Electromagnetic theory | Higher education » Áramköri elemek mérése ipari módszerekkel

Please log in to read this in our online viewer!

Áramköri elemek mérése ipari módszerekkel

Please log in to read this in our online viewer!


 2014 · 5 page(s)  (125 KB)    Hungarian    68    February 20 2014  
    
Comments

No comments yet. You can be the first!

Content extract

3. Laboratóriumi gyakorlat Áramköri elemek mérése ipari módszerekkel 1. A dolgozat célja Voltmérők, ampermérők használata RLC áramköri elemek mérésénél, mérési hibák megállapítása és azok függősége a használt mérőműszerek pontossági osztályától. 2. Elméleti bevezető RLC áramköri elemek mérése ipari módszerrel, az indirekt (közvetett) mérési módszerek csoportjába tartozik. Ebben az esetben a mért áramok és feszültségek segítségével, valamint egyszerű összefüggések alapján határozzuk meg az ismeretlen áramköri elem értékét. A módszer könnyű és gyors de a mérőműszerek pontossági osztálya, valamint a mérőműszer használt skálája nagymértékben befolyásolja a mérés pontosságát. A volt-ampermérős módszer esetében az ismeretlen impedancia meghatározására Ohm törvényét használjuk, ennek megfelelően mérjük a feszültséget és az áramot. U Z I (3.1) Az összefüggés azonban eltekint a

mérőműszerek belső ellenállásától, melyek megváltoztatják az áramkörben a mérendő mennyiségek értékét, így csak megközelítő és nem pontos méréseket tudunk végezni. Az, hogy a mért illetve számolt értékek mennyire közelítik meg a valós értéket, függ a mérendő impedancia és a mérőműszerek belső ellenállása nagyságának viszonyától, valamint a mérőműszerek bekötési módjától. Az ampermérőt és a voltmérőt egymáshoz viszonyítva kétféleképpen helyezhetjük el, ezt a 3.1 ábra szemlélteti 3.1 ábra A 3.1a ábrán a voltmérő az ampermérő elé van kapcsolva, így az általa mért feszültség nagyobb, mint a Z impedancia kapcsain mért feszültség. Ha az ismeretlen impedancia egy ellenállás, az ellenállás valódi értékét megadja a 3.2 összefüggés: U U U A UV  I A RA UV Rx  x  V    RA (3.2) Ix Ix IA IA ahol UV – a voltmérő által mutatott feszültség IAIx - az ellenálláson

áthaladó áram, amit az ampermérő mutat RA – az ampermérő belső ellenállása Ha a mért ellenállás jóval nagyobb, mint az ampermérő belső ellenállása (RA) akkor az ampermérő belső ellenállása elhanyagolható. Tehát ezt a kapcsolást nagy ellenállás értékek mérésénél alkalmazzuk. A relatív hiba amivel az ellenállást meghatároztuk: 1 U U  U I  R  U  2 I     I I I  U I  U  U I     R I  U U  U I   U I  1 I       R X  R A    RX RX I  RX  U I   U I  RX R  U I  R    (3.3) 1  A [%] RX  U I  RX  A 3.1b ábrán az ampermérő a voltmérőn áthaladó áramot is fogja mutatni A mért ellenállás valódi értékét a 3.4 összefüggés adja meg U UV UV RX  X   U IX I A  IV (3.4) IA  V RV UV elhanyagolható, nagyon kis hiba mellet.

Nagyrészt a RV voltmérők belső ellenállása RV 4, ami még nagyobb elektronikus műszerek esetében. Ezt a kapcsolást kis ellenállásértékek mérésénél alkalmazzuk. A relatív hiba, amivel az ellenállást meghatároztuk (a fenti levezetéssel hasonló módon kapjuk): R  U I  RX  [%]   (3.5) 1  RX  U I  RV  U I A (3.3) és (35) összefüggésekben és a mérőműszerek relatív hibái U I melyeket a következő összefüggések adnak meg: Ha Rv  RX akkor az U U  CV N U UV ; I I  CA N I IA (3.6) CV,CA – a műszerek pontossági osztálya UN,IN – a műszerek méréshatára UV,IA. – a mért értékek Ha a volt-ampermérős módszerrel induktivitást (tekercset) akarunk mérni, az impedanciát felírhatjuk a következő formában: Z X  RL  jX L (3.7) Ebben az esetben az impedancia abszolút értékét tudjuk meghatározni a (3. 2) illetve a (3.4)

összefüggésekkel, melyet induktív impedancia lévén felírhatunk a következő formában is: (3.8) Z X  RL2  X L2 aminek segítségével kiszámíthatjuk az induktív reaktanciát, ha ismerjük a tekercs ellenállását: XL  ZX 2  RL2 (3.9) ahol RL a tekercs ellenállása egyenáramban Ez az összefüggés a következőképen alakul, ha a 3. 1a ábrán lévő kapcsolást alkalmazzuk: U X L   V  IA 2     R A  RL 2  (3.10) vagy, ha a 3.1b ábrán lévő kapcsolást alkalmazzuk: U X L   V  IA 2    RL2  (3.11) Innen meghatározhatjuk a tekercs induktivitását: L XL X  L  2f (3.12) f – a hálózat frekvenciája, 50Hz Ha a mért impedancia egy kondenzátor, ugyanazokat a kapcsolásokat és összefüggéseket használhatjuk, mint a tekercs esetében, azzal a megjegyzéssel, hogy elhanyagoljuk a dielektrikumban a veszteségeket és az impedancia abszolút értéke a

kapacitív reaktanciával lesz egyenlő: Z C  RC  jX C  jX C ; ZC  UV IA (3.13) A kondenzátor kapacitása pedig: C 1 1  X C 2fX C (3.14) 3. A mérés menete A volt – ampermérős módszerrel határozzuk meg az áramköri elemek értékeit, három különböző ellenállás, valamint tekercsek és kondenzátorok esetében. A kapcsolási rajz a 3 2 ábrán látható: 3. 2 ábra Szükséges műszerek: Utáp –váltakozó áramú tápegység 6V  A –váltakozó áramú ampermérő: Unigor 3s 1,2 mA.3 A V –váltakozó áramú voltmérő RH –változtatható ellenállás 3/5A R – mérendő ellenállások (R1RA  5  (reosztát), RAR21k RV R3RV 68k  ) L – tekercs RL egyenáramú ellenállással C – kondenzátor (nF és F értékek) Az áramkörbe sorra bekötjük az ellenállásokat, tekercseket majd a kondenzátorokat. Mindegyik áramköri elemmel két mérést végzünk K2 a

pozició (a 3.1a ábrán lévő kapcsolásnak megfelelően) és K2 b (a 3.1b ábrán lévő kapcsolásnak megfelelően) A műszerek által mért értékeket és a számított értékeket a 3. 1 táblázatba, valamint a 3 2 táblázatba írjuk. A kiszámítandó mennyiségek alatt a használandó összefüggés száma szerepel. A műszerek belső ellenállását a használt méréshatártól függően a 3 3 táblázat adja meg. UV V R1 kicsi R2 közepe s R3 nagy IA A RV  RA  RXa  (3.2) RXb  (3.4) R R Xa (3.3) - - - - - 3.1táblázat R Megjegyzés R Xb (3.5) K2  a K2  b K2  a K2  b - - K2  a K2  b 3.2táblázat UV IA V A Tekercs 1 Tekercs 2 Kond. 1 Kond. 2 RV RA XL L    H (3.10) (312)   (3.11) K2  a K2  b K2  a K2  b K2  a K2  b - - K2  a K2  b - - XC C  F (3.13) (314) - - Megjegyzés RL  Meg kell

mérni RL  Meg kell mérni C C NE FELEJTSÉTEK A MŰSZEREK PONTOSSÁGI OSZTÁLYÁT LEOLVASNI ! 4. Kérdések, megjegyzések 4.1 A számított mérési hibák alapján határozzuk meg melyik kapcsolás milyen értékű ellenállások, impedanciák mérésére használható! 4.2 Határozzuk meg a mérési hiba alapján, hogyan befolyásolja a mérőműszerek pontossági osztálya a mérés pontosságát! 4.3 Összehasonlítva a hídmódszerrel (1 laboratóriumi gyakorlat) mi az előnye és mi a hátránya az ipari módszernek 3.3táblázat (mérőműszerek belső ellenállása) Unigor 1p ampermérő RA méréshatár 0.3 A 0.5 0.06 A 1.5 12 mA 50 3 mA 42.2 1.2 mA 125 0.3 mA 578 Unigor 3s voltmérő RV méréshatár  10V 20k 2.5V 1k