elektricni merni instrumenti 3

Elektrina merenjaElektrini merni instrumenti 3

Indukcioni merni instrumenti

Oznaka mernog sistema:

Princip rada:Indukcioni merni instrumenti zasnivaju rad na pojavi koja nastaje kao rezultat promenljivog magnetskog polja elektromagneta i polja indukovanog u provodnoj ploici, postavljenoj u blizini elektromagneta. Kroz ove elektromagnete proputa se struja, i to naizmenina, i promenljiva magnetna polja ovih elektromagneta indukuju u provodnoj ploi vihorne (vrtlone) struje. Iz uzajamnog dejstva ovih struja u namotajima elektromagneta i u ploi dolazi do pojave kretnog momenta.

Indukcioni instrumenti se primenjuju samo za naizmeninu struju


Dispozicija mernog sistemaindukcionog instrumenta

(1), (2) elektromagneti0 osovina na kojoj se nalazi kolut

MK1 nastaje usled uzajamnog delovanja struja I1i Iw2MK2 nastaje usled uzajamnog delovanja struja I2 i Iw1

Iw1 i Iw2 nastaju u kolutu pod uticajem naizmeninihmagnetnih flukseva 1i 2


1 1 1 2k Wm k i i=

2 2 2 1k Wm k i i=

1 1 1 1 20

1 d sin .T

k sr k WM m t k I IT= =

2 2 2 2 10

1 d sinT

k sr k WM m t k I IT= =

1 2ksr k sr k srM M M= +


Ako se zna da su vihorne struje srazmerne strujama koje su ih proizvele i da jestruja I2 je deo struje Il:

1

1 2

1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 1 1 2 1 1

21 2 1 2

( )sin ( )sin ( ) sin

sin ( , )

ksr k sr k sr

ksr W W

ksr

M M MM k I I k I I k I I k I I k k I I

M k I I I I kI

= + = + = + = +

= =

Struja I1 odbija struju Iw2 , a struja I2 privlai struju Iw1.

2oksrM M k I C= = =

Skala indukcionih instrumenata je kvadratna.


- Skala je kvadratna

- Potronja indukcionih instrumenata je relativno velika:ampermetra (1 do 3)W a voltmetra (6 do 15)W, zavisno od opsegamerenja.

- Nedostatak je i zavisnost kretnog momenta od frekvencije, to ima za posledicu da mere tano samo pri nazivnoj frekvenciji.

- Pri merenju nesinusnih struja ili napona ine greku usled oblika krive.

Osim kao ampermetri, indukcioni instrumenti se izrauju i kao voltmetri, vatmetri, varmetri i elektrina brojila.

Glavne karakteristike - rezime:

Termiki instrumentiOznake mernog sistema

a) Instrumenti sa vruom icom

b) Bimetalni instrument

c) Instrumenti sa kretnim kalemom i termopretvaraem- sa direktno grejanim termoparom

- sa indirektno grejanim termoparom

Termiki instrumenti

Princip rada:

Zasniva se na delovanju termike energije nastale usled delovanja elektrine struje, koja predstavlja merenu veliinu.

Toplotno dejstvo struje koristi se uglavnom na tri naina:U prva dva naina koristi se pojava da se metali pri zagrevanju ire -dilatiraju. Tako su nastali termiki instrumenti sa vruom icom i termiki instrumenti sa bimetalnom trakom. Kod treeg naina koristi se pojava elektromotorne sile na spoju dva raznorodna metala koji se izlae zagrevanju usled toplotnog dejstva struje. Tako su nastali magnetoelektrini instrumenti sa kretnim kalemom i termopretvaraem.

Termiki instrumenti

( ) ( ) ( )2 1 2 3Z Z .I f t f l f= = =

Instrumenti sa vruom icom

( ) ( )2 2 0 SZ Z0 Z Z Z1R I I R t t S t t = + =

Dolazi do izduenja provodnika kada se ovaj zagreva. Pod dejstvom zagrejanja t = t - ts, ica se izduuje za l. Da bi se ovo izduenje moglo meriti, podesnom konstrukcijom, pretvara se prvo izduenje u ugib, a potom u skretanje kretnog organa za ugao .

Toplotna snaga proputene merene struje:

R0 - otpornost ice pri t0 =0C

S - povrina ice - sainitelj odavanja toplote

t temperatura ice, tS temperatura sredine

Termiki instrumentiInstrumenti sa vruom icom

Ovaj instrument je u osnovi ampermetar ali moe da se podesi primenom zatitnih otpornika da bude voltmetar.

Glavne karakteristike:- Sopstvena potronja termikih ampermetara sa vruom icom iznosi 0,5 do 1,5W.

- Uticaj oblika krive ne postoji i instrument tano pokazuje efektivnu vrednost merene naizmenine struje, bez obzira na njen oblik. Ovo se i moglo oekivati, jer se u ovom instrumentu koristi termiko dejstvo struje na osnovu koga je i definisana efektivna vrednost naizmenine struje.

- Kod termikih voltmetara sa vruom icom opseg merenja je poev od 3 V pa do 600 V. Struja voltmetra je obino 0,1 A, to znai da je potronja voltmetra velika. Opseg frekvencija je poev od nule (jednosmerna struja) pa sve do 10Hz. Pri viim frekvencijama dolazi do izraaja reaktivna komponenta zatitnih otpornika.

Termiki instrumentiInstrumenti sa vruom icom

Prednosti:-Tano pokazivanje efektivne vrednosti merene naizmenine veliine, struje ili napona, nezavisno od njenog oblika.

Nedostaci:- Relativno velika potronja i- Velika osetljivost na preoptereenje, to je u velikoj meri doprinelo da je ovaj tip instrumenta potisnut iz industrijske upotrebe

Termiki instrumenti

21 ,t k I=

Bimetalni instrument

Bimetalna traka se dobija valjanjem u vruem stanju dve trake, meusobno vrsto priljubljene, od metala razliitih sainitelja temperaturnog irenja.

Usled toplotnog dejstva struje I proputene kroz bimetalnu spiralu, zagrejae se spirala za t i to srazmerno toplotnoj snazi struje, odnosno, kvadratu njene jaine. Usled ovog zagrevanja doi e do odvijanja bimetalne spirale za neki ugao .

2.K l t kI

= =

Termiki instrumentiBimetalni instrument

Glavne karakteristike:

Prednosti:- Mogu meriti i jednosmernu i naizmeninu struju.- Jednostavne konstrukcije. (Otpada potreba za organom koji e stvarati otporni momenat i za organom za umirenje kretnog organa konicom, jer sve funkcije preuzima sama bimetalna spiralna opruga). - Strana stalna polja su, praktino, bez uticaja

Nedostaci:- Mala tanost.- Velika inertnost. Vreme postavljanja kazaljke iznosi nekoliko minuta.- Potronja termikih ampermetara sa bimetalnom trakom je velika.

Instrumenti ovog tipa koriste se uglavnom za struje industrijskih frekvencija, 50Hz

Termiki instrumentiInstrumenti sa kretnim kalemom i termopretvaraem

21 2 3tk E k t k I = = =

Instrument sa direktnogrejanim termoparom

Greja direktno ili indirektno zagreva termopar, iju termoelektromotornu silu meri magnetoelektrini milivoltmetar.

t - temperatura zagrejanja toplog spoja Et - termoelektromotorna sila termopara

S obzirom da je i u ovom sluaju iskorieno termiko dejstvo struje, instrumenat graduisan jednosmernom strujom pokazivae efektivnu vrednost naizmenine struje i to bez obzira na njen oblik.Pokazni magnetoelektrini milivoltmetar ima linearnu skalu, ali s obzirom na srazmernost skretanja kvadratu jaina merene struje, podela skale, na kojoj e se oitavati vrednost merene struje, bie kvadratna.

Elektrostatiki instrumentiOznaka mernog sistema:

Princip rada:Kod elektrostatikih mernih instrumenata merni moment formira se na principu uzajamnog dejstva naelektrisanih elektroda. Ovi instrumenti spadaju u red najosetljivijih instrumenata jer im je potronja zanemarljiva.

Merni sistem elektrostatikih instrumenata je ustvari jedan kondenzator promenljive kapacitivnosti. Ova promenljivost kapacitivnosti postie se na taj nain da se jedna od armatura kondenzatora naini pokretnom, tako da se ona pod dejstvom merenog napona moe pokretati. Na ovo ukazuje i oznaka mernog sistema.

Elektrostatiki instrumentiOva vrsta instrumenta bitno se razlikuje od svih vrsta do sada prikazanih instrumenata jer je u osnovi merilo napona, dok su svi ostali instrumenti bili u osnovi merila struje, a napon su ustvari, merili indirektno ( Ui = Ri Ii ).

1. Instrumenti sa obrtnim ploama2. Instrumenti sa pokretnom ploom

Instrumenti sa obrtnim ploama

Nepokretna ploa (1) vezana je za prikljunicu (1') instrumenta. Pokretna - obrtna ploa (2) vezana je za prikljunicu (2'). Obrtna ploa se nalazi na osovini (3) za koju je privrena i spiralna opruga (4). Za osovinu (3) privrena je i kazaljka (5) koja pri merenju pokazuje vrednost merenog napona na skali (6).

Elektrostatiki instrumentiCelokupnu energiju potrebnu za obrtanje ploe i poveanje elektrostatike energije dae izvor napona koji e pod naponom Uopteretiti kondenzator sa koliinom elektriciteta Q.

dd

21

21

dd

dd 22 CUCUWM k =

==

0 1M k= 20kM M kU=

20 1

0

1 dT

k sr kM k M m t kUT= = = =

Elektrostatiki instrument graduisan jednosmernim naponom pokazivae efektivnu vrednost merenog naizmeninog napona i to bez obzira nanjegov oblik.

Elektrostatiki instrumentiNedostatak elektrostatikog mernog sistema je da je moment kretnog sprega slab. Da bi se poveao i to u prvom sluaju dva puta, kretni organ je dobio simetrino jo jednu plou, a naravno i nepokretni sistem. Dalje poveavanje kretnog momenta postignuto je multipliciranjem reenja.

simetrina konstrukcija multicelularni sistem

Elektrostatiki instrumenti

Kada se na prikljunice instrumenta (1'-2') dovede napon pokrenue se pomerljiva ploa (2) i pribliiti nepokretnoj ploi (1) za neko ldoi u poloaj predstavljen na slici isprekidanom linijom. Za sredinu pokretne ploe (2) privreno je vlakno (3) obavijeno oko koluta (4) obrtnog oko osovine na kojoj je privrena i kazaljka (5) koja e se pritom obrnuti i na skali (6) pokazati veliinu napona meu elektrodama. Vlakno (3) je zategnuto oprugom (7).

2. Instrumenti sa pokretnim ploama

Elektrostatiki instrumenti

Kvadratna zavisnost pokazuje da i kod ovog tipa polaritet prikljuenog napona ne igra ulogu: skretanje kazaljke je uvek u pravilnom smeru. To znai da instrument moe da se primeni i za merenje naizmeninog napona.

2. Instrumenti sa pokretnim ploama

20 1

d ,2 dkr CM F r U M k

l= = =

20kM M kU=

lCUCU

llWF

dd

21

21

dd

dd 22 =

==

S obzirom na mali kretni momenat, ovaj tip instrumenta se prvenstveno primenjuje za merenje visokih napona.

Elektrostatiki instrumentiDelitelj naponaOtporniki delitelj napona primenjuje se za poveanje opsega merenja elektrostatikog voltmetra.

rR

0R

iC

iU

U

( ) 01 ,rR n R= iU

Un =

Za merenja visokih napona treba primeniti kapacitivni delitelj napona.

U

iU

iC

0C

rC

01 ,i r

CU nU C

= +

( ) rCnC 10 =

0 iC C

Analogni elektronski merni instrumenti

Analogni elektrini instrument sa kretnim kalemom dodavanjem pojaavaa postaje instrument velike osetljivosti. Jedini nedostatak je to to za rad ovog pojaavaa treba obezbediti dodatni izvor napajanja.

Analogni elektromehaniki: Snaga za pokretanje crpi se iz objekta merenja Znatno povratnodejstvo na merni objekt (mala ulazna impedansa)Analogni elektronski:Snaga za rad instrumenata crpi se iz izvora napajanja Malo povratnodejstvo na objekt merenja (visoka ulazna impedansa).


Elektronski voltmetar jednosmernog napona sastoji se od ulaznog delitelja napona velike otpornosti (npr. 100 M), pojaavaa merenog napona, sa konstantnim pojaanjem, voltmetra kao izlaznog indikatora - najee je to magnetoelektrini instrument sa kretnim kalemom.Elektronski voltmetar naizmeninog napona ima sve elemente kao prethodni voltmetar, samo to mu je dodat aktivni usmera linearnih karakteristika, koji ne utie na veliinu merenog napona.

Blok ema elektronskog voltmetraa) jednosmernog napona b) naizmeninog napona


Elektronski multimetar koristi se za merenje razliitih elektrinih veliina. Izborom odgovarajueg ulaza dobijaju se rezultati merenja u odgovarajuim jedinicama. U ovim instrumentima se takoe koriste elektronski sklopovi, tj. pojaavai i usmerai.

Blok ema elektronskog multimetra


Delitelj jednosmernog napona Delitelj naizmeninog napona

ulul

iziz UR

RU =

- Otporni, za jednosmerni napon- Otporno-kapacitivno, za naizmenini napon do 1MHz- Kapacitivno, za naizmenini napon preko 1MHz- Sa aktivnim komponentama, za vrlo precizna merenja


Operacioni pojaavai

Operacioni pojaavai koji se koriste u elektronskim mernim instrumentima karakteriu se:- velikim pojaanjem napona ( >104 V/V)- velikom ulaznom inpedansom ( >106 )- malom izlaznom inpedansom (< 10 )- irokim spektrom proputanja uestanosti od 0 do nekoliko MHz- stabilnou nule i njenom nezavisnou od temperature okoline i napona

napajanja- statika linearna karakteristika nezavisna je od amplitude napona- mogunost obrtanja faze signala kao i mogunost sprezanja i obrade vie

signala istovremeno

Digitalni merni instrumenti

Osnovni podsklopovi ovih instrumenata su: ulazni sklop, analogno digitalni pretvara i digitalni pokaziva merne veliine indikator (displej).

XV XNRV

BCD

Digitalni merni instrumenti datiraju od 1953. godine i karakteriu se time to im je izlazni signal ili pokazivanje instrumenta dato u numerikomobliku (brojevima). Oitavanje je bre i udobnije. Rezultat merenja u digitalnom obliku moese lako memorisati ili obraivati pomou raunara.

Digitalni merni instrumentiUlazni sklop najee menja vrednost ulaznog napona (kroz podelu ili pojaanje) na vrednost odgovarajuu analogno digitalnom pretvarau.

Takoe ovaj sklop moe druge merene veliine da konvertuje u napon. Karakteristika pretvaranja ovog ulaznog sklopa uvek mora biti linearna, tj. mora biti proporcionalna zavisnosti izmeu ulazne i izlazne veliine.

Analogno digitalni pretvara A/D konverzija je transformacija analognog elektrinog signala u njegov digitalni ekvivalent. Uzorci merene veliine se uzimaju u oreenim vremenskim intervalima. Ovakav postupak je nazvan kvantizacija.

Proces A/D konverzije sastoji se iz tri postupka: vremenskog kvantovanja, amplitudnog kvantovanja i kodovanja signala. Kvantovanje podrazumeva deobu merene veliine na najmanje jedinice merne kvante. Od veliine mernog kvanta neposredno zavisi tanost instrumenta - to je merni kvant manji, tanost je vea i obrnuto.

Digitalni merni instrumentiVremensko kvantovanje ili odmeravanje je uzimanje uzoraka, odnosno izdvajanje trenutnih vrednosti analognog signala u diskretnim vremenskim intervalima. Svaki takav uzeti uzorak analogne vrednosti naziva se odmerkom. Da bi dobijeni digitalni signal to bolje odgovarao analognom, uestanost odmeravanja treba da je to vea.

Amplitudno kvantovanje je iznalaenje diskretne veliine koja je po vrednosti najpriblinija odreenom analognom odmerku. Ovu diskretnu veliinu je potrebno izraziti u digitalnom obliku, a da bi se to moglo da ostvari ona mora biti kodovana.

Kodovanje je predstavljanje informacija pomou simbola neke azbuke. Digitalne informacije mogu se kodovanjem predstaviti u numerikom obliku.

Digitalni merni instrumentiZa realizaciju digitalnih sistema povoljni su binarni sistemi, ija je vrednost osnove brojanja 2 i gde postoje samo cifre 0 i 1, od kojih se mogu sastaviti svi brojevi prema utvrenom propisu (binarnom kdu). Ovakav sistem ima velikih praktinih prednosti, jer se u ureaju mogu koristiti elementi koji imaju samo dva radna stanja (ukljueno - iskljueno).

Binarni sistem najpovoljniji je za konstruktivno izvoenje digitalnih kola, ali je za obavljanje numerikih operacija najpogodniji decimalni sistem.Zbog toga se koriste i meoviti sistemi. Oni se sastoje iz binarno kodovanih decimalnih cifara (BCD kodovi). Zajedniko za sve BCD sisteme je da se decimalni brojevi predstavljaju binarnim, tako to se svaka cifra decimalnog broja zamenjuje odreenom grupom binarnihcifara. One su u ovim grupama rasporeene prema utvrenoj ifri (kdu). Postupak prevoenja decimalnih brojeva u binarno kodovane decimalne brojeve naziva se kodovanje, a obrnut postupak dekodovanje.

Digitalni merni instrumentiElektronski brojai slue za odbrojavanje elektrinih impulsa u nekom odreenom vremenskom intervalu.Rezultat brojanja impulsa treba da se vizuelno prikae i to se ostvaruje pomou indikatora, odnosno prikazivaa.

Digitalni indikator predstavlja rezultat merenja pomou svetlosnog signala (poluprovodnici ili teni kristali) u obliku decimalnih brojeva (vrednost broja NX) i oznaava jedinicu mere merene veliine. Broj mesta (cifara) za oitavanje zavisi od tanosti instrumenta.

Najvie korieni prikazivai su segmetni indikatori. Oni cifre ili slova predstavijaju pomou pogodno rasporeenih svetleih segmenata. Broj predvienih segmenata zavisi od toga ta se eli prikazati. Najee se koriste indikatori sa 7 segmenata, a postoje i sa 14 i 16 segmenata.

Digitalni merni instrumentiPrednosti digitalnih instrumenata su:- velika tanost merenja [relativna greka: =(10-2 do 10-3 )%],- jednostavnost pri rukovanju, - lakoa oitavanja rezultata merenja (nema paralakse ni potrebe za interpolacijom).

- mogunost registrovanja, pamenja i obrade rezultata merenja.

Nedostaci digitalnih instrumenata su:- sloenost konstrukcije,- sloeno odravanje i popravka- nemogunost istovremenog praenja veeg broja digitalnih instrumenata

Digitalni merni instrumentiGreka pri merenju digitalnim instrumentima

Kod digitalnih instrumenata proizvoai uobiajeno navode granice greke (apsolutnu greku) iz dva dela: dela koji se odnosi na izmerenu vrednost X i dela koji se odnosi na merni opseg M, pa je:

1 2

100 100dozG X M = + ( )0.05% 0.02%dozG X M= +

1

2

X

M

- greka u procentima oitavanja

- greka u procentima od opsega

- izmerena vrednost

- najvea vrednost koju moe da pokae instrument na odabranom opsegu

Digitalni merni instrumenti

elektricni merni instrumenti 3

Documents