Mérőműszerek. az áram, feszültség, villamos teljesítmény, energia és impedancia mérési módszerei. oktatási segédlet



Hasonló dokumentumok
Ajánlott irodalom: Uray Vilmos Dr. Szabó Szilárd: Elektrotechnika. Előadó: Szabó Norbert mérnöktanár

Mérési útmutató Periodikus jelek vizsgálata, egyfázisú egyenirányító kapcsolások Az Elektrotechnika tárgy 5. sz. laboratóriumi gyakorlatához

Mérési útmutató Periodikus, nem szinusz alakú jelek értékelése, félvezetős egyenirányítók

Egyszerű áramkörök vizsgálata

Elektrotechnika alapjai

Villamos hálózatok - áramkörök

1. Ismertesse a villamos áramkörök szimulációjára használható szoftverek típusait! Az egyik csoportba az áramkör tervezéshez használható szoftverek

Felhasználás. Készülék jellemzők. Kalibra59

Elektronika Előadás. Teljesítmény-erősítők

Egységes jelátalakítók

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Elektromechanika. 3. mérés. Háromfázisú transzformátor

TRANZISZTOROS KAPCSOLÁSOK KÉZI SZÁMÍTÁSA

Típus Egyes Dupla Egyes+LED jelzőfény

Mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

Transzformátor vizsgálata

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Használható segédeszköz: szabványok, táblázatok, gépkönyvek, számológép

Mutatós műszerek. Lágyvasas műszer. Lapos tekercsű műszerek. Kerek tekercsű műszerek

11 kw/715 1/min. 160 kw/ /min. Dr. Emőd István. Zöllner B-220 tip. örvényáramú fékpad 3-fázisú indítómotorral

A mérés célkitűzései: Kaloriméter segítségével az étolaj fajhőjének kísérleti meghatározása a Joule-féle hő segítségével.

A7030 DIGITÁLIS-ANALÓG MULTIMÉTERHEZ

ELEKTROTECHNIKA (GEVEE 048B)

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Mintavételező és tartó áramkörök

A mérés célja: Példák a műveleti erősítők lineáris üzemben történő felhasználására, az előadásokon elhangzottak alkalmazása a gyakorlatban.

ELLENÁLLÁSOK PÁRHUZAMOS KAPCSOLÁSA, KIRCHHOFF I. TÖRVÉNYE, A CSOMÓPONTI TÖRVÉNY ELLENÁLLÁSOK PÁRHUZAMOS KAPCSOLÁSA. 1. ábra

ELEKTROTECHNIKA-ELEKTRONIKA (GEVEE050B) ELEKTROTECHNIKA (GEVEE6047)

Használható segédeszköz: szabványok, táblázatok, gépkönyvek, számológép

Telekommunikáció Mészáros István Kábelmenedzsment

BME-VIK villamosmérnök BSc, 3. félév Elektrotechnika 3. ZH

Mérőhálózatok, zavarjelek, földelések

Mérés és adatgyűjtés

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Felhasználói kézikönyv

1. ÁRAMKÖRSZABÁLYOZÁS, ÁRAM- ÉS FESZÜLTSÉGMÉRÉS

Összefüggő szakmai gyakorlat témakörei évfolyam. 9. évfolyam

Villamos kapcsolókészülékek BMEVIVEA336

VASÚTI PÁLYA DINAMIKÁJA

Autóipari beágyazott rendszerek. Fedélzeti elektromos rendszer

Kereskedelmi, háztartási és vendéglátóipari gépszerelő Kereskedelmi, háztartási és vendéglátóipari gépszerelő

Irányítástechnika Elıadás. Félvezetıs logikai áramkörök. Irodalom

Szabályozatlan tápegységek

MSZ EN MSZ EN

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Q (m3/h)

Mérés és adatgyűjtés

Felhasználói kézikönyv

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Felhasználói Kézikönyv

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

3. Térvezérlésű tranzisztorok

higanytartalom kadmium ólom

Programozható irányítóberendezések és szenzorrendszerek ZH. Távadók. Érdemjegy

Felhasználói kézikönyv

Felhasználói kézikönyv

Elektromosságtan. I. Egyenáramú hálózatok. Magyar Attila

Felhasználói kézikönyv

Elektrotechnika Feladattár

Felhasználói kézikönyv

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

REZGÉSDIAGNOSZTIKA ALAPJAI

Magyar Elektrotechnikai Egyesület. Erőterek elleni. épületekben. Szűcs László BME-HVT

