Změny rozsahu měřicího přístroje při měření napětí

Střední odborná škola Otrokovice

www.zlinskedumy.cz

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš ZatloukalDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.

Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Charakteristika DUM 1

Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice

Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2

Autor Ing. Miloš Zatloukal

Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-El-EM/3-EL-1/11 Název DUM Změny rozsahu měřicího přístroje při měření napětí

Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání

Kód oboru RVP 26-51-H/01

Obor vzdělávání Elektrikář

Vyučovací předmět Elektrická měření

Druh učebního materiálu Výukový materiál

Cílová skupiny Žák, 17 – 18 let

Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: možnosti změny rozsahu stejnosměrného a střídavého voltmetru

Vybavení, pomůcky Dataprojektor

Klíčová slova Měřicí přístroj, měření napětí, stejnosměrný, střídavý, voltmetr, rozsah, předřadník, kondenzátor, dělič, měřicí transformátor napětí

Datum 07. 01. 2013

Náplň výuky

- změna rozsahu voltmetru

- předřadný odpor – předřadník

- odporový dělič

- předřadný kondenzátor

- kapacitní dělič

- měřicí transformátor napětí

Změny rozsahu měřicího přístroje při měření napětí

Změny rozsahu měřicího přístroje při měření napětí

Změnit rozsah při měření elektrických veličin znamená zvětšit rozsah, tedy u voltmetru získat možnost změřit větší napětí, než pro které je přístroj konstruován.

- předřadný odpor – předřadník – převážně pro stejnosměrné napětí(pro střídavé také, ale pro nižší frekvence)

- pro vysoká napětí ve spojení s elektrostatickým voltmetrem je vhodný - odporový dělič napětí- kondenzátorový dělič napětí- předřadný kondenzátor

- pro zmenšení střídavého vysokého napětí se používá speciální transformátor(MTN – měřicí transformátor napětí)

- nejběžnější metoda pro zvýšení měřicího rozsahu voltmetru(použitelná pro různé typy měřicích systémů – kromě elektrostatického)- používá se pomocný rezistor- řadí se před samotný voltmetr – předřadí se mu- základní rozsah se tím zvýší podle max. napětí, které je potřeba změřit

Předřadník

Obr. 1

Výpočet předřadníku pro magnetoelektrický měřicí systém

- základní rozsah je odvozen z maximálního proudu měřicím ústrojímje malý (100 µA až 10 mA) => je tak možné měřit pouze malá napětí (100 µV až jednotky voltů)- odpor vnitřní cívky měřidla (voltmetru) je několik set Ohmů(značí se Rm a platí, že Um = Rm. Im, kde Im je max. proud cívkou měřidla a Um je max. napětí, které přístroj na základním rozsahu změří)- při použití bočníku jde o to, aby se měřené napětí (vyšší než je základní rozsah voltmetru) rozložilo na dvě části – napětí Um (malé napětí) a zbytek byl na velkém odporu – předřadníku (U – Um )

Příklad

Panelové měřidlo s magnetoelektrickým měřicím ústrojím má uvedeny tyto údaje: max. proud: 1 mA, vnitřní odpor: 600 Ω. Potřebujeme pomocí něj měřit stejnosměrné napětí do 30 V. Určete odpor předřadníku.

Řešení:Nejprve je nutné spočítat základní rozsah voltmetru Um

= Rm . Im = 600 . 0,001 = 0,6 V

Z důvodu vysokého vnitřního odporu tohoto voltmetru jde o dělič nezatížený

Změna rozsahu elektrostatického voltmetru – měření stejnosměrného napětí – odporový dělič

Obr. 2

ODPOROVÝ DĚLIČ – tvořen odpory R1 a R2

Změna rozsahu elektrostatického voltmetru – měření střídavého napětí – předřadný kondenzátor

PŘEDŘADNÝ KONDENZÁTOR

- používá se u elektrostatického voltmetru pro měření střídavých napětí- pomocný (předřadný) kondenzátor Cp je v sérii s kapacitou měřicího ústrojí Cm

- kapacita Cm je vyznačena jako proměnlivá (mění se podle měřeného napětí)- měřicí přístroj má více stupnic – podle rozsahu a tedy různých Cp

Obr. 3

Změna rozsahu elektrostatického voltmetru – měření vysokého stejnosměrného i střídavého napětí – kapacitní dělič

KAPACITNÍ DĚLIČ – tvořen kondenzárory C1 a C2

- používá se u elektrostatického voltmetru pro měření vysokého napětí- stejnosměrného - střídavého

Obr. 4

- používá se pro měření střídavých napětí větších než 1000 V- také pro galvanické oddělení měřicího přístroje od obvodů vysokého napětí- jeho primární vinutí se zapojuje jako voltmetr- na jeho sekundární svorky se připojují měřicí přístroje paralelně (voltmetr, měřič frekvence, wattmetr)- jednu sekundární svorku je nutné uzemnit – aby nebyla obsluha ohrožena vysokým napětím, které by mohlo při průrazu izolace transformátoru proniknout na sekundární stranu- Primární vinutí – vstupní svorky se značí velkými písmeny M, N- Sekundární vinutí – výstupní svorky se značí malými písmeny m, n- aby byl MTN co nejlepším převodníkem střídavého napětí a tedy měření co nejpřesnější:

- sekundární část musí co nejméně zatížena- MTN tedy musí pracovat v blízkosti stavu naprázdno

Měřicí transformátor napětí – MTN

Měřicí transformátor napětí – schéma pro jeho připojení

Obr. 5

- celková spotřeba měřicích přístrojů na sekundární straně nesmí překročit dovolené zatížení

(MTN se vyrábějí v řadě 10 – 25 – 50 – 100 – 200 VA)

- třída přesnosti měřicího transformátoru( 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1 – 3 % ) – při jmenovitém napětí a zatížení

- úhlová chyba (chyba fáze) – jde o velikost úhlu mezi fázorem primárního napětí U1 a fázorem skutečného sekundárního napětí U21 (většího než je sekundární napětí naprázdno U20) – úhlová chyba se vyjadřuje v úhlových minutách a projeví se při připojení elektroměru nebo wattmetru

- jmenovité sekundární napětí je 100 V- převod MTN je je tvaru zlomku – primární napětí / sekundární(např. 35 000/100 nebo 6 000/100) - Pokud by došlo ke zkratu na sekundárním vinutí, mohlo by dojít ke zničení transformátoru (vinutí je dimenzováno pouze na malé zatížení) – zkratu nutno zabránit!!

Ukázka předřadníku

Obr. 6

Kontrolní otázky

1. Hodnota předřadníku je (se zanedbatelnou chybou) rovna:a) Součinu vnitřního odporu voltmetru a poměru obou napětí (>1)b) Podílu vnitřního odporu voltmetru a poměru obou napětí (<1)c) Podílu Součinu vnitřního odporu voltmetru a poměru obou napětí

(>1)

2. Odporový dělič u elektrostatického voltmetru je nezatížený:a) Neb) Anoc) Nezáleží na tom

3. Pro měřicí transformátor napětí zjednodušeně platí:a) Pracuje nakrátko a nesmí se rozpojitb) Pracuje naprázdno a smí se zkratovatc) Pracuje naprázdno a nesmí se zkratovat

1. Hodnota předřadníku je (se zanedbatelnou chybou) rovna:a) Součinu vnitřního odporu voltmetru a poměru obou napětí (>1)b) Podílu vnitřního odporu voltmetru a poměru obou napětí (<1)c) Podílu Součinu vnitřního odporu voltmetru a poměru obou napětí

(>1)

Kontrolní otázky – správné odpovědi

2. Odporový dělič u elektrostatického voltmetru je nezatížený:a) Neb) Anoc) Nezáleží na tom

3. Pro měřicí transformátor napětí zjednodušeně platí:a) Pracuje nakrátko a nesmí se rozpojitb) Pracuje naprázdno a smí se zkratovatc) Pracuje naprázdno a nesmí se zkratovat

Seznam obrázků:

Obr. 1: vlastní, schéma pro aplikaci předřadníkuObr. 2: vlastní, schéma pro aplikaci odporového děličeObr. 3: vlastní, schéma pro aplikaci předřadného kondenzátoruObr. 4: vlastní, schéma pro aplikaci kapacitního děličeObr. 5: vlastní, schéma pro aplikaci měřicího transformátoru napětí (MTN)Obr. 6: vlastní, foto, předřadník 600 -750 – 1500 V

Seznam použité literatury:

[1] Vitejček, E.: Elektrické měření, SNTL, Praha, 1974

[2] Fiala, M., Vrožina, M., Hercik, J.: Elektrotechnická měření I, SNTL, Praha, 1986

Děkuji za pozornost