elektricni merni instrumenti2

Elektrina merenjaElektrini merni instrumenti 2

Magnetoelektrini instrumenti sa kretnim kalemom

Oznaka mernog sistema:

Princip rada:Merni moment formira se na principu dejstva magnetskog polja (koje stvara stalni magnet) na struju koja protie kroz kretni kalem. (Elektromagnetna sila deluje na provodnik kroz koji protie elektrina struja, a koji se nalazi u magnetnom polju.)

Razvojem konstruktivnih reenja posebno se vodilo rauna o oblikovanju polnih nastavak i iznalaenje kvalitetnih magneta. (Prvo konstruktivno reenje datira iz 1881.god. ak Darsonval)


1. Kalem sa N namotaja, Dimenzijelxd, jezgro od mekog gvoa, kalemmoe da se okree;

2. Stalni magnet, obuhvata jezgro

3. Osovina

4. Kazaljka povezana sa pokretnimdelom sistema

5. Opruga

6. Preko dve opruge se struja dovodina kalem i ove dve opruge stvarajukontra momenat pri okretanju jezgra

7. Podeavanje nule


0M C=

1k kM NI I= =

Kada kroz kalem protie stalna struja, delovikalema se ponaaju kao provodnik sastalnom strujom u homogenom radijalnommagnetskom polju indukcije B, pa na njihdeluje sila F. Na pokretni deo sistema delujemoment Mk.

Iako je polje radijalno, zbogmale irine vazdunog procepau odnosu na poluprenikgvozdenog valjka, linije poljameusobno su praktinoparalelne

Usled kretanja pokretnog dela sistema javljase otporni moment M0 srazmeran uglu za kojise okrenuo pokretni deo sistema.

Dispozicija kretnog kalemau cilindrinom meugvou magneta

NS

B


0 ,

,

k

k sk

M MCI C I k

=

= = =

s iI k S I = =

Kada su momenti u ravnotei, ugao, koji se direktno vidi kaougao otklona kazaljke, srazmeranje struji kroz kolo

Instrumenti magnetoelektrinog tipa su vrlo osetljivi i mogu da mere i struje, odnosno napone, veoma malih jaina. Ovakvi instrumenti nazivaju se galvanometrima.


sk

CI k= =

Koeficijent srazmernosti ks, koji je stalan za dati galvanometar, naziva se strujna konstanta galvanometra.

Njegova jedinica je [A/rad] ili [A/pod]

Pri definisanju strujne konstante galvanometra kako bi se galvanometri u pogledu osetljivosti mogli lake meu sobom porediti, uzima se ne skretanje od 1 radijana, veskretanje svetlog lika od 1 mm na pravolinijskoj skali udaljenoj 1 m od galvanometra.

ta je u stvari strujna konstanta? Ako je = 1, ks je struja koja proizvodi jedinino skretanje od jednog radijana, jednog podeoka, odnosno od jednog milimetra na skali udaljenoj 1 m.


s iI k S I = = Naponska konstanta Kn, galvanometra definie se na slian nain.

Reciprona vrednost strujne konstante je strujna osetljivost galvanometra - Si.Jedinica je [rad/A], [pod/A] ili [mm/A].

Ri - otpornost kalema galvanometra,I - struja koja prolazi kroz galv..U - napon na krajevima galvanometra

nsii KKRIRU ===

1u

n

U S UK

= =

Osetljivost instrumenta zavisi odmagnetske indukcije, dimenzijakalema I broja namotaja.


Magnetni materijali

1. Hromov elik2. Volframov elik3. Kobaltni elik4. AlNiCo 1605. AlNiCo 400

7006. Barijumferit 300


Zatita galvanometra od velikih napona i struja

Struja kroz galvanometar moe se umanjiti na dva naina:a) vezivanjem otpornika Rr na red sa galvanometrom ilib) vezivanjem otpornika Rp paralelno sa galvanometrom

Kalem galvanometra namotan je veoma tankom bakarnom icom, iji prenik iznosi nekoliko stotih delova milimetra, pa se galvanometar zatiuje otpornicima koji onemoguavaju da kroz njegov kalem protekne suvie velika struja.



a) Vezivanje otpornika Rr na red sa galvanometrom

( )1g r gM g r r

gM g gM g g

R R I R R RU nU R I R R

+ += = = + =

1= nRR

g

r ( )1= nRR gr

Sa otpornikom dovoljno velike otpornosti, moe se od galvanometra napraviti voltmetar za eljeno visoke napone.

gMU rU

rRgR

g MIU



b) Vezivanjem otpornika Rp paralelno sa galvanometrom

Ova vrsta zatite naziva se zatitom galvanometra od struje i iskoriena je za adaptiranje galvanometra u ampermetar.

1

g p

g p g p g

gM p p

g

UR R

R R R R RI mUI R RR

+ += = = + =

1=

mR

R gp

pR

gR

gMI

BA

gMI

pI

I


Zatita univerzalnim antom

Ova veza pripisuje se Ajrtonu. Zatitni otpornik je u ovom sluaju sa kliznim kontaktom.

+=

nR

RRIU ppgg ( ) nR

IIU pg=

( )n

RIRRI ppgg =+

g p g p

pg p

R R R RI n nmRI Rn

+ += = =


ica namotaja je uobiajeno od bakra. Otpornost bakra se poveava saporastom temperature. Temperaturni koeficijent otpornosti je 0.4 %/K, toznai da se otpornost kalema RK poveava za 0.4 procenta pri poveanjutemperature ice za 1K. Zbog toga se vri kompenzacija sa kompenzacionim otpornikom.

Kompenzacija se vri otpornikom koji se redno povezuje na namotajkalema, a ima otpornost nekoliko puta veu od otpornosti samognamotaja.Zbir otpornosti namotaja i kompenzacionog otpora je unutranjaotpornost instrumenta

(Rg=Ri+RK).


Magnetnoelektrini merni instrumenti se koriste kao ampermetri i voltmetri za merenje jednosmernih struja i napona. Izrazito su kvalitetniinstrumenti jednosmerne struje, veoma pogodni za laboratorijskuprimenu.Iako nisu direktno upotrebljivi za merenja naizmeninih struja, to nepredstavlja nedostatak. Korienjem usmeraa ili u kombinaciji sa termopretvaraom mogu meriti i naizmenine struje i napone. Vrlo su precizni (klase tanosti 0.1), a izrauju se serijski klase tanosti 0.5.

Granice opsega mernja napona i struje mogu se po potrebi lako proiriti, rednim ili paralelnim vezivanjem otpornika sa instrumentom.

Magnetoelektrini ampermetar i voltmetar


Opseg je uobiajeno izmeu 50 mV do 500 V sapredotpornicima koji su ugraeni u kuite, dok seza merenje veih napona koriste posebni prikljucina voltmetru koji omoguuju primenu spoljnihpredotpornika. Klasa tanosti je uobiajeno od 0.1 do 2.5. Pri merenju treba uvek voditi rauna o polaritetu

Ampermetri se prave za razliite opsege merenjaod 0.1 A do 20 A, a za posebne potrebe i zamnogo vee opsege. Za merenje veih struja tzv. ant otpornik se postavlja van kuita, dok je zamanje struje ant i kuistu instrumenta. Klasatanosti ampermetra sa pokretnim kalemom jeuobiajeno u opsegu 0.1 do 2.5.


Proirivanje mernog opsega nezavisnim dodavanjam otpornika na red. Primer voltmetra za tri opsega merenja jednosmernog napona (U1, U2,U3)

3RgR

gMI1R2R

1U 2U 3U+

1

2

3

, ,

Proirivanje mernog opsega Proirivanje mernog opsega rednim vezivanjem otpornika sa galvanometrom. Primer voltmetra za tri opsega merenja jednosmernog napona (U1, U2, U3)

3R

gMI1R 2R

1U 2U 3U

1 2 3

, ,

gR


Proirivanje mernog opsega paralelnim dodavanjem otpornika (antiranjem). Primer ampermetra za tri opsega merenja jednosmerne struje (I1, I2, I3)

Proirivanje mernog opsegaProirivanje mernog opsega univerzalnim antom. Primer ampermetra za tri opsega merenja jednosmerne struje (I1, I2, I3)

3R

gMI1R

2R

1I 2I 3I

1

2

3

4

gMI I

gMI3R

gR

gMI1R 2R

1 2 3, ,I I I

1 2 3

+

gMI

pI


Redna veza instrumenta i otpornika ija se otpornost meri

Magnetoelektrini ommetar Paralelna veza instrumenta i otpornika ija se otpornost meri

Ri

0

Ri

0

Podesniji je za merenjeotpornosti manjih vrednosti


,V m V mU I

Magnetnoelektrini instrumenti imaju malu potronju.