Ahol az áramtól átjárt vezetőre (vagy mágnestűre) erő hat. A villamos forgógépek, mutatós műszerek működésének alapja

300 W PROGRAMOZHATÓ ELEKTRONIKUS TERHELÉS

Fázisjavítás. Budapesti Műszaki és. Villamos Energetika Tanszék

Öntözővezérlés elektromos hibakeresése

higanytartalom kadmium ólom

12. Az elektronikus berendezések tápfeszültség ellátása

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

2. gyakorlat. Szupravezető mérés

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

tetszőleges időpillanatban értelmezhető végtelen sok időpont értéke egy véges tartományban bármilyen értéket felvehet végtelen sok érték

Áramlástechnikai gépek soros és párhuzamos üzeme, grafikus és numerikus megoldási módszerek (13. fejezet)

GENERÁTOR FORGÓRÉSZ ELLENŐRZÉS A FLUXUS SZONDA FELÉPÍTÉSE, MŰKÖDÉSE

Ipari és vasúti szénkefék

Vezérlés és irányítástechnológia (Mikroprocesszoros irányítás)

VILLAMOS ENERGETIKA VIZSGA DOLGOZAT - A csoport

a NAT /2008 számú akkreditálási ügyirathoz

Q (m3/h)

Felhasználói kézikönyv

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK ÉRETTSÉGI VIZSGA I. RÉSZLETES KÖVETELMÉNYEK

Fizika belépő kérdések /Földtudományi alapszak I. Évfolyam II. félév/

FALON KÍVÜLI ÉS SÜLLYESZTETT KISELOSZTÓK dinbox. verzió 2.2 TERMÉKKATALÓGUS MŰSZAKI RÉSZ

TYP UTR Elektronikus Hőmérsékletszabályozó UFS-2 Kezelési utasítás

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Elektrotechnika-tételek 3. félév (Elektrotechnika I.) 1. Villamos er tér összefüggései általánosan, pontszer töltésekre, síkkondenzátorra.

Budapesti Muszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Közlekedésmérnöki Kar, Közlekedésautomatikai Tanszék Elektrotechnika 3. félév

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Az EuroProt készülékcsalád

Villanyszerelő 4 Villanyszerelő 4

2. Egymástól 130 cm távolságban rögzítjük az 5 µ C és 10 µ C nagyságú töltéseket. Hol lesz a térerısség nulla? [0,54 m]

DT1100 xx xx. Galvanikus leválasztó / tápegység. Kezelési útmutató

Áramelosztás. RiLine biztosítós elemek. 000 méretű NH biztosítós szakaszolók. Szerelőlapos kiépítéshez

Két szóból kihoztuk a legjobbat... Altherma hybrid

áramlásirányító szelep beépített helyzetszabályozóval DN15...DN150 sorozat SG07

AZT 3/0 AUTONÓM ZÁRLATI TARTALÉKVÉDELEM AZT

Elektronika. Kerecsenné dr Rencz Márta Ress Sándor Elektronikus Eszközök Tanszék V2. 3.emelet

Fa- és Acélszerkezetek I. 5. Előadás Stabilitás I. Dr. Szalai József Főiskolai adjunktus

Programozható D.C. Elektronikus Terhelés

Átírás:

25 Mérőműszerek az áram, feszültség, villamos teljesítmény, energia és impedancia mérési módszerei oktatási segédlet a Miskolci Egyetem főiskolai villamosmérnök, valamint műszaki informatikus hallgatói részére Szerkesztette: Váradiné Dr. Szarka Angéla 2002.

