Loading

3. Ručkové měřící přístroje

Voltmetr, zapojení v obvodu, vliv na měřenou veličinu
Přístroje, které slouží k měření elektrického napětí se nazývají voltmetry. Připojujeme je vždy paralelně k prvku obvodu, na němž chceme velikost napětí zjistit. Chceme-li např. zjistit napětí na rezistoru R, v obvodu na, zapojíme voltmetr mezi body A a B. Zajímá-li nás napětí na paralelní kombinaci rezistorů RZ a R3, připojíme přístroj mezi body B a C.

Paralelní připojení voltmetru do měřeného obvodu.

Voltmetr zapojený do měřicího obvodu má mít co nejmenší vliv na velikost proudu, který obvodem protéká, musí tedy mít co největší vnitřní odpor.

Přetížení voltmetru nastává, připojíme-li přístroj na vyšší napětí, než je jeho zvolený měřicí rozsah. Na přetížení jsou velmi citlivé zejména magnetoelektrické a elektrodyna¬mické přístroje, protože jejich měřicí cívky jsou vinuté z tenkého vodiče a přetížením by mohlo dojít vlivem velkého proudu k tepelnému přetížení (poškození či úplnému spálení izolace) cívek nebo přívodních pružin. Feromagnetické přístroje jsou vůči přetížení odol¬nější, protože jejich měřicí cívka je pevná a proto může být bohatěji dimenzovaná.

Neznáme-li napětí v měřeném obvodu a ani ho nelze přibližně odhadnout, musíme na voltmetru nastavit jeho nejvyšší rozsah a teprve po připojení přístroje do obvodu zvolit případně rozsah nižší. Tím se vyhneme přetížení přístroje.

Pro měření stejnosměrného napětí používáme nejčastěji magnetoelektrické voltmet¬ry, které lze použít pro měření stejnosměrného napětí v rozmezí od několika set mV do přibližně 1000 V. U běžných magnetoelektrických voltmetrů bývá vnitřní odpor
r = 5000 Ω/V.

Pro měření velmi malých napětí (řádově nV až pV) slouží přístroje zvané galvanome¬try.
Velikost střídavých periodických napětí se s časem mění a proto tato napětí charakte¬rizujeme pomocí jejich efektivní, střední nebo maximální hodnoty, které jsou u ustáleného střídavého napětí konstantní. Z praktických důvodů je pro nás nejzajímavější efektivní hodnota napětí. Z analogových měřicích přístrojů ukazují velikost efektivní hodnoty napětí feromagnetické přístroje, které se však vyznačují velkou spotřebou a kmitočtovou závislostí. Lze pro měření střídavých napětí použít i magnetoelektri¬cké voltmetry s usměrňovačem. Hlavní výhodou voltmetrů této soustavy je malá spotřeba, použitelnost do 20 kHz a možnost měření i střídavých napětí malých hodnot. Hlavní a zásadní nevýhodou těchto voltmetrů to, že neměří efektivní, ale střední hodnotu napětí. Stupnice je sice přepočítána a cejchována v efektivních hodnotách, platí ovšem pouze pro sinusový průběh napětí.


Ampérmetr, zapojení v obvodu, vliv na měřenou veličinu
K měření elektrického proudu se používají přístroje nazývané ampérmetry. Ampérmetr zapojujeme vždy do série s prvkem obvodu, jehož proud chceme změřit.

Sériové připojení ampérmetru do měřeného obvodu.

Ampérmetr by neměl mít na obvod žádný vliv, úbytek napětí, který na něm při průcho¬du proudu vzniká by měl být pokud možno malý. Proto musí mít ampérmetr co nejmenší vnitřní odpor. Z tohoto důvodu se ampérmetr nikdy nesmí zapojovat do obvodu paraleln¬ě. Spleteme-li si způsob zapojení ampérmetru a voltmetru, jako se stalo u ampérmetru A4, může se stát, že ampérmetr velice rychle zničíme, protože v tomto případě měříme zkratový proud zdroje, který většinu ampérmetrů spolehlivě „spálí".

Přetížení je u ampérmetrů magnetoelektrické soustavy stejně nebezpečné jako u voltmetrů, protože velkým proudem může dojít ke spálení vinutí měřicí cívky nebo k poškození direktivních pružin (pokud se pružiny přehřejí, ztratí snadno pružnost, direktivní moment se pak sníží a přístroj ukazuje vyšší proud, než ve skutečnosti ampérmetrem protéká). Ampérmetry feromagnetické soustavy jsou na přetížení poměrně málo náchylné, proto ¬se proud protéká pouze dobře dimenzovanou pevnou cívkou.

Chceme-li zapojit ampérmetr do obvodu, o němž nevíme, jak velký proud by jím mohl protékat, navolíme na přístroji jeho nejvyšší rozsah a teprve až po připojení na zdroj zvolíme rozsah nižší.
Pro měření stejnosměrného proudu se používají měřicí přístroje stejných soustav jako pro měření stejnosměrného napětí, tedy v dnešní době především soustava magneto¬elektrická.
Pro měření střídavého proudu jsou vhodné především přístroje feromagnetické. Je¬jich výhodou je to, že udávají přímo efektivní hodnotu měřeného proudu, bez ohledu na to, zda je průběh proudu sinusový či nikoliv.

Magnetoelektrické přístroje s usměrňovačem měří střední hodnotu, ale stupnici mají cejchovanou v efektivních hodnotách proudu, avšak pouze sinusového průběhu. Pokud měříme proud nesinusový, dopouštíme se tím větší chyby, čím více se průběh proudu od sinusového odchyluje. Pro jejich používání pak hovoří velmi malá spotřeba

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 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.

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 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.

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.

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 a má být co nejmenší.

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.

Žádné komentáře:

Okomentovat