Budapesti Műszaki és Gazdaságtudoányi Egyete Autoatizálási és Alkalazott Inforatikai Tanszék Elektrotechnika Alapjai Mérési Útutató 3. érés Villaos alapennyiségek érése Dr. Nagy István előadásai alapján és vezetésével írta Dr. Rakos Balázs 1
Tartalojegyzék 3.1 A érés célja...3 3.2 Kötelező irodalo...3 3.3 Ajánlott irodalo...3 3.4 A felkészültség ellenőrzése...3 3.5 A érés során használt alapösszefüggések rövid összefoglalása...3 3.6 A érés eléleti alapjai...4 3.6.1 Villaos érőűszerek csoportosítása...4 3.6.2 Általános jellezők...5 3.6.3 Periodikus jelek és jellezőik...8 3.7 Alapűszerek...10 3.8 Mérési feladatok...14 3.8.1 Feszültségérő űszerek összehasonlítása...14 3.8.2 Ellenállásérés egyenáraú körben...16 3.8.3 Ellenállásérés váltakozóáraú körben...18 3.9 Ellenőrző kérdések...20 MELLÉKLET...21 3.M A érés érőűszerei...21 3.M.1 Digitális ultiéter...21 3.M.2 Tápegységek...23 3.M.3 Univerzális űszer...25 3.M.4 Mérőűszereken alkalazott jelölések...26 2
3.1 A érés célja Néhány alapvető elektroechanikus (utatós) űszer űködésének és alkalazásának egiserése. Alapvető villaos ennyiségek érése. Áraérő, feszültségérő éréshatárának bővítése. Mérési hibák, becslésük, száításuk, korrekciójuk. 3.2 Kötelező irodalo Jelen Mérési Útutató. Más nincs. 3.3 Ajánlott irodalo Varsányi P.: Villaos űszerek és érések, Műegyetei kiadó, Bp., 1997, 541060 sz. Szűcs T.,Ziányi P.:Elektronikus űszerek (érési segédlet), Műegyetei Kiadó, Bp.1997, 541038 sz. 3.4 A felkészültség ellenőrzése A felkészültség ellenőrzésének alapját a jelen érési leírás tartalazza, beleértve ind a érés eléleti alapjait, ind a érés során elvégzendő feladatok iseretét. 3.5 A érés során használt alapösszefüggések rövid összefoglalása Oh törvény egyenáraú árakörben: U = RI Oh törvény váltakozóáraú árakörben: U=ZI A Z koplex ipedancia R-L körben: Z=R+jωL=R+jX L Villaos teljesítény: P=UI=RI 2 Lorentz erőtörvény (B és l egyásra erőleges): F=Bil Mágneses energiasűrűség: w =B 2 /2µ 0 3
L induktivitás ágneses energiája: Li w = 2 2 Jelölések: Nagy betű időben állandó, kis betű időben változó ennyiséget jelöl. U, U feszültség, [U]=volt, U = U effektív érték, U koplex effektív érték I, I áraerősség, [I]=apere R ellenállás, [R]=oh 2 2 Z koplex ipedancia, Z = R + X L L induktivitás, [L]=henry X L =ωl induktív reaktancia, [X L ]=oh ω=2πf körfrekvencia, [ω -1 ]=s -1 ahol f a frekvencia P teljesítény, [P]=watt F erő, [F]=newton Vs B ágneses indukció, [ B] = 2 l vezeték hossz, [l]= w ágneses energiasűrűség, [w ]=watt s/ 3 3.6 A érés eléleti alapjai 3.6.1 Villaos érőűszerek csoportosítása Csoportosítás felépítés szerint: A villaos érőűszereket alapvetően a digitális- és az analóg űszerek csoportjára oszthatjuk. Digitális érőűszerek A digitális űszerek a érendő jel nagyságát szászerűen jelzik ki. A legkisebb érhető ennyiség ( x) a űszer felépítésétől függ. Ennél nagyobb érendő jel esetén a űszer azt vizsgálja, hogy a érendő ennyiség hányszorosa (n) a legkisebb érhető ennyiségnek. A kijelzőn a két szá szorzata (n x) jelenik eg. Analóg érőűszerek Analóg űszerekben a érés eredénye folytonos elozdulás vagy elfordulás. Elektroechanikus kivitel esetén a érendő ennyiség által létesített villaos nyoaték vagy erő rugóerő ellenében hoz létre elozdulást. Az elektronikus kivitel egyik képviselője az oszcilloszkóp, aelyben a érendő jel egy elektronsugarat térít el, aely az ernyőn egfigyelhető, és elozdulása érhető. Az analóg érőűszereket négy csoportra oszthatjuk: - utatós-, vagy fényutatós űszerek - rezonancia űszerek - regisztráló űszerek és - oszcilloszkópok. 4
