Změny rozsahu měřicího přístroje při měření napětí

1. Změny rozsahu měřicího přístroje při měření napětí Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš Zatloukal Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

2. Charakteristika DUM 1

3. Změny rozsahu měřicího přístroje • při měření napětí Náplň výuky - změna rozsahu voltmetru- předřadný odpor – předřadník- odporový dělič- předřadný kondenzátor- kapacitní dělič- měřicí transformátor napětí

4. 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) Změny rozsahu měřicího přístroje při měření napětí

5. Předřadník - 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 Obr. 1

6. Výpočet předřadníku pro magnetoelektrický měřicí systém - základní rozsah je odvozen z maximálního proudu měřicím ústrojím je 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 Rma 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 )

7. 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

8. Změna rozsahu elektrostatického voltmetru – měření stejnosměrného napětí – odporový dělič ODPOROVÝ DĚLIČ – tvořen odpory R1 a R2 Z důvodu vysokého vnitřního odporu tohoto voltmetru jde o dělič nezatížený Obr. 2

9. 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

10. 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

11. Měřicí transformátor napětí – MTN - 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

12. Měřicí transformátor napětí – schéma pro jeho připojení Obr. 5

13. - 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!!

14. Ukázka předřadníku Obr. 6

15. Hodnota předřadníku je (se zanedbatelnouchybou) rovna: Součinu vnitřního odporu voltmetru a poměru obou napětí (>1) Podílu vnitřního odporu voltmetru a poměru obou napětí (<1) Podílu Součinu vnitřního odporu voltmetru a poměru obou napětí (>1) Kontrolní otázky Odporový dělič u elektrostatického voltmetru je nezatížený: Ne Ano Nezáleží na tom • Pro měřicí transformátor napětí zjednodušeně platí: • Pracuje nakrátko a nesmí se rozpojit • Pracuje naprázdno a smí se zkratovat • Pracuje naprázdno a nesmí se zkratovat

16. Hodnota předřadníku je (se zanedbatelnouchybou) rovna: Součinu vnitřního odporu voltmetru a poměru obou napětí (>1) Podílu vnitřního odporu voltmetru a poměru obou napětí (<1) Podílu Součinu vnitřního odporu voltmetru a poměru obou napětí (>1) Kontrolní otázky – správné odpovědi Odporový dělič u elektrostatického voltmetru je nezatížený: Ne Ano Nezáleží na tom • Pro měřicí transformátor napětí zjednodušeně platí: • Pracuje nakrátko a nesmí se rozpojit • Pracuje naprázdno a smí se zkratovat • Pracuje naprázdno a nesmí se zkratovat

17. Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní, schéma pro aplikaci předřadníku Obr. 2: vlastní, schéma pro aplikaci odporového děliče Obr. 3: vlastní, schéma pro aplikaci předřadného kondenzátoru Obr. 4: vlastní, schéma pro aplikaci kapacitního děliče Obr. 5: vlastní, schéma pro aplikaci měřicího transformátoru napětí (MTN) Obr. 6: vlastní, foto, předřadník 600 -750 – 1500 V

18. Seznam použité literatury: [1] Vitejček, E.: Elektrické měření, SNTL, Praha, 1974 [2] Fiala, M., Vrožina, M., Hercik, J.: Elektrotechnická měření I, SNTL, Praha, 1986

19. Děkuji za pozornost 