1
Dr hab. inŜ. Michał LISOWSKI, prof. P.Wr.
michal.lisowski@pwr.wroc.pl
Uwaga: poniŜsze materiały maja charakter autorski na prawach rękopisu. Ich udostępnianie
bez zgody autora, a takŜe rozpowszechnianie jest prawnie zabronione.
Wykład 4b
ZASADA DZIAŁANIA MIERNIKA MAGNETOELEKTRYCZNEGO
Budowę miernika magnetoelektrycznego z magnesem zewnętrznym pokazano na rys. 4.9, a
na rys. 4.10 przedstawiono budowę przyrządów magnetoelektrycznych, obecnie najczęściej
stosowanych, z magnesem wewnętrznym.
Rys. 4.9. Budowa miernika magnetoelektrycznego z magnesem zewnętrznym: 1 – magnes,
2 – nabiegunnik, 3 – rdzeń, 4 – szczelina powietrzna, 5 – cewka. 6 – wskazówka,
7 – przeciwwagi 8 – spręŜynka zwrotna
Rys. 4.10. Budowa miernika magnetoelektrycznego z magnesem wewnętrznym: 1 – rdzeń,
2 – cewka ruchoma, 3 – nabiegunniki, 4 – spręŜynka zwrotna, 5 – wskazówka, 6 – magnes
trwały
2
Prąd I przepływający przez cewkę o liczbie zwojów z i szerokości d, nawiniętą na
ruchomej ramce (rys. 4.11) znajdującej się w polu magnetycznym o indukcji B i szerokości
nabiegunnika l wywołuje moment obrotowy
M = IBzdl .
SpręŜynka zwrotna, wskutek jej skręcenia, wytwarza moment zwrotny
M
z
= k
α
.
W stanie ustalenia się wskazań
M = M
z
, czyli IBzdl = k
α
.
Stąd
I = c
α
,
gdzie
c = k/(IBzdl).
Rys. 4. 11. Cewka nawinięta na ruchomej ramce
Czopy, z hartowanej stali węglowej, przyklejone do cewki ułoŜyskowane są łoŜyskach
z kamieni szlachetnych (syntetyczny szafir lub rubin), podobnie jak czopy w zegarkach
(rys.4.12).
Rys. 4.12. Czop i łoŜysko
SpręŜynki zwrotne (rys. 4.12) równocześnie słuŜą jako doprowadzenia prądu do
uzwojenia cewki
3
Rys. 4.12. SpręŜynka zwrotna
NIEDOKŁADNOŚĆ PRZYRZĄDÓW ANALOGOWYCH
Klasa przyrządu
.
X
X
X
kl
n
g
100
∆
δ
ch
=
≥
Klasy są znormalizowane szeregiem: 0,1; 0,2;0,5; 1; 1,5; 2,5
Najczęściej wartością umowna jest zakres pomiarowy.
Przykład
Przyrząd klasy 0,5 o
α
n
=100 dz.
Błąd graniczny wskazań przyrządu
Błąd przy dowolnym wskazaniu X
X
X
kl
X
X
X
n
g
=
∆
=
100
δ
.
lub
α
α
α
α
δα
n
g
kl
=
∆
=
100
.
Np. kl=0,5,
α
n
=150 dz. to dla
α
=10 dz. δ
α
=7,5 %,
α
=50 dz. δ
α
=1,5 %,
α
=100 dz. δ
α
=0,75 %,
α
=150 dz. δ
α
=0,5 %.
Dla wzorów nastawnych klasa odniesiona jest najczęściej do wartości nastawy i jest
wielokrotnością dziesiętną liczb
(1;2;5)10
k
,
gdzie k jest całkowitą liczbą niedodatnią.
.
dz
,
,
kl
n
g
5
0
100
100
5
0
100
±
=
⋅
=
⋅
=
∆
α
α
4
PRZYRZĄDY CYFROWE
Przyrządy cyfrowe mają cyfrowe pole odczytowe, które dla przyrządów cyfrowych,
umoŜliwiają odczyt z duŜą rozdzielczością (rys. 4.13). Ogólny schemat strukturalny przyrządu
cyfrowego pokazano na rys. 4.14. Przyrządy te obecnie przewaŜnie w swojej strukturze zawierają
mikroprocesory. Podstawowym elementem przyrządu cyfrowego jest przetwornik analogowo-cyfrowy
(rys. 4.16).
Rys. 4.13. Laboratoryjne multimetry cyfrowe
Rys. 4.14. Schemat strukturalny przyrządu cyfrowego
Rys. 4.15. Schemat strukturalny mikroprocesorowego przyrządu cyfrowego
5
Rys. 4.16. Przetwornik analogowo-cyfrowy
Parametry określające właściwości przetworników a/c:
• zakres napięcia wejściowego,
najczęściej ±5 V lub ± 10 V,
• rezystancja wejściowa,
przewaŜnie rzędu 10
9
,
• przeciąŜalność (napięcie wejściowe, które nie powoduje jeszcze uszkodzenia przetwornika),
• niedokładność,
przewaŜnie ±(0,1 ÷ 0,002) %,
• rozdzielczość (liczba bitów),
4, 8, 16 bitów,
• czas przetwarzania,
od 0,1 s (wolne) do 10 ns (bardzo szybkie),
• rodzaj kodu,
najczęściej binarny,
• obciąŜalność wyjścia (przewaŜnie określana jest liczbą bramek, które moŜna przyłączyć do
jednego wyjścia przetwornika),
• warunki uŜytkowania (zakres temperatury i wilgotności),
• zasada przetwarzania,
• technologia wykonania,
• topografia (rodzaj i rozmieszczenie wyprowadzeń),
• rozmiary,
• masa
NIEDOKŁADNOŚĆ PRZYRZĄDÓW CYFROWYCH
Błąd podstawowy ma dwie składowe: multiplikatywną i addytywną.
Np. dla zakresu 100 mV:
±0,015 % w.m. ±0,002 % w.k.p. ±3µV.
Dla danego wskazania błąd graniczny bezwzględny
∆
+
+
±
=
∆
X
bX
aX
X
of
n
g
100
100
,
a względny błąd graniczny
∆
+
+
±
=
100
X
X
X
X
b
a
X
of
n
δ
.
MoŜe być podany takŜe w postaci
6
±0,01 % w.m. ±1(2) cyfry.
Wówczas
∆
+
±
=
∆
X
n
n
aX
X
g
100
,
∆
+
=
100
n
n
a
X
δ
.
Przykład
V.C. ma niedokładność ±0,1 % ±1 cyfra.
JeŜeli wskazał U=85,1 mV, to
%
,
,
U
22
0
100
851
1
1
0
±
=
+
±
=
δ
,
dla U=2,1 mV
%
,
,
U
9
4
100
21
1
1
0
±
=
+
±
=
δ
.
PRZYRZADY REJESTRUJĄCE
REJESTRACJA ANALOGOWA (CIĄGŁA)
Rys. 4.17. Rejestratory atramentowe
Rys. 4.18. Oscylograf pętlicowy
7
Rys. 4.19. Rejestrator X-Y
REJESTRATRACJA DYSKRETNA
Rys. 4.20. Rejestrator punktowy
Rys. 4.21. Rejestracja punktowa
8
Rys. 4.22. Rejestracja komputerowa
OSCYLOSKOPY
Dostępne są oscyloskopy analogowe i cyfrowe (dyskretne) oraz analogowo-cyfrowe,
tzn. takie które mogą pracować analogowo lub dyskretnie. Czasami mogą zawierać
wewnętrzną drukarkę (rys. 4.23).
Rys. 4.23. Oscyloskop cyfrowy z wewnętrzną drukarką