merenja u elektrotehnici

Q  METAR

Q faktor ili faktor dobrote je mera kvaliteta izrade kalema. Kalem sa vecim faktorom dobrote ima manje gubitke energije.

Princip merenja Q-faktora: Q faktor nekog kalema je definisan kao kolicnik reaktivne i aktivne otpornosti.

Q=wL/R

Q faktor se smanjuje na velikim ucestanostima (30 kHz), zbog skin efekta.

Skin efekat se pojavljuje zato što struje nisu jednake u svim delovima provodnika pa zbog el. magnetne indukcije struja prolazi najvećim delom kroz površinu provodnika.

Kolo za merenje Q faktora

*

Ukoliko se kolo nalazi u rezonansi Ul i Uc su jednaki. Ako je napon U const onda je Q faktor jednak Uc,pa se voltmetar moze izbazdariti da meri Q faktor.

Blok sema Q metra

Princip rada Q metra zasnovan je na jednačini:

Na visokofrekvencijskom oscilatoru se postavlja ucestanost, na kojoj se meri Q faktor kalema; iz oscilatora se vodi stabilan napon U na ulaz oscilatornog kola. Napon U je relativno nizak, jer bi visi napon mogao da izazove pregorevanje kalema. Kalem se prikljucuje spolja na Q metar. Ugradjenim promenljivim kondezatorom C se redno kolo dovodi u rezonansu tako sto se podesava  maks skretanje visokofrekvencijskog voltmetra. Ako je U const napon Uc u rezonansi pokazuje Q faktor. Opseg je od 0 do 300.

MERENJE FAKTORA IZOBLICENJA. K-METAR

Na ulaz niskofrekvenijskih pojacavaca dovodi se signal iz mikrofona. Ovaj signal treba da se pojaca, ali da ne dodje do izoblicenja. U praksi se to ipak desava pa treba izmeriti izoblicenje. Izoblicen sinusi napon se moze gledati kao i slozeni periodicni napon.

Trenutna vrednost čistog sinosnog napona može se napisati u obliku: u = Um sin (wt + fi)

Vidi se da cist sinusni napon sadrzi samo prvi harmonik, dok slozeni napon sadrzi takodje i vise harmonike cija je w jednaka celobrojnom umnosku. u=U1m sin(wt+f)+U2m sin(2wt+f2)...

Snaga: P=P1+P2 (Ukupna snaga jednaka je zbiru snaga pojedinih harmonika).

Faktor izoblicenja (klir efekat) se defininse kao kolicnik efektivne vrednosti napona visih harmonika i ukupnog napona.

*

Merenje faktora izoblicenja ide ovim redom:
1. Na ulaz K-metra dovodi se napon cije izoblicenje treba izmeriti;
2. Preklopnik K-metra je u polozaju 1 i napon sa klizaca P se vodi na voltmetar, cija je skala izbazdarena u %;
3. Sa P se podesava da kazaljka dodje u polozaj 100%
4. Nakon toga se preklopnik prebaci u polozaj 2 i filtar nepropusih opsega ucestanosti podesava dok se ne eliminise prvi harmonik, sto se postize podesavanjem minimuma skretanja nna skali voltmetra, sada kazaljka pokazuje neku manju vrednost, sto predstavlja efektivnu vrednost napona visih harmonika.

Jednačina koja se na kraju dobije (kada se sve ove vrednosti zamene u 4.2.7)

*

DIGITALNI FREKVENCMETAR

Sluze za tacno merenje učestanosti, posto su jefitini, koriste se kada nije potrebno veoma tacno merenje.

Učestanost je po defininiciji broj perioda u jednoj sekundi. Na ovoj definiciji se zaniva pricnip rada d. f.:

Signal, ciju ucestanost treba izmeriti dovodi se na ulazno kolo. Ono ima zastitu od pogresog ukljucivanja i pretvaraju sinusni napon u pravougaoni. Kontrolna vrata se otvaraju za vreme jedne sekunde, a brojac impulsa izbroji impulse koji prodju za to vreme. Broj impulsa direktno predstavlja ucestanost. Kontrola vremena brojanja obezbedjuje da vrata budu otvorena tacno 1s.

Blok šema osnovog digitalnog frekvencmetra

Na ulazno kolo moze doci signal sa smetnjama. Ako se ovakav signal pojaca obicnim pojacavacem, svaki put kada napon padne ispod 0 dobiju se impulsi za brojanje. Od signala se dobije sirok impuls, a od smetnji uzak. Ovo moze dovesti do pogresnog merenja, jer brojac ne razlikuje impuls signala i suma, i dobija se veci broj impulsa nego sto ima perioda signala.

Ove smetnje se mogu otkloniti pomocu Smitovog kola, koje ima dva nivoa okidanja U1 i U2. Smetnje koje se nalaze izmedju njih ne daju lazne impulse. Razlika napona se naziva histerezis Smitovog okidnog kola.

Kontrolna vrata se mogu ostvariti pomocu skoro svakog logickog kola sa dva ulaza. Na jedan ulaz I kola se dovode impulsi za brojanje, a na drugi se dovode impulsi trajanja 1s. Za vreme impulsa od 1s, vrata su otvorena i impulsi idu u brojac.

MERENJE DIGITALNIM FREKVENCMETROM

Merenje periode: Signal, kome treba izmeriti periodu dovodi se na ulazno kolo, posle kojeg se dobiju pravougaoni impulsi. Oni se dalje dele sa 2, pa se dobije pauza jednaka jednoj periodi ulaznog signala i impuls istog trajanja.

Impulsi, cija je ucestanost jednaka polovini ucestanosti ulaznog signala se vode na jedan ulaz kontrolnih vrata, na drugi ulaz se dovode impulsi iz kvarcnog oscilatora. Vrata otvara signal iz ulaznog kola, a u brojac se prosledjuju impulsi iz oscilatora. Za vreme jedne periode ulaznog signala Tx u brojac ulazi n impulsa iz oscilatora. Broj impulsa koji su usli u brojac je srazmeran periodi ulaznog signala Tx. Koliko impulsa udje u brojac toliko mikrosekundi traje perioda merenog signala.

Blok sema digitalnog frekvencmentra kod merenja periode

Merenje fazne razlike: U ovom slucaju postoje 2 ulazna kola iz kojih izlaze pravougaoni naponi, pa se fazna razlika meri tako što se pomocu ugradjenog oscilatora, izmeri se perioda T, a zatim vreme t koje odgovara faznoj razlici. ϕ=(t/T)*360.

Princip merenja fazne razlike digitalnim frekvencmetrom

DIGITALNI MULTIMETRI

Digitalni multimetri služe za merenje jednosmernog i naizmenicnog napona otpornosti jednosmerne i naizmenične struje sa velikom tačnošću. Pošto su jeftini koristi za merenje napona i u slučajevima kada nije neophodno merenje sa velikom tačnošću.

Napon je električna veličina koja se najčešće meri. Ulazna otpornost je 10 Mega oma do jednog giga oma.

Neki digitalni multimetri imaju automatsko podešavanje mernih opsega. Imaju relativno visoku ulaznu otpornost i zaštitu od pogrešnog uključivanja.

Glavne odlike digitalnih multimetara zbog čega su potisnuli analogne su veliko razlaganje (moguće je čitanje malih promena), automatsko podešavanje nule), na analognom instrumentu se obično može sa sigurnošću odrediti neka veličina na skali

 blok šema digitalnog multimetra da te na slici na njegov ulaz dovodi s jedna od električnih veličina koja se meri posebnim električnim kolima koja se nazivaju pretvarači ove električne veličine se pretvaraju u niški jednosmerni napon obično od 0 do 200 mili volti se na osnovu namerno kolo osnovno merno kolo sadrži analogno-digitalni konvertor koji pretvara na analogni u digitalni oblik

                                                        A/D KONVERZIJA

Metoda dvojne integracije se najbolje pokazala pri pretvaranju jednosmernog napona u digitalni oblik po pitanju ekonomicnosti.

Princip A/D konverzije:Na ulaz A/D konvertora se stalno dovodi jednosmerni napon Ux,koji treba pretvoriti u digitalni oblik.Ux se preko el.prekidaca P1 moze proslediti na integrator,koji cine R,C i operacioni pojacavac.Iza integratora se nalazi naponski komparator kojim se utvrdjuje kada je napon na izlazu integratora jednak 0,odnosno kada je C prazan.Kontrolna logika neposredno upravlja radom konvertora.Na brojacu se dobije digitalna vrednost napona u obliku broja impulsa.

Neka je u trenutku t1 zatvoren el.prekidac P1.Struja tece od ulaza preko P1,kroz R i puni C u smeru oznacenom punom linijom.Za vreme punjenja C struja ulazi u izlaz operacionog pojacavaca.Neka je Ux const;invertujuci ulaz je priblizno na masi.To znaci da je napon na R const pa je i struja const.Napon linearno raste.Struja punjenja tece od – ulaza operacionog ka njegovom izlazu.Posto je – ulaz na masi izlaz mora biti na – potencijalu.Zbog toga napon na C linearno raste u negativnom smeru do t2.Ako je ulazni napon bio mali,i struja je pa je i nagib punjenja mali(Ux`).

Vreme punjenja C od t1 do t2 je uvek isto i iznosi odredjen broj perioda oscilatora.C se puni strujom Ipu=Ux/R.Kolicina elektriciteta kojom se napuni C za vreme T1: Qpu=Ipu*T1=Ux/R*T1.

U t2 kontrolna logika iskljucuje P1 i ukljucuje P2.Sada je na ulaz integratora doveden – napon –Ur.Struja tece od – ulaza operacionog ka – Ur(isprekidana linija) i prazni C.Ur je uvek isto,pa je i struja ista kao i nagib praznjenja.C se prazni do t3 sto utvrdjuje naponski komparator uporedjujuci napon na C sa masom.

Elektricitet se isprazni strujom praznjenja:Ipr=Ur/R za vreme praznjenja T2=t3-t2.Prema tome kolicina elektriciteta koja ode prilikom praznjenja je:Qpr=Ipr*T2=Ur/R*T2.

 Ux/R*T1=Ur/R*T2

Ux*T1=Ur*T2

T2=Ux/Ur*T1

Iz jednacine se vidi da je vreme praznjenja C direktno srazmerno ulazom naponu Ux.

Za vreme praznjenja C kontrolna logika prosledjuje impulse iz oscilatora u brojac.Tada je vreme praznjenja C jednako broju impulsa N koji udju u brojac,pomozenom sa periodom impulsa Ti.

T2=Ti*N=Ux/Ur*T1

Broj impulsa koji udju u brojac: N=Ux/UrTi*T1