Badziak Zbigniew Kl. III te Temat: Budowa, zasada działania oraz rodzaje mierników analogowych i cyfrowych.
1. MIERNIKI ANALOGOWE Mierniki magnetoelektryczne. Miernikami magnetoelektrycznymi nazywamy mierniki, w których odchylenie organu ruchomego następuje w wyniku współdziałania pola magnetycznego magnesu trwałego i ruchomej cewki, przez którą płynie prąd. Zasada działania miernika magnetoelektrycznego. a) ustrój b) kierunek sił działających na cewkę w polu magnetycznym 1 magnes trwały, 2 nabiegunniki, 3 rdzeń, 4 szczelina powietrza, 5 cewka, 6 wskazówka, 7 masy równoważące, 8 sprężyny, 9 bocznik, B indukcja magnetyczna, F siły oddziaływania pola, a szerokość cewki Magnes trwały z nabiegunnikami, wykonanymi ze stali magnetycznie miękkiej, stanowi element nieruchomy miernika. Organem ruchomym jest cewka nawinięta cienkim przewodem miedzianym, izolowanym. Cewka jest ułożyskowana w taki sposób, aby jej oś obrotu pokrywała się z osią geometryczną szczeliny obwodu magnetycznego. Do cewki przymocowana jest wskazówka.
Mierniki elektrodynamiczne Miernikami elektrodynamicznymi nazywamy mierniki, których odchylenie organu ruchomego następuje w wyniku oddziaływania elektrodynamicznego dwóch cewek, przez które płyną prądy. Zasada działania miernika elektrodynamicznego. 1 cewka nieruchoma, 2 cewka ruchoma, I 1, I 2 prądy zasilające, F siła oddziaływania, H natężenie pola magnetycznego, R korektor zera. Mierniki elektrodynamiczne są używane jako amperomierze, woltomierze i watomierze do pomiarów przy prądzie stałym oraz przemiennym. Podczas pomiarów przy prądzie przemiennym mierzą one wartość skuteczną prądu lub napięcia. Mierniki elektrodynamiczne odznaczają się dużą dokładnością, ale mają delikatną budowę. Dlatego są też przeważnie używane jako przyrządy laboratoryjne wysokiej klasy (kl. 0,1; 0,2; 0,5). Ustrój elektrodynamiczny.
Mierniki elektromagnetyczne. Zasada działania miernika elektromagnetycznego polega na oddziaływaniu opla magnetycznego cewki przewodzącej prąd, na ruchomy rdzeń ferromagnetyczny umieszczony w tym polu. Zasada działania miernika elektromagnetycznego 1 rdzeń nieruchomy, 2 rdzeń ruchomy, 3 uzwojenie, 4 tłumik, 5 kolektor zera. Wskazówka, połączona z rdzeniem, wskazuje wartość prądu przepływającego przez cewkę. Im większy prąd przepływa przez cewkę, tym silniej jest wciągany rdzeń, tym większy jest moment i większe odchylenie wskazówki. Miernik elektromagnetyczny służy zarówno do pomiaru prądy stałego jak i wartości skutecznej prądu przemiennego. Mierniki elektromagnetyczne są budowane jako amperomierze i woltomierze. Ustrój elektromagnetyczny.
Mierniki indukcyjne. Zasada działania miernika indukcyjnego polega na oddziaływaniu zmiennych strumieni magnetycznych na prądy indukowane przez te strumienie w organie ruchomym miernika. Prądy te mają charakter prądów wirowych. Mierniki indukcyjne są obecnie używane wyłącznie jako liczniki energii elektrycznej w obwodach prądu przemiennego. W szczelinie rdzenia obraca się tarcza aluminiowa osadzona na osi pionowej. Dwa strumienie magnetyczne przemienne, wytworzone przez cewkę, którą przepływa prąd elektryczny przemienny, indukują w tarczy prądy wirowe. Oddziaływanie elektrodynamiczne jednego z tych strumieni na prąd indukowany przez drugi strumień wywołuje moment napędowy. Moment ten wprawia tarczę w ruch obrotowy. Prędkość obrotowa tarczy jest proporcjonalna do wartości momentu napędowego. Magnes trwały, w którego szczelinie obraca się tarcza, nie dopuszcza do rozbiegania się tarczy (hamuje ją). Mierniki ferrodynamiczne. Przetworniki ferrodynamiczne mają dwa niezależne obwody elektryczne i mogą być zasilane dwoma różnymi prądami. Prąd I 1 płynie przez cewkę nieruchomą wytwarzając proporcjonalne pole magnetyczne H. W przetworniku ferrodynamicznym linie pola zamykają się przez niewielką szczelinę powietrzną i rdzeń z blach ferromagnetycznych. Zastosowanie rdzenia pogarsza nieco dokładność przetwarzania (występują różnice przy przetwarzaniu prądów stałych i prądów przemiennych), ale znacznie zmniejsza moc pobraną przez przetwornik przy pełnym odchyleniu i powiększa odporność na działanie obcych pól magnetycznych. Prąd I 2 jest doprowadzony za pomocą sprężyn spiralnych do cewki ruchomej, podobnej do cewki przetwornika magnetoelektrycznego. Sprężyny te służą jednocześnie do wytwarzania momentu zwrotnego. Ustrój ferrodynamiczny.
Stała podziałki jest liczbą mianowaną, przez którą należy pomnożyć wartość odchylenia odczytaną w działkach (obliczeniowych), aby otrzymać wartość wielkości mierzonej w odpowiednich dla niej jednostkach miary. Stałą podziałki oblicza się dzieląc zakres pomiarowy przyrządu przez liczbę działek. Zakres pomiarowy X n jest różnicą wartości wielkości mierzonej odpowiadających maksymalnemu i minimalnemu odchyleniu organu ruchowego (w zakresie poprawnej pracy). X n = X ko -X po X ko wartość wielkości mierzonej odpowiadająca końcowi podziałki, X po wartość wielkości mierzonej odpowiadająca początkowi podziałki. Błąd paralaksy jest to błąd odczytu wartości przedstawionej na miernikach analogowych. Specjalny kształt wskazówki (wskazówka nożowa) oraz lusterko umieszczone w podzielni pozwalają na ograniczenie błędu paralaksy, który powstaje wówczas, gdy kierunek obserwacji nie jest prostopadły do podzielni. Jeśli podczas odczytu wskazówka nakrywa swoje odbicie w lusterku, kierunek ten jest prostopadły i błąd paralaksy nie występuje. Powstawanie błędu paralaksy. 1 poprawny kierunek odczytu, 2 błędny kierunek odczytu, 3 wskazówka, 4 podzielnia, p błąd paralaksy.
Klasa dokładności miernika jest wielkością wyrażona liczbą, określającą największy dopuszczalny błąd względny procentowy pomiaru w warunkach znamionowych, odniesiony do zakresu pomiarowego. Klasę dokładności wyznacza się doświadczalnie przez wprowadzenie na wejście miernika szeregu wzorcowych wartości wielkości mierzonej, odczytanie poszczególnych wskazań i obliczenie wartości błędów bezwzględnych. Wyznaczenie tych błędów musi być przeprowadzone w ściśle określonych warunkach, największą wartość (bezwzględną) błędu bezwzględnego podstawia się do wzoru: kl = ( x) Xn 100% w którym x oznacza największy błąd bezwzględny pomiaru, a X n oznacza zakres pomiarowy, a otrzymany wynik zaokrągla się w górę do wartości określającej najbliższą klasę znormalizowaną. Wyjątkowo dla mierników o podziałce bardzo nierównomiernej (omomierze, mierniki współczynnika mocy) wartość błędu bezwzględnego w poszczególnych punktach podziałki określa się w jednostkach długości podziałki (a nie w jednostkach wielkości mierzonej) lub jednostkach kąta odchylenia wskazówki i odnosi do całkowitej długości podziałki lub maksymalnego kąta odchylenia. Klasę dokładności miernika określoną w ten sposób oznacza się dodatkowym symbolem graficznym np. Dla mierników, w których dokładność pomiaru praktycznie nie jest zależna od wartości mierzonej (np. mierniki częstotliwości 45 55 Hz, woltomierze 200 240 V), klasę dokładności określa maksymalny procentowy błąd względny wyznaczony w zakresie pomiarowym kl = Xm max100 = δ max Tak określoną klasę wyróżnia się dodatkowym symbolem w formie okręgu. Np. Mierniki analogowe podzielono na dwie grupy: - mierniki laboratoryjne o klasach dokładności 0,1; 0,1; 0,5 oraz - mierniki techniczne o klasach dokładności 1; 1,5; 2,5; 5.
Przykładowe zdjęcia mierników analogowych: Watomierz Woltomierz Amperomierz
Miernik cyfrowy Metex M 3630. Miernik cyfrowy Metex MXD 4660A. Symbole graficzne mierników: Watomierz Miliamperomierz Amperomierz Woltomierz
Oznaczenia rodzaju przyrządów. Rodzaj przyrządu Oznaczenie Rodzaj przyrządu Oznaczenie Magnetoelektryczny o ruchomej cewce Wibracyjny Magnetoelektryczny ilorazowy Termorozszerzalnościowy Elektromagnetyczny Elektromagnetyczny izolowany Elektrodynamiczny Elektrodynamiczny izolowany Ferrodynamiczny Indukcyjny Indukcyjny ilorazowy Ogniwo termoelektryczne o grzaniu bezpośrednim Ogniwo termoelektryczne o grzaniu pośrednim Miernik magnetoelektryczny z ogniwem termoelektrycznym Prostownik Miernik magnetoelektryczny prostowniczy Miernik magnetoelektryczny z lampą elektronową Miernik magnetoelektryczny z fotonówką lub ogniwem fotoelektrycznym Elektrolityczny Zakresy pomiarowe mierników. Miejsca włożenia Zakres Rodzaj miernika przewodów com V DCV Woltomierz napięcia stałego com V ACV Woltomierz napięcia przemiennego com A DCA Amperomierz prądu stałego com A ACA Amperomierz prądu przemiennego
Bibliografia. Marek Pilawski Pracownia elektryczna (6) Stanisław Bolkowski Elektrotechnika (4) Roman Kurdziel Elektrotechnika dla ZSZ