2V m

V m V m V mV

UP U IR

= =

1V

VV

V m

RRU

=

- Napon i struja voltmetra pri punom skretanju

Usvojeno je da se kod voltmetara uvede podatak takozvane jedinine (karakteristine) otpornosti, tj. podatak o otpornosti po jednom voltu opsega merenja.

RV je unutranja otpornost voltmetra i treba da bude to vea


Potronja ampermetra pri punom skretanju je:

mAAmAmAmA IRIUP2==

.

Za obezbeenje stvaranja dovoljno jakog kretnog momenta, mora se obezbediti na krajevima ampermetra neophodan napon. Konvencionalno je uzeto da to bude 60 mV. Ako su struje punog skretanja na primer: 60mA, 6A i 60000A, snaga ampermetra pri punom skretanju bie respektivno: 3,6mW, 0,36 W i 3,6 kW.

AmA

Am

URI

=

RA je unutranja otpornost ampermetra i treba da bude to manja.


- Skala je linearna;- Velika osetljivost;- Skretanje skazaljke je jednoznano u odnosu na polaritet merene veliine;- Temperaturno su osetljivi neophodna je temperaturna kompenzacija;- Mala potronja;- Klasa tanosti je u najboljem sluaju 0.1 (izuzetno 0.05).U praksi najee 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 5.- Vrlo mali uticaj stranih magnetnih polja.

Glavne karakteristike - rezime:

Nedostaci:- Skuplja konstrukcija;- Osetljivi na udare i potrese;- Jako osetljivi na preoptereenja.

Magnetoelektrini instrumenti logometarskog tipa sa ukrtenim kalemovima


Princip radaLogometar sa ukrtenim kretnim kalemovima je u stvari, instrument sa dva kretna kalema vrsto vezana jedan sa drugim i unakrst postavljena. Slui za merenje odnosa dveju elektrinih veliina.

Skica kretnog organa instrumenta sa ukrtenim kalemovima (u preseku)

1 1 2 2

1 1 1

2 2 2

cos sinsin tgcos

I II IKI I

=

= = =

Magnetoelektrini instrumenti logometarskog tipa sa ukrtenim kalemovima

Instrument pokazuje odnos struja koje teku u kalemovima i najee se koristi kao ommetar ili, s dodatkom usmeraa, kao frekvencmetar sa kazaljkom.

Potronja logometra sa kretnim kalemom neto je vea od potronje instrumenta sa kretnim kalemom, dok se u pogledu tanosti, preoptereenja i drugih osobina ne razlikuju bitno.

C Rema veza magnetoelektrinog frekvencmetra sa ukrtenimkalemovima (tip RC),

Magnetoelektrini instrumenti sa kretnim kalemom i usmeraom


Instrument sa usmeraom je kombinacija nekog osetljivog instrumenta za jednosmernu struju i usmerae, pomou kojeg se mogu da mere i naizmenine struje i naponi.

Za usmeravanje merene naizmenine struje ili napona, koriste se poloprovodnike usmerae (germanijumske, silicijumske), mehanike usmerae, termopretvarai ili se pak usmeravanje vri elektronskim postupcima.


Veza usmeraa i magnetoelektrinih instrumenata

Polutalasnousmeravanje

i

t

Isr

Punotalasnousmeravanje


Ampermetri i voltmetri

Ako se pored instrumenta sa kretnim kalemom koji je postavljen udijagonalu Grecovog spoja kojom tee usmerena struja, van mosta povee ant Rp ili dodati otpornik Rr, moe se nainiti ampermetar ili voltmetar.

Principska ema veza magnetoelektrinog ampermetra i voltmetra sa usmeraama

Magnetoelektrini instrumenti sa kretnim kalemom i usmeracomZbog inertnosti svog kretnog organa usmeraki instrumenti mere srednju vrednost usmerene struje, odnosno napona.

