Meranie a Meracie Systemy Zakladne Experimenty

Žilinská univerzita v Žiline

Katedra teoretickej a aplikovanej elektrotechniky

Elektrotechnická fakulta

MERANIE A MERACIE SYSTÉMY :

ZÁKLADNÉ EXPERIMENTY

doc. Ing. Pavel Pavlásek, PhD.

Ing. Miroslav Gutten, PhD.

Ing. Daniel Korenčiak

2004

MERANIE A MERACIE SYSTÉMY: ZÁKLADNÉ EXPERIMENTY

Recenzent : Ing. Vilibalda Darmová, PhD.

Žilinská univerzita v Žiline _____________________________________________________ P. Pavlásek, M. Gutten, D. Korenčiak, 2004

Katedra teoretickej a aplikovanej elektrotechniky EF ŽU 2

ISBN 80-8070-286-1


OBSAH

ÚVOD ........................................................................................................................................................................4

PRÁCA V ELEKTROTECHNICKOM LABORATÓRIU .......................................................................................5

LABORATÓRNY PORIADOK ................................................................................................................................6

BEZPEČNOSŤ PRI PRÁCI S ELEKTRICKÝMI ZARIADENIAMI ......................................................................7

PRVÁ POMOC PRI ÚRAZE ELEKTRICKÝM PRÚDOM .....................................................................................9

1. KONTROLA WATTMETRA STRIEDAVÝM PRÚDOM............................................................................10

2. MERANIE ODPOROV VÝCHYLKOVÝMI METÓDAMI..........................................................................11

3. MERANIE JEDNOFÁZOVÉHO VÝKONU...................................................................................................12

4. MERANIE VLASTNOSTÍ MAGNETOELEKTRICKÝCH PRÍSTROJOV S USMERŇOVAČOM .........13

5. MERANIE INDUKČNOSTI A KAPACITY VÝCHYLKOVÝMI METÓDAMI .........................................14

6. MERANIE MAGNETICKÝCH VLASTNOSTÍ FEROMAGNETIKA.........................................................15

7. VIZUALIZÁCIA PRECHODNÝCH JAVOV OSCILOSKOPOM ................................................................16

8. SKÚMANIE REGULAČNÝCH VLASTNOSTÍ POTENCIOMETRA.........................................................17

9. MERANIE PARALELNÉHO A SÉRIOVÉHO REZONANČNÉHO OBVODU .........................................18

10. MERANIE NA ANALÓGOVOM PREVODNÍKU .......................................................................................19

11. KONTROLA STUPNICE JEDNOSMERNÉHO VOLTMETRA POMOCOU KOMPENZÁTORA...........20

12. MERANIE ODPOROV MOSTÍKOVÝMI METÓDAMI ..............................................................................21

13. MERANIE INDUKČNOSTI A KAPACITY MOSTÍKOVÝMI METÓDAMI ...........................................22

14. MERANIE TROJFÁZOVÉHO VÝKONU......................................................................................................23

15. MERANIE VZÁJOMNEJ INDUKČNOSTI....................................................................................................24

16. SKÚMANIE VLASTNOSTÍ PASÍVNEJ DVOJBRÁNY V HARMONICKOM REŽIME.........................25

17. MERANIE FREKVENCIE A FÁZOVÉHO POSUNU OSCILOSKOPOM ................................................26

18. MERANIE PRIEBEHU NAPÄTIA A PRÚDU TRANSFORMÁTORA OSCILOSKOPOM.....................27

19. MERANIE NA SÉRIOVOM FEROREZONANČNOM OBVODE..............................................................28

20. MERANIE STRIEDAVÉHO OBVODU S PREMENLIVÝM PARAMETROM.........................................29

21. MERANIE KAPACITY POMOCOU OSCILOSKOPU.................................................................................30

22. MERANIE JEDNOFÁZOVÉHO VÝKONU POMOCOU ČÍSLICOVÉHO WATTMETRA ..........................31

ZÁVER ....................................................................................................................................................................32

LITERATÚRA.........................................................................................................................................................33



ÚVOD

Experimentálna časť Merania a meracích systémov obsahuje základné úlohy z oblasti elektrického merania pre študentov inžinierskeho štúdia Elektrotechnickej fakulty Žilinskej univerzity a korešponduje s teoretickou časťou predmetu Elektrické meranie pre 2. ročník inžinierskeho štúdia. Predkladaný dokument je určený najmä cieľovej skupine študentov využívajúcich formu e-Vzdelávania, ale môže byť užitočný aj pre prezenčnú formu štúdia na rozvoj psychomotorických a manuálnych zručností študentov s elektrotechnickým zameraním.

Forma spracovania úloh z experimentálnych meraní poskytuje študentom základnú špecifikáciu cieľov merania so zoznamom úloh, ako aj schému zapojenia meracieho obvodu. Súčasne je v každej z meraných úloh zobrazené reálne prostredie s prvkami meracieho obvodu (resp. je zobrazený dominantný prvok meracieho reťazca samostatne). Táto forma predkladaného dokumentu je zvolená s cieľom stimulovať študenta k samostatnej experimentálnej práci a prezentovať meracie prístroje a zariadenia v názornom laboratórnom prostredí. Účinné používanie prekladaného textu je podmienené samostatnou teoretickou prípravou z elektrických meracích prístrojov a elektrických meracích metód, ako aj predbežnými vedomosťami z Fyziky a Teoretickej elektrotechniky.