26 (Jelen segédlet a Méréselmélet című segédlet folytatása, ezért a fejezetek és ábrák számozása ahhoz igazodik) III. Áram és feszültség mérése Árammérési tartományok DC-elektrométerek 10 aa-1 A DC DMM 100 pa-10 A AC DMM 1 na-10 A Elektromechnikus árammérők 10 pa-100 A Söntök, mérőtrafók 10 ma-100 ka (Felsőhatár- disszipációs problémák) Feszültségmérési tartományok DC nanovoltmérők 10nV-1kV DC DMM 100nV-1kV AC DMM 1nV-1kV Elektromechanikus 10nV-1MV Osztók, mérőtrafók 1V-1MV Áram és feszültségmérés tárgykörébe tartozó jellemzők: - egyenfeszültség, egyenáram -középérték - abszolút középérték - csúcsérték - effektívérték - pillanatérték - vektorkomponensek - frekvenciaspektrum Zavarforrások: - külső villamos terek - külső mágneses terek - közös módusú jelek - belső offset - termikus zaj - termofeszültség

Z I Z I Z a V Z V 27 III.1. Mérőhálózat legfőbb egységei: A zavaforrások figyelembevételére és hatásainak kiküszöbölésére az áram és feszültségmérő hálózatot gondosan kell tervezni: forrás mérővezeték műszer 1. ábra jelforrás modellezése: ideális mérővezeték modelleése: 2. ábra be ki 3. ábra valóságos mérővezeték modellezése: frekvenciafüggő soros és párhuzamos impedanciák miatt a ki-és a bemeneten mért feszültségek és áramok különbözőek. z d z p z p mérőműszer modellezése: z sl 4. ábra A árammérő voltmérő 5. ábra

28 Ideális mérővezetékkel összekötve a forrást: Z Z a Z V V m I Z I A I m m= mérhető feszültség 6. ábra m = Zv Z Z u v I m = I Z I ZI + Z A Zavarérzékenység: külső zavar behatolási helye: 1. mérővezeték 2. mérendő objektum Külső zavar kiküszöbölése: a) mérőrendszer elektrosztatikus és mágneses árnyékolása b) zavarforrás elektrosztatikus és mágneses árnyékolása Kapacitív, konduktív zavarok okozta áramok árnyékolt mérővezetékkel kiküszöbölhetőek. Az áramok az árnyékoláson keresztül a földbe folynak. A frekvencia növekedésével csökken az árnyékolás hatása. Sodrott érpár - mágneses terek zavaróhatására érzéketlen (indukált feszültségek kioltják egymást)

29 Árnyékolóképesség további javítása: sodrott érpár védőárnyékolás földelt árnyékolás kettős árnyékolás mágneses árnyékolás (ferromágneses fólia) 7. ábra Gyakran a forrást is árnyékolni kell. Pl: transzformátorok (mágneses zavarforrások) mágneses árnyékolás. Kis jelszintek esetén: termofeszültség Különböző anyagú és hőmérsékletű térnek találkozásánál. (Találkozási pontjában) Védekezés: azonos anyagok alkalmazása. Termosztátok alkalmazása

30 III.2. Áram- és feszültségmérő műszerek Elektromechanikus műszerek Alapfogalmak 1. kitérítőnyomaték: A mérendő villamosmennyiséggel arányos. 2. visszatérítő nyomaték: A kitérítő nyomaték ellen hat, a mozgórész nyugalmi állapotát állítja vissza. 3. csillapító nyomaték: A kitérítő és visszatérítő nyomaték lengőrendszert hoz létre. Ezeket a lengéseket kell csillapítani. - csillapítatlan műszer többet leng - túlcsillapított műszer, lassan kúszik fel Állandó mágnesű (Depzer) műszer Alapműszer: egyenáram mérése 1µA...0,5A tartományban. Működési elve az áram és a mágneses tér kölcsönhatásán alapul. Lengőtekercs két oldalán két ellentétes csavarmanetű rugó (hőtágulás kiküszöbölése) rugó: 1. visszatérítő nyomaték 2. mérendő áram továbbítása a tekercsbe. A kitérítő nyomatékot a rugó méri. Ampermérő 8. ábra M k = F D 9. ábra

31 D: erőpár karja F = B l N I M k =D B l N I = k I (Nm) >> α szögelfordulás rugó nyomatéka: M r =c r α c r = rugóállandó M k = M r k I = C r α α = k C r I = K I I Árammérés tartománya söntöléssel terjeszthető ki, akár 1000 A-ig is. I S I m a A 10. ábra s (I - I m ) = a I m s = I m I-I m a 50 A-ig házbaépíthető sönt. Afölött söntszekrény (hőfejlődés miatt) Voltmérő: Lengőtekerccsel ellenállást kapcsolunk sorba. I = α = K I = K 1 I m 1... n A =I m Z a n 11. ábra

