Základní konstrukce měřících přístrojů
Analogové měřící přístroje s elektromechanickým ústrojím jsou zařízení, která využívají magnetických, tepelných a dynamických účinků elektrického proudu případně silového působení elektrostatického pole ke stanovení velikosti některé veličiny. Jejich hlavní částí je elektromechanické měřící ústrojí, které převádí příslušnou elektrickou veličinu na výchylku ukazatele.
Základem analogových MP je měřící ústrojí, které se skládá z pevné a pohyblivé části, ukazatele a číselníku. Pohyblivá část měřícího ústrojí je obvykle otočná a ukazatel je s ní pevně spojen.
Ukazatelé analogových MP:
Ručky - je pevně uchycena na hřídelce pohyblivé (otočné) části přístroje. Aby nedocházelo k vychýlení otočného ústrojí z kolmé polohy, vyvažuje se hmotnost ručky a nesymetrie otočného ústrojí pomocí dvou malých protizávažíček.
Mechanická sestava měřícího ústrojí – uložení ručky.
Světelná stopa - světelný paprsek vysílaný žárovkou se promítne na zrcátko umístěné na
ose otočného ústrojí, od něho se odrazí a na stupnici se ukáže jeho obraz.
Tlumení otočného ústrojí:
Hmotnost otočného ústrojí spolu s direktivním momentem řídících pružin vytvářejí kmitavou soustavu, která by způsobovala dlouhé kmitání ručky kolem správné výchylky, než by došlo k jejímu ustálení. Pro co nejrychlejší ustálení ručky musí být otočné ústrojí vybaveno tlumením. Používá se dvou druhů tlumení - vzduchového nebo magnetického.
Základní vlastnosti měřících přístrojů
Měřící přístroj pro změření určité veličiny volíme podle jeho vlastnosti, daných především soustavou jeho měřícího ústrojí, popř. dalším vybavení. Nejdůležitější vlastnosti měřících přístrojů jsou měřící rozsah, citlivost, konstanta přístroje, přesnost měření, přetížitelnost, vlastní spotřeba rychlost ustálení výchylky.
Měřící rozsah. Měřící rozsah vyjadřuje rozmezí hodnot veličiny v němž přístroj měří s přesností, která odpovídá ustanovením příslušné normy. Obvykle se měřící rozsah shoduje s rozsahem stupnice a udává hodnotu plné výchylky ručky.
Někdy měřící rozsah vyjadřuje jen část rozsahu stupnice (např. od 10 do 15 A).
Měřící přístroje mívají dosti často několik rozsahů, které můžeme měnit přepínáním.
Citlivost přístroje. Citlivost přístroje udává, jakou výchylkou ručky MP reaguje na jednotku měřené veličiny. Čím je tato výchylka větší, tím menší hodnoty veličiny je přístroj schopen měřit. Je-li třeba naopak větší hodnoty veličin velmi citlivým měřícím přístrojem, umožní se to snížením jeho citlivosti, zvětšením měřícího rozsahu.
Konstanta přístroje. (u měřících přístrojů s několika rozsahy = konstanta rozsahu). Je to převrácená hodnota citlivosti – vyjadřuje velikost měřené veličiny na jeden dílek stupnice.
U přístrojů s rovnoměrně dělenou stupnici zjistíme konstantu ze vztahu:
měřící rozsah
k = ------------------------
počet dílků stupnice
U nerovnoměrně dělených nebo neúplných stupnic můžeme konstantu zjistit z rozdílu velikosti mezi sousedními číslovanými dílky stupnice – rozdíl dělíme počtem nečíslovaných dílků mezi dílky číslovanými.
Přesnost měření. Přesnost měření měřících přístrojů a jejich příslušenství se vyjadřuje třídou přesnosti. Třída přesnosti udává u naměřené hodnoty veličiny dovolenou maximální odchylku od skutečné velikosti a to v procentech měřícího rozsahu při dodržení vztažných podmínek (teplota atd.).
Přetížitelnost. Téměř každý přístroj lze přetížit, tj. připustit větší hodnoty měřené veličiny, než je jeho měřící rozsah. Předpokladem je, že se přístroj nesmí poškodit. K přetížení většinou dochází z omylu nebo za nepředvídaných okolností. Velikost a doba přetížení jsou v nepřímé závislosti, čím větší je přetížení, tím kratší musí být doba jeho trvání.
Přetížitelnost rozumíme násobek jmenovitého proudu nebo napětí, který měřící přístroj vydrží po určitou dobu bez poškození. Trvale lze voltmetry a ampérmetry zatížit 1,2 násobkem jmenovitého napěti nebo proudu.
Krátkodobě můžeme tyto přístroje do tříd přesnosti 0,2, a 0,5 zatížit dvojnásobkem jmenovitého napětí nebo proudu, kromě přístrojů s ústrojím tepelné soustavy nebo přístrojů s termoelektrickým článkem.
Přístroje do tříd 1, 1,5 a 2,5 můžeme krátkodobě přetížit takto: voltmetry dvojnásobně, ampérmetry desetinásobně, opět kromě tepelných přístrojů, nebo přístrojů s termoelektrickým článkem.
Vlastní spotřeba. Měřícími přístroji při měření prochází elektrický proud a vlivem vnitřního odporu přístroje dochází k poklesu napětí. Tím měřící přístroj při měření odebírá elektrický výkon a zatěžuje proudový obvod, do něhož byl zapojen. Výkon potřebný k dosažení plné výchylky ručky se nazývá vlastní spotřebou, vyjadřuje se ve wattech nebo ve voltampérech. Má být co nejmenší, aby se poměry v proudových obvodech s měřícími přístroji co nejméně lišily od stavu před připojením přístrojů. Při větších změnách těchto poměrů je vlivem větší spotřeby přístrojů měření méně přesné.
Pro nejrozšířenější soustavy měřících přístrojů (magnetoelektrické soustavy) se vlastní spotřeba pohybuje od 40 do 100 mW.
Rychlost ustálení výchylky ručky. Uzavřením proudového obvodu s připojeným přístrojem vnikne nárazový moment soustavy, který za součinnosti řídícího momentu rozkývá otočnou část ústrojí s ručkou. Čtení naměřené hodnoty by bylo možné až po ustálení polohy ručky a tím by se doba měření prodlužovala. Tomuto nežádoucímu jevu se zabraňuje tlumením kývání otočné části ústrojí.
Nejlepší tlumení je magnetické. Používá se ho např. v soustavě magetoelektrické. Cívka soustavy je navinuta na uzavřeném hliníkovém rámečku a tvoří v podstatě otočnou část měřícího ústrojí. Při pohybu cívky protíná rámeček indukční křivky magnetického pole ve vzduchové mezeře, vzniká v něm proud, který brzdí pohyb rámečku a zabraňuje kývání ručky.
Další způsob jak zabránit kývání ručky je tlumení vzduchové.
Přesnost přístroje, rozbor.
Přesnost měření měřících přístrojů a jejich příslušenství se vyjadřuje třídou přesnosti. Třída přesnosti udává u naměřené hodnoty veličiny dovolenou maximální odchylku od skutečné velikosti a to v procentech měřícího rozsahu při dodržení vztažných podmínek (teplota atd.).
Odchylka může být na kterémkoliv místě stupnice. To znamená, ze měřící přístroj s třídou přesnosti 1,5 na rozsahu 300 V může mít v kterémkoli místě stupnice odchylku nejvýše 1,5 % z rozsahu 300 V tj. 4,5 V.
Třída přesnosti je tedy plně využita jen při plné výchylce ručky měřidla. Ukazuje-li ručka poloviční výchylku, přístroj měří na rozsahu 300 V napětí 150 V a odchylka
4,5 V již představuje tříprocentní nepřesnost. Kdyby ručka ukazovala jen 1/10 celé výchylky, tj. 30 V, a byla tam největší dovolená odchylka 4,5 V, nepřesnost měření by byla 15 %. Z toho vyplývá , chceme-li měřit přesně, ze výchylka ručky při měření musí být v poslední třetině stupnice. Neni-li tomu tak (při měření přístrojem s několika rozsahy), výchylku ručky můžeme zvětšit přepnutím přístroje na nižší měřící rozsah. Jinak je třeba výsledek měření opravit podle korekční křivky.
Žádné komentáře:
Okomentovat