SKRYPT - ANALOGOWE PRZETWORNIKI POMIAROWE WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH.pdf - Automatyka,Robotyka(hasło to nazwa chomika) - gans1

12. lutego 2007 r.

Kierunek: Elektrotechnika

Studia inżynierskie zaoczne

Semestr: V

1. ANALOGOWE PRZETWORNIKI POMIAROWE WIELKOŚCI ELEK-

TRYCZNYCH

Przetwornik pomiarowy jest to element układu pomiarowego, mający przynajmniej

jedno wejście i jedno wyjście, reagujący na doprowadzenie do wejścia sygnału przed-

stawiającego wielkość fizyczną pojawieniem się na wyjściu sygnału wyjściowego,

który może różnić się od sygnału wejściowego wartością, rodzajem wielkości fizycz-

nej, rodzajem nośnika informacji, przy czym wartości sygnału wejściowego i wyjścio-

wego są związane funkcjonalnie w jednoznaczny sposób i z określoną dokładnością.

W ogólnym przypadku rodzaje sygnałów wejściowych i wyjściowych mogą być

różne: elektryczne i nieelektryczne, analogowe i cyfrowe. Zależnie od nich mamy do

czynienia z przetwornikami wielkości elektrycznych na elektryczne (np. wzmac-

niacz), nieelektrycznych na elektryczne (np. mikrofon) lub odwrotnie (np. głośnik), jak

też analogowo-cyfrowymi, cyfrowo-analogowymi, cyfrowo-cyfrowymi. Wartość (po-

ziom) sygnału wyjściowego (tego samego rodzaju lub nie) zależy oczywiście od war-

tości sygnału wejściowego, zgodnie ze znaną funkcją przetwarzania i jej dokładno-

ścią. Przy sygnałach reprezentujących tę samą wielkość fizyczną (np. napięcie) mogą

się one różnić rodzajem nośnika informacji (np. zmiany poziomu napięcia wejściowe-

go będą powodowały na wyjściu zmiany częstotliwości napięcia).

Zgodnie z polską normą PN-90/E-06520 „Przetworniki pomiarowe wielkości elek-

trycznych" przetwornik pomiarowy wielkości elektrycznych jest to przyrząd służący do

przetwarzania wielkości elektrycznej w standardowy sygnał elektryczny ciągły w cza-

sie, z określoną dokładnością, według danej funkcji.

1.1. Dzielniki i przekładniki

1.1.1. Dzielniki

Dzielniki napięcia są przetwornikami napięcia na napięcie. Stosuje się je w celu

zmniejszenia mierzonego napięcia, aby umożliwić jego pomiar przez przyrządy, któ-

rych górna granica zakresu pomiarowego jest niższa od wartości mierzonego napięcia,

jak też dla zwiększenia bezpieczeństwa obsługi.

1.1.1.1. Dzielniki rezystancyjne

Schemat najprostszego, jednostopniowego, rezystancyjnego dzielnika napięcia przed-

stawiono na rys. 1.1. Dla napięcia stałego, w stanie nieobciążonym tzw. przekładnia

dzielnika wynosi:

URR R

1 2

= +

(2.1)

Rezystancyjne dzielniki napięcia buduje się zwykle jako kilkustopniowe (rys. 1.2)

w klasach dokładności od 0,0001 do 0,1 (symbol klasy oznacza maksymalny błąd pro-

centowy w warunkach znamionowych).

Rys. 1.2. Schemat wielostopniowego

dzielnika napięcia

Dla napięcia przemiennego przekładnia dzielnika będzie:

UZ Z

1 2

= +

(2.2)

gdzie Z v Z 2 — impedancje zespolone oporników R x i R 2 , uwzględniające ich szcząt-

kowe indukcyjności i pojemności pasożytnicze.

= =

Rys. 1.1. Schemat rezystancyjnego dziel-

nika napięcia.

= =

Ich istnienie powoduje, że przekładnia dzielnika jest zależna od częstotliwości na-

pięcia. Konstruując dzielnik tak, by stosunek indukcyjności oporników był równy sto-

sunkowi ich rezystancji i odwrotnie proporcjonalny do stosunku pojemności, można

skompensować błąd częstotliwościowy.

PRZYKŁAD

Do wyjścia rezystancyjnego dzielnika napięcia o przekładni K = 10 (w stanie nieob-

ciążonym) i całkowitej rezystancji 10 kΩ dołączono woltomierz rezystancji Rv = 100

kΩ. Jaki błąd przekładni spowodowało dołączenie woltomierza?