Experimentálne úlohy sa realizujú s najfrekventovanejšími prvkami meracieho reťazca – s použitím meracích prístrojov, prevodníkov, regulačných prvkov a spotrebičov, ako aj reprezentatívnych metód merania parametrov aktívnych a pasívnych elektrických veličín. V úvode dokumentu sa nachádzajú všeobecné pokyny pre prácu v elektrotechnickom laboratóriu a pokyny k bezpečnosti pri práci s elektrickými zariadeniami.

Vzhľadom na dynamicky sa meniaci obsah učiva (nové druhy prístrojov, trendy k digitalizácii dát, automatizácii merania a spracovania dát) predpokladajú autori pravidelnú inováciu obsahu predkladaného textu.

Samostatné experimentálne meranie s jednoduchým meracím obvodom



PRÁCA V ELEKTROTECHNICKOM LABORATÓRIU Odborná spôsobilosť pracovníkov na činnosť na elektrických zariadeniach

Práca v elektrotechnickom laboratóriu sa riadi Vyhláškou č. 218/2002 Z.z., v ktorej sú

určené stupne odbornej spôsobilosti v elektrotechnike podľa odborného vzdelania a náročnosti vykonávanej práce. Stupne odbornej spôsobilosti sú :

a) poučený pracovník (nemusí mať elektrotechnické vzdelanie),

b) elektrotechnik (vykonáva činnosť na vyhradených elektrických zariadeniach v rozsahu osvedčenia a nevyžaduje sa odborná prax),

c) samostatný elektrotechnik (vykonáva samostatnú činnosť, spĺňa požiadavky odbornej spôsobilosti, má odbornú prax),

d) elektrotechnik na riadenie činnosti alebo na riadenie prevádzky (riadi činnosť pouče-ných pracovníkov, elektrotechnikov a samostatných elektrotechnikov),

e) elektrotechnik špecialista (pracovník pre projektovanie, odborné prehliadky a odborné skúšky).

Študenti sa na cvičeniach v laboratóriách považujú za pracovníkov poučených, aj napriek

ich odbornému elektrotechnickému vzdelaniu zo strednej odbornej školy alebo stredného odborného učilišťa.

Podľa § 20 Vyhlášky č. 218/2002 Z.z., poučený pracovník je pracovník bez

elektrotechnického vzdelania, ktorý v rámci svojej činnosti prichádza do styku s elektrickým zariadením, na ktorom pracuje alebo ho obsluhuje a ktorý bol preukázateľne poučený v rozsahu vykonávanej činnosti na tomto druhu zariadenia a zacvičený v poskytovaní prvej pomoci pri úraze elektrickým prúdom.

Poučeným pracovníkom musí byť každý pracovník, ktorý prichádza do styku s

elektrickým zariadením. Jeho odborná spôsobilosť sa preukazuje zápisom o poučení (napr. v zápisníku bezpečnosti práce, v prezenčnej listine o poučení alebo v inej personálnej evidencii).

Poučení pracovníci môžu:

a) samostatne obsluhovať jednoduché elektrické zariadenia všetkých napätí (napr. spínaním, regulovaním, čítaním údajov trvalo inštalovaných prístrojov, a pod.),

b) pracovať na častiach elektrického zariadenia nízkeho napätia (nn) bez pripojeného napätia, c) pracovať s dohľadom v blízkosti nekrytých častí pod nízkym napätím (nn) vo vzdialenosti

väčšej ako 20 cm.

Poučení pracovníci nesmú:

a) pracovať na častiach elektrického zariadenia pod napätím, b) používať odev alebo doplnky, ktoré ohrozujú bezpečnosť pri práci a obsluhe.



LABORATÓRNY PORIADOK 1. Študenti musia byť na laboratórne merania pripravení (názov a obsah úlohy, cieľ a postup

pri meraní, schéma zapojenia, tabuľky, a pod.).

2. Pred zapojením elektrického obvodu sú študenti povinní oboznámiť sa s meracími prístrojmi a zariadeniami, s ktorými budú realizovať meranie.

3. Elektrické obvody študenti zapájajú vždy pri odpojenom napájacom zdroji.

4. Meracie zariadenia sa ukladajú len na izolovanú pracovnú plochu (laboratórny stôl).

5. Všetky meracie zariadenia, okrem prístrojov s dokonalou izoláciou, sa musia pred uvedením do prevádzky zabezpečiť ochranou nulovaním alebo zemnením.

6. Zapojenie elektrického obvodu musí byť prehľadné, vypínače nesmú byť prikryté a musia byť vždy v dosahu obsluhy.

7. Pri zapájaní prístrojov musia byť svorky spoľahlivo upevnené. Ak to nie je nutné, nesmú byť v jednej elektrickej svorke prístroja dve očká spojovacích vodičov. Prívodné vodiče sa nesmú namáhať ťahom, nesmú sa navíjať a skrúcať.

