1 METROLOGIA ELEKTRYCZNAPOLITECHNIKA RZESZOWSKA im. Ignacego Łukasiewicza WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI KATEDRA METROLOGII I SYSTEMÓW DIAGNOSTYCZNYCH METROLOGIA ELEKTRYCZNA Andrzej Rylski Politechnika Rzeszowska Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych, ul. W. Pola Rzeszów, Pomiary stanów nieustalonych w obwodach RC, RL, i RLC, pomiar R, L, C metodą techniczną Strona tytułowa Czujniki magnetyczne Czujnik magnetyczny położenia wału korbowego Czujniki indukcyjnościowe Czujniki indukcyjne i kontaktronowe Przetwornik magneto-rezystancyjny AMR Przetwornik AMR Czujniki transduktorowe Kondensator, schemat zastępczy, modele Rezystor, schemat zastępczy, modele Cewka, schemat zastępczy, modele Pomiary stanów nieustalonych w obwodach RC Pomiary stanów nieustalonych w obwodach RLC Właściwości dynamiczne w dziedzinie czasu Przykład systemu Metoda techniczna pomiaru składowych impedancji Metoda techniczna poprawnego pomiaru prądu Metoda techniczna poprawnego pomiaru napięcia Multimetr M-3640 D Literatura

2 Czujniki magnetyczne OBIEKT OBIEKTNorma IEC/EN rozróżnia kilka stref wykrywania dla czujników zbliżeniowych. Znamionowa odległość wykrywania Sn Wartość standardowa wyznaczona dla produktu. Nie bierze pod uwagę rozrzutu parametrów produkcji, zmian temperatury otoczenia, napięcia zasilania, itd. Rzeczywista odległość wykrywania Sr Wartość zmierzona przy znamionowym napięciu zasilania (Un) znamionowej temperaturze otoczenia (Tn). Musi zawierać się pomiędzy 90% i 110% znamionowej odległości wykrywania Sn. Użyteczna odległość wykrywania Su Wartość zmierzona przy dopuszczalnych granicach zmian napięcia zasilania (Un) i temperatury otoczenia (Tn). Musi zawierać się pomiędzy 90% i 110% rzeczywistej odległości wykrywania Sr. Robocza odległość wykrywania Sa To obszar w którym urządzenie pracuje . Zawiera się w granicach od 0 do 81 % znamionowej odległości wykrywania Sn. OBIEKT

3 Obiekt poruszający sięCzujniki magnetyczne XS8 E - 26 x 26 (Sn = 15 mm) XS8 C - 40 x 40 (Sn = 25 mm) XS8 D - 80 x 80 (Sn = 60 mm) XS 12 (Sn = 4 mm) XS 18 (Sn = 8 mm) XS 30 (Sn = 15 mm) Programowanie: - pierwsze wciśnięcie przycisku - czujnik uczy się otoczenia - drugie wciśnięcie przycisku - czujnik uczy się wykrywania pozycji obiektu XS8 Montaż zagłębiony Montaż zagłębiony z tłem Montaż niezagłębiony Obiekt zbliżający się do czoła czujnika Obiekt poruszający się poprzecznie do czoła czujnika

4 Czujnik magnetyczny położenia wału korbowego Cinquecento 900

5 Czujniki indukcyjnościoweGdzie: A jest powierzchnią przekroju rdzenia.

6 Czujniki indukcyjne i kontaktronoweRys Indukcyjny czujnik położenia zębów przekładniowych ( "czujnik wychwytujący - magnetic pickup"). Rys Indukcyjny czujnik rotacji z magnesem stałym Rys Zestyki kontaktronowe: strefy przełączania dla magnesu równoległego do osi czujnika.

7 Przetwornik magneto-rezystancyjny AMRPrzetworniki AMR Magnetorezystory anizotropowe (AMR) są w ogólności wykorzystywane do pomiarów pól magnetycznych w średnim ich zakresie, do 200 mT. Efekt magnetorezystancji opisany został już w 1857 roku przez W. Thomsona Rys Działanie czujnika opartego na efekcie magnetorezystancji

8 Przetwornik AMR (10.48) R1 = R3 = R0 + DR0 i R2 = R4 = R0 - DR0Rys Przetwornik AMR, sposób linearyzacji (10.50) Rys Przetwornik AMR w konfiguracji pomiarowej mostka Wheatstona

9 Czujniki transduktorowe

10 Kondensator, schemat zastępczy, modele str.185 [5]Rys Symbol kondensatora RX LX CX Rys Pojemnościowa gałąź wzorcowa w połączeniu równoległym CX - pojemność idealna, RX - rezystancja strat, LX - indukcyjność rozproszenia Rys Elektryczny schemat zastępczy kondensatora Rys Pojemnościowa gałąź wzorcowa w połączeniu szeregowym

11 Rezystor, schemat zastępczy, modeleRys Element rezystancyjny - symbol RX LX CX Rys Schemat rezystancyjnej zmiennoprądowej gałęzi wzorcowej RX - rezystancja podstawowa, LX - indukcyjność szczątkowa CX - pojemność szczątkowa Rys Elektryczny schemat zastępczy rezystora w układach zmienno prądowych

12 Cewka, schemat zastępczy, modeleRys Symbol cewki indukcyjnej Rys Schemat gałęzi wzorcowej do równoważenia mostka Rys Elektryczny schemat zastępczy cewki

13 Pomiary stanów nieustalonych w obwodach RCUkład całkujący Układ różniczkujący LabVIEW widok ekranu

14 Pomiary stanów nieustalonych w obwodach RLCUkład rezonansowy RLC LabVIEW widok ekranu

15 Właściwości dynamiczne w dziedzinie czasuRys.9.2. Odpowiedź układu na skok jednostkowy x(t) = 1(t) – skok jednostkowy sygnału wejściowego - stała czasowa T-okres drgań własnych a(t) – sygnał wyjściowy f-częstotliwość drgań własnych Rys.9.3. Charakterystyka częstotliwościowa a=f(f) fd- dolna częstotliwość graniczna fg- górna częstotliwość graniczna

16 Przykład systemu Układ 1 porównania Układ 2 porównaniaUkład n porównania Wzorzec 1 Wzorzec 2 Wzorzec n Obiekt badany dane wartości ekstremalnych dobry/zły źródło sygnałów diagnostycznych procesor

17 Metoda techniczna pomiaru składowych impedancji2 1 V generator A Zx Rys Układ metody technicznej pomiaru impedancji

18 Metoda techniczna poprawnego pomiaru prądu w pomiarze impedancjidR[%] RA[W] DZpi - wartość poprawki w metodzie dokładnego pomiaru prądu, ZA - impedancja amperomierza, RA - rezystancja amperomierza Rys Wpływ błędu metody poprawnie mierzonego prądu w pomiarach rezystancji cewek indukcyjnych, XL =dowolna wartość, R=1[W] dR[%] RA[W] 2 1 V generator A Zx Rys Wpływ błędu metody dokładnego pomiaru prądu na pomiar rezystancji kondensatora Xc = dowolna wartość, R=100000W

19 Metoda techniczna poprawnego pomiaru napięcia w pomiarze impedancjiDZpu - wartość poprawki w metodzie dokładnego pomiaru napięcia, ZV - impedancja woltomierza, RV - rezystancja woltomierza Rys Wpływ błędu metody poprawnie mierzonego napięcia na błąd pomiaru rezystancji cewki gdy X=10, 100[W], R=1, 10[W] Rys Wpływ błędu metody poprawnie mierzonego napięcia na błąd pomiaru indukcyjności cewki X=10, 100[W], R=1, 10[W]

20 Multimetr M-3640 D 1, 2, 3, 4, 5, 6 – przełączniki funkcji7 złącze do badania tranzystorów 9 obrotowy przełącznik zakresu i funkcji 11 złącze do pomiaru prądu 0,2 i 20A 13 złącze do pomiaru napięcia i rezystancji 15, 16 wskaźnik analogowy 8 złącze do pomiaru pojemności 10 złącze do pomiaru prądu (max 20mA) 12 złącze wspólne 14 LCD ( 3 1/2 cyfry, max 1999z )

21 Multimetr M-3640 D FUNCTION RANGE ACCURACY RESOLUTION DC VOLTAGE200 mV 2 V 20 V 200 V  0,3 % of rdg + 1 dgt 100 V 1 mV 10 mV 100 mV 1000 V 0,5 % of rdg + 1 dgt 1V AC (True rms) 0,8 % of rdg + 3 dgts 1,5 % of rdg + 5 dgts 750 V 1,2 % of rdg + 3 dgts 1 V RESIST -ANCE 200  2 K 20 K 200 K 2 M 0,5 % of rdg + 3 dgts 0,1  1  10  100  1 K 20 M 1,0 % of rdg + 2 dgts 10 K CURRENT 0,2 mA 2 mA 20 mA 0,1 A 1 A 10 A 200 mA 1,2 % of rdg + 1 dgt 100 A 20 A 2,0 % of rdg + 5 dgts 100 mA

22 Multimetr M-3640 D FUNCTION RANGE ACCURACY RESOLUTION AC CURRENT0,2 mA 2 mA 20 mA 1,0 % of rdg + 3 dgts 0,1 A 1 A 10 A 200 mA 1,8 % of rdg + 5 dgts 100 A 20 A 3,0 % of rdg + 5 dgts 10 mA TEMPERA-TURE -40C~200C 200C~1200C 3,0 % of rdg + 2 dgts dB 200mV 20V 3,0 of rdg + 5 dgts 0,1dB FREQUENCY 2kHz 20kHz 200kHz 1,0 % of rdg + 1 dgt 1Hz 10Hz 100Hz 1MHz 1kHz *2MHz *20MHz 10kHz

23 Zakładam równomierny rozkład błędów pomiaruMultimetr M3640 Oblicz wartość błędu bezwzględnego i względnego oraz zapisz wynik pomiaru rezystancji multimetrem o następujących danych: Rn = 200W, niedokładność wskazań 0,5% of rdg +3dgts, wartość odczytana R=163,5 W. Oblicz wartość niepewności oraz zapisz wynik pomiaru rezystancji multimetrem o następujących danych: Rn = 200W, niedokładność wskazań 0,5% of rdg +3dgts, wartość odczytana R=163,5 W. Rn= 200 W R = 163,5 W Nn=2000z dM= 0,5% DA =+3 z uB[W] = ?, R[W] = ? Rn= 200 W R = 163,5 W Nn=2000z dM= 0,5% DA =+3 z d[%] = ?, D[W] = ?, R[W] = ? Zakładam równomierny rozkład błędów pomiaru

24 Literatura Literatura:[1]. Chwaleba A., Czajewski J., Przetworniki pomiarowe wielkości fizycznych, oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej 1993. [2]. Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A., Metrologia elektryczna WNT Warszawa 1994. [3]. Czajewski J., Poński M., Zbiór zadań z metrologii elektrycznej WNT Warszawa 1995. [4]. Sydenham P.H., Podręcznik metrologii, WKŁ Warszawa 1990. [5].Rylski A., Metrologia II prąd zmienny. OWPRz Rzeszów 2006