Rozwiązanie

Oporniki dzielnika (patrz rys. 1.1) muszą mieć rezystancje R1 = 9 kΩ i 1 kΩ. Dołą-

czenie woltomierza o rezystancji Ry = 100 kΩ równolegle do opornika R2 powoduje,

że przekładnia:

K' 1

10,09

K' K

⋅

−

δ= ⋅ =

100% 0,9%

1.1.1.2. Dzielniki pojemnościowe

Dzielniki pojemnościowe są dzielnikami napięcia przemiennego. Dzielnik tworzy

układ połączonych szeregowo kondensatorów (rys. 1.3).

Rys. 1.3. Schemat pojemnościowego dzielnika napięcia.

Przekładnia dzielnika pojemnościowego:

= = =+ =+ =+

1 2

(2.3)

jC 2

Faktycznie na przekładnię mają wpływ rezystancje strat kondensatorów.

PRZYKŁAD

Dzielnik pojemnościowy, składający się z dwóch szeregowo połączonych kondensato-

rów o pojemnościach C1 = 10 pF i C2 = 50 pF, wykorzystano w celu poszerzenia za-

kresu pomiarowego woltomierza elektrostatycznego. Woltomierz ten o zakresie 0 do

100 V, pojemności własnej C = 50 pF i rezystancji, którą można uznać za nieskończe-

nie wielką, dołączono równolegle do kondensatora C2. Ilokrotnie zwiększono zakres

woltomierza?

Rozwiązanie

UCCC 11

+ +

1.1.1.3. Dzielniki indukcyjnościowe

Pod względem konstrukcyjnym dzielnik indukcyjnościowy napięcia (rys. 1.4) jest pre-

cyzyjnym autotransformatorem. Jeżeli zostanie on tak wykonany, aby zwoje miały

jednakowy kształt i wymiary, a strumień magnetyczny w rdzeniu, na którym są nawi-

nięte, był jednorodny, to przekładnia dzielnika będzie zależna tylko od stosunku liczby

N1 wszystkich zwojów i liczby N2 zwojów, wyznaczonej położeniem przełącznika

regulującego wartość napięcia wyjściowego:

= =

(2.4)

Gdyby było możliwe zupełne spełnienie podanych warunków, dzielniki indukcyjno-

ściowe miałyby stuprocentową dokładność, bo liczby zwojów można wyznaczyć bez-

błędnie, ale i tak charakteryzują się one stosunkowo małą zależnością przekładni od

obciążenia. Rdzenie dzielników zwija się z cienkiej blachy grubości setnych części

milimetra, wykonanej z permalloju (stop o bardzo dużej przenikalności magnetycz-

nej). Stosowane są też wielostopniowe dzielniki kaskadowe (rys. 1.5).

UZ Z

Rys. 1.4. Schemat ideowy in-

dukcyjnościowego

dzielnika napięcia.

Rys. 1.5. Schemat wielostopniowego (kaskadowe-

go), indukcyjnościowego dzielnika na-

pięcia.

1.1.2. Przekładniki

Przekładniki są to transformatory pomiarowe, stosowane w celu zmniejszenia w zna-

nym stopniu napięć i prądów o zbyt dużych wartościach, niedogodnych lub niemożli-

wych do zmierzenia za pomocą mierników o standardowych zakresach. Dodatkowym

celem stosowania przekładników jest galwaniczne odseparowanie obwodu kontrolo-

wanego (często o wysokim napięciu) od obwodu pomiarowego.

Przekładniki dzieli się na napięciowe i prądowe. Niezależnie od tego jedne i dru-

gie można podzielić na sieciowe (jednozakresowe, instalowane na stałe w podstacjach

energetycznych) oraz laboratoryjne (zwykle wielozakresowe i dokładniejszych klas).

1.1.2.1. Przekładniki napięciowe

Przekładnik napięciowy jest pomiarowym transformatorem napięcia pracującym w

warunkach zbliżonych do biegu jałowego, bo jego obciążenie wtórne (woltomierz,

ewentualnie obwód napięciowy watomierza lub układy zabezpieczeń i sterowania) nie

przekracza w sumie kilkudziesięciu watów.

Zgodnie z normą PN-IEC 186 (z 1994 r.) „Przekładniki napięciowe", w przekładniku

jednofazowym (rys. 1.6) zaciski uzwojenia pierwotnego oznacza się dużymi literami

A, B, natomiast zaciski uzwojenia wtórnego małymi literami a, b. Uzwojenia powinny

być tak nawinięte, aby chwilowa polaryzacja par zacisków oznaczonych tymi samymi

literami (A i a oraz B i b) była zgodna. Na wielu przekładnikach można spotkać inne

oznaczenia zacisków (M, N i m, n), wymagane przez dawną, polską normę, która już

nie obowiązuje; oznaczenia te na rys. 1.6 podano w nawiasach.

SKRYPT - ANALOGOWE PRZETWORNIKI POMIAROWE WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: