3. A mutatós villamos mûszerek és alkalmazásuk


3.1. A lengôtekercses mûszer


A lengôtekercses - gyakran Deprez-mûszernek nevezett - mûszer az állandómágneses mûszerek családjába tartozik. A kitérítô nyomaték az állandómágnes terében levô, árammal átjárt mozgórész, az ún. lengôtekercsre ható erôk következményeként jön létre.


3.1.1. A lengôtekercses mûszer felépítése, mûködése, hibaforrásai


A lengôtekercses mûszer elvi felépítését a 3.-1. ábra mutatja be. A vonalkázással jelölt állandó mágnesre szerelt lágyvas saruk és a saruk által közrefogott belsô hengeres lágyvas mag között - a szimmetrikus, koncentrikus elrendezés következtében - állandó méretû hengeres légrés alakul ki, és ennek eredményeként azonos nagyságú légrésindukció a légrés hasznos szakaszán.



3.-1. ábra. A lengôtekercses (Deprez-) mûszer szerkezete
1 állandómágnes; 2 spirálrugó; 3 lágyvas mag; 4 mutató; 5 mágneses sönt;
6 lágyvas pólussaruk; 7 lengôtekercs

A pólussaruk szélein torzul el csupán a mágneses tér. Az indukcióvonalak sugárirányúak, a mágneses erôvonalak ugyanis úgy törnek meg egy nagy permeabilitású anyagból (pl. lágyvas) levegôbe kilépve vagy levegôbôl egy ilyen anyagba belépve, hogy merôlegesek lesznek a nagy permeabilitású anyag felületére. A lengôtekercses mûszer légrésében tehát homogén radiális mágneses tér alakul ki, ebben mozog a mûszer árammal átjárt lengôtekercse.

Vizsgáljuk meg a lengôtekercses mûszer mûködését egyenáramon. A légrésben az indukció B, a tekercsen folyó áram I, a tekercsnek a légrésben haladó hatásos hossza l. A lengôtekercs vezetôi az indukció irányára merôlegesek, a lengôtekercs egy menetének az egyik oldalára ható erô:



Az N menetszámú lengôtekercs egyik oldalára ható erô:



A lengôtekercs másik oldalán az áram iránya ellentétes, emiatt az erre a tekercsoldalra ható erô ellentétes irányú lesz. A két erô erôpárt alkot, a hatásvonaluk távolsága ( az erô karja) d, a kitérítô nyomaték nagysága a következô:



A kitérítô nyomaték tehát a lengôtekercsben folyó árammal arányos. Egy adott mûszerre a B×l×d szorzat állandó nagyságú. Az l×d a lengôtekercs hatásos - a légrésben mozgó - felülete, a B×l×d szorzat (indukció megszorozva a felülettel) fluxus dimenziójú. Az N×B×l×d a tekercsfluxus (vagy más néven fluxuskapcsolódás) (ezt Y -vel szokás jelölni):



Ezzel a helyettesítéssel a kitérítô nyomaték:



Deprez-mérômûszerben a kitéréssel arányos visszatérítô nyomatékot rugó hozza létre:



A két nyomaték egyensúlya esetén:



Ezt rendezve, a bemenô és kimenô mennyiség kapcsolata, azaz a statikus karakterisztika a következôre adódik:



A Cr szorzat is állandó egy adott mûszerre. Láthatjuk, hogy az I bemenô mennyiség és a kimenô mennyiség között lineáris, arányos kapcsolat van. A mûszer érzékenysége állandó és a következô módon fejezhetô ki (lásd a 2.2.1. alfejezetet):



A lengôtekercses mérômûszer érzékenysége annál nagyobb, minél nagyobb a (nagy légrésindukció, nagy menetszám, légréshossz és tekercsátmérô) és minél nagyobb a Cr rugóengedékenység (minél lágyabb a rugó).

A lengôtekercses mûszer igen pontos és nagy érzékenységû lehet, emellett igen kicsi a fogyasztása. A legnagyobb érzékenységû Deprez-mûszer méréshatára néhány mA (az igen nagy érzékenységû Deprez-mûszert galvanométernek nevezzük), a fogyasztás (teljesítmény-felvétel) 10-5 .... 10-2 W. A Deprez-mérômû pontossági osztálya 0.1-nél jobb is lehet.

Az arányos statikus karakterisztikából következik, hogy a mûszer az áram egyszerû (vagy más néven elektrolitikus ) középértékével arányos kitérést ad, a skálája pedig egyenletes osztású. Ha az áramirány megfordul, a nyomaték iránya is megfordul, a Deprez-mûszer polaritásérzékeny. Hullámos egyenáram esetén ennek egyenáramú összetevôjét méri. Hálózati (50Hz) frekvenciájú váltakozó áram tiszta lengô nyomatékot hoz létre a mérômûben (amelynek középértéke nulla), a viszonylag nagy tehetetlenségû (és kicsi önfrekvenciájú) mérômû nem követi a nyomaték pillanatnyi változásait, a mûszer nem tér ki nyugalmi helyzetébôl, váltakozó áramot tehát nem mérhetünk vele. A tekercs melegedése viszont az áram effektív értékének négyzetével arányos (és ez nem nulla), így könnyen túlmelegedhet (leéghet) a mûszer lengôtekercse, mivel a kitérés alapján nem gyanakodunk a mûszer termikus túlterhelésére.

A lengôtekercses mûszer mágneses körének kialakítási módjait a 3.-2. ábra foglalja össze, amelyen befeketítéssel jelöltük az állandómágneseket. A magmágnesû konstrukció tömege, helyszükséglete és ára is kedvezô, a tömeggyártású mûszerekben ezzel a megoldással találkozunk.



A Deprez-mérômûszerben örvényáramú csillapítást hozunk létre (más állandómágneses mûszerekhez hasonlóan). A lengôtekercset egy zárt (rövidrezárt menetet alkotó) alumínium keretre tekercseljük rá. Amíg a mozgórész mozog, a keretben feszültség indukálódik, amely áramot hoz létre. A keret áramának és a légrés mágneses terének kölcsönhatásából - a Lenz-törvény szerint - a keret mozgását fékezô, a mozgás irányával ellentétes irányú csillapító nyomaték jön létre, amelynek nagysága a keret szögsebességével arányos, így természetesen megszûnik, amikor a lengôtekercs beállt egyensúlyi helyzetébe.

A lengôtekercses mérômûszer egyenfeszültség mérésére is alkalmas. Ha a lengôtekercs belsô ellenállása Rb , akkor azon U/Rb nagyságú áram folyik, ezzel a statikus karakterisztika:



Közvetlenül áramot kb. 500 mA-ig, feszültséget néhányszor 100 mV-ig tudunk mérni a Deprez-mûszerrel. Nagyobb feszültség méréséhez soros (elôtét-) ellenállást, áram méréséhez párhuzamos (sönt) ellenállást alkalmazunk. A mérômû tulajdonságainak jellemzésére a gyártómûvek az alap áram-méréshatárt ( I0, ezt megszokott, nem szabatos kifejezéssel alapérzékenységnek is nevezik) és a belsô ellenállást (Rb) adják meg. Az alap feszültség-méréshatár (U0) az elôzôekbôl adódik:



A lengôtekercses mérômûvek jellegzetes hibaforrásai:
  • az állandómágnes öregszik (gyengül), a légrésindukció és ezzel az érzékenység is csökken. A mágneses sönt (lásd a 3.-1. ábrán) lehetôséget ad - bizonyos határokig - ennek korrigálására.
  • a lengôtekercs réz tekercselésének ellenállása a hômérséklet függvénye, a feszültségérzékenység emiatt hômérsékletfüggô. Megfelelô hôkompenzáló mûkapcsolással (pl. Swinburne-kapcsolás, 3.-3. ábra) ez a hatás mérsékelhetô.


    3.-3. ábra. A Deprez-mûszer hômérsékleti hibájának kompenzálása


    3.1.2. A lengôtekercses mérômû alkalmazása egyenáramon


    A lengôtekercses mérômûvet - megfelelô tartozékokkal és kapcsolási módszerekkel - egyenfeszültség, egyenáram és ellenállás mérésére tehetjük alkalmassá.


    3.1.2.1. Lengôtekercses voltmérô


    A mérômû alap feszültség-méréshatárát (U0) meghaladó feszültség mérését úgy oldhatjuk meg, hogy a mûszerhez soros ellenállást (elôtétellenállást) csatlakoztatunk (3.-4. ábra). az elôtétellenállásnak (Re) akkorának kell lennie, hogy a megnövelt méréshatárnak megfelelô U feszültség az áramkör R=Re+Rb soros eredô ellenállásnál a mûszer alap áram-méréshatárának megfelelô I0 áramot hozza létre.





    3.-4. ábra. Lengôtekercses voltmérö

    Az egyenlet reciproka:



    Re-t kifejezve:


    .
    Az U/U0 viszony azt fejezik ki, hogy a méréshatárt hányszorosára akarjuk megnövelni. Vezessük be az n=U/U0 jelölést, ezzel:



    A gyártók által közölt I0 és Rb -vel közvetlenül kifejezve az elôtétellenállás értékét (az egyszerû levezetés mellôzésével:



    A lengôtekercses voltmérôk jellemzésére használjuk a voltonkénti belsô ellenállás mérôszámát (jelöljük ezt r-rel). Elnevezésébôl adódik a meghatározásának módja: a voltmérô eredô ellenállását (R=Re+Rb) kell osztanunk az U méréshatárral.

    Az elôzô összefüggésbôl:



    U-val osztva az egyenletet, a voltonkénti belsô ellenállás:



    A voltonkénti belsô ellenállás tehát a méréshatártól független, a mûszer alap áram-méréshatára szabja meg. Minél nagyobb ez a viszonylagos ellenállás, annál kisebb a mûszer teljesítmény-felvétele (fogyasztása). Kicsi alap-méréshatárú mûszerrel lehet nagy voltonkénti belsô ellenállást elérni. Elektronikai mérésekhez készítenek például 100 kW/V viszonylagos belsô ellenállású lengôtekercses voltmérôt is, amihez a szükséges alap-méréshatár:



    A Deprez-voltmérôket általában több méréshatárra készítik, a méréshatár dugaszolással (3.-5. ábra) vagy méréshatár-váltó kapcsolóval váltható át. 600V méréshatárig az elôtéteket beépítik a mûszertokba, e felett külsô elôtétet használnak, melegedési és szigetelési okokból.





    3.-5. ábra. Lengôtekercses voltmérô több méréshatárral



    3.1.2.2. Lengôtekercses ampermérô


    A mûszer alap-méréshatárát (I0) meghaladó áramerôsség úgy mérhetô, hogy a mûszerrel párhuzamosan kötünk egy olyan értékû Rs söntöt, hogy a mûszer és a sönt párhuzamos eredô ellenállásán (R=Rsx Rb) a megnövelt méréshatárnak megfelelô I áram a mûszer alap-méréshatárának (U0) megfelelô feszültségesést hozza létre. Ekkor a mûszeren éppen az alap-méréshatárnak megfelelô I0 áram fog folyni (3.-6. ábra).


    3.-6. ábra. Lengôtekercses ampermérô





    .
    A számlálót és a nevezôt I0-val osztva:



    Az I/I0 viszony azt fejezi ki, hogy hányszorosára kívánjuk a mûszer méréshatárát növelni. Az n=I/I0 helyettesítéssel:



    Ez az összefüggés azt is kifejezi, hogy minél nagyobb áramerôsséget akarunk mérni, a mûszer belsô ellenállásához viszonyítva annál kisebbre kell választanunk a sönt ellenállását. A mérendô áram döntô hányada ilyenkor a söntön folyik. Az áram mérésének ezt a módját úgy tekinthetjük, hogy egy kis méréshatárú voltmérôvel mérünk egy Rs söntön létrejövô feszültségesést, ebbôl következtetünk a söntön folyó áramra. A külsô, cserélhetô söntöket névleges áramerôsségükkel és ennél az áramerôsségnél a söntön létrejövô feszültségeséssel jellemzik. A szabványos söntfeszültségek: 30, 45, 50, 60, 75, 100, 150 és 300 mV. (az aláhúzott értékek az ajánlottak). Leggyakoribb a 60 mV feszültségesésû sönt. A kisebb feszültségesésû söntök vesztesége (az árammérés fogyasztása) kisebb. Nagy áramerôsségek mérése már jelentôs veszteséget, hôterhelést okozhat, pl. 1500 A-es, 150 mV feszültségesésû söntön P=U×I=1500×0,15=225 W veszteség keletkezik névleges terhelés esetén.

    A külsô söntök négy csatlakozókapoccsal készülnek, a 3.-7. ábra szerint kapcsolódnak a mérôkörbe. A terhelés árama a robusztus árambevezetô kapcsokon keresztül folyik, a mûszer a kisebb, ún. definíciós kapcsokhoz csatlakozik.


    3.-7. ábra. Sönt szerkezete, bekötési módja

    Ezzel a kapcsolástechnikai megoldással elérjük azt, hogy a nagyáramú részek átmeneti ellenállásain létrejövô - néha a söntön létrejövôvel összemérhetô nagyságú - feszültségek nem jutnak a mérômûszerre, nem hamisítják meg a mérést. A definíciós kapcsokon a mûszer felé folyó áram már csak mA nagyságú, a definíciós kapcsok átmeneti ellenállásai elhanyagolható hibát okoznak. Ez az ún. négyvezetékes kapcsolási technika - azaz az áram-hozzávezetés és a feszültségérzékelés elkülönítése - a méréstechnika más területein is felbukkan.

    A külsô söntökhöz a sönt feszültségeséséhez igazodó méréshatárú lengôtekercses voltmérôt kell használnunk. Készítenek kimondottan ilyen célra 60, ill. 150 mV-os méréshatárú lengôtekercses mûszereket.

    A több méréshatárú, beépített söntökkel ellátott lengôtekercses ampermérôk jellegzetes kapcsolási megoldása az ún. lépcsôs sönt (3.-8. ábra) lehetôvé teszi a méréshatár váltását átdugaszolással vagy egyáramkörös méréshatár-váltó kapcsolóval. A legkisebb méréshatáron (I4) az Rs1 ...Rs4 ellenállások - egymással sorbakapcsolódva - valamennyien a sönt szerepét játsszák. A legnagyobb méréshatáron (I1) viszont csak Rs1 szerepel söntként, Rs2 ... Rs4 sorbakapcsolódik a mûszerrel. Emiatt nagyobb méréshatáron az áramméres feszültségesése nagyobb.



    3.-8. ábra. Lengôtekercses ampermérô több méréshatárral



    3.1.2.3. Lengôtekercses ellenállásmérô


    A lengôtekercses mérômûszert - egyenáramú áramforrás, néhány ellenállás vagy potenciométer felhasználásával - ellenállásmérésre is alkalmassá tehetjük.

    A soros ohmmérô (3.-9. ábra) esetén a mérômûszeren folyó áram:





    3.-9. ábra Soros ohmmérô

    A mûszer kitérése (a statikus karakterisztika):



    A mérendô mennyiség a kifejezés nevezôjében szerepel, a statikus karakterisztika hiperbolikus, emiatt nemlineáris, fordított állású a skála. A soros ohmmérôvel a mérés két lépése a következô:
  • a mûszer csatlakozókapcsait rövidre zárjuk (ekkor Rx=0), az Rsz potenciométerrel a mûszert végkitérésre, azaz az ellenállás skála nullpontjára állítjuk be,
  • a rövidzárt megszüntetjük, a mérendô ellenállást csatlakoztatjuk a mûszer kapcsaihoz, ekkor olvashatjuk le a mért értéket.

    A statikus karakterisztika az U tápfeszültséget is tartalmazza, megfelelôen pontos mérôeszközt csak stabilizált tápfeszültség esetén kaphatunk. Galvánelemes táplálás esetén legfeljebb friss elemekkel kapunk megfelelô pontosságot, kimerült elemekkel már a mûszer nullázása sem lehetséges.

    Párhuzamos ohmmérô elvi kapcsolása a 3.-10. ábrán szerepel. Az Rsz szabályozó és az Rb belsô ellenállás soros eredôjét R-rel jelölve, a statikus karakterisztika a (levezetés mellôzésével):





    3.-10. ábra. Párhuzamos ohmmérô

    A párhuzamos ohmmérô skálája egyenes állású, de nem lineáris. A mérés két lépése a következô:
  • nyitott kapcsokkal, az Rsz potenciométerrel végkitérésre állítjuk a mûszert;
  • a mérendô ellenállást a kapcsokra kötjük, leolvassuk a mért értéket.

    A soros és párhuzamos ohmmérô gyors, de nem túl pontos, inkább tájékoztató jellegû méréseket tesz lehetôvé. A kapcsolási megoldások finomításával a tápfeszültségtôl való függés mérsékelhetô. Stabilizált tápfeszültséggel a mérés pontossága fokozható, de akkor már elektronikus segédáramkörök szükségesek (a szigetelési ellenállás mérésekor pl. ez szokásos megoldás). A több funkciót ellátó univerzális mûszerek egyik üzemmódja az ellenállásmérés, ezt a soros vagy párhuzamos ohmmérô elvén valósítják meg.

    A szigetelési ellenállás mérésére szolgáló, a soros ohmmérô elvén mûködô mûszer elvi felépítését a 3.-11. ábrán mutatjuk be. A mûszer energiaforrása galvánelemekbôl vagy akkumulátorokból álló telep. Ennek néhány V-os feszültségét növeli meg a transzverter a szigetelésméréshez szükséges értékre (100...5000 V). A transzverter kimenetén állandó nagyságú egyenfeszültség jelenik meg, errôl a transzverterre ható feszültségszabályozó gondoskodik. A Deprez mûszeren folyó áram:



    Az áramerôsség csak Rx -tôl függ, mivel Ut és Rb állandó. A védôárnyékolás kapcsa (GUARD) ugyanolyan szerepet játszik, mint az induktoros (keresztekercses hányadosmérôs) szigetelésiellenállás-mérô esetében (lásd a 3.2.2. Ellenállásmérés kereszttekercses hányadosmérôvel pontