Upload
lizina
View
63
Download
5
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Měření elektrického napětí. etalony napětí měření stejnosměrného napětí měření střídavého napětí měření pulsního napětí. Bc. David FURKA. Etalony napětí – Westonův článek. etalon - referenční zdroj (U, I, …) defin. podm. [T,p, ρ ] - cejchování a kalibrace Westonův napěťový článek - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 1
Měření elektrického napětí
Bc. David FURKA
• etalony napětí
• měření stejnosměrného napětí
• měření střídavého napětí
• měření pulsního napětí
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 2
Etalony napětí – Westonův článeketalon - referenční zdroj (U, I, …) defin. podm. [T,p,ρ]
- cejchování a kalibrace
Westonův napěťový článek- elektrochemický etalon- U20 = 1,0186 V- vnitřní odpor 500 ÷ 1000 Ω- max. zatěžovací proud 1 μA- rozsah teplot 4 ÷ 40 °C- malá tep. závislost -40 μV/°C- přesnost 10-5 až 10-6
- stabilita menší než 1 μV/rok- nesmí se naklápět a skratovat- citlivý na otřesy
Hg amalgam kadmia
krystaly CdS
roztok CdS
směs Hg a HgS
+ -
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 3
Etalon napětí se Zenerovou diodou
Normály s teplotně kompenzovanou Zenerovou diodou- diody a ZD opačné teplotní charakteristiky (u ZD ΔUF / Δ < 0)
- stabilita až 100 μV/rok
- použ: číslicová měřicí ústrojí a kalibrátory
- chyba napětí:
3R
UUI ZDrZD
1
21R
RUU ZDr
21 RRU r
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 4
Etalon napětí – Josephsonův jev
• kontakt dvou supravodičů se slabou vazbou
• elektromagnetické pole o frekvenci f0 101 GHz
• VA charakteristika má schodovitý charakter
• pro n-tý stupeň platí
• primární etalon
• stabilita 10-9
• velmi drahý
e
hnfU N
20
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 5
Souhrn metod měření DC napětí
• magel. MP 101 mV až 1000 V 1 až 50 kΩ/V
• měřicí napěť. zesil. 100 mV až 1000 V 10 MΩ/V
• modulační Vmetry 102 nV až 101 mV 10 MΩ/V
• kompenzační met. 100 μV až 101 V ∞ Ω
Metoda Měřicí rozsah Vnitřní odpor
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 6
Stejnosměrný voltmetr v obvodu
• voltmetr připojujeme paralelně k zátěži• odpor voltmetru zatěžuje obvod chyba metody
RV co největší!!!
Zvětšení rozsahu - předřadníkem
oVo
ooVmet U
RR
RUU
Vo
ometmet RR
R
SH
100100
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 7
Měřicí napěťové zesilovače s OZ
• velký vstupní odpor, malý výstupní odpor
• zesílí napětí, které nelze běžně měřit
invertující nap. zesilovač - výstupní napětí má opačnou polaritu
neinvertující nap. zesilovač – výst. napětí má souhlasnou polaritu
• přesnost omezena driftem 100 mV a nižší třeba použít automaticky nulované operační zesilovače
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 8
Invertující zapojení nap. zesilovače
0121 NIII
11
22 U
R
RU
[%]1001I
IN
N
II
• vstupní odpor roven R1
• výstupní odpor 0 Ω
Pro ideální OZ:
• pro skutečný OZ - IN≠0
zanedbáním vzniká chyba
NIRRAu 21
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 9
Neinvertující zapojení napěť. zesilovače
21
221 RR
RUU
UAUR
RUU *1 1
2
112
- předpokládáme-li ideální OZ
• vstupní odpor ∞ Ω• výstupní odpor 0 Ω
Pro vstupní a výstupní napětí platí:
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 10
MP s modulačním zesilovačemPrincip
malé DC napětí pulsní průběh AC zesílení zesílené DC napětí
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 11
Kompenzační metody měření napětí1. Metoda s úplnou kompenzací (kompenzační)• sériové zapojení měřeného zdroje a referenčního zdroje (odečítají se)
• citlivý Vmetr ukazuje rozdíl Ud= Ux - Ur zvyšováním Ur klesá Ud
• Ud = 0 Ux=Ur obvodem neteče proud R = ∞ Ω
2. Metoda s částečnou kompenzací (porovnávací)
rdX UUU
21
22 RR
RUU XR
VrR UUU 2
2
21
R
RRUUU VrX
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 12
Měření střídavého napětí• Vmetry pro průmyslové kmitočty• nf Vmetry• vf Vmetry• impulsní Vmetry
STŘÍDAVÝ VOLTMETR charakterizovány frekvenční
charakteristikou parametry v dokumentaci MP
][log20][5050
dBPP fdB
f
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 13
Střídavé voltmetry I.Voltmetry pro průmyslové kmitočty
• DC analog. nebo dig. Vmetry s usměrňovačem – měří Us,ukazuje Uef
• DC analog. nebo dig. Vmetry s termočlánkem – měří Uef,ukazuje Uef
• u neharmonických průběhů – nelze změřit Uef
• neuvažuje se vnitřní kapacita
Nízkofrekvenční voltmetry (širokopásmové)
• používají větš. operační usměrňovač (měří US, ukazuje Uef)
• kmitočtově kompenzované děliče, oddělovací kondenzátor
• kvalitní MP – RMS (převodník efekt. hodnoty – měří Uef, ukazuje Uef)
• U od mV do 103 V, f od 20 Hz do 100 MHz
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 14
Střídavé voltmetry II.Vysokofrekvenční voltmetry• DC elektronický voltmetr + vf sonda (snímá max. hodnotu napětí)
Selektivní vf mikrovoltmetr• snímá napětí konkrétní frekvence – naladí se pásmovou zádrží PZ
• spektrum signálů nastavíme kmitočet signálu, jehož amplitudu chceme měřit
• superponuje-li se do měřeného signálu o známé frekvenci rušení
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 15
Střídavé voltmetry III.Pulsní voltmetry
• nabití kondenzátoru sejmutí napětí Uc (amplituda)
• vybíjení kondenzátoru nutno zmírnit nebo potlačit zapojit sledovač napětí
VOŠ a SPŠ Varnsdorf Měření el. napětí 16
VektorvoltmetrMěří amplitudu a fázový rozdíl vůči referenčnímu napětí
uR – řídicí napětí (Ur převedeno na obdélník – bez fáz. pos. nebo o 90°)
ŘU – vynásobí Ux a uR,0 nebo uR,90
Po vynásobení ss složka, stříd. složka, další stř. složky (vyšších kmit.)
F – dolní propust – zadrží složky vyšších frekvencí
Výstup
• U2,0 - DC napětí úměrné činné složce (při ur,0)
• U2,90 - DC napětí úměrné jalové složce (při uR,90)
cos22
0,2 xUU