8. Pred meraním je nutné skontrolovať, či sa neizolovaná časť živého vodiča nedotýka vodivej časti niektorého prístroja.

9. Pred meraním sa regulačné prístroje (reostaty, potenciometre, regulačné autotransformátory) nastavujú do polohy, v ktorej je na výstupe nulové alebo minimálne napätie a v obvode nulový alebo minimálny prúd. Rozsahy meracích prístrojov sa musia nastaviť tak, aby sa pri zapnutí prístroje nepoškodili.

10. Pripojiť merací obvod na zdroj elektrickej energie sa smie len so súhlasom pracovníka vykonávajúceho dozor alebo dohľad.

11. Po pripojení meracieho obvodu na zdroj elektrickej energie sa obsluha môže dotýkať len častí prístrojov, ktoré sú určené na vypínanie, reguláciu a ovládanie.

12. Zmeny v zapojení obvodu sa môžu vykonávať len po odpojení celého obvodu od zdroja. Ak spolupracuje pri meraní viac osôb, obvod vypne a prepojí vždy len tá istá osoba. Na opätovné zapojenie zdroja k meraciemu obvodu sa musí vždy vyžiadať súhlas pracovníka vykonávajúceho dozor alebo dohľad.

13. Každý pracovník v elektrotechnickom laboratóriu musí pracovať tak, aby neohrozil vlastnú bezpečnosť a ani bezpečnosť svojich spolupracovníkov. V prípade zistenia poruchy je nevyhnutné okamžite odpojiť merací obvod od elektrického napájacieho zdroja a poruchu oznámiť pracovníkovi, ktorý vykonáva dozor alebo dohľad. V prípade nutnosti sa vypne hlavný vypínač pomocou bezpečnostného tlačidla.

14. Po skončení merania sa najskôr odpojí napájací zdroj a až potom sa rozpojí merací obvod.

15. Ak sa pri meraní v obvode nachádzal kondenzátor, je potrebné po skončení merania spojiť jeho svorky nakrátko (elektrický náboj na kondenzátore môže spôsobiť vážny úraz).

16. Vidlice prívodných pohyblivých šnúr sa vyťahujú zo zásuvky uchopením za vidlicu (nie za šnúru) tak, aby nedošlo k poškodeniu šnúry alebo zásuvky. Tiež spojovacie vodiče sa vyťahujú uchopením za banánik. Vodiče s očkom sa odpojujú až po uvoľnení svorky.

17. Pri vzniku požiaru sa musí okamžite vypnúť zdroj elektrickej energie (hlavný vypínač). Požiar v elektrotechnickom laboratóriu sa smie hasiť len vhodným hasiacim prístrojom, ktorý je umiestnený v laboratóriu, nikdy nie vodou!



BEZPEČNOSŤ PRI PRÁCI S ELEKTRICKÝMI ZARIADENIAMI Pri práci s elektrotechnickým zariadením môže dôjsť k úrazu elektrickým prúdom.

Dôsledky úrazu elektrickým prúdom závisia od veľkosti prúdu tečúceho ľudským telom, t.j. od veľkosti tzv. dotykového napätia a od veľkosti odporu ľudského tela, ktorým prúd preteká.

Úraz elektrickým prúdom v elektrotechnickom laboratóriu do 1000 V môže vzniknúť v týchto prípadoch:

a) dotykom živých častí elektrického zariadenia, ktoré majú nebezpečné napätie proti zemi, pritom vzniká tzv. jednopólový dotyk (ľudské telo, resp. jeho časť vytvára vodivú cestu medzi živou časťou zariadenia a zemou a preteká ním elektrický prúd),

b) súčasným dotykom živých častí rozličnej polarity, resp. rôznych veľkostí napätia proti zemi, keď vzniká dvojpólový dotyk (ľudským telom, resp. jeho časťou preteká elektrický prúd, a to aj vtedy, keď je dobre izolované od zeme).

c) dotykom vodivých častí elektrotechnického zariadenia (napr. kovový kryt), ktoré za normálnych okolností nie sú pod napätím, avšak následkom porušenia izolácie niektorej živej časti vznikne na nich nebezpečné napätie proti zemi.

Nebezpečie úrazu jednopólovým dotykom môžeme podstatne zmenšiť, prípadne vylúčiť, ak stojíme na izolačnej podložke (napr. na dielektrickom koberci). Možnosť úrazu dvojpólovým dotykom však toto opatrenie neodstráni.

Účinok elektrického prúdu na organizmus človeka pri danej hodnote dotykového napätia

ovplyvňujú nasledovné faktory :

a) cesta, ktorou elektrický prúd preteká telom,

b) veľkosť elektrického prúdu, ktorá závisí aj od veľkosti elektrického odporu časti tela, kto-rou prúd tečie,

c) doba pôsobenia elektrického prúdu na ľudský organizmus,

d) druh prúdovej sústavy (jednosmerná, striedavá), tvar časového priebehu elektrického prúdu, v prípade striedavého prúdu aj frekvencia,

e) fyzický a psychický stav človeka v okamihu dotyku.