Csoportosítás a ért ennyiség szerint: A ért ennyiség szerint egkülönböztetünk: - feszültségérőket - áraerősség-érőket - teljesítényérőket - frekvenciaérőket és - egyéb speciális célú űszereket (fázissorrendérők, ipedanciaérők, ellenállásérők stb.). A ért ennyiség jellege szerint egkülönböztetünk: - egyenáraú - váltakozóáraű és - univerzális űszereket. 3.6.2 Általános jellezők Mért érték és pontos érték: A ért érték (x ért ) az a ennyiség, aelyet a űszeren leolvasunk. Elektroechanikus (utatós) űszereken ez a skálaosztás és a űszerállandó szorzata. A ért érték általában eltér a pontos értéktől (x pontos ). Méréshatár: A éréshatár a űszer végkitéréséhez tartozó ennyiség (pl. 150 -hoz 300 V tartozik). A éréshatár gyakran változtatható. Műszerállandó és érzékenység: A utató kitérése α, az x érendő ennyiség függvénye: α = f ( x ). A űszer dα α 1 x érzékenysége: E =. A űszerállandó: c = =. dx x E α Hiba: Az elektroechanikus űszerek hibái: Abszolút hiba: H = x x, ahol x a érendő ennyiség, x p annak pontos értéke. p H-t gyakran a űszer éréshatárára adják eg. Ez úgy határozható eg, hogy a űszerre a éréshatárhoz tartozó x p =x h pontos értéket kapcsolják és leolvassák x -et. Ilyenkor H = x x. h H H Relatív hiba: h = 100 % 100 %. x x Mivel x p -t ne iserjük, x -re adjuk eg a p relatív hibát, aely csak csekély értékben tér el az x p -re egadottól. Osztálypontosság: Osztálypontosság (op) a végkitéréshez (éréshatár) tartozó relatív hiba (ez egyben általában a H relatív hiba iniua): op = 100 %. Az osztálypontosság az elektroechanikus űszer xh jellezője, elyet a gyártók egadnak (a űszeren leolvasható). 5
op x Az osztálypontosság iseretében eghatározható az abszolút hiba: H = h, továbbá 100 H a érés relatív hibája: h = 100 %, és az a tartoány, aibe a pontos érték esik: x x x H, tehát x H x x + H. A érés pontossága érdekében olyan éréshatáron p p kell érni, aelyben a utató a legjobban kitér. 1. Példa: Áraerősséget érünk. A következő adatokat iserjük: x h =10 A op=1 x =6 A Határozzuk eg az abszolút hibát (H), a relatív hibát (h), és a pontos érték tartoányát. A egoldás: op 1 H 0.1 H = xh = 10 = 0.1 A ; h = 100 % = 100 % = 1.67 %; x H xp x + H, 100 100 x 6 tehát 5.9 A x p 6.1 A. 2. Példa: Feszültséget érünk. A következő adatokat iserjük: x h =1000 V op=1.5 x =230 V Határozzuk eg az abszolút hibát (H), a relatív hibát (h), és a pontos érték tartoányát. A egoldás: op 1.5 H 15 H = xh = 1000 = 15 V; h = 100 % = 100 % = 6.52 %; x H xp x + H, 100 100 x 230 tehát 215 V x p 245 V. Fogyasztás: Az egyenáraú elektroechanikus űszerek fogyasztásán a űszer kitéréséhez szükséges villaos teljesítényt értjük. A űszer jellezője a belső ellenállás (R b ). A fogyasztás ezen R b -n eső teljesítény, 2 2 U aely aperérő esetén P = I Rb, voltérő esetén P =, ahol I és U a ért Rb értékek. A űszer belső ellenállása egy éréshatáron belül érteleszerűen állandó. Aperérő belső ellenállása kicsi (ideális értéke zérus), voltérőjé nagy (ideális értéke végtelen nagy). Az aperérő esetén egadják a éréshatárhoz tartozó feszültségesést, aiből R b U éréshatáron száolható: Rb =. Voltérő esetén egadnak egy úgynevezett Ω/V értéket, I h aelyet egszorozva a éréshatárral egkapjuk az R b -t: R = " Ω / V " U. b h 6
Megjegyzés: Előfordulnak olyan űszerek, ahol közvetlenül egadják az R b -t, illetve voltérőknél is (az aperérőkhöz hasonlóan) egadják a végkitérésen (U h ) átfolyó áraot. 1. Példa: Mekkora egy egyenáraú aperérő tényleges és a éréshatárhoz tartozó fogyasztása, ha I h =10 A-es éréshatáron a feszültség esés U=0.1 V, a ért érték I =6 A? Megoldás: U 0.1 Rb 0.01, 2 2 = = = Ω P = I Rb = 6 0.01 = 0.36 W. I 10 h 2. Példa: Mekkora egy egyenfeszültséget érő voltérő tényleges fogyasztása, ha U h =1000 V, Ω/V =10 kω, és U =230 V? Megoldás: 2 2 4 6 U 230 Rb = " Ω / V " U h = 10 1000 = 10 Ω = 1 M Ω, P = = = 0.0529 W. 6 Rb 10 Mérési frekvenciatartoány: A váltakozó áraú űszereken gyakran feltüntetik az ún. referencia frekvenciatartoányt, aelyben az osztálypontosságot garantálják. Aennyiben a határok