AC DC skała

Przyrządy i przetworniki
pomiarowe
Są to narzędzia pomiarowe:
„ Przyrządy - służące do wykonywania pomiaru
Przetworniki – służące do zamiany wielkości
mierzonej na sygnał pomiarowy
„
Znajomość zasady działania przyrządów
pomiarowych jak też cech badanego obiektu
umożliwia zminimalizowanie lub przewidzenie i
właściwe obliczenie niedokładności pomiaru
Schematy przyrządów pomiarowych
„
„
Schemat funkcjonalny – przedstawia realizacje algorytmu
Schemat strukturalny - przedstawia strukturę (budowę) przyrządu
Wskaźnik
Przetwornik
pierwotny
Schemat funkcjonalny
Przetwornik
dopasowujący
Układ porównania
(komparator)
Przetwornik
standaryzujący
Układ
odniesienia
Prostownik
Schemat strukturalny
Wzmacniacz
Ustrój
pomiarowy
Zasilacz
2
Podział przetworników i przyrządów
Ze względu na spełnianie funkcje rozróżnia się:
„ Miernik – przyrząd pomiarowy wywzorcowany w jednostkach
miary wielkości mierzonej (woltomierz, amperomierz czy też
częstościomierz lub fazomierz)
„
Rejestrator - przyrząd pomiarowy umożliwiający zapis wartości
mierzonej w funkcji innej wielkości np. czasu
„ Charakterograf - przyrząd umożliwiający obserwacje, pomiar lub
rejestrację charakterystyk elementów lub układów elektronicznych
„ Detektor zera – badają istnienie lub zanik zjawiska
„ Przetwornik zmiany skali (wzmacniacze, tłumiki)
„ Przetworniki zmiany charakteru (AC/DC, DC/AC, A/C, C/A,
prąd/napięcie)
3
Przetworniki analogowe struktury
Struktury:
„ prosta lub złożona
„ otwarta lub zamknięta
X
Przetwornik
pierwotny
Przetwornik
pośredni
Y
Przetwornik
końcowy
Struktura złożona otwarta (góra) i
złożona zamknięta (dół)
X
∆X
+
Przetwornik
pośredni X/V
V
Układ
Wykonawczy
-
Xw
Wzorzec
nastawny
Y
4
Przetworniki analogowe struktury c.d.
Przetwornik złożony:
„ przetwornik pierwotny (czujnik) pobiera informacje
pomiarową i przetwarza do innej postaci nadającej
się do dalszego przetwarzania (parametryczne i
generacyjne)
„ przetwornik(i) pośredni przetwarza informacje
wejściową na sygnał pomiarowy o odpowiednim
charakterze
„ przetwornik końcowy to przetwornik
standaryzujący lub dopasowujący
5
Przetworniki analogowe
– parametry
„
„
„
„
„
„
„
Charakterystyka (statyczna) przetwarzania Y=f(X) (liniowa lub nieliniowa)
czułość S=dY/dX
stała przyrządu C=1/S
Zakres: wskazań (miernika), przetwarzania (przetwornika) (Xmax-Xmin) lub
pomiarowy
warunki znamionowe
błąd podstawowy (błąd w warunkach znamionowych), klasa dokładności
(dopuszczalna wartość błędu podstawowego) i błędy graniczne dodatkowe (np.
temperaturowe)
parametry dynamiczne: charakterystyka czasowa, błąd dynamiczny,
charakterystyka częstotliwościowa, pasmo przenoszenia
!! Klasa przyrządów charakteryzuje jego własności
metrologiczne, nie jest jednak bezpośrednim wskaźnikiem
dokładności pomiaru
δx =
kl ⋅ X Zakr
X
6
Analogowe przetworniki
pomiarowe wielkości elektrycznych
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
Prąd/Napięcie (I/U) – np. bocznik
Napięcie/Prąd (U/I) – np. posobnik (opornik dodatkowy)
Dzielnik napięcia (rezystancyjny, pojemnościowy, indukcyjny)
Tłumik
Wzmacniacz pomiarowy
Wzmacniacz izolujący
Przekładniki: prądowe i napięciowe
Przetwornik standaryzujący
Przetworniki całkujące i różniczkujące
Przetwornik AC/DC - prostownikowy (wartości średniej, wartości szczytowej,
wartości skutecznej)
Przetwornik mnożący: hallotron, gaussotron, półprzewodnikowe scalone
układy mnożące
przetworniki mocy
7
Mierniki analogowe
Mierniki, których wskazania są funkcją
ciągłą wartości wielkości mierzonej.
„ Ze względu na strukturę:
‹
‹
X = α ⋅ C zakr = α ⋅
∆X =
δx =
kl ⋅ X Zakr
100
kl ⋅ X Zakr
X
X zakr
α zakr
=α ⋅
X zakr
α max
∆X = f ( X ) = const
δx = f (X ) =
a
X
„
o działaniu bezpośrednim
o działaniu pośrednim (elektroniczne)
Ze względu na rodzaj ustroju
‹
‹
‹
magnetoelektryczne (z
przetwornikami)
elektromagnetyczne
elektrodynamiczne i ferrodynamiczne
Urządzenie odczytowe: podzielnia (skala) z podziałką
(równomierną lub nierównomierną) wskazówka i lustro
Odczyt: działka elementarna, długość podziałki, błąd paralaksy
8
Mierniki analogowe
amperomierz – zerowa rezystancja i włącza się szeregowo
(przerywając obwód)
woltomierz – nieskończona rezystancja i włącza się równolegle
omomierz – szeregowy (rezystancje średnie i duże) i równoległy
(rezystancje małe)
watomierz – posiada zaciski prądowe i napięciowe
galwanometr mierniki o bardzo dużej czułości
multimetr – miernik wielofunkcyjny
„
„
„
„
„
„
I
+
A
-
+
E
+
-
Rw
R
V
R
Ω
9
Mierniki analogowe – przykład
budowy
S
N
Budowa miernika magnetoelektrycznego:
„ magnes stały
„ ruchoma cewka (ramka) umocowana na
sprężynach
„ wskazówka połączona z ramką
Prąd płynący przez cewkę w polu
magnetycznym powoduje jej obrót
Ogólnie równanie przetwarzania:
α=Si (S - czułość przetwornika; i - prąd)
Sam ustrój stanowi zatem mikroamperomierz prądu stałego.
10
Mierniki analogowe – przykład
wykorzystania
Sam ustrój stanowi mikroamperomierz prądu stałego, natomiast:
„ dołączając bocznik (Rb) zmieniamy zakres
„ po dołączeniu posobnika (Rd) tworzymy woltomierz
„ dodając przetwornik prostownikowy tworzymy woltomierz
napięć zmiennych
r
r
mA
i
Rd
mA
I
Rb
I
U
I-i
11