Pri striedavom prúde je spodná hranica pocitov pri prúde asi 0,5 mA. Prúd do 5 mA spôsobuje chvenie v rukách. Pri prúde okolo 13 mA nastáva kŕčovité chvenie rúk, prsty sa dajú len násilím otvoriť. Prúd 25 mA sa dá považovať ešte za prúd, ktorý nespôsobuje vážne následky na zdraví postihnutej osoby. Nad touto hranicou dochádza k bolestivým kŕčom postihnutých svalov, duseniu, ochabnutiu srdcovej činnosti a postihnutý spravidla omdlieva. Prúd nad 80 mA vyvoláva fibriláciu srdcových komôr. Preto úraz prúdom nad 80 mA je nebezpečný a býva smrteľný.

Odpor tela v závislosti od doby pôsobenia prúdu klesá veľmi rýchlo, preto treba pri úraze

okamžite prerušiť prúd! Fyziologické účinky sú závislé tiež od druhu a tvaru prúdu. Za najnebezpečnejší sa

považuje prúd s frekvenciou 10-1000 Hz. Pri vyšších frekvenciách účinky prúdu slabnú. Tak napr. pri 2000 Hz je účinok polovičný, pri 10 000 Hz klesá asi na jednu pätinu.



Dôležitým činiteľom pri úraze elektrickým prúdom je tiež fyziologický a psychický stav postihnutého. Únava, rozčúlenie, opilosť a iné stavy fyziologickej a psychologickej nerovnováhy zoslabujú odolnosť organizmu voči účinkom prúdu.

Účinky jednosmerného prúdu sú 2 až 3-krát slabšie ako účinky striedavého prúdu

s frekvenciou 50 Hz. Tiež charakter fyziologických zmien pri účinku jednosmerného prúdu je iný, nedochádza k fibrilácii a k zastaveniu činnosti srdca, ale jednosmerný elektrický prúd elektrolyticky rozkladá krv.

Experimentálne meranie v elektrotechnickom laboratóriu s dohľadom



PRVÁ POMOC PRI ÚRAZE ELEKTRICKÝM PRÚDOM Postup pri záchrane osoby, ktorá utrpela úraz elektrickým prúdom :

1. Vyslobodiť postihnutého z dosahu elektrického prúdu (vypnutím elektrického prúdu vypínačom alebo istiacim prvkom, vytiahnutím elektrickej šnúry zo zásuvky, prerušením alebo odsunutím vodiča, odtiahnutím postihnutého vhodným spôsobom, v laboratóriu vypnutím napájacieho zdroja od meracieho obvodu alebo vypnutím hlavného vypínača stlačením havarijného tlačidla).

2. Ak postihnutý nedýcha, okamžite poskytnúť postihnutému umelé dýchanie z pľúc do

pľúc (resustitácia).

3. Ak nie je srdcový pulz hmatateľný, okamžite poskytnúť postihnutému nepriamu masáž srdca.

4. Ak je postihnutý v bezvedomí, prvú pomoc poskytujeme ako každému postihnutému v stave bezvedomia. Pacienti v bezvedomí bez zastavenia krvného obehu vyžadujú sledovanie dýchania. Pri postihnutom pri vedomí aplikujeme opatrenia proti šoku.

5. Vstup a výstup elektrického prúdu na povrchu tela môže spôsobiť popáleniny. Je potrebné ich sterilne prikryť a obviazať.

6. Okamžite zabezpečiť rýchlu zdravotnícku pomoc.

7. Čo najskôr upovedomiť príslušného vedúceho pracoviska.



1. KONTROLA WATTMETRA STRIEDAVÝM PRÚDOM

Cieľ merania: 1. Oboznámiť sa s metodikou kontroly (ciachovania) wattmetra striedavým prúdom.

2. Zostrojovať korekčné krivky a vyhodnocovať ich. Úlohy:

1. Skontrolujte stupnicu wattmetra striedavým prúdom pri jednom rozsahu napätia a prúdu pre hodnoty účinníka cos ϕ = 1; 0,75; 0,5.

2. Vypočítajte korekcie a zostrojte korekčné krivky pre všetky zadané účinníky.

3. Skontrolujte a rozhodnite, či prístroj vyhovuje udanej triede presnosti. Schéma zapojenia:

Experimentálne prístroje a zariadenia:



2. MERANIE ODPOROV VÝCHYLKOVÝMI METÓDAMI

Cieľ merania: 1. Oboznámiť sa s výchylkovými metódami merania odporov.

2. Naučiť sa voliť vhodnú metódu merania podľa veľkosti hodnoty meranej veličiny a požiadaviek na presnosť merania.

Úlohy: 1. Zmerajte dané odpory Ohmovou metódou v oboch zapojeniach voltmetra a vypočítajte

absolútne a relatívne chyby metódy.

2. Zmerajte dané odpory meraných odporov bez korekcie na vplyv meracích prístrojov (RIx) i

s korekciou (Rx). V zhodnotení porovnajte výsledky.

3. Zmerajte dané odpory substitučnými metódami a v zhodnotení uveďte koreláciu výsledkov s porovnávacími metódami.

Schémy zapojení:




3. MERANIE JEDNOFÁZOVÉHO VÝKONU

Cieľ merania: 1. Naučiť sa merať jednofázový činný výkon spotrebiča elektrodynamickým wattmetrom.

