NORMÁLY ELEKTRICKÝCH VELIČIN ELEKTRICKÉ MĚŘENÍ

POJEM A ROZDĚLENÍ NORMÁLY (ETALONY) – ZVLÁŠŤ PŘESNÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE – REALIZUJÍ NĚKTERÉ ZÁKLADNÍ ELEKTROTECHNICKÉ JEDNOTKY – VYŽADUJÍ ZVLÁŠTNÍ PODMÍNKY PRO JEJICH POUŽITÍ, ABY SI ZACHOVALY PŘESNOST ZÁKLADNÍ POŽADAVEK: VĚRNÁ REALIZACE DEFINOVANÉ JEDNOTKY A VŠESTRANNÁ STÁLOST PŘI DOVOLENÉM ZPŮSOBU POUŽITÍ

ROZDĚLENÍ PODLE KRITERIÍ - UMÍSTĚNÍ: = základní mezinárodní normály (Paříž) = státní (národní) normály (Metrologický ústav Praha s pobočkami v krajských městech) = ostatní normály (kalibrační instituce a měřicí pracoviště) - VZÁJEMNÝ VZTAH: = základní normály (primární) – realizují se absolutními metodami (podle fyzikálních definicí). Umístěny jsou v mezinárodním a v národních ústavech. = pracovní normály (sekundární) – vyrobeny zpravidla jako normální součástky a kalibrovány podle základních. Umístění v měřicích a kalibračních pracovištích

- REALIZOVANÁ JEDNOTKA = normály elektrického napětí = normály elektrického odporu = normály elektrické kapacity = normály vlastní a vzájemné indukčnosti = další specifické normály (např. kmitočtové, světelné … ) - PROMĚNNOST = pevné normály – neproměnné = plynule proměnné normály = proměnné normálové sádky PODLE STÁTNÍCH NORMÁLŮ SE KONTROLUJÍ OSTATNÍ NORMÁLY PRO OVĚŘOVÁNÍ A KALIBRACI PŘESNÝCH LABORATORNÍCH PŘÍSTROJŮ A PRO VELMI PŘESNÁ LABORATORNÍ MĚŘENÍ

NORMÁLY NAPĚTÍ PROVEDENÍ JAKO GALVANICKÉ ČLÁNKY NEBO TEPLOTNĚ KOMPENZOVANÉ STABILIZAČNÍ DIODY GALVANICKÉ ČLÁNKY: – WESTONŮV NORMÁLOVÝ ČLÁNEK = S NASYCENÝM ROZTOKEM = S NENASYCENÝM ROZTOKEM ZÁKLADNÍ POŽADAVKY: - časová stálost napětí - malá a přesně definovaná teplotní závislost napětí - malý vnitřní odpor - malý vliv polarizace při zatížení a malá tepelná hystereze

USPOŘÁDÁNÍ ČLÁNKŮ WESTONŮV ČLÁNEK S NASYCENÝM ROZTOKEM (pro velmi přesná měření) 1.Záporná elektroda tvořená amalgamem Cd- Hg 2. Krystaly CdSO 4 zajišťují trvale nasycený roztok 3. Depolarizátor Hg 2 SO 4 zabraňuje snižování napětí 4. Kladná elektroda tvořená čistou rtutí 5. Nasycený roztok CdSO 4 U=1,01865V při 20°C s rostoucí teplotou klesá o 0,004% na °C Pt

USPOŘÁDÁNÍ ČLÁNKŮ WESTONŮV ČLÁNEK S NENASYCENÝM ROZTOKEM (pro méně přesná měření) 1.Záporná elektroda tvořená amalgamem Cd- Hg 2. Depolarizátor Hg 2 SO 4 zabraňuje snižování napětí 3. Kladná elektroda tvořená čistou rtutí 4. Nenasycený roztok CdSO 4 U=1,0190V při 20°C s menší teplotní závislostí, ale menší časovou stálostí Pt

ZÁSADY PRO POUŽITÍ ČLÁNKŮ PRO ZACHOVÁNÍ PŘESNOSTI REALIZOVANÉHO NAPĚTÍ JE NUTNO DODRŽOVAT TYTO ZÁSADY: 1. Článek nepřevracet, nevystavovat jej otřesům (nejlépe s ním vůbec nemanipulovat) 2. Nevystavovat jej velkým teplotním změnám (např.nevhodným umístěním do blízkosti zdrojů tepla) 3. Zamezit možnému jednostrannému zahřívání (např.blízkým regulačním rezistorem) 4. Omezit odběr proudu z článku při měření pod hodnotu 10µA 5. Zamezit možnosti vzniku proudového nárazu nebo dokonce zkratu – chemické pochody způsobí dlouhodobou nestálost napětí nebo dokonce zničí článek 6. Každé 2 roky musí být úředně ověřeny vlastnosti článku

STABILIZAČNÍ DIODY POUŽÍVAJÍ SE JAKO NÁHRADA WESTNOVÝCH NORMÁLOVÝCH ČLÁNKŮ TKZD 25 – Teplotně kompenzované stabilizační diody = jmenovité napětí v rozmezí 8 – 9V při jmenovitém proudu diodou = u každé diody musí být definováno – liší se kus od kusu podle diody JAKO SOUČÁST PŘENOSNÝCH PŘÍSTROJŮ, KOMPENZÁTORŮ, ČÍSLICOVÝCH VOLTMETRŮ ATD.

NORMÁLY ODPORU ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ: - PODLE DRUHU PROUDU = NORMÁLY PRO STEJNOSMĚRNÝ PROUD = NORMÁLY PRO STŘÍDAVÝ PROUD - PODLE KONSTRUKCE = SE DVĚMA VÝVODY (ODPOR VĚTŠÍ NEŽ 1Ω) = SE ČTYŘMI VÝVODY (S POTENCIÁLOVÝMI SVORKAMI U NORMÁLŮ S ODPOREM MENŠÍM NEŽ 1Ω) - PODLE PROMĚNNOSTI = PEVNÉ = PLYNULE PROMĚNNÉ (POTENCIOMETRY) = PROMĚNNÉ V ODPOROVÝCH SÁDKÁCH

VŠEOBECNÉ POŽADAVKY ČASOVÁ STÁLOST ELEKTRICKÉHO ODPORU = dosahuje se vhodným technologickým zpracováním odporového materiálu (manganin) MINIMÁLNÍ ZÁVISLOST ODPORU NA TEPLOTĚ OKOLÍ A NA VLASTNÍM OTEPLENÍ MALÉ TERMOELEKTRICKÉ NAPĚTÍ PROTI MĚDI KVALITNÍ IZOLACE MEZI ZÁVITY NORMÁLY PRO STŘÍDAVÝ PROUD NAVÍC: = MALÁ VLASTNÍ KAPACITA NORMÁLU = MALÁ VLASTNÍ INDUKČNOST

= NEZÁVISLOST NA KMITOČTU = SCHOPNOST NEVYTVÁŘET FÁZOVÝ POSUN (vyloučení jalové složky a skinefektu – jen do f= 100Hz) ZATIŽITELNOST = vzduchem chlazené do 1W = olejová nebo petrolejová lázeň W PŘESNOST = STEJNOSMĚRNÉ NORMÁLY 0,05 – 0,0001% = STŘÍDAVÉ NORMÁLY JEN 0,1% = NEJPŘESNĚJŠÍ NORMÁLY HERMETICKY UZAVŘENÉ

PROVEDENÍ ZÁKLADNÍ NORMÁLY VINUTY ODPOROVÝM VODIČEM DEFINOVANÝCH GEOMETRICKÝCH ROZMĚRŮ NORMÁLY HODNOT POD 1Ω V DESÍTKOVÉ ŘADĚ - stejnosměrné od hodnot 10 e-5 Ω (0,001%) - střídavé od 0,1Ω (0,1%) s potenciálovými přívody NORMÁLY NAD 1Ω V DESÍTKOVÉ ŘADĚ - rozmezí 10Ω - 10 e6 až e9Ω - střídavé normály do 100Ω bifilárně vinuté (pro omezení indukčnosti), nad 100Ω tzv.Chaperonovo vinutí (pro omezení indukčnosti i kapacity) U I ELEKTRICKÝ ODPOR JE DEFINOVÁN NA POTENCIÁLOVÝCH SVORKÁCH

NORMÁLY KAPACITY ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ : ABSOLUTNÍ NORMÁLY – realizované podle definice kapacity z geometrických rozměrů desek = kondenzátor tvoří válec v1 a v2, dva další zajišťují homogenní elektrické pole uvnitř, dielektrikem je vzduch - ODVOZENÉ NORMÁLY – realizují se jako součástky a jejich hodnota se určí změřením, dielektrika jsou různá podle požadavků na ně U U v1 v2

VŠEOBECNÉ POŽADAVKY PŘESNĚ DEFINOVANÁ KAPACITA NEZÁVISLÁ NA VLIVECH OKOLÍ NEZÁVISLOST KAPACITY NA VELIKOSTI NAPĚTÍ MEZI ELEKTRODAMI NEZÁVISLOST KAPACITY NA FREKVENCI STŘÍDAVÉHO PROUDU CO NEJDOKONALEJŠÍ DIELEKTRIKUM = velký izolační odpor = co nejmenší dielektrické ztráty CO NEJMENŠÍ VLASTNÍ INDUKČNOST

VYUŽITÍ PODLE DIELEKTRIKA VZDUCHOVÉ – jako deskové s kapacitou 1-10e5 pF pro napětí do 2kV, přesnost 0,03% +/- 0,3pF STLAČENÝ PLYN – nejčastěji dusík, velmi stálé, téměř bezztrátové, do 1400kV, přesnost 0,5-5% SLÍDOVÉ – malé dielektrické ztráty, napěťově nezávislé, časově stálé KERAMICKÉ – malé dielektrické ztráty, malá vlastní indukčnost, pro přesná měření na vysokých kmitočtech STYROFLEXOVÉ – kapacity až do 1µF SKLENĚNÉ – velká elektrická pevnost

NORMÁLY VLASTNÍ INDUKČNOSTI ABSOLUTNÍ NORMÁLY – výpočtem z geometrických rozměrů Jen v Mezinárodním ústavu v Paříži a v národních ústavech velkých států Kalibrovaný drát navinutý ve vybroušené drážce na mramorovém válci – jednovrstvová cívka SEKUNDÁRNÍ NORMÁLY – navinuté na keramický válcový profil vf lankem. = bez jádra –lineární ale malá indukčnost = s feromagnetickým jádrem – projevuje se hystereze a ztráty v jádře (magnetování jádra) - nelinearita = hodnoty 0, mH, také 10H

POŽADAVKY A PROVEDENÍ KROMĚ VŠEOBECNÝCH POŽADAVKŮ NA NORMÁLY: - nezávislost indukčnosti na velikosti procházejícího proudu - nezávislost indukčnosti na frekvenci - malá vlastní kapacita - malý činný odpor nezávislý na kmitočtu (vf lanko) PROVEDENÍ KERAMICKÉ JÁDRO VINUTÍ a a 3a