32 n = I n m - a 600 V-ig bővíthető méréshatár előtétellenállással. Osztálypontosság 0,1 % Lineáris skála, kis fogyasztás Csillapítónyomaték: Alumíniumkeretben keletkezett örvényáramok csillapítanak. i = d φ dt dα = B l D dα keret szögelfordulása dt Keretben indukált feszültaég, keret ellenállása. i = BlD dα dt M cs = F cs D F = BlN I M cs = k cs dα dt A csillapítónyomaték arányos a keret szögsebességével. Galvanométer Nagy érzékenységű, különleges konstrukciójú Deper-műszer. Érzékenység - mekkora áram hatására fordul el a mérőtekercs. Kis áram hatására nagy elmozdulás - nagy érzékenység 10 pa -10 nv felbontóképesség. Jellemzők: -spirálrugó helyett torziós szál -mutató helyett fénysugár -alumínuum keret nincs örvényáram helyett Lenz törvény szerinti tekercs elmozdulást akadályozó i.

33 Elektrodinamikus műszer Egyen - váltakozó (MS) mennyiségek mérése 30 ma...100 A ill. 15...600 V Depze-hez működési elvben hasonló. A mágneses teret nem egy állandó mágnes, hanem egy állótekercs árama gerjeszti. Szerelési okokból az állótekercs két részre van osztva 12. ábra M = k B I l B = k' I a M k = k k' I l I a = K I l I a Légcsillapítás Wattmérő: K M = I a cosϕ 1 Váltakozómennységek mérése esetén: il = 2 I l sinωt i a 2 I a sin ( ωt - ϕ) m = Ki = K 2 I I sinωt sin( ωt - ϕ) li a l a [ cos( - ) - cos ( + )] sinαsinβ = 1 α β α β 2 1 sinωt sin ω - ϕ = ω ω ϕ ω ω ϕ = ϕ ω ϕ 2 cos t - t+ - cos t + t - 1 2 m= K I I cos ϕ - KI I cos(2ωt - ϕ) [ ] ( t ) ( ) ( ) cos - cos( 2 t - ) l a A lengőtekercs tehetetlenségi nyomatéka miatt a második rész nem hat. M= KI l cosϕ I a a mutató szögelfordulása az áram négyzetével arányos >> négyzetes skála. l a

34 Amennyiben az egyik tekercset feszültségtekercsként, a másik tekercset áramtekercsként használjuk: K α = I a cosϕ= K p P Cl1 a mutató kitérése a teljesítménnyel arányos >> skála lineáris. Árammérő e I l a l I a 13. ábra lengőtekercs árama max. 100 ma, állótekercs árama 5-10 A. Így csökkenthető a lengőtekercs súlya. α = K I I 2 a Voltmérő l a I a =I l =I e 14. ábra I a = I l = I cosϕ = 1 M = K I 2

35 I = M = K 2 = K 2 2 α = K u 2 A skála alján nagyon pontatlan a leolvasás Lágyvasas műszerek Mágneses vonzáson vagy mágneses taszításon alapul a működésük. Lapos tekercsű műszer működése Működése a mágneses vonzáson alapul. A mérendő áramot egy tekercsre kapcsoljuk, amelynek az áram hatására kialakul a mágneses tere. Ez a tér vonza a tengelyre erősített lágyvas darabkát, és elfordul. Visszatérítő nyomaték: rugó csillapítónyomaték: légkamrában mozgó dugó 15. ábra

36 Kerek tekercses műszer taszítás elvén működik 16. ábra Állóvas a csévetesthez rögzítve, mozgóvas a tengelyhez. A mozgóvas elmozdulása közben végzett elemi munka: dw = F dx dx = r dα F = dw r dα Nyomaték: M = F r = dw dα A tekercs energiája: W = 1 2 LI 2 M = 1 2 I 2 dl dα lágyvasas műszerek általános nyomatékegyenlete dl dα = K = á ll. megfelelő vas alak mellett. M = K I 2 - négyzetes skála egyen-és váltakozó (MS) mennyiségek mérése

37 Digitális multiméterek Az alapműszer: DVM pontosság sebesség (beállási idő) felbontás érzékenység mintavétlezési idő DVM hibája Katalógusadat: h rdg mért értékre vonatkoztatott relatív hiba xfs h rdg = h fs x rdg h = H fs x x fs méréshatárra vontkozó hiba h sz = D 100% számlálási hiba N k N k - teljes szám értéke (kijelzés) D - bizonytalan jegyek száma Pl: m = rdg = 5,215mV fs = 10µV h rdg = ± 0.015 % h fs = ± 0,02 % D = 1 katalógus méréshatárra vonatkoztatva: h rdg = h fs ± % % = 0,02 10µ V fs 5,215mV = 0,038 számlálási: rdg h sz = 1 5215 100 % = ± 0,019 % összevont relatív hiba: h = ± 0,015 + 0,038 + 0,019 % = 0,072% Abszolút hiba: H = h 0,072 rdg = 100% 100 5,215 4 V

38 DMM A/D átalakítóval az analóg feszültséget digitális formába alakítják Kijelző Jelkondícionáló osztók S/H A/D Vezérlő ref Billentyűzet 17. ábra Muktiméter = digitális voltmérő + jelkondícionálók + A/D Mit mérnek a DMM-ek? 1. Egyenfeszültség (DV) 2. Váltakozófesz. (AV) 3. Egyenáram (DC) 4. Vált.áram (AC) 5. Ellenállás () dc osztó ac Kijelző AC/DC osztó dc ADC Vezérlő C/V ac. ref Billentyűzet AC/DC C/V /V 18. ábra

39 IV. Teljesítmény és energia mérése Egyenáramú teljesítmény: P = I Szinuszos jelek esetén: látszólagos teljesítmény S = I = p2 + Q 2 hatásos teljesítmény P = I cosϕ meddő teljesítmény Q = I sinϕ pillanatérték= p(t) = u(t) i(t) ϕ = u és i közötti fázisszög cos ϕ = teljesítménytényező Többfázisú teljesítmény P = P k k= fázisok száma IV.1. DC teljesítmény mérése Volt- és ampermérővel I n k=1 A A a V a V V V I 19. ábra P = I - v >> Háromvoltmérős módszer 2 v P = I - I 2 a a << Z impedancia hatásos teljesítménye Z Z Z V V ϕ V 20. ábra

40 Z inpedanciával sorbakapcsolunk egy ellenállást, amit ismerünk. Mérjük a feszültségeket. A voltmérők fogyasztását elhanyagoljuk. z ϕ x y 21. ábra 2 z 2 = ( + x) + y 2 2 r 2 2 = x + y 2 2 2 2 = + 2 x + x + y 2 z =x 2 + y 2 r 2 r r 2 2 = 2 rx + z x = z cosϕ 2 2 2 = r + z + 2 r z cosϕ (1) Az ellenálláson átfolyó áram: (Z-n is ez folyik) I = r vagyis: P = I cos ϕ = (1)-ből z z r cosϕ (2) 2 2 2 r - z r z cos ϕ = (3) 2 (2)-ből és (3)-ból P = cos = 2-2 - 2 r z ϕ r z 2

41 Elektrodinamikus mérés 2 1: P = I 2 = o P = Ia 2 I a = + a P = h 2 ( + ) 2 = m-p p a Ez a tört 0. ha a számláló 0 vagyis: 2 - ( + a ) 2 0 2 ( + a ) 2 a 0 vagyis >> a! = 2-2 - 1 2 2 ( + a ) ( + a ) -( + = = a ) 2 2 1 ( + a ) 2 2 2. 1. W I 1. 2. A A a V a V V V I 22. ábra

42 IV.2. Háromfázisú teljesítmény mérése W P W P S S W P T T N 3f = r + P s + P t 23. ábra Áron kapcsolás W P 1 W S P 2 TS S T P = P 1 + P 2 24. ábra P = I + SIS + TIT vektoriális szorzata I + IS + IT = 0 I = I I P = I SI SIT+ TIT P = I ( ) I ( + ) S T T S S T S = S - vonali feszültség T S = TS - vonali feszültség

43 IV. 2. Meddőteljesítmény mérése W 1 Fo- W 2 S gyasztó W 3 T N W 1 W 2 W 3 - I, ST - I S, T - I T, S 25. ábra Q = I sin ϕ f f sin ϕ - t úgy kapunk, ha az f -re merőleges feszültséget mérünk. T S ϕ I T S T ST S 26. ábra Q = I sin ϕ ST - így I fázisáramot és ST vonalifeszültséget mérünk. Mivel azonban a fázisfeszültség helyett vonalit mérünk, 3 -mal osztani kell az eredményt. 1 Q = ( Q + Q + Q 1 2 3 ) 3 Nullvezeték nélküli szimmetrikus feszültségű hálózaton mérhetünk meddőteljesítményt Áron kapcsolással: ( 30 ϕ) ( 30 ϕ) P = I cos + 1 V V P = I cos 1 V V szimmetrikus terhelés esetén

44 [ cos( 30 ϕ) cos( 30 ϕ) ] P2 P1 = VIV + P P = I sin ϕ 2 1 V Q = 3 VIVsin ϕ mivel Q = I sin ϕ V 3f 3 V V ( ) Q = 3 P P 3f 2 1 30+ϕ T S ϕ I ST 30-ϕ I T ϕ S T T ST S 27. ábra

45 IV.3. Energia mérése Inukciós fogyasztásmérő 28. ábra 29. ábra Az egyik tekercs az áramtekercs a fogyasztóval sorbakapcsolva, a másik tekercs a feszültségtekercs, a fogyasztóval párhuzamosan kapcsolva. I 1 - a hálózat árama, I 2 - a feszültséggel arányos áram. Visszatérítő nyomaték: fékmágnes M f = K n, ahol n a fordulatszám. Mk = c I1 I2sinβ Ph = I cosϕ M = k P k Egyensúlyi helyzet: M k = M f k P h = K n n = áallandó P h A tárcsa egységnyi idő alatt megtett fordulatszáma a villamos teljesítménnyel arányos. Fordulatszámláló beépítve. Elektronikus fogyasztásmérő

46 30. ábra Az árammal és feszültséggel arányos jelek szorzását elektronikus, időosztásos szorzó végzi. A szorzó kimenetén megjelenő feszültség egyenkomponense arányos a Z impedancia hatásos teljesítményével. Az /f átalakító kimenete impulzuskimenet, amelynek a frekvenciája arányos a pillanatnyi teljesítménnyel. Az impulzusokat számlálóval jegyzik.

47 V. Impedanciamérés Z = I Ideális ohmos ellenállás: Z = A valóságos ellenállás frekvenciafüggő. Ha váltakozóáramon használjuk, figyelembe kell venni, hogy van induktivitása és kapacitása. Igy a helyettesítő kép: L S c p p 31. ábra L S - ellenállástekercs induktivitása c p - szórt kapacitás p - az ellenállás sarkai között fellépő szivárgási ellenállás Egyéb járulékos hibák: skineffektus - a frekvencia növekedésével a hasznos keresztmetszet csökken, ezért az ellenállás nő. A hatás 1 MHz felett jelentkezik fokozottan. Kiküszöbölés: többerű hurokellenállás hőhatás - környezeti, - átfolyó áram okozta. Kiküszöbölés: termosztát, hűtés. termofeszültség - az ellenállás kivezetése és az ellenálláshuzal érintkezési pontjában keletkező feszültség. Kiküszöbölés: az egymáshoz csatlakozó anyagok helyes megválasztása.

48 V.1. Analóg ellenállásmérés Volt-, ampermérővel I A A a V a V V V I 32. ábra Ellenállásmérés közvetlenmutatós ohmmérővel 1. Állandó áramot hajtunk és mérjük a feszültséget 33. ábra x = I X I = állandó X arányos X - szel. Digitális műszerekben alkalmazzák. 2. Feszültséggenerátoros feszültséggenerátor - szárazelem (pl. Deprez műszer) 34. ábra Soros ohmmérő

49 A soros ohmmérő árama: 1 I = = + X X 1 + A műszer kitérése: (A Deprez műszer skálaegyenlete szerint) : α= k I = k 1 1+ hiperbólikus skála X = 0 esetén α max X = esetén α = 0 A skála közepén a legpontosabb. X Ellenállásmérés feszültségösszehasonlítással 35. ábra Párhuzamos ohmmérő 36. ábra N = I N X = N ( X / N ) X = I X Digitális multiméterekben ellenállásaránymérésre használják.

50 Ellenállásmérés áramösszehasonlítással 37. ábra = I X X = I N N X = N (I N / I X ) V.2. Nullmódszer Wheatstone-híd Feszültségösszehasonlítás módszere. Ha X = 3, akkor 0 = 0 38. ábra Kiegyenlítés feltétele: 0 X = + = X 1 X = 1 X 2 1 3 3 2 3 + 3 2 = 0 0 mérése nagyérzékenységű nullindikátorral történik.

51 Egyenáramú hidak pontossága függ: - nullindikátor érzékenysége - kiegyenlítő elemek pontossága - hőhatások, termofeszültségek - kis ellenállások esetén a bekötő vezetékek ellenállása - nagy ellenállások esetén aszivárgóáramok Általában h<0.5%. Thomson híd 10 Ω alatti mérések esetén a bekötő vezetékek jelentős mérési hibákat okozhatnak. Ezt küszöböli ki a belső híddal kiegészített Thomson-híd. 39. ábra e - áramkorlátozó ellenállás, a hozzávezetések ellenállása. ( X + ) = ( + ) + = + X 3 2 1 2 3 2 2 3 1 3 2 3 X = = 2 1 3 & 2 3 3 2 Vagyis a fő- és a mellékhíd egyidejű kiegyenlítése szükséges.

52 Váltakozóáramú hidak 40. ábra Komplex impedancia: jϕ jϕ jϕ jϕ 2 3 1 4 z e z e = z e z e 2 3 1 4 A kiegyenlítés feltétele: z z = z z ϕ + ϕ = ϕ + ϕ 2 3 1 4 & 2 3 1 4 V. 3. Digitális ohmmérő A mérés elve: az ellenállásmérést visszavezetjük feszültségmérésre. ki = be jωcx 41. ábra

53 42. ábra = jω 1 L ki be x Mindkét esetben arányos az -rel. Impedanciaanalizátorok Impedanciák vizsgálatára szolgál feszültség-, áram-, frekvenciatartományban. 43. ábra Vagy feszültséggenerátor, vagy áramgenerátor táplálja, frekvenciafüggő táp, I 0 (előmágnesező áram a nem lineáris impedanciák szintfüggő mérésére) és 0 előfeszültség beállítási lehetőséggel.

54 VI. Tápforrások A tápforrások energiaellátásra szolgálnak. Potenciális zavarforrás, ezért gondos kiválasztást igényel. Tápforrások jellemzői és funkciói: DC és AC tápforrások - jó hatásfok - szünetmentes energiaellátás - pontos és stabil feszültség és áram - pontos és stabil frekvencia - változtathatóság, programozhatóság - hálózati ingadozások elnyomása - hálózati zavarok szűrése - terhelésingadozás hatásának csökkentése - zárlattűrés - galvanikus leválasztás VI.1. DC tápegységek Leggyakrabban stabilizált tápegységra van szükség. Ez kétféle lehet: telep stabilizátor DC hálózat AC/DC 44. ábra Az DC feszültség előállítható vagy egyenáramú tápforrásból (akkumulátortelep, szárazelem), vagy a hálózati feszültségből egy AC/DC átalakítón keresztül.

55 Stabilizált tápegység 45. ábra Stabilizátor Helyettesítő kapcsolás: 46. ábra Feladata: állandó ki biztosítása Jellemző adatok: - feszültség stabilitási tényező: S u be be = ki ki be ki be ki - kimeneti ellenállás: ki ki = I ki I ki ki

ki 1 2 56 - ki hőmérsékletfüggése: α u ki 1 = T k ki ki T ki k Ezen jellemzők általános értékei: S u = 10... 10 4 ki = 10-3... 10 Ω α u = ± 10-3... 10-5 /K Lineáris hálózati stabilizált tápegységek Leggyakoribb a soros áteresztő tranzisztoros felépítésű CV/CC (constant voltage/constant current) kimeneti jelleggörbéjű. Szabályzókör kapcsolása: Kimeneti jelleggörbe: 47. ábra 3 ki0 4 ki4 5 I ki2 I ki0 I ki 48. ábra

57 t = 1 = 1 > t > 3 t = 2 t = 3 3 > t > 5 t = 4 t = 5 üresjárás a terhelést csökkentve állandó feszültségű generátor üzemmód : ki = ki0 az adott terheléshez tartozó áram értéke: I ki2 befejeződik a feszültséggenerátoros szakasz és kezdődik az áramgenerátoros szakasz A választó áramkör átkapcsol az A V erősítős feszültségszabályozó kör és az A C erősítős áramszabályzó kör között. Fénydiódák jelzik, hogy épp melyik működik. állandó áramú generátor üzemmód: I ki = I ki0 állandó áram mellett az adott terhelésnél a feszültség értéke: ki4 rövidzár; rövidzár esetén is a kimeneti áram értéke nem változik, továbbra is I ki0. ki0 és I ki0 alapértéke az C és V ellenállásokkal állítható be. I V áramgenerátor értéke állandó, tehát = I C Iki = IV ki V V S Hálózati stabilizált tápegységek jellemző műszaki paraméterei: - Hálózati stabilitás: Azt mutatja meg, hogy névleges t terhelésnél a hálózati feszültség ± 10% - os változása esetén mennyit változik a kimeneti feszültség. - Terhelés stabilitás: Azt mutatja meg, hogy mennyivel változik meg a kimeneti feszültség, ha a kimeneti áram a névleges áram értékével megváltozik. - Hőmérséklet stabilitás: Típusvizsgálattal határozzák meg, mv/ C - ban adják meg. - Hosszúidejű stabilitás: Azt mutatja meg, hogy 8 órás folyamatos terhelés után a névleges adatok mennyit változnak. - Kimeneti impedancia, és annak frekvenciafüggése - Tranziens feléledési idő: dinamikus tulajdonság Azt mutatja meg, hogy névleges mértékű áramváltozás esetén a kimeneti feszültségnek mekkora a beállási ideje (µs nagyságrendű) - védelem: túlfeszültség, túláram, hőmegfutás, stb. CC esetén automatikus áramszabályzás Bizonyos tápegységek a környezeti hőmérséklet növekedése esetén automatikusan csökkentik a terhelhetőséget.

58 Kapcsolóüzemű hálózati stabilizált tápegység Eőnyei: kis súly, kis méret, javuló hatásfok 49. ábra A hálózati feszültséget egyenirányítva, szűrve, szaggatással négyszögalakú nagyfrekvenciás váltakozó feszültséget állít elő. Ezt transzformáljuk, egyenirányítjuk és szűrjük. A szabályzó a kimeneti feszültséget állandó értéken tartja. A galvanikus leválasztást a trafó és a szabályzó biztosítja. Működési elv: 50. ábra K - szaggatás > > hullámosság csökkentése Lc szűréssel. K kapcsoló zárt állásban: Az be feszültség az L tekercsen keresztül tölti a c kondenzáatort és táplálja az t terhelést. K kapcsoló nyitott állásban: Az L tekercsben felhalmozott energia a D diódán keresztül leépül, miközben tovább tölti a kondenzátort és táplálja a terhelést. Az impulzusok szélességének a függvényében változik a kapcsoló kapcsolási ideje.

59 VII. Jelforrások Funkciói: stabil feszültség és frekvencia elállítása változtatható feszültség és frekvencia előállítása különböző hullámformák előállítása AM- és FM-moduláció lehetőségének biztosítása programozhatóság automatikus mérések céljából ]Jellemzői: ferkvencia- és feszültségtartomány felbontóképesség frekvencia- és amplitúdópontosság frekvencia és amplitúdó rövid ill. hosszú idejű stabilitása frekvencia és amplitúdó hőmérsékleti tényezője spektrális tisztaság, torzítási tényező modulációs mélység ill. löket kimeneti impedancia Fajtái: Szinuszos generátorok Nemszinuszos generátorok Hangfrekvenciás generátorok (szinuszos) - kis torzítás Alapgenerátor: c oszcillátor (Wien-hidas c oszcillátor) Lc oszcillátor 51. ábra C-oszcillátoros generátor 52. ábra Wien-hidas c oszcillátor

60 53. ábra Lc oszcillátoros generátor Az alapgenerátor kiegészülhet különböző modulációs üzemmódokkal. Amplitúdó modulált jel: ( ω ) u = 1 + / cos t cosω t V m V m V m / V - modulációs mélység 53. ábra

61 Frekvenciamodulált jel: 54. ábra ( ω sinω ) u = V sin Vt+ m mt m - modulációs index frekvencialöket: f = mω m /2π