2. Určovať a vylučovať chyby metódy pri meraní výkonu spôsobené spotrebou prístrojov.

3. Stanoviť na základe merania jalový výkon, zdanlivý výkon a účinník záťaže (spotrebiča). Úlohy:

1. Zmerajte činný výkon záťaže v závislosti od napätia na jej svorkách pre dva spôsoby zapojenia wattmetra.

2. Z nameraných hodnôt vypočítajte chybu metódy merania výkonu a skutočný výkon záťaže.

3. Pre dva spôsoby zapojenia wattmetra zostrojte v závislosti od napätia priebehy: a) nameraného a skutočného výkonu, b) absolútnej a relatívnej chyby metódy merania výkonu.

4. Vypočítajte jalový výkon, zdanlivý výkon a účinník záťaže pre dve hodnoty napätia (napr. pre 100 V a 200 V).

Schémy zapojení:




4. MERANIE VLASTNOSTÍ MAGNETOELEKTRICKÝCH PRÍSTROJOV S USMERŇOVAČOM

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s vlastnosťami magnetoelektrického prístroja s usmerňovačom a s vplyvom usmerňovača na linearitu stupnice prístroja.

2. Identifikovať a kvantifikovať vplyv a veľkosť chýb pri meraní striedavého napätia neharmonického priebehu magnetoelektrickým prístrojom s usmerňovačom.

3. Určiť veľkosť činiteľa tvaru pri neharmonickom napájaní. Úlohy:

1. Overte priebeh stupnice striedavého magnetoelektrického voltmetra s usmerňovačom ("V3") pre rozsahy 3 a 6 V pri rozsahu miliampérmetra 0,06 a 0,24 mA.

2. Porovnaním s údajmi elektromagnetického voltmetra zistíte chybu voltmetra s usmerňovačom ("V3") pri meraní daného neharmonického napätia na rozsahu 3 a 6 V a určite činiteľ tvaru kt.

Schémy zapojení: Experimentálne prístroje a zariadenia:



5. MERANIE INDUKČNOSTI A KAPACITY VÝCHYLKOVÝMI METÓDAMI

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s výchylkovými metódami merania indukčnosti a kapacity.

2. Naučiť sa voliť vhodnú metódu merania podľa veľkosti hodnoty meranej veličiny a požiadaviek na presnosť merania.

Úlohy: 1. Určite vlastnú indukčnosť vybranej technickej cievky:

a) pomocou voltmetra a ampérmetra, b) pomocou voltmetra, ampérmetra a wattmetra, c) tromi ampérmetrami.

2. Určite kapacitu vybraného kondenzátora: a) pomocou voltmetra a ampérmetra, b) metódou substitučnou.

3. Porovnajte výsledky merania získané pomocou zvolených metód a zhodnoťte úlohu. Schémy zapojení na meranie indukčnosti:

Schémy zapojení na meranie kapacity: Experimentálne prístroje a zariadenia:



6. MERANIE MAGNETICKÝCH VLASTNOSTÍ FEROMAGNETIKA

Cieľ merania:

1. Zmerať magnetizačnú krivku a z nej určiť statickú a dynamickú permeabilitu.

2. Snímať hysteréznu slučku osciloskopom. Úlohy:

1. Odmerajte závislosť napätí U2 od U1.

2. Vypočítajte z nameraných hodnôt U1 a U2 magnetizačnú krivku a nakreslite ju.

3. Z magnetizačnej krivky nakreslite grafickú závislosť statickej a dynamickej permeability od intenzity magnetického poľa.

4. Na osciloskope overte priebeh hysteréznej slučky a sledujte, ako sa mení tvar hysteréznej slučky pri zmenšovaní prúdu, resp. napätia.

Schéma zapojenia:

Experimentálne prístroje a zariadenia :



7. VIZUALIZÁCIA PRECHODNÝCH JAVOV OSCILOSKOPOM

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s vlastnosťami sériového obvodu R-L, R-C a R-L-C. Úlohy:

1. Zrealizujte osciloskopické snímanie priebehov prúdu, napätia na cievke a napätia na rezistore po pripojení sériového obvodu R-L na prerušované jednosmerné napätie. Pozorujte a teoreticky zdôvodnite vplyv zmeny hodnoty odporu R na priebehy.

2. Zrealizujte osciloskopické snímanie priebehov prúdu a napätia na kondenzátore a na rezistore v sériovom obvode R-C. Zdôvodnite vplyv zmeny hodnoty kapacity a odporu na tieto priebehy.

3. Zrealizujte osciloskopické snímanie priebehov prúdu a napätia na jednotlivých prvkov v kmitavom R-L-C v sérii. Zmenou R alebo C demonštrujte aperiodický dej a zistite, pri akej hodnote odporu R = Rk nastane približne dej na hranici aperiodicity.

4. Zaznamenajte a vyhodnoťte všetky sledované priebehy prúdov a napätí. Schéma zapojenia:




8. SKÚMANIE REGULAČNÝCH VLASTNOSTÍ POTENCIOMETRA

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s regulačnými vlastnosťami zaťaženého odporového deliča napätia. Úlohy:

1. Odvoďte vzťah

zRRnn

nU)1(1

112

−+=U , niektorou zo známych metód riešenia

lineárnych obvodov a vypočítajte závislosť

hodnoty pomeru . =pRRZ

2. Zistite tieto závislosti experimentálne a príslušných grafov.

Schéma zapojenia:


Katedra teoretickej a aplikovanej elektrotechniky EF ŽU

od n pre stav naprázdno a pre ďalšie tri UU

2

1

porovnajte ich s vypočítanými zostrojením

17


9. MERANIE PARALELNÉHO A SÉRIOVÉHO REZONANČNÉHO OBVODU

Cieľ merania:

1. Experimentálne overiť vlastnosti paralelného a sériového rezonančného obvodu v závislosti od premenlivej kapacity.

Úlohy: 1. Premerajte závislosť celkového prúdu I od kapacity C pre rôzne hodnoty odporu Rp v

paralelnom rezonančnom obvode.

2. Premerajte závislosť celkového prúdu I od kapacity C pre rôzne hodnoty odporu Rp v sériovom rezonančnom obvode.

Schémy zapojení:

xperimentálne prístroje a zariadenia: E



10. MERANIE NA ANALÓGOVOM PREVODNÍKU

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s vlastnosťami analógového prevodníka typu NMLS.R20 DG, ktorý prevádza analógový signál z odporového vysielača na definovaný napäťový signál.

Úlohy: 1. Zapojte obvod podľa schémy zapojenia pre funkčnú prácu s prevodníkom:

a) na svorky 3 a 4 pripojte voltmeter V2, b) na svorky 5 a 6 pripojte postupne:

potenciometer 2,5 MΩ s lineárnou závislosťou (2M5/N), • • potenciometer 2,5 MΩ s logaritmickou závislosťou (2M5/G),

c) pripojte zdroj jednosmerného napätia 24 V na svorky 1 a 2 cez vstupný voltmeter V1.

2. Premerajte na prevodníku závislosť výstupných hodnôt napätia U2 od vstupných hodnôt odporu obidvoch potenciometrov.

Schéma zapojenia:

1




11. KONTROLA STUPNICE JEDNOSMERNÉHO VOLTMETRA POMOCOU KOMPENZÁTORA

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s princípom jednoduchej a dvojitej kompenzácie.

2. Zoznámiť sa s jednosmerným kompenzátorom QTK Metra.

3. Kontrolovať presnosť stupnice jednosmerného voltmetra kompenzačnou metódou. Úlohy:

1. Naučte sa obsluhovať kompenzátor QTK Metra a pripravte kompenzátor na meranie (nastavenie kompenzačného prúdu Ip) - prvá kompenzácia.

2. Skontrolujte stupnicu jednosmerného voltmetra kompenzátorom QTK Metra - druhá kompenzácia.

3. Zostrojte korekčnú krivku a skontrolujte, či voltmeter vyhovuje svojej triede presnosti. Schéma zapojenia:




12. MERANIE ODPOROV MOSTÍKOVÝMI METÓDAMI

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s mostíkovými metódami merania odporov.

2. Zostaviť jednoduché mostíky pre meranie odporov a naučiť sa s nimi merať. Úlohy:

1. Zostavte Wheatstoneov mostík. Zmerajte pomocou Wheatstoneovho mostíka odpory daných rezistorov.

2. Zostavte Thompsonov mostík. Zmerajte pomocou Thompsonovho mostíka odpory daných bočníkov. Porovnajte vypočítanú hodnotu odporu bočníka s nameranou hodnotou, ak sú známe hodnoty nominálneho napätia a prúdu bočníka.

Schémy zapojení:




13. MERANIE INDUKČNOSTI A KAPACITY MOSTÍKOVÝMI METÓDAMI

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s vlastnosťami striedavých mostíkov.

2. Oboznámiť sa s mostíkovými metódami merania indukčnosti a kapacity.

3. Zostaviť jednoduché mostíky pre meranie indukčnosti a kapacity a naučiť sa s nimi merať. Úlohy:

1. Zmerajte vlastnú indukčnosť daných cievok pomocou Maxwell-Wienovho mostíka.

2. Zmerajte kapacitu daných kondenzátorov pomocou Wheatstoneovho mostíka.

Schémy zapojení:




14. MERANIE TROJFÁZOVÉHO VÝKONU

Cieľ merania:

1. Skontrolovať sled fáz (poradie fáz) použitej trojfázovej sústavy.

2. Oboznámiť sa s meraním činného a jalového výkonu trojfázového spotrebiča použitím dvoch wattmetrov v Aronovom zapojení.

Úlohy:

1. Skontrolujte sled fáz danej trojfázovej sústavy wattmetrom.

2. Zmerajte činný výkon daného nesúmerného trojfázového spotrebiča metódou dvoch wattmetrov v Aronovom zapojení.

3. Zmerajte jalový výkon daného nesúmerného trojfázového spotrebiča metódou dvoch wattmetrov a z experimentálnych výsledkov určite charakter záťaže.

Schéma zapojenia:




15. MERANIE VZÁJOMNEJ INDUKČNOSTI

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s výchylkovými metódami merania vzájomnej indukčnosti.

2. Zostaviť Carey-Fosterov mostík a naučiť sa merať vzájomnú indukčnosť mostíkom. Úlohy:

1. Určíte vzájomnú indukčnosť dvoch cievok: a) meraním celkovej indukčnosti pri magneticky súhlasnom a protismernom zapojení

cievok v sérii, b) meraním pomocou voltmetra a ampérmetra.

2. Zostavte Careyho-Fosterov mostík a zmerajte vzájomnú indukčnosť daných cievok.

3. Porovnajte a kvantitatívne zhodnoťte výsledky získané jednotlivými metódami.

Schémy zapojení:




16. SKÚMANIE VLASTNOSTÍ PASÍVNEJ DVOJBRÁNY V HARMONICKOM REŽIME

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s praktickými vlastnosťami lineárneho pasívnej dvojbrány.

2. Meraním zistiť vlastnosti lineárnej pasívnej dvojbány. Úlohy:

1. Premerajte vstupný prúd I1, príkon P1, výstupný prúd I2 a napätie U2 v závislosti od zaťažovacieho odporu Rz pri konštantnom vstupnom napätí U1.

2. Z nameraných hodnôt vypočítajte výkon P2, účinnosť η , účinník cos ϕ a fázový posun ϕ.

3. Zostrojte v komplexnej rovine kružnicový diagram vstupného prúdu a porovnajte ho s fázorovou čiarou zostrojenou zo všetkých nameraných hodnôt I1.

4. Zostrojte grafické závislosti U2, P2, P1, η od I1. Schéma zapojenia:




17. MERANIE FREKVENCIE A FÁZOVÉHO POSUNU OSCILOSKOPOM

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s meraním frekvencie a fázového posunu na prvku R-C.

2. Merať frekvenciu a fázový posun pomocou osciloskopu. Úlohy:

1. Zapojte merací obvod podľa schémy na meranie fázového posunu osciloskopom a pri vhodne zvolenej frekvencii časovej základne odkreslite 5 časových priebehov napätí na kondenzátore a potenciometri pri rôznych fázových posunoch. Fázové posuny realizujte zmenou polohy jazdca potenciometra R. Určite príslušné fázové posuny.

2. Skontrolujte pomocou Lissajousových obrazcov stupnicu frekvenčného generátora pre hodnoty 200, 400, 800, 1200, 1600 Hz porovnaním s frekvenčným normálom 800 Hz.

Schémy zapojení: Experimentálne prístroje a zariadenia:



18. MERANIE PRIEBEHU NAPÄTIA A PRÚDU TRANSFORMÁTORA OSCILOSKOPOM

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s osciloskopickým meraním priebehu napätia a prúdu transformátora. Úlohy:

1. Zostavte zapojenie podľa schémy a snímajte časové priebehy primárneho napätia a primárneho prúdu.

2. Získané hodnoty porovnajte kvalitatívne s ich teoretickými priebehmi. Snímanie priebehov realizujte:

Ak je transformátor napájaný harmonickým napätím:

a) pri chode naprázdno pre tri hodnoty U1 = 40 V, 120 V, 220 V b) pri zaťažení pre U1 = 220 V a dve hodnoty sekundárneho prúdu I2 = 1A a 3A.

Ak je transformátor napájaný harmonickým prúdom:

a) pri chode naprázdno pre tri hodnoty prúdu I1 b) pri zaťažení pre tri hodnoty prúdu I2.

Schéma zapojenia:




19. MERANIE NA SÉRIOVOM FEROREZONANČNOM OBVODE

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s vlastnosťami sériového ferorezonančného obvodu.

2. Experimentálne overiť činnosť ferorezonančného stabilizátora.

3. Preskúmať vplyv zdroja na vlastnosti ferorezonančného obvodu Úlohy:

1. Premerajte a graficky znázornite voltampérovú charakteristiku nelineárnej indukčnosti (toroidu so železným jadrom) a charakteristiku kondenzátora.

2. Zostrojte graficky výslednú voltampérovú charakteristiku kondenzátora a toroidu spojených do série.

3. Zostrojte graficky stabilizačnú charakteristiku, t. j. závislosť U2 od U1.

4. Premerajte voltampérovú charakteristiku celého nezaťaženého obvodu.

5. Premerajte stabilizačnú charakteristiku pre hodnoty zaťažovacích odporov: a) Rz1 = ∞ Ω , b) Rz2 = 10 kΩ , c) Rz3 = 1 kΩ.

6. Stanovte hodnoty činiteľa stabilizácie.

7. Vyhodnoťte a zdôvodnite rozdiely medzi graficky zostrojenými a nameranými charakteristikami.

Schéma zapojenia:




20. MERANIE STRIEDAVÉHO OBVODU S PREMENLIVÝM PARAMETROM

Cieľ merania:

1. Meraním overiť vzťahy medzi elektrickými veličinami v sériovom obvode R-C, napájanom konštantným napätím.

2. Experimentálne ukázať, že fázorovou čiarou prúdu, napätia na odpore a zdanlivého výkonu pri zmene jedného z oboch parametrov sú polkružnice.

Úlohy:

1. Premerajte pri konštantnom napätí U1 závislosť prúdu I a napätí UR a UC od: a) premenného odporu pri konštantnej kapacite C , b) premennej kapacite pri konštantnom odpore R .

2. Zostrojte graficky pre oba prípady fázorové čiary a porovnajte s presným kružnicovým diagramom.

ZR PUI &&& a ,

3. Určite z diagramu činný a jalový výkon a účinník. Ich hodnoty vyneste do pravouhlej súradnicovej sústavy v závislosti od premenného prvku.

)( pPZ&

Schéma zapojenia:




21. MERANIE KAPACITY POMOCOU OSCILOSKOPU

Cieľ merania:

1. Oboznámiť sa s meraním kapacity grafickou metódou pomocou osciloskopu. Úlohy:

1. Zapojte obvod podľa schémy a odkreslite obrazec z osciloskopu.

2. Vypočítajte kapacitu neznámeho kondenzátora na základe vzťahov:

NR

CC R

UU

Z ⋅= Nm

mCC R

XY

XZ ⋅== CC XfX ⋅⋅π

=⋅ω 2

11C =

Schéma zapojenia:




22. MERANIE JEDNOFÁZOVÉHO VÝKONU POMOCOU ČÍSLICOVÉHO WATTMETRA

Cieľ merania

1. Oboznámiť sa s meraním a určovaním výkonu záťaže v jednofázovej sústave pomocou číslicového wattmetra.

Úlohy: 1. Pomocou číslicového wattmetra s pripojením na merací transformátor prúdu zmerajte výkon

a účinník záťaže v závislosti od napätia.

2. Vypočítajte veľkosť záťaže Z a určíte jej druh. Schéma zapojenia:




ZÁVER Experimentálne meranie elektrických veličín je jednou zo základných vedomostí a zručností

profesionálnej prípravy absolventoov elektrotechnického inžinierskeho štúdia. Samostatná príprava, plánovanie, riadenie a realizácia experimentu patria k hlavným požiadavkam na profil absolventa. V tomto duchu a s týmto cieľom zostavili autori predkladaný dokument, ktorý vychádza z predpokladu, že takto získané a zvládnuté vedomosti a zručnosti zo základov elektrických meraní budú dobrým úvodom na zvládnutie ďalších špecializovaných meraní v procese profilovania absolventov elektrotechnického inžinierskeho štúdia v oblasti elektroenergetiky, elektrických výkonových sytémov, elektroniky, riadiacich systémov, informačných a telekomunikačných systémov a automatizačnej techniky. Priebežne sa pripravuje rozšírenie a doplnenie obsahu dokumentu o komplexné merania a analýzy rôznych signálov, namä s podporou osciloskopu, merania s číslicovými meracími prístrojmi a meracími systémami s využívaním počítačovej podpory. Forma dokumentu je vhodná pre e-Knižnicu a podriaďuje sa tomuto trendu, čím poskytuje relatívne krátky čas na inováciu jeho obsahu i didaktickej formy. Autori budú vďační za každú dobre myslenú pripomienku k obsahu i forme predkladaného

dokumentu, ktorý nebol cielený ako komplexný dokument z oblasti meracích systémov a merania, ale ako cieľovo orientovaný dokument určený najmä pre študentov k predmetu Elektrické meranie, ktorí využívajú formu e-Vzdelávania. Súčasne vyslovujú autori uznanie a poďakovanie všetkým, ktorí akýmkoľvek spôsobom

umožnili zostaviť tento dokument. Ide najmä o pracovníkov Katedry teoretickej a aplikovanej elektrotechniky EF Žilinskej univerzity, ktorí zostavovanali obvody, overovali fukčnosť a merali s prezentovanými meracími obvodmi. Je logické, že autori aj napriek úprimnej snahe mohli urobiť nejaké chyby a nepresnosti vo forme i obsahu. Preto budú vďační za akékoľvek pripomienky a názory na predkladaný dokument a prosia posielať ich hlavnému autorovi a garantovi predmetu Elektrické meranie na EF ŽU doc. Ing. Pavlovi Pavláskovi, PhD. formou e-mailu na adresu : [email protected], za čo vopred vyslovujú všetkým úprimné poďakovanie.


mailto:[email protected]



LITERATÚRA [1] Čápová, K., Dvořáková, I., Slovák, J. : Elektrické meranie. Skriptum VŠDS, ALFA

Bratislava, 1987

[2] Šimko, M., Petrilák, J. : Elektrické meranie. Skriptum ŽU Žilina, 1999

[3] Székely, J. a kol : Elektrické meranie. Experimentálna časť. Skriptum VŠDS Žilina, 1989

[4] Bajcsy, J. : Základy meracej techniky. Skriptum STU Bratislava, 1993

[5] Bajcsy, J. a kol.: Elektrické meranie. Skriptum STU Bratislava, 1994

[6] Bajcsy, J. a kol.: Meranie elektrických veličín. Skriptum STU Bratislava, 1994

[7] Fajt, V. a kol.: Elektrická měření. SNTL/ALFA Praha, 1987

[8] Normy STN – ISO

[9] Katalógy meracích systémov a prístrojov firiem (METRA, FLUKE, Agilent Technologies,

Keithly, Ahlborn, Endress-Hauser, Kraus-Naimer, Honeywell, Tektronics, NEMA, Omron,

Promax, LEMA, MTC, Gibson Tech, Link Instruments, National Instruments, a i.)

Meranie a Meracie Systemy Zakladne Experimenty

Documents

Transcript of Meranie a Meracie Systemy Zakladne Experimenty