11 mostovi i - compatibility modetelekomunikacije.etf.bg.ac.rs/predmeti/ef2em/merenja_10.pdf ·...
TRANSCRIPT
Merenje električnih veličina I
1.11.2017.
Merenje otpornosti
Multimetar – ulazno kolo
Merenje struje
Merenja napona i otpornosti
Više opsega
Merenje naizmenične ili jednosmerne veličine
Ispravljač ili konvertor AC u True RMS
A/D
konvertor
MERENJE OTPORNOSTI OMMETROM
Struja u delu kola s voltmetrom je zanemariva, VM=VR Rmereno=R
MERENJE OTPORNOSTI OMMETROM
A
VRxERxE
U I
V
A
MERENJE OTPORNOSTI U/I METODOM
Naponska veza Strujna veza
Rx<<RvRx>>RA
Pogodnije za male otpornosti Pogodnije za velike otpornosti
v
x
R
UI
UR
Ax R
I
UR
MERENJE OTPORNOSTI
Redna veza Paralelna veza
E
Rx Re
V
E
Rx
Re
A
Rx<<RvRx>>RA
Pogodnije za male otpornosti Pogodnije za velike otpornosti
e
xex U
URR
x
eex I
IRR
POREĐENJEM
PrimerNa slici je prikazano kolo za merenje nepoznate otpornosti Rx.
Smatrati da je otpornost voltmetra mnogo veća od Rx i Re (RV>>Rx,RV>>Re, Re=20 ). Kada je prekidač u položaju 1, na voltmetru jepročitana vrednost napona U1=2 V, a kada je prekidač u položaju 2, navoltmetru je pročitana vrednost napona U2=10 V.
E
Rx
Re
V
1
2
211
2
21
,
,
UUfRU
UR
RR
REU
RR
REU
ex
xe
x
xe
e
?
?
1
2
1
2121
2
1
2
21
2
2
2
2
1
U
U
UUeUU
u
u
uU
uU
URu
U
fu
U
fu
Merna nesigurnost indirektnog merenja:
585.0100
585.0
02.03100100
%05.0%,2.0,011.03100100
22
1
21
21
1
2
1
x
U
U
R
u
VMU
u
VMU
u
a) Odrediti mernu nesigurnost merenja otpornosti Rx ako se koristi digitalni voltmetar opsega M=30 V, tačnosti opsega 0.05 i tačnosti očitavanja 0.2 .
Izraziti Rx u ovom obliku. Merena vrednost ima smisla SAMOako se napiše s kojom mernom nesigurnošću je izmerena.
Primer
b) Odrediti mernu nesigurnost merenja otpornosti Rx ako se koristi analogni voltmetar opsega M=30 V i klase tačnosti K=0.2.
77.1100
77.1
035.03
10021
x
UU
R
u
VM
K
uu
Izraziti Rx u ovom obliku. Merena vrednost ima smisla SAMOako se napiše s kojom mernom nesigurnošću je izmerena.
Primer
1
2
Rp
RV
12
?),,( 21 UURfR pV?),,( 21 UURfR pg
MERENJE ULAZNEOTPORNOSTI VOLTMETRA
(lab. vežba)
MERENJE IZLAZNE OTPORNOSTI GENERATORA (lab. vežba)
2
21
U
UURR pg
1
2
MERENJE IZLAZNE OTPORNOSTI GENERATORA (lab. vežba)
MERENJE ULAZNE OTPORNOSTI VOLTMETRA (lab. vežba)
R RU
U UV p2
1 2
Rp
RV
12
MERENJE OTPORNOSTI MOSTOM
Električna mreža
Vitstonov most
+
-
Opšta konfiguracija mernog mosta
Indikator (nul-detektor) može biti:galvanometar,osetljiv ampermetar,voltmetar,osciloskop,slušalice
generator indikator
Primer mosta za merenje otpornosti Rx
1847. - “Otporna vaga”
)(? kolaelemenatafuuu DBADAB
OPŠTA KONFIGURACIJA MERNOG MOSTA
43
4
21
2
ZZ
ZE
ZZ
ZEU
uuu
AB
DBADAB
OPŠTA KONFIGURACIJA MERNOG MOSTA
uAB 0
= ili ?
OPŠTA KONFIGURACIJA MERNOG MOSTA
43
4
21
2
ZZ
ZE
ZZ
ZEU
uuu
AB
DBADAB
MOST
uravnotežen: neuravnotežen:
cilj: uAB=0 Z1 Z4 =Z2 Z3
cilj: uAB0
ova relacija važiSAMO za
uravnotežen most!!!
OPŠTA KONFIGURACIJA MERNOG MOSTA
43
4
21
2
ZZ
ZE
ZZ
ZEU
uuu
AB
DBADAB
MOST
uravnotežen mostPRIMENA
neuravnotežen mostPRIMENA
Npr.Određivanje nepoznatog elementa kola
Npr.Određivanjepromenenepoznatog elementa kola
OPŠTA KONFIGURACIJA MERNOG MOSTA
43
4
21
2
ZZ
ZE
ZZ
ZEU
uuu
AB
DBADAB
?
E ili e ?
+-
e
E
?
OPŠTA KONFIGURACIJA MERNOG MOSTA
43
4
21
2
ZZ
ZE
ZZ
ZEU
uuu
AB
DBADAB
I
MOSTza jednosmernu struju:•Zi su otpornosti•DC generator
za naizmeničnu struju:•Zi su paralelne i/ili redne veze otpornosti,induktivnosti, kapacitivnosti
•AC generator e
E
OPŠTA KONFIGURACIJA MERNOG MOSTA
43
4
21
2
ZZ
ZE
ZZ
ZEU
uuu
AB
DBADAB
I
uravnotežen:
neuravnotežen:
cilj: uAB=0Z1 Z4 =Z2 Z3
cilj: uAB0
MOST
za jednosmernu struju:•Zi su otpornosti•DC generator
za naizmeničnu struju:•Zi su paralelne i/ili redne veze otpornosti,induktivnosti, kapacitivnosti
•AC generator
E
OPŠTA KONFIGURACIJA MERNOG MOSTA
43
4
21
2
ZZ
ZE
ZZ
ZEU
uuu
AB
DBADAB
I
OPŠTA KONFIGURACIJA MERNOG MOSTA
x
ABx
x
x
ABU Z
UZ
Z
ZU
S
Naponska osetljivost mosta
Osetljivost mosta je osnovna karakteristika mosta.Od interesa je vrednost osetljivosti u blizini ravnoteže mosta.
x
ABI Z
IS
Strujna osetljivost mosta
43
4
21
2
ZZ
ZE
ZZ
ZEU
uuu
AB
DBADAB
R3
R2R1
Rx
indC D
E
A
B
Odrediti nepoznatu otpornost Rx ufunkciji elemenata kola. Smatrati daje indikator idealan voltmetar.
MERENJE OTPORNOSTI MOSTOM
Za uravnotežen most važi
Za određivanje nepoznate otpornosti Rx je potrebno poznavati jedan od otpornika i odnos preostala dva otpornika
Napajanje (napon i impedansa) ne utiče na vrednost Rx – voditi računa o maksimalnoj snazi otpornika!
Osetljivost i izlazna impedansa nul-detektora ne utiču na vrednost Rx
Merni opseg: od 1 (zbog otpornosti pristupnih vodova) do 10 M.
1
32
321
R
RRR
RRRR
x
x
Vitstonov most - uravnoteženi
MERENJE OTPORNOSTI MOSTOM
Koji je uslov ravnoteže?
Vitstonov most - uravnoteženi
MERENJE OTPORNOSTI MOSTOMVitstonov most - uravnoteženi
Kako povezati osciloskop kao nul-detektor?
Analogija: kolo za dvostrano ispravljanje
23
3
321
2
RR
RRE
R
uRS
RR
RE
RR
REuuu
x
x
x
ABxU
x
xDBADAB
R3
R2R1
Rx
indC D
E
A
B
MERENJE OTPORNOSTI MOSTOMVitstonov most - uravnoteženi
Kolika je naponska osetljivost mosta?
1
32
R
RRRx
2
1
2
1
2
1
R
R
R
R
ESU 21max ,4
RRzaE
SU
R3
R2R1
Rx
indC D
E
A
B
Odrediti promenu nepoznate otpornostiRx u funkciji elemenata kola i naponauAB. Smatrati da je indikator idealanvoltmetar.Poznato je da:
R1= R2 = R3 = RRx =R+Rx, Rx /R<<1(u praksi Rx /R=5%)
321
321
321
2
RRRR
RRRRE
RR
RE
RR
REuuu
x
x
x
xDBADAB
R
RE
RR
R
RE
RRRR
RRRREu x
x
x
x
xAB 4
222
2
ABx uE
RR
4
MERENJE OTPORNOSTI MOSTOMVitstonov most – neuravnoteženi
Merni opseg za merenja neuravnoteženim Vitstonovim mostom je: RRx
ABx uE
RR
4
MERENJE OTPORNOSTI MOSTOMVitstonov most – neuravnoteženi - PRIMENA
Senzor(pretvarač neelektrične veličineu otpornost)
Lab. vežba: upotreba NTC termistora kao senzora temperature
MERENJE OTPORNOSTI MOSTOMVitstonov most – neuravnoteženi - PRIMENA
ABu je obično neophodno pojačati pre merenja!
Na slici je prikazan neuravnotežen Vitstonov most čiji izlazni napon uAB se vodi nainstrumentacioni pojačavač. Smatrati da je indikator idealan voltmetar. Rx je promenljiva otpornost. Poznato je:
R1= R2 = R3 = RRx =R+Rx, Rx /R<<1
Odrediti vrednost izlaznog napona pojačavača vi u funkciji elemenata kola.
+
-Vcc
-Vcc
100R
100R
R
R
-Vcc
Vcc
-Vcc
+
+
-
-
G4.5R
4.5R
Vcc
R I
E
F
H
A
B
R3
R2R1
Rx
C D
E
A
B
Primer
Na slici je prikazan neuravnotežen Vitstonov most čiji izlazni napon uAB se vodi na instrumentacioni pojačavač. Smatrati da je indikator idealan voltmetar. Rx je promenljiva otpornost. Poznato je:
R1= R2 = R3 = RRx =R+Rx, Rx /R<<1
Odrediti vrednost izlaznog napona pojačavača vi u funkciji od R, E i Rx.
Na prethodnim stranicama je izveden izraz:R
REu x
AB 4
+
-Vcc
-Vcc
100R
100R
R
R
-Vcc
Vcc
-Vcc
+
+
-
-
G4.5R
4.5R
Vcc
R I
E
F
H
A
B
R3
R2R1
Rx
C D
E
A
B
Primer
Digresija:
vI = ?+
-Vcc
-Vcc
I
U
Primer
+
-Vcc
-Vcc
I
U
Digresija: Linearni režim rada operacionog pojačavača:•ulazna struja je nula•v+ = v -
ccUcc
ccUcc
ccUccU
I
VvV
VvV
VvVv
v
,
,
,
Primer
+
-Vcc
-Vcc
100R
100R
R
R
-Vcc
Vcc
-Vcc
+
+
-
-
G4.5R
4.5R
Vcc
R I
E
F
H
A
B
R
REuvvv
vvvvR
vv
R
vv
vvv
vRR
Rvv
vvvvvR
vv
R
vv
xABBAI
BAFE
BAFE
EFI
EFI
EHEGI
EGGI
41000100010100
1010
100
100100
100101
100101100101100
+
-Vcc
-Vcc
I
U
Digresija: Linearni režim rada operacionog pojačavača:•ulazna struja je nula•v+ = v -
vA
vB
ccUcc
ccUcc
ccUccU
I
VvV
VvV
VvVv
v
,
,
,
Primer
ccx
cc
ccx
cc
ccx
ccx
I
VR
REV
VR
REV
VR
REV
R
RE
v
41000,
41000,
41000,
41000
+
-Vcc
-Vcc
100R
100R
R
R
-Vcc
Vcc
-Vcc
+
+
-
-
G4.5R
4.5R
Vcc
R I
E
F
H
A
B
R3
R2R1
Rx
C D
E
A
B
Primer
MERENJE OTPORNOSTI MOSTOMKelvinov (ili Tomsonov) most
Merni opseg (male otpornosti): od 1 do 1 .
2
1
3241
432
3241
2
1
31343
43122
33112
:
R
RRR
RRRRjeAko
RRRR
RRRRR
R
RRR
RIIRRIIII
RIRIRIII
RIRIRII
ex
k
kex
k
e
x
I II
III
Rk - otpornost mernih vodova i kontakataRe - etalonski otpornik
12
3 4
1
2
34
Kelvinov otpornik(otpornik sa 4 pristupa)1,2 – strujni pristupi3,4 – naponski pristupi
Ekvivalentna šema realnog otpornika
EKVIVALENTAN MODEL OTPORNOSTI
CRjRZRvelikoZa
LjRZRmaloZa
CRLjRZ
RCiLCjeKada
RCLC
CRLCLjRZ
jXRZ
AB
AB
AB
AB
ekvekvAB
2
2
22
222
22
:
:
:1111
1
1
C
LR
Niska učestanost
A B