Změny rozsahu měřicího přístroje při měření napětí Střední odborná škola Otrokovice Změny rozsahu měřicího přístroje při měření napětí 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

Charakteristika DUM 1 Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2 Autor Ing. Miloš Zatloukal Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-El-EM/3-EL-1/11 Název DUM Změny rozsahu měřicího přístroje při měření napětí Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 26-51-H/01 Obor vzdělávání Elektrikář Vyučovací předmět Elektrická měření Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupiny Žák, 17 – 18 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: možnosti změny rozsahu stejnosměrného a střídavého voltmetru Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Měřicí přístroj, měření napětí, stejnosměrný, střídavý, voltmetr, rozsah, předřadník, kondenzátor, dělič, měřicí transformátor napětí Datum 07. 01. 2013

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

Změny rozsahu měřicího přístroje při měření napětí 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)

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

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 Rm a 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 )

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

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

Změna rozsahu elektrostatického voltmetru – měření střídavého napětí – 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

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

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

Měřicí transformátor napětí – schéma pro jeho připojení Obr. 5

- 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!!

Ukázka předřadníku Obr. 6

Kontrolní otázky Hodnota předřadníku je (se zanedbatelnou chybou) 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) 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

Kontrolní otázky – správné odpovědi Hodnota předřadníku je (se zanedbatelnou chybou) 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) 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

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

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

Děkuji za pozornost 