ELEKTRISCHE MESSTECHNIK

Transkript

1 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 1 von 23 ELEKTISCHE MESSTECHIK a HF Eingang Kanal A f (x) Sampling Sufe ZF Ausgang Kanal A 20 khz 20-kHz Filer I Abas Impuls Sufe Frequenz regelung Spannung abgs. Osz ϕ b Sampling Sufe 20-kHz Filer Schema Hizedrahsrommesser HF Eingang Kanal B f(x) ZF Ausgang Kanal B 20 khz Blockschalbild Eingangssufe ekoranalysaor Prinzip des Messens Prozess x Messgröße, Eingang Mess-Sysem Messeinrichung xa Messwer (Ausgang) Jusier- bzw. Eichprozess xn, Eichgröße Messgröße Erfassung Messsignal mformung Messsignal Ausgabe Messwer (Aufnehmer) (Anpasser) (Ausgeber) Hilfsenergie Hilfsgerä Prozess Signal der Messgröße Signal des Messweres Messgröße Messgrößen- Erfassung Messgrößen- mformung Messwer- Ausgabe Mensch Signalverarbeiung Prozess

2 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 2 von 23 Drehspulmesswerk mi Hufeisenmagne und Kernmagne S Analoge Anzeigegeräe A 270 Insrumen / ma ma Skalenanzeigen, Zeiger Meall oder Lichsrahl, Lange, dünne Zeiger Spiegel zur ermeidung von Parallaxe Feingeeile, weiwinklige Skalen Analoges Mulimeer ca ma Masse ma Mulimeer

3 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 3 von 23 Analoge Skalen Digiale Anzeigegeräe Beispiele für Srukurierung 126,32 m Siebensegmen Technologie: Luminezenzdioden LED Flüssigkrisall LCD Elekrolumineszenz ELD akuumfluoreszenz FD Plasmadisplay PDP Sechzehnsegmen Mechanisch Glühbirnen 5 mal 7 Punkmarix

4 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 4 von 23 Messverfahren Direkes erfahren: ur Spannung oder Srom Indirekes erfahren: Spannung und Srom Widersand A 1 s Zeikoninuierliche Were Kompensaionsverfahren ullgerä s Meß objek 1 q K Hilfs srom quelle Zeidiskree Were I H Poggendorf Lindeck ohe Beispiele von Signalformen max Impuls echeck - Impulsfolge T 0,9 max max 0,5 max 0,1 max /ms r in ms f T Exponenial- bzw. adelimpuls /s Gaussimpuls /s

5 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 5 von 23 Beispiele von Signalformen 1 Zweiseiige, symmerische Impulsfolge 1 Einseiige Impulsfolge -1 0,5 1 1,5 2 /ms /ms û u() SS /ms -û T Symmerische Sinusschwingung Sinusschwingung mi Gleichaneil Beispiele von Signalformen s s Impulsfolge als Treppenfunkion Gleichrichwer X () Schwingungsimpuls s Sinus und (Sinus) 2 Funkion quadraischer Mielwer

6 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 6 von 23 Beispiele von Signalformen π/4a An A 1 s Gedämpfe Sinusfunkion -A 0,5 1 1,5 2 /ms echeckimpulsfolge 0,6 0, f/khz Spekrum Sinusfunkion X A n X 0 1/3X0 X 0 s ω 0 3ω 0 ω A n X 0 ω 0 ω Überlagere Sinusfunkion Spekrum Überlagere Sinusfunkion Spekrum Beispiele von Signalformen X () A ( ω) δ Impuls Spekrum δ Impuls ω X() A (ω ) T 2π/T ω δ Impulsfolge Spekrum δ Impulsfolge

7 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 7 von 23 Beispiele von Signalformen max T 2 π / T A (ω ) Spalfunkion sin(x) / x T echeck - Impulsfolge /ms 2*n* π T ω Spekrum echeck - Impulsfolge Beispiele von Signalformen X () X ( ω ) Spekrum Analoges Signal Analoges Signal 0 ω grenz ω X () T X (ω ) Spekrum abgeasees analoges Signal 2 π / T 4 π / T 6 π / T T Abgeasees analoges Signal 0 ω

8 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 8 von 23 Beispiele von Signalformen X Sochasisches koninuierliches Signal Sochasisches zeidiskrees Signal h (u) Besimmung der Häufigkeisvereilung Beispiele von Gauss- ereilungen Kleine Sreuung Große Sreuung h ( x ) in % h ( x ) in % σ = 0,5 (klein) Wechselaneil 20 Gleichaneil Wechselaneil 20 Gleichaneil σ = 2,0 x x x x

9 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 9 von 23 Beispiele von auschspekren P W/Hz P W/Hz P W/Hz Weißes auschen f Hz f Hz Farbiges auschen P W/Hz P W/Hz osa auschen f Hz Breibandiges auschen f Hz f Hz Schmalbandiges auschen Auokorrelaionsfunkion x() Φ xx (τ) Periodisches Signal Beispiel τ Geringe Wiederholneigung Prinzipfunkion Korrelaor () Muliplizierer Inegrierer egisrierer erzögerer Seuereil

10 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 10 von 23 Messfehler L =0,5Ω 0 e =200 Ω 1 0 e =200 Ω = 50 Ω L =0,5Ω Sysemaischer Fehler durch Messgerä Messgerä und Leiungswidersand g 0 e =0,8 Ω A 1,5 1,5 3 e =10 kω Addiion von Messfehlern Muliplikaion von Messfehlern Häufigkeisdichefunkion h (x) : n : Gesamzahl der Messungen Dn : Anzahl der im Inervall Dx aufreenden Anzeigewere h (u) errauensbereiche von Messungen Saisische Sicherhei P ( x-x < c) P ( x x < c = h( x) dx c c h (x) Typische errauensbereiche h (x) h (x) 1σ -3σ -2σ -1σ x 1σ 2σ 3σ x 2σ n h = n h( x) = n lim x 0 n x h = rel. Häufigkei im ensprechenden Inervall -c + x c Gauß ereilung: ( x x ) 1 2 2σ ( ) h x = e σ 2π 2 x -3σ -2σ -1σ x 1σ 2σ 3σ h (x) 3σ -3σ -2σ -1σ x 1σ 2σ 3σ x x

11 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 11 von 23 Drehspulgerä Lorenz Kraf Skala Anwendung beim Drehspulgerä r r r F = I ( L B ) Zeiger Dauermagne Weicheisenzylinder fessehend S F I L B S ücksellfeder Drehspule Symbol für Drehspulmessgerä Einschwingvorgänge beim Drehspulgerä α Schwache Dämpfung Sarke Dämpfung Aperiodischer Grenzfall α 0 Kriechende Dämpfung T0

12 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 12 von 23 Srom- und Spannungsmessung mi dem Drehspulgerä Srommessung mi ebenwidersand Spannungsmessung mi orwidersand A i I i i I i i I I e e i, Ii I e Mehrfachmessbereich i, I i, i Messbereichserweierung beim Drehspulgerä 200Ω 200 Ω I mess =0,2 ma S I = i S I Mess i 2 1 0,1 Ω 0,9 Ω 9 Ω 90 Ω 20 Ω 900 Ω 9 kω 90 kω A (I1) 0,1 A 10 ma 1 ma 100 m

13 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 13 von 23 Drehspulgeräe mi Gleichricher I S I() Schalungsaren für Messgleichricher + - Grundschalung eihenparallelschalung Mielwer von Wechselsrom I() Brückenschalung Brückenschalung mi Wirkwidersänden Mielwer bei Einweggleichrichung und Zweiweggleichrichung Mielpunk- (Gegenak-)schalung Elekrodynamisches Messgerä Eisenloses Messwerk Prinzip Spule 1 Spule 2 Spule 1 Skala B Spule W Eisengeschlossenes Messwerk Φ1 B Sinnbild:

14 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 14 von 23 Leisungsmessung I i Allgemeine Anschlussübersich 1 2 ez i I Leisungsmesser W erbraucher Sromrichige und spannungsrichige Schalung enn P Erzeugerrichig erbraucherrichig erbraucher i I enn ' u Messbereichserweierung Srom und Spannung Selbskompensaion mi doppeler Srompfadspule Dreheisenmeßwerk Form der Bleche I Spule S B Feses Eisenblech Bewegliches Eisenblech Lufdämpfung S Sinnbild

15 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 15 von 23 Dreheisengerä mi Mehrfachbereichen Leisungsmessung F 1 s 1 F 2 s 2 I B 90 α = 45 α' = 45 β S r F 2 F 1 Sinnbild: Ü I Ü Z Kreuzspulmesswerk (Drehspulquoienenmesswerk) Messbereichserweierung bei Wechselspannung Meßwerke 1 0 α B M F 1 s 1 F 2 s 2 I M B H S B r 90 α = 45 α' = 45 β S I 3 F 2 F 1 Sinnbild: Drehmagnemesswerk, Funkionsprinzip Elekrodynamisches Kreuzspulmesswerk Sinnbild:

16 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 16 von 23 Thermoumformer Messwerke Drehspulmesswerk ücksellfeder α TH I Thermoelemen Heizdrah Glasperle Sinnbild für direke Heizung Sinnbild für indireke Heizung Elekrosaisches Meßwerk Sinnbild I Bimeallmeßwerk, Sinnbild Hizedrahmesswerk Sinnbild Indukionsmeßwerk Spannungseisen Zum Zählwerk ~ n Φ u Φ I Drehscheibe Drehscheibe Sromeisen = I Bremseinrichung I W Spannungseisen erbraucher Φ n Φ I Φ I Sromeisen

17 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 17 von 23 Sinnbilder elekrischer Messgeräe Elekrodynamisches Messwerk eisengeschlossen Elekrodynamisches Messwerk Drehspulmesswerk mi Dauermagne Drehspul- Quoienenmesswerk Drehmagne Messwerk Drehmagne Quoienenmesswerk Dreheisen Messwerk Dreheisen- Quoienenmesswerk Elekrodynamisches Quoienen Messwerk eisengeschlossen Elekrodynamisches Quoienen Messwerk Indukions- Messwerk Indukions- Quoienen Messwerk Direk Indirek 60 Bimeall Meßwerk Elekrosaisches Meßwerk Thermoumformer Drehspulmesswerk mi Thermoumformer Drehspulmesswerk mi Gleichricher Bevorzuge Lage Messgerä 2 1,5 ulllageneinsellung Prüfspannung > 500 z.b. 2 k Elekrosaische Schirmung Magneische Schirmung Klassezeichen für Fehlergrenze Leisungsmessung Mi ol- und Amperemeer Sromrichig I= I + I Spannungsrichig (zum erbraucher) I P I= I + I A = + I = + I = I u I Mi Leisungsmesser (elekrodynamisches Werk) I u Spannungsrichig (zum erbraucher) W I= I + I A I erbraucher = + i ei I u eu enn Brücke 1 Brücke 2 Sromrichig (zum erbraucher) Sromrichig Spannungsrichig (zum erbraucher)

18 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 18 von 23 Kompensaoren H I H q K ' K Prinzip Poggendorf ullinsrumen I H 1,0173 kω 11 x 100 Ω 10 x 10 Ω = 1, ,1 ma 11x10Ω 3 0,01 ma 2 0,1 ma 2 10x1Ω x1Ω 5 q H I H Poggendorf mi kaskadieren Widersandskeen K ' K H I H q 1 2 Kompensaor nach Lindeck - ohe Poggendorfmi Hilfsspannungsquelle I H K q Kompensaionsschreiber Aufzeichnung Anschlussprinzip Y - Bewegung I H K Zeiabhängigkei ' K k q 1 M ullpunksverschiebung 0 % 50 % 100 % / l Träghei T e 10 T e

19 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 19 von 23 Widersandsmessung Sandard über, I - Messung I I A I A I I ei ei I eu eu Sromrichige Messung Spannungsrichige Messung I q α, α,i 0 B B Mi Konsansromquelle Mi Konsanspannungsquelle Widersandsmessung Messbrücke nach Wheasone 2 1 e A 2 1 a B 4 Messungen mi dem Kreuzspulmesswerk I 0 1 Messbrücke nach Thomson 1 ' 1 A 2 ' 2 e 3 3 B Mebssrücke nach Wheasone mi Schleifkonaken x v L-x 4 4 L x

20 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 20 von 23 Leisungsmessung im Drehsromkreis Z 1 L 1 L 2 12 Z 2 L 1 Q 1 Q 2 L 3 I Z 3 L 2 Q 3 1, 2, 3 L 3 I Sröme und Spannungen im Drehsromkreis Blindleisungsmessung Sromrichig Spannungsrichig (zum erbraucher) P 1 P 1 L 1 L 1 P 2 L 2 L 2 P 3 Wirkleisungsmessung L 3 P 2 L 3 Blindleisungsmessung im 3 Leier Kreis (Aron-Schalung) Leisungsmessung im Drehsromkreis P 1 L 1 Q 1 P 2 L 1 L 2 u L 2 P 3 L 3 Q 2 L 3 u + u Wirkleisung Messung mi künslichem Sernpunk im 3 Leier Kreis Blindleisung Messung mi künslichem Sernpunk im 3 Leier Kreis

21 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 21 von 23 Messung des Leisungsfakors 3 () () () L I 3 () 1 2 Z: und X Mi dem elekrodynamischen Kreuzspulmesswerk Mi 3 Spannungsmessern, β φ I B 90 - φ α γ φ 3 2w I Leisungsfakor- und Widersandsmessung Y 1 Y 2 () I3 Z: und X L L + - Mi 3 Srommessern Messung von Z und φ i β pi I Z α γ φ I 3 = 50 Hz und 228 I 3B u pu z Z I 3w Messung von S und P

22 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 22 von 23 Leisungsfakor- und Widersandsmessung Y 1 Y 2 () I3 Z: und X L L + - Mi 3 Srommessern Messung von Z und φ i β pi I Z α γ φ I 3 = 50 Hz und 228 I 3B u pu z Z I 3w Messung von S und P Widersandsmessung I Z Z 1 Z 3 L 1 δ 1 L 3 δ 3 z Z LLLL - Brücke Z 2 Z 4 L 2 δ 2 L 4 δ 4 Z 1 Z 3 Messung von Z und L 1 δ 1 C 3 δ 3 Z 2 Z 4 LLCC - Brücke Z Z 3 1 Messbrücken- Schalungen? L 2 δ 2 C 4 δ 4 C 1 δ 1 3 ϕ 3 Z 2 Z 4 C 1 δ 1 C 3 δ 3 CC - Brücke C 2 δ 2 C 4 δ 4 C 2 δ 4 ϕ 4 2 Wechselsrom Messbrücke im Abgleichverfahren CCCC - Brücke

23 Ergänzungsbläer zur orlesung: Elekrische Messechnik 1 Seie 23 von 23 Messbrücken L 1 δ 1 3 ϕ 3 L 1 Z =Z 3 C 4 L 2 δ 2 4 ϕ 4 2 =Z 2 Z 4 4 LL - Brücke Messbrücke mi frequenzabhängigem Abgleich L 1 L 1 δ 1 3 ϕ 3 Z =Z 3 2 ϕ 2 C 4 δ 4 2 =Z 2 Z 4 C 4 4 LC - Brücke Messbrücke mi frequenzunabhängigem Abgleich Maxwell Wien Brücke Ersazbild Spezielle Messbrücken und Sromkomparaor Spule Z x L x x 3 =Z 3 C Messbrücke nach Wien 1 3 Ersazbild C 2 2 C C x x 2 =Z 2 C 4 4 Z 4 Sromkomparaor 1 C 3 3 I x Schaler Hilfssrom Anzeige 2 C4 4 Generaor ~ Wien - obinson Brücke