METROLOGIA ELEKTRYCZNA POLITECHNIKA 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 2 35-959 Rzeszów, rylski @prz.edu.pl 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

Czujniki magnetyczne OBIEKT OBIEKT Norma IEC/EN 60947-5-2 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

Obiekt poruszający się Czujniki 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) XS6 12 - 12 (Sn = 4 mm) XS6 18 - 18 (Sn = 8 mm) XS6 30 - 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

Czujnik magnetyczny położenia wału korbowego Cinquecento 900

Czujniki indukcyjnościowe Gdzie: A jest powierzchnią przekroju rdzenia.

Czujniki indukcyjne i kontaktronowe Rys 10.21 Indukcyjny czujnik położenia zębów przekładniowych ( "czujnik wychwytujący - magnetic pickup"). Rys. 10.20 Indukcyjny czujnik rotacji z magnesem stałym Rys 10.23 Zestyki kontaktronowe: strefy przełączania dla magnesu równoległego do osi czujnika.

Przetwornik magneto-rezystancyjny AMR Przetworniki 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.10.13 Działanie czujnika opartego na efekcie magnetorezystancji

Przetwornik AMR (10.48) R1 = R3 = R0 + DR0 i R2 = R4 = R0 - DR0 Rys. 10.14 Przetwornik AMR, sposób linearyzacji (10.50) Rys. 10.15 Przetwornik AMR w konfiguracji pomiarowej mostka Wheatstona

Czujniki transduktorowe

Kondensator, schemat zastępczy, modele str.185 [5] Rys. 8.1. Symbol kondensatora RX LX CX Rys. 8.3. Pojemnościowa gałąź wzorcowa w połączeniu równoległym CX - pojemność idealna, RX - rezystancja strat, LX - indukcyjność rozproszenia Rys. 8.2. Elektryczny schemat zastępczy kondensatora Rys. 8.4. Pojemnościowa gałąź wzorcowa w połączeniu szeregowym

Rezystor, schemat zastępczy, modele Rys. 8.5. Element rezystancyjny - symbol RX LX CX Rys. 8.7. Schemat rezystancyjnej zmiennoprądowej gałęzi wzorcowej RX - rezystancja podstawowa, LX - indukcyjność szczątkowa CX - pojemność szczątkowa Rys. 8.6. Elektryczny schemat zastępczy rezystora w układach zmienno prądowych

Cewka, schemat zastępczy, modele Rys. 8.8. Symbol cewki indukcyjnej Rys. 8.10. Schemat gałęzi wzorcowej do równoważenia mostka Rys. 8.9. Elektryczny schemat zastępczy cewki

Pomiary stanów nieustalonych w obwodach RC Układ całkujący Układ różniczkujący LabVIEW widok ekranu

Pomiary stanów nieustalonych w obwodach RLC Układ rezonansowy RLC LabVIEW widok ekranu

Właściwości dynamiczne w dziedzinie czasu Rys.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

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

Metoda techniczna pomiaru składowych impedancji 2 1 V generator A Zx Rys. 8.11. Układ metody technicznej pomiaru impedancji

Metoda techniczna poprawnego pomiaru prądu w pomiarze impedancji dR[%] RA[W] DZpi - wartość poprawki w metodzie dokładnego pomiaru prądu, ZA - impedancja amperomierza, RA - rezystancja amperomierza Rys. 8.12. 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. 8.13. Wpływ błędu metody dokładnego pomiaru prądu na pomiar rezystancji kondensatora Xc = dowolna wartość, R=100000W

Metoda techniczna poprawnego pomiaru napięcia w pomiarze impedancji DZpu - wartość poprawki w metodzie dokładnego pomiaru napięcia, ZV - impedancja woltomierza, RV - rezystancja woltomierza Rys. 8.14. Wpływ błędu metody poprawnie mierzonego napięcia na błąd pomiaru rezystancji cewki gdy X=10, 100[W], R=1, 10[W] Rys. 8.15. Wpływ błędu metody poprawnie mierzonego napięcia na błąd pomiaru indukcyjności cewki X=10, 100[W], R=1, 10[W]

Multimetr M-3640 D 1, 2, 3, 4, 5, 6 – przełączniki funkcji 7 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 )

Multimetr M-3640 D FUNCTION RANGE ACCURACY RESOLUTION DC VOLTAGE 200 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

Multimetr M-3640 D FUNCTION RANGE ACCURACY RESOLUTION AC CURRENT 0,2 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

Zakładam równomierny rozkład błędów pomiaru Multimetr 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

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