nincsenek feltüntetve, akkor a referencia tartoány 45-65 Hz. Skálahiba és leolvasási hiba: Olcsóbb űszerek skálájának csak néhány pontját - leggyakrabban végkitérését - hitelesítik összehasonlító éréssel. Precíziós űszereken is csak 10-15 pontot határoznak így eg, a többit pedig a skála bizonyos törvényszerűség szerinti (pl. egyenletes) felosztásával nyerik. Ez hibát okozhat ég akkor is, ha a hiteles űszerrel felvett pontok pontosak. Ha a utatóra ne a skálára erőleges irányból tekintünk, akkor leolvasási- vagy parallaxishiba lép fel. Ezt kiküszöbölendő, késél alakúra képezik ki a utatók végét, és tükröt helyeznek el alatta. Az ilyen űszert úgy kell leolvasni, hogy a utató teljes egészében elfedje a tükörképét. Mechanikai hibák és beállási viszonyok: Az elektroechanikus űszerekben a vizsgált ennyiség olyan hatásait használjuk fel, aelyek a űszer lengőrészére erőt, vagy nyoatékot képesek kifejteni. Ez a hatás leggyakrabban az ára ágneses hatása. A lengőrész lehet egy vagy több tekercs (lengőtekercses űszerek), lágyvas (lágyvasas űszerek), ritkán kis állandó ágnes (lengőágneses űszer). Forgó utatós egytekercses űszerekben a lengőrészre a súrlódáson kívül két nyoaték hat: a érendő ennyiséggel valailyen (pl. arányos) kapcsolatban lévő villaos nyoaték (M v ) és a rugóerőből eredő nyoaték (M r ). Egyensúlyban e két nyoaték eredője zérus. Mozgás közben ezeken kívül ég két dinaikus nyoatékösszetevő lép fel. A ozgásegyenlet: 2 d α dα M v ( α) = Θ + k + M ( ), 2 r α (3.6.1) dt dt ahol: α a kitérés, Θ a lengőrész tehetetlenségi nyoatéka, k a csillapítási állandó. Ugrásszerű M nyoatékváltozás esetén a beállás periodikusan csillapodó, vagy aperiodikus lehet (3.6.1 ábra). Az α = f ( t) időfüggvényt a fenti differenciálegyenlet egoldása szolgáltatja. M v és M r különbségét beállító-nyoatéknak nevezzük. Az egyensúlyi helyzet közelében ez egyre kisebb, ezért a lengőrész tűcsapágyának állandó súrlódási nyoatéka 7
kitérési hibát okoz. Mutatós űszerekben a lengőrész tengelye általában üvegkeényre edzett acélkúpban végződik. 3.6.1. ábra. 3.6.3 Periodikus jelek és jellezőik A vizsgálat szepontjából legegyszerűbb az időben állandó jel, aelynek pillanatértéke egegyezik időbeli átlagával. Egyszerű periodikus jelek például az időben szinuszosan változó, a négyszög (3.6.2a ábra), a hároszög (3.6.2b ábra) és a fűrészfog (3.6.2c ábra) alakú jel. Egy periodikus jel alakja azonban általában bárilyen lehet. A továbbiakban definiált jellezők a jelalaktól függetlenül jellezik az adott jelet. A periodikus jel pillanatértékét x(t)- vel, csúcsértékét X -el, periódusidejét pedig T p -vel jelöljük. A periódusidő reciproka a frekvencia (f), aelynek 2π-szerese a körfrekvencia (ω). Az x(t) szinuszos jelet pl. x( t) = X cos( ωt) alakban adhatjuk eg. A T p periódusidő alatt egy teljes periódus játszódik le, aelyhez radiánban 2π szög tartozik, vagyis ωt p = 2π. Innen ω=2π/t p =2πf. 3.6.2 ábra. A periodikus jeleket különböző időbeli átlagértékükkel szokás jelleezni. Egyrészt azért, ert ezeknek fizikai tartalo adható, ásrészt, ert a űszerek felépítésüktől függően ezek egyikét érik. A definíció ellett az egyes átlagértékek szeléletes fizikai jelentését is egadjuk. A felsorolt jellezőket alkalazhatjuk tetszőleges x(t) periodikus ennyiségekre, pl. feszültségre, fluxusra, indukcióra stb. Az x(t) ennyiséget az alábbiakban i(t) áranak tekintjük. 8
Átlagérték (egyszerű középérték): A definíció I 0 T p 1 = i( t) dt. T (3.6.2) p 0 Szinuszos ára, i( t) = I cos( ωt) esetén I 0 = 0. Mateatikai szepontból egegyezik a periodikus jel Fourier-sorának első tagjával, fizikai oldalról az i(t) egyenáraú összetevőjével. Szokás elektrolitikus középértéknek is nevezni, ert hatása elektrolízis alkalával egyenértékű a kivált anyag ennyiségének szepontjából az I 0 nagyságú egyenáraéval. Abszolút-középérték (röviden középérték): A definíció I k T p 1 = i( t) dt. T (3.6.3) p 0 2 Szinuszos ára esetén I. k = I π Ez az egyenirányítás után kapott időben változó ennyiség időbeli átlaga. Az egyenirányított váltakozó ára egyszerű és abszolút középértéke egegyezik, vagyis ebben az esetben az abszolút középérték egegyezik az elektrolitikus középértékkel (pl. egyenirányítós Deprezűszer által érzékelt ennyiség, ld. később). Effektív érték (négyzetes középérték): A definíció I T p 1 2 Ieff I i t dt Tp 0 = = ( ). (3.6.4) Szinuszos ára esetén I =. 2 Az ára effektív értéke azt adja eg, hogy egy periodikus ára ekkora egyenértékű egyenáraal helyettesíthető a hőhatás szepontjából. Mivel a pillanatnyi teljesítény az ára négyzetével arányos, így az R ellenálláson átfolyó i(t) ára átlagteljesíténye egy periódus alatt 1 T teljesítényével. T p 2 2 Ri ( t) dt = RI, vagyis egegyezik az I egyenáraal átjárt R ellenállás p 0 Az effektív értéket a továbbiakban index nélküli nagybetűvel jelöljük: Alaktényezők: A csúcstényező definíció szerint k cs I, (3.6.5) I Szinuszos ára esetén k cs = 2. 9
A foratényező definíciója: Szinuszos ára esetén k f = 1,11. k f I =. (3.6.6) I k 3.7 Alapűszerek Deprez-űszer (lengő- vagy forgótekercses űszer): 3.7.1 ábra. Vázlatos felépítése az 3.7.1 ábrán látható. A lengőtekercset (2) - aelyet, egy álló ferroágneses henger (3) alkotója irányában csévélnek fel - egy állandó ágnes (1) fogja körül. Az áraot általában a visszatérítő rugókon (4) át vezetik be a tekercsbe. A tekercs közel hoogén ágneses térben van, így az egy vezetőre ható erő integrálás nélkül száítható a Lorentz törvényből: F = B I l, ahol: B az állandó ágnes által létesített indukció, I a tekercsben folyó érendő egyenára, l a hatásos vezetőhossz. Egy négyzetalapú hasábra tekercselt cséve esetén azok az egyással szeben fekvő oldalon lévő vezetők tekintendők hatásosaknak, aelyek ozgásuk közben az indukcióvonalakra indig erőlegesek. A villaos nyoaték: M v =2NBIlr=k 1 I, ahol N a tekercs enetszáa, r a tekercs közepes sugara. Legyen a rugó nyoatéka: M r =k 2 α, így a kitérés: 10
k2 I, α = (3.7.1) k1 ahol k 1, k 2 a felépítéstől függő állandók. Mivel a kitérés arányos az áraal, a skála beosztása egyenletes. A Deprez-űszer tehát egyenára vagy váltakozóára átlagértékének (egyenáraú összetevőjének) érésére alkalas. Ez utóbbi esetben vigyázni kell arra, hogy a tekercset az ára effektív értéke elegíti, de a kitérés az átlagértékkel arányos. Ha az effektív érték lényegesen eghaladja a éréshatárt, akkor a tekercs tönkreehet, annak ellenére, hogy az átlagértékkel arányos kitérés kicsi, ert a nyoaték váltakozó koponensét a űszer - a lengőrész tehetetlensége iatt - ne követi. Egyenirányítós Deprez-űszer: A Deprez-űszert váltakozóára érésére úgy teszik alkalassá, hogy egyenirányítással az ára abszolútértékét képezik. A űszer az abszolút középértékkel arányosan tér ki, ert a lengőrész tehetetlensége iatt, a nyoaték-középértékre szuperponált váltakozó összetevőket a utató ne tudja követni. Mivel a érendő jel általában szinuszos, a űszert a szinuszos jel foratényezőjének (k f =1,11) figyelebevételével, annak effektív értékére skálázzák. Szinuszostól eltérő jelalakok esetén a következő száítással határozhatjuk eg az effektív értéket (x eff ): x xeff = k f, ahol x a ért érték, k f a ért jel foratényezője. 1.11 a leolvasott értéket 1,11-gyei osztva, egkapjuk a jel középértékét, ajd aennyiben iserjük a ért jel foratényezőjét, azzal szorozva a középértéket, egkapjuk a ért jel effektív értékét. A űszert az egyenirányítók szibóluával (egy dióda jelképével) különböztetik eg az egyenáraú kiviteltől. Lágyvasas űszer 1 : A lágyvasas űszer elvi felépítése a 3.7.2 ábrán látható. Működése azon alapszik, hogy ha egy tekercs (1) ágneses terébe vasdarabot (2) helyezünk, akkor arra erő hat. Egy vasdarab felületén a ágneses erőhatásból szárazó felületegységre ható p erő egegyezik a felülethez kapcsolódó levegő térfogategységében tárolt w ágneses energiával: 1 2 p = w = B, ahol B a vas felületére erőleges indukció, µ 0 a vákuu pereabilitása. 2µ 0 [p ]=N/ 2. 1 A űködési leírás az előadási jegyzet 3, 4 és 5 fejezeteinek iseretében ég jobban érthető. 11
3.7.2 ábra. A tekercs belsejében nagyobb az indukció, így a lágyvas tekercs felöli oldalán nagyobb a ágneses erőhatás is, aely indig a ferroágneses anyagból a levegő felé irányul. Ezért az eredő nyoaték a lágyvasat be akarja forgatni a tekercs belsejébe. Ekkor az elrendezés L(α) induktivitása növekszik, ahol α a utató szögelfordulása. Az ehhez szükséges energiát a űszer a érendő hálózatból veszi fel. A nyoaték-száításhoz induljunk ki a teljes ágneses energiából. A teljes érőrendzer induktivitása L(α) a vasleez helyzetétől függ és így a ágneses energia a helyzet függvénye: 1 ( ) 2 W = wdv = L α i. (3.7.2) 2 V A űszer dα elei elfordulásakor a rugó ellenében végzett unkát a ágneses energia elei változása fedezi: 1 ( ) 2 vdα = d L α i. 2 (3.7.3) A nyoaték, v az i ára négyzetével arányos, az arányossági tényező pedig a kitérés függvénye: 1 dl( α ) 2 2 v = i = f ( α ) i, (3.7.4) 2 dα Váltakozóára érésekor a űszer - ne bírván követni a nyoaték gyors változásait α k szöggel kitér, f(α k ) tehát az időben állandó. A közepes nyoaték T p p 1 1 M dt f ( ) i dt f ( ) I. ( α 2 2 ) = = α = α v k v k k Tp T 0 p 0 T (3.7.5) A fenti egyenlet szerint tehát az M v kitérőnyoaték, és így a űszer kitérése az ára effektív értékének négyzetével arányos, skálája ne egyenletes osztású. A űszer egyenára érésére is alkalas. Elektrodinaikus űszer: Ha egy űszer lengőtekercse ne egy állandó ágnes terében, hane egy ásik tekercs áraa által létesített ágneses térben ozog, akkor elektrodinaikus űszerről beszélünk. Alapvetően két típust különböztetünk eg: - vasagos elektrodinaikus (ferrodinaikus) űszerről beszélünk, ha az állórészben gerjesztett ágneses tér nagyrészt vasban záródik; 12
Elektrotechnika alapjai - vasentesnek (röviden elektrodinaikusnak) nevezzük a űszert akkor, ha a ágneses erővonalak kizárólag levegőben záródnak. 3.7.3 ábra. A vasentes űszer tekercsei olyanok (3.7.3 ábra), hogy az állótekercs által létrehozott indukcióvonalak inden helyzetben közelítőleg erőlegesen essék a forgó tekercs vezetőit. A villaos nyoaték az indukció és a forgó tekercs áraának szorzatával arányos. Végső soron a villaos nyoaték pillanatértéke a két ára pillanatértékének szorzatával arányos: (3.7.6) v=k1i1i2. Elektrodinaikus ára- és feszültségérőkben a két tekercset sorba kötik és így pl. ára érésekor i1 =i2. A kitérés a villaos nyoaték időbeli átlagértékével arányos, így (3.7.7) α = ki 2. Váltakozó ára érésekor a kitérés az effektív érték négyzetével arányos, így az elektrodinaikus űszer egyen- és tetszőleges alakú periodikusan váltakozó ára érésére egyaránt alkalas (egy adott frekvenciasávon belül). A 3.7.3 ábra szerinti indukcideloszlás esetén a skála négyzetes. Más elrendezésben a skála akár egyenletes osztású is lehet. 13
3.8 Mérési feladatok 3.8.1 Feszültségérő űszerek összehasonlítása A 3.8.1 ábra szerinti érési elrendezésben egvizsgáljuk különböző rendszerű feszültségérő űszereknek különböző foratényezőjű jelekre utatott hibáit. A érési feladatot a érésvezető irányítása ellett kell elvégezni. 3.8.1 ábra. Különböző rendszerű feszültségérő űszerek összehasonlítása. 1. Ellenőrizze az 3.8.1 ábra szerint összeállított érési kapcsolást! A toroid transzforátor két beenő (R és N) és két kienő (R' és N) kapoccsal rendelkezik. A beenő (R-N) kapcsok közé állandó (esetünkben 220 V-os) váltakozó feszültséget kapcsolunk. A kienő (R'-N) kapcsok között a váltakozó feszültség a csúszka állásától függően folyaatosan változtatható, és pl. ha a csúszka a legalsó helyzetben van, U ki = 0, a csúszkát ebből a helyzetből felfelé elozdítva U ki nő. A D dióda olyan villaos ele, aely a berajzolt nyíl irányában vezet csak áraot, ellenkező irányban ne. Figyeljen az oszcilloszkóp helyes bekötésére! Mivel a toroid transzforátorra kapcsolt hálózat földelt N pontja az oszcilloszkóp csatlakozódugójának védőérintkezőjén át az oszcilloszkóp testjére kerül, a rajzzal ellentétes polaritású bekötés zárlatot eredényez! 2. Válassza eg a feszültségérő űszerek alkalas éréshatárát, ha a érendő feszültség U = 130 V. Zárt K 2 és K 1 ellett, a toroid transzforátor segítségével növelje az U ki feszültséget 0-ról 130 V-ra. K 1 kapcsoló isételt nyitásával és zárásával vizsgálja eg a űszerek beállását! Aperiodikus vagy periodikus a folyaat? Válasz: I. Egyenirányítós Deprez:... II. Lágyvasas:... III. Elektrodinaikus:... 3. Zárt K 2 kapcsoló (szinuszos jel) esetében jegyezze fel a 3.8.1 táblázat egfelelő sorába a feszültségérők által utatott értékeket! Ha a legkisebb hibaosztályú űszer által 14
utatott értéket tekintjük a pontos értéknek, akkor ekkora a érés abszolút és relatív hibája az egyes űszereken? A száítás eredényeit írja be az 3.8.1 táblázatba! Műszer Egyenirányítós Deprez Lágyvasas Elektrodinaikus Rendszer rajzjele Száa Osztálypontossága Jelalak SZINUSZ Méréshatár......V......V......V Műszerállandó...V/...V/...V/ Mért érték [ ] Mért érték [V] Hiba [V] Rel. hiba [%] Jelalak FÉLSZINUSZ Méréshatár......V......V......V Műszerállandó...V/...V/...V/ Mért érték [ ] Mért érték [V] Hiba [V] Rel. hiba [%] 3.8.1 Táblázat 4. Nyissa a K 2 kapcsolót (félszinusz jel)! Rajzolja le az oszcilloszkópon látható jelalakot az 3.8.2 ábrába! Jegyezze fel a feszültségérők által utatott értékeket a 3.8.1 táblázat egfelelő sorába! Magyarázza eg, iért ne utatnak azonos értéket a űszerek! 3.8.2 ábra 15
5. A félszinusz alakú feszültség foratényezőjével korrigálja a kiugróan nagy eltérést adó űszer érési eredényét! Száítás: A... űszer korrigált érési eredénye:... Vesse össze a korrigált értéket a pontosnak tekintett űszer érési eredényével: A hiba:... A relatív hiba :... 3.8.2 Ellenállásérés egyenáraú körben 1. A vizsgált két alkatrészt R-rel, ill. Z-vel jelöljük. Az eredények összehasonlíthatósága érdekében a 3.8.2 és 3.8.3 érésben ugyanazt az R, ill. Z alkatrészt kell vizsgálni! R névleges adatai: R n =...Ω ±... % P n =...W Mérje eg az alkatrészek ellenállásértékét digitális ultiéterrel! A ultiéterrel ért értékek: R =...Ω R z =...Ω A érést végezzük el a többi R, ill. Z ele esetére is! 2. R érése feszültség-áraérős ódszerrel. A éréshez egy darab univerzális űszer használata szükséges, elyet először állítsunk be áraérésre és kössük be az ellenállással sorosan. Ezután elvégezhető a feszültségérés is, elyhez a űszert feszültségérésre kell beállítani, és az ellenállással párhuzaosan kell bekötni. Az U=20 V-os egyenfeszültségű tápegységet használjuk. Állítsa össze a fenti elrendezést először az áraéréshez, ajd a feszültségéréshez! Állítsa be a űszerek szükséges éréshatárát! A feszültség bekapcsolása után jegyezze fel a 3.8.1 táblázatba a érési adatokat! A űszerek adatai Mérési adatok Száa Rendszerjele Oszt. pont. Méréshatár [ ] [V], [A] Fesz. érő......v Áraérő......V 3.8.2 táblázat: R érése egyenáraú körben. 16
A érési adatokból száított ellenállásérték: R =...=...Ω Vesse össze a kapott R értéket a ért (pontosnak tekinthető) R ellenállásértékkel! Száítsa ki a érési adatokból száított ellenállásérték hibáját! A hiba értéke a hibaterjedésre vonatkozó szabályok alapján az alábbi képlet segítségével száítható ki: 2 2 V I R = R +, V I ahol V a feszültségérés, I az áraérés hibája (lásd 3.3.2 fejezet). Az R érték hibája: R=...Ω A érést végezzük el a többi R ele esetére is! 3. R z érése feszültség-árarnérős ódszerrel. Állítsa össze az előző pontban ár isertetett érési elrendezést! A feszültség bekapcsolása után jegyezze fel a 3.8.3 táblázatba a ért értékeket! (3.8.1) A űszerek adatai Mérési adatok Száa Rendszerjele Oszt. pont. Méréshatár [ ] [V], [A] Fesz. érő......v Áraérő......V 3.8.3 táblázat. R z érése egyenáraú körben R z =...=...Ω Vesse össze a kapott eredényt a ért (pontosnak tekinthető) R értékkel! Száítsa ki a érési adatokból száított R z érték hibáját! A száított hiba: R z =...Ω A érést végezzük el a többi Z ele esetére is! 17
3.8.3 Ellenállásérés váltakozóáraú körben A vizsgálandó alkatrészek a 3.8.2 érésben alkalazott R és Z. 1. R érése feszültség-áraérős ódszerrel. A érést a 3.8.2 pontban isertetett ódon kell elvégezni, a érőűszert váltakozó áraú üzeódban kell használni. A éréshez a érőasztalban található 24 V-os, 50 Hz-es szinuszos feszültségforrást használjuk! Állítsa össze az elrendezést először az áraéréshez, ajd a feszültségéréshez! Állítsa be a űszerek szükséges éréshatárát! A feszültség bekapcsolása után jegyezze fel a 3.8.4 táblázatba a érési adatokat! A űszerek adatai Mérési adatok Száa Rendszerjele Oszt. pont. Méréshatár [ ] [V], [A] Fesz. érő......v Áraérő......V 3.8.4 táblázat. R érése váltakozó áraú körben. A érési adatokból száított ellenállás értéke: R =...=...Ω Megegyezik-e a érés eredénye az egyenáraú körben eghatározott R értékkel? Indokolja tapasztalatát! Vesse össze a kapott R értéket a ért (pontosnak tekinthető) R ellenállás értékkel! Száítsa ki a érési adatokból száított ellenállásérték hibáját! A száított hiba: R=...Ω A érést végezzük el a többi R ele esetére is! 2. Z érése feszültség-áraérős ódszerrel. A érést a 3.8.2 pontban isertetett ódon kell elvégezni, a érőűszert váltakozó áraú üzeódban kell használni. Állítsa össze a érési elrendezést először az áraéréshez, ajd a feszültségéréshez! Állítsa be a űszerek szükséges éréshatárát! A feszültség bekapcsolása után jegyezze fel a 3.8.5 táblázatba a érési adatokat! Száa A űszerek Rendszerjele adatai Oszt. pont. Méréshatár Mérési adatok [ ] [V], [A] 18
Fesz. érő......v Áraérő......V 3.8.5 táblázat. Z érése váltakozó áraú körben. A érési adatokból száított váltakozó áraú ellenállás (ipedancia) értéke: Z =...=...Ω Megegyezik-e a érés eredénye az egyenáraú körben eghatározott R z (egyenáraú ellenállás) értékkel? Indokolja tapasztalatát! Száítsa ki a érési adatokból száított ipedanciaérték hibáját! A száolt hiba: Z=...Ω A érést végezzük el a többi Z ele esetére is! A 3.8.2 és 3.8.3 érés eredényelnek tanulsága szerint ne tisztán ohos ellenállású, illetve iseretlen felépítésű alkatrészek ohos ellenállásának érésére egyenáraú érési ódszert kell alkalazni. 19
3.9 Ellenőrző kérdések 1. Isertesse a villaos érőűszerek különböző csoportosításait! 2. Definiálja a ért érték, pontos érték, éréshatár, űszerállandó, érzékenység, az abszolút és relatív hiba fogalát! 3. Definiálja az osztálypontosság, fogyasztás, skálahiba, leolvasási hiba, illetve echanikai hibák fogalát! 4. Definiálja az átlagérték, abszolút középérték, effektív érték, és alaktényező fogalát! 5. Isertesse a Deprez űszer felépítését és űködési elvét! 6. Isertesse az egyenirányítós Deprez űszer felépítését és űködési elvét! 7. Isertesse a lágyvasas űszer felépítését és űködési elvét! 8. Isertesse az elektrodinaikus űszer felépítését és űködési elvét! 9. Isertesse a Feszültségérő űszerek összehasonlítása c. érés enetét! 10. Isertesse az Ellenállásérés egyenáraú körben c. érés enetét! 11. Isertesse az Ellenállásérés váltakozó áraú körben c. érés enetét! 12. Isertesse az Oh törvényt egyenáraú, illetve váltakozóáraú körben! Definiálja a koplex ipedancia fogalát! 13. Isertesse a Lorentz erőtörvényt! Definiálja a villaos teljesítény száítását egyenáraú árakörben! 20
MELLÉKLET 3.M A érés érőűszerei 3.M.1 Digitális ultiéter A digitális ultiéterek többnyire egyen- és váltakozó feszültség, illetve -ára, valaint ellenállás érésére alkalasak. Működésük legtöbbször azon az elven alapul, hogy a beenő feszültséggel arányos időintervalluot állítanak elő és ezt az időintervalluot érik. Ára- illetve ellenállásérés esetén, először az áraal, illetve az ellenállással arányos feszültséget állítanak elő. A digitális ultiéterek általában csúcsegyenirányítást végeznek, és a csúcsérték szeresét jelzik ki, így biztosítjuk, hogy szinuszos jel érése esetén a űszer az effektív értéket utassa. Ne szinuszos jel érése esetén a csúcstényezővel korrigálni kell a érési eredényt. Ennél a űszernél is, int inden digitális elvű érőűszernél, a lehető legtöbb szájegyes kijelzésre kell törekedni. A TR 1667 típusú digitális ultiéter: A űszer kezelőszervei a 3.M.1 ábrán láthatók. 1 2-3.M.1 ábra. A TP 1667 típusú digitális ultiéter kezelőszervei. Mérhető ennyiségek értéktartoánya: Feszültség: 100 µv-1000 V (DC), ill. 500 V eff (AC); Ára: 0,1 µa - 2 A; Ellenállás: 0, 1 Ω - 2 MΩ; 21
Váltakozó jelek: 30 Hz - 2 MHz tartoányban érhetők hitelesen. A POWER ON-OFF a hálózati be- és kikapcsoló. A érési ód beállító nyoógobokkal választjuk ki a érni kívánt ennyiséget: az U - feszültségérést; az I - áraérést; az R - ellenállásérést; a DC - egyenjelet; az AC - váltakozó jelet jelent. A űszer DC állásban csak a jel egyenáraú összetevőjét, AC állásban pedig csak a váltakozó koponenseket éri. A éréshatár beállító gobok felirata a axiálisan kijelezhető ennyiséget jelzi. Ha ezt a határt túllépjük, a kijelzett száok üteesen villognak. Megjegyzés: 2000 V éréshatáron csak ax. 1000 V egyen-, illetve 500 V váltakozó feszültség érhető. Feszültség- illetve ellenállás érésekor a érendő pontokat az U, illetve R és a COMMON (közös) feliratú beenetekhez csatlakoztatjuk. Áraérést az I és a COMMON beenetek segítségével végzünk. 22
3.M.2 Tápegységek 3.M.2 ábra. Az OE 71 típusú egyenfeszültségű tápegység kezelőszervei. A nyoógobok benyoott állapotához (itt a felső) kiengedett állapotához (itt az alsó) feliratok tartoznak. *Csak akkor hatásos, ha a fix 5 V feszültség nincs kiválasztva. 23
3.M.3 ábra. A TR 9162 típusú egyenfeszültségű tápegység kezelőszervei. 24
3.M.3 Univerzális űszer 3.M.4 ábra. A Ganzuniv univerzális űszer kezelőszervei. 1. Nullpont beállítás. 2. Védőkapcsoló nyoógobja. A gobot "be" állásba kell nyoni, aennyiben "ki" állásban (felső állás) lenne. 3. A nyoógobos kapcsolót szükség szerint egyenáraú állásba (...), továbbá a polaritástól függően "+", vagy "-" állásba, váltakozó áranál "~" állásba, ellenállásérésnél pedig "Ω" állásba kapcsoljuk. Az átkapcsolást érés közben is elvégezhetjük. Átkapcsolás közben a érőkör ne szakad eg. A nyoógobos kapcsolóval beállított polaritás pozitív kitérésnél a jobboldali csatlakozóra érvényes. 4. A éréshatár kapcsolót állítsuk a kívánt éréshatárra. Áraerősség, vagy feszültség érését a agasabb éréshatáron kezdjük és azután kapcsoljuk a kedvezőbb alacsonyabb éréshatárra. A érés befejezése után a éréshatár kapcsolót indig a legagasabb feszültség éréshatárra állítsuk. 5. A űszer csatlakoztatása a érendő árakörhöz. Feszültségérés esetén a érendő árakört a baloldali (föld) és a középcső csatlakozó közé kell kötni. Áraérés esetén a 3 A 30 µa éréstartoány esetén a baloldali és a középső, 10 A-es éréstartoány esetén pedig a baloldali és jobboldali csatlakozók közé kell bekötni a érendő árakört. 6. Az Ω -gobot ellenállásérés esetén használhatjuk (itt ne térünk ki a használatára). Egy rövid kezelési utautató a űszer fenéklapján található. 7. Hordfül (betolható). 25
3.M.4 Mérőűszereken alkalazott jelölések 26