Elektrická měření pro bakaláře

autor Brtník Bohumil

172 stran A4 / brožovaná V2

Nejprve jsou uvedeny ve dvou kapitolách základní elektromechanické měřicí soustavy: magnetoelektrická a elektrodynamická a je popsáno jejich využití pro měření odporů, kapacit, indukčností vlastních i vzájemných a výkonu. Kromě metod výchylkových jsou popsány i metody můstkové včetně transformátorových poloautomatických můstků a základní metody rezonanční.

Vycházejíce z nedostatků elektromechanických přístrojů jsou ve třetí kapitole popsány principy měřicích zesilovačů, umožňujících konstrukci elektronických měřicích přístrojů, především střídavých voltmetrů. Dále je popsán princip analogových osciloskopů a měření s nimi.

Další kapitola je zaměřena na číslicové měřicí přístroje. Nejprve je popsán princip čítače, z něho vychází převodník s dvojí integrací který v integrované formě představuje jádro většiny číslicových multimetrů. Dále je uveden princip funkce číslicového osciloskopu, rozebrána fáze sběru dat a zobrazení dat, fáze přepočtu dat je ilustrována výpočtem mezivrcholové hodnoty a spektra signálu, což umožní číslicové měření spektra. Na závěr je uveden princip činnosti číslicových měřičů kapacity a indukčnosti. Naznačeny jsou i principy měření výkonu a práce.

Na závěr jsou uvedeny další užívané analogově číslicové převodníky a převodníky neelektrických veličin. Konečně je ukázáno i místo signálových procesorů v měřicích přístrojích, jimiž se naměřené hodnoty po převodu do číslicového tvaru zpracovávají.

      Stručný obsah

Úvod

Základní měřicí soustavy a metody

Elektronické měřicí přístroje

Číslicové měřicí přístroje

Měřicí převodníky

Závěr

      Obsah

1. Úvod ..................................................................................................................................- 5 -

1.1 Chyby měření ...............................................................................................................- 5 -

1.1.1 Systematické chyby...............................................................................................- 5 -

1.1.2 Nahodilé chyby .....................................................................................................- 8 -

1.2 Základní pojmy a značky ...........................................................................................- 10 -

2. Základní měřicí soustavy a metody..................................................................................- 11 -

2.1 Magnetoelektrická soustava .......................................................................................- 11 -

2.1.1 Princip .................................................................................................................- 11 -

2.1.2 Tlumení ...............................................................................................................- 12 -

2.1.3 Vlastnosti.............................................................................................................- 13 -

2.1.4 Použití..................................................................................................................- 15 -

2.2 Měření odporů ............................................................................................................- 16 -

2.2.1 Výchylkové metody ............................................................................................- 16 -

2.2.2 Můstkové (nulové) metody .................................................................................- 21 -

2.3 Elektrodynamická soustava........................................................................................- 25 -

2.3.1 Princip .................................................................................................................- 25 -

2.3.2 Vlastnosti.............................................................................................................- 26 -

2.3.3 Použití..................................................................................................................- 27 -

2.4. Měření výkonů ..........................................................................................................- 30 -

2.4.1 Měření výkonu stejnosměrného proudu..............................................................- 30 -

2.4.2 Měření výkonu střídavého proudu ......................................................................- 32 -

2.5. Měření imitancí .........................................................................................................- 38 -

2.5.1 Měření kapacit výchylkovými metodami............................................................- 38 -

2.5.2 Měření indukčností výchylkovými metodami.....................................................- 41 -

2.5.3 Měření vzájemné indukčnosti .............................................................................- 43 -

2.5.4 Měření imitancí můstky Wheatstoneova typu.....................................................- 45 -

2.5.5 Měření imitancí transformátorovými můstky .....................................................- 52 -

2.6 Rezonanční metody měření imitancí..........................................................................- 59 -

2.6.1 Q-metr .................................................................................................................- 59 -

2.7 Elektromagnetická soustava.......................................................................................- 62 -

2.8 Indukční soustava.......................................................................................................- 65 -

3. Elektronické měřicí přístroje............................................................................................- 66 -

3.1 Elektronické voltmetry...............................................................................................- 67 -

3.1.1 Provedení měřicích zesilovačů............................................................................- 67 -

3.1.2 Střídavé milivoltmetry.........................................................................................- 72 -

3.1.3 Měřič harmonického ( nelineárního ) zkreslení ..................................................- 75 -

3.2 Analogový osciloskop ................................................................................................- 77 -

3.2.1. Blokové schema jednokanálového analogového osciloskopu ...........................- 77 -

3.2.2 Režim YT............................................................................................................- 78 -

3.2.3 Režim XY............................................................................................................- 80 -

3.2.4 Přístrojový zesilovač ...........................................................................................- 83 -

3.2.5 Vysokofrekvenční sonda .....................................................................................- 84 -

3.2.6 Blokové schema dvojkanálového osciloskopu....................................................- 85 -

3.3 Měřicí generátory .......................................................................................................- 88 -

3.3.1 RC generátory .....................................................................................................- 88 -

3.3.2 LC generátory......................................................................................................- 90 -

3.3.3 Generátory se smyčkou fázového závěsu............................................................- 92 -

3.3.4 Číslicové generátory............................................................................................- 93 -

- 4 -

3.3.5 Selektivní voltmetry ............................................................................................- 96 -

3.3.6 Měřicí vysílače ..................................................................................................- 100 -

4. Číslicové měřicí přístroje ...............................................................................................- 103 -

4.1 Čitač .........................................................................................................................- 103 -

4.1.1 Jednokanálový čitač ..........................................................................................- 103 -

4.1.2 Dvojkanálový čitač............................................................................................- 105 -

4.2 Číslicový voltmetr ....................................................................................................- 106 -

4.2.1 Převodník s dvojí integrací................................................................................- 106 -

4.2.2. Číslicový multimetr..........................................................................................- 109 -

4.3 Číslicový osciloskop ................................................................................................- 113 -

4.3.1 Podsystém sběru dat ..........................................................................................- 114 -

4.3.2 Vzorkovací teorém............................................................................................- 116 -

4.3.3 Podsystém zobrazení průběhu...........................................................................- 117 -

4.3.4 Podsystém zpracování dat .................................................................................- 122 -

4.3.5 Vlastnosti...........................................................................................................- 128 -

4.3.6 Princip získání vysokého počtu vzorků.............................................................- 129 -

4.3.7 Princip zobrazení vysokofrekvenčního signálu.................................................- 129 -

4.4 Číslicové měření imitancí.........................................................................................- 131 -

4.4.1 Číslicové RLCG metry......................................................................................- 131 -

4.4.2 Automaticky vyvažované RLCG můstky .........................................................- 138 -

4.5 Číslicový wattmetr ...................................................................................................- 142 -

4.6 Měřicí systémy .........................................................................................................- 144 -

4.6.1 Systém IEEE-488 ..............................................................................................- 144 -

4.6.2 Systém s rozhraním RS-232..............................................................................- 145 -

4.6.3 Rozhraní USB ...................................................................................................- 146 -

4.6.4 Graficky orientované programovací prostředí ..................................................- 148 -

5. Měřicí převodníky..........................................................................................................- 151 -

5.1. Měřicí transformátory .............................................................................................- 151 -

5.1.1 Měřicí transformátor napětí...............................................................................- 151 -

5.1.2 Měřicí transformátor proudu .............................................................................- 152 -

5.2 Halova sonda ............................................................................................................- 153 -

5.3 Klešťové měřicí přístroje..........................................................................................- 154 -

5.4 Zesilovač s modulační větví .....................................................................................- 155 -

5.5 Sigma-delta převodník. ............................................................................................- 158 -

5.6 Snímače neelektrických veličin v můstkovém zapojení ..........................................- 160 -

5.7 Impulsní měření výkonu a energie ...........................................................................- 162 -

6 Závěr...............................................................................................................................- 164 -

Dodatek ..............................................................................................................................- 169 -

Literatura ............................................................................................................................- 170 -