0 , .k k srM M I C= =


02

20

21 sin d cos2

Tm m m

sr mT

I I II I t t tT T fT

= = = =

02

02

2 4 22 sin d cos2

Tm m m

sr mT

I I II I t t tT T fT

= = = =

Punotalasnousmeravanje

Magnetoelektrini instrumenti sa kretnim kalemom i usmeracom

Meutim, kako nas kod naizmeninih struja zanima efektivna vrednost merene veliine, skala instrumenta se badari u efektivnim vrednostima. Badarenje se vri pri sinusnom naponu, odnosno struji, a na skalu se nanose pripadne efektivne vrednosti.

Faktor oblika:

12 2.22

2m

sr m

IIKI I

= = = =


Punotalasnousmeravanje0

2 1.112 2 2

m

sr m

IIKI I

= = = =


0 5 10

0 105

Skala instrumenta se badari u efektivnim vrednostima.

ocitano 1.11 srI I=


Faktor koji pokazuje kolika je merna nesigurnost pri merenju sloenoperiodinih signala koristei ureaj koji je badaren za merenjeprostoperiodinih signala naziva se faktor izoblienja:

kpp - faktor oblika - odnos srednje vrednost i efektivne vrednosti zaprostoperodini signalk - odnos srednje vrednosti i efektivne vrednosti sloenoperiodinogsignala.

Magnetoelektrini instrumenti sa kretnim kalemom i usmeraomema veza univerzalnog instrumenta (ampermetra i voltmetra sa po tri opsega merenja)

Elektromagnetni instrumenti sa kretnim gvoem


Princip rada:Ovi instrumenti zasnivaju rad na delovanju magnetnog polja kalema kroz koji protie struja na kretni deo od gvoa.

Po konstrukciji su veoma jednostavni instrumenti koji su se u poetku upotrebljavali samo za pogonska merenja, dok se danas, zahvaljujui novijim, savrenijim reenjima, izrauju i kao najprecizniji laboratorijski instrumenti.


1

23

4

0

1

23

4

0

1

23

4

0

Tip sa pljosnatim kalemomi jednom ploicom

Tip sa okruglim kalemomi etiri ploice

Tip sa okruglim kalemomi dve ploice


1

23

4

0

Tip sa okruglim kalemomi dve ploice

Jedan listi je mehaniki povezan sa osovinom i moe da se kree, dok je drugi uvren za unutranjost kalema. Magnetno polje koje proizvodi struja prolazei kroz namotaje kalema namagnetie istopolno oba listia, tako da se oni meusobno odbijaju. Oblikovanjem jednog i drugog listia moe se uticati na karakter skale.

,


2 2d d 1 1 dd d 2 2 dkW LM LI I = = =

0M C=

1d d ,L k =

2 20 1

1,2k

M M k I C kI= = =

Merenje jednosmerne struje:

21

12k

M k I=

2 220 0

1 1 d 1d2 d

T T

ksr kLM m t i dt k I

T T= = =

Merenje naizmenine struje:

0ksrM M=

2kI =


Iz prethodnog izraza se vidi da je ugao skretanja kretnog dela srazmeran kvadratu merene struje, a to znai da e skale ovih instrumenata biti kvadratne.

Elektromagnetni instrument sa kretnim gvoem, u osnovi je ampermetar Ako ga napravimo osetljivim za malu struju punog skretanja i zatitimo otpornicima dovoljne otpornosti, moe da bude i voltmetar.


Strana magnetna polja mogu dosta poremetiti pokazivanje instrumenta sa kretnim gvoem, s obzirom da je magnetno polje njegovog kalema prilino slabo. Zato za viu klasu tanosti (0,1 i 0,2) zatita od stranih magnetnih polja oklopom od legiranog elika nije dovoljna, pa se primenjuje tzv. astatiki merni sistem.

Astatiki merni sistem je dvojni merni sistem sa suprotnim poljima. Dva strujna kalema vezana su na red, ali su namotani u suprotnimsmerovima, tako da stvaraju magnetna polja suprotnog smera. Kretni sistemi sa gvozdenim ploicama su simetrinog tipa i oba deluju na istu osovinu


Dobre osobine:- Jednostavnost konstrukcije i niska cena:- Nisu osetljivi na udare i vibracije;- Podnose velika preoptereenja- Kvalitetnim materijalom moe se postii i klasa 0.1.

Nedostaci:- Neto manja preciznost u odnosu na neke druge vrste instrumenata;- Nelinearnost skale;- Slaba osetljivost za male struje;- Relativno velika sopstvena potronja;- Osetljivost na strana polja.

Glavne karakteristike - rezime:

Elektrodinmiki instrumenti


Princip rada:Rade na principu koji je slian principu instrumenata sa kretnimkalemom. Razlika je u stvaranju magnetnog polja. Kodelektrodinamikih instrumenata proizvodi ga nepomian kalem, kroz koje protie struja. Elektrodinamiki instrumenti sastoje se iznepokretnog kalema i pokretnog, na kome je uvrena kazaljka. Upolju nepokretnog, nalazi se pokretni kalem. Na njegove stranedeluju elektromagnetne sile (aktivni obrtni moment).Reaktivnimoment stvaraju dve spiralne opruge, koje sluei za dovoenjestruje u pokretni kalem.


0

Principijelna ema elektrodinamikog instrumenta

Obrtni moment elektrodinamikih sila se menja sa promenom uzajamne induktivnosti kalemova i srazmeran je obema strujama, odnosno, kod redne veze kalemova kvadratu jaine struje kroz merni sistem:

2 2 2

2

0

d d 1 1d d 2 2dd

k n p

k

k

WM L I L I MI

MM I

M M

= = + +

=

=


IkIMIM k = dd

2 2ddkMM I k I=

0kM M C= =

d constdM

=

d constdM I =

- skala je kvadratna

- skala je linearna

0ksrM M C= =

Najtaniji instrument za merenje naizmeninih struja


Zatita od uticaja stranih polja

Da bi se zatitili od uticaja stranih polja, ovaj merni sistem se oklapa cilindrima od specijalnih legura, tako da strano polje bude odstranjeno iz tog zastienog prostora

Njegov nedostatak je relativno velika potronja, zbog ega nije primenljiv na strujna kola male snage. Takoe, to je instrumenat samo za nie frekvencije. Uglavnom se upotrebljava za merenje struja frekvencije 50Hz, a moe i do 500 Hz. (a sa posebnom graduacijom i do 5 kHz). Nedostatak ovog tipa instrumenta je i relativno slabo polje kalema.

Elektrodinmiki instrumentiZatita od uticaja stranih poljaMoe da se izgradi i u najviim klasama tanosti, ali tada obavezno primenom tzv. astatikog mernog sistema tj. dvojnog mernog sistema sa suprotnim poljima.Kada bi se pojavilo strano polje koje bi recimo bilo istog smera kao polje gornjeg kalema, polje gornjeg kalema e se usled toga poveati, a donjeg smanjiti. Shodno tome, kretni momenat gornjeg sistema e se poveati za Mk, a donjeg, analogno, smanjiti za Mk. Ukupni momenat, meutim, koji je jednak zbiru momenata oba sistema bie nepromenjen.

I1

I

I1

I


Elektrodinamiki instrument kao ampermetar vezivanje kalema

Elektrodinamiki instrumenti koriste se kao ampermetri, zatim zatieni dovoljnim otpornostima kao voltmetri i posebnom vezom kalemova kao vatmetri i varmetri.

za struje do 100 mA za struje vee od 0,1 A

Elektrodinmiki instrumentiElektrodinamiki instrument kao voltmetar

1 - nepokretni kalem2 - pokretni kalem

Elektrodinamiki instrument kao vatmetar

Grade se elektrodinamiki voltmetri i za po dva i tri opsega merenja, ugradnjom dva ili tri zatitna otpornika.

I ampermetri elektrodinamikog tipa mogu da se izrade za vie opsega merenja. Obino se izrauju za dva opsega merenja koji stoje u odnosu 2:1, a ostvaruju se na taj nain to se dve sekcije nepokretnog kalema vezuju na red (manji opseg merenja) ili paralelno (vii opseg merenja).

Elektrodinmiki instrumenti logometarskog tipaZa merenje faktora snageSastoje se iz dva unakrsna pokretna i jednog nepokretnog kalema ili dva unakrsna nepokretna i jednog pokretnog kalema. Izrauje se ili bez gvoa ili su sa gvoem oklopljeni. Pokretni kalemovi su uvreni pod pravim uglom i nemaju direkcionih opruga.

I1 I2

1 1

2 2

tg tgK IK I

=

elektricni merni instrumenti2

Documents