b - - Kond. K a - - K b - - Kond. K a - - K b - - NE FEEJTSÉTEK MŰSZEEK PONTOSSÁG OSZTÁYÁT EOSN! 3..táblázat F Megjegyzés (3.4.) Meg kell mérni Meg kell mérni 4. Kérdések, megjegyzések 4.. számított mérési hibák alapján határozzuk meg melyik kapcsolás milyen értékű ellenállások, impedanciák mérésére használható! 4.. Határozzuk meg a mérési hiba alapján, hogyan befolyásolja a mérőműszerek pontossági osztálya a mérés pontosságát! 4.3. Összehasonlítva a hídmódszerrel (. laboratóriumi gyakorlat) mi az előnye és mi a hátránya az ipari módszernek 3.3.táblázat (mérőműszerek belső ellenállása) nigor p ampermérő méréshatár m 50 3 m 4.. m m 578 nigor 3s voltmérő méréshatár 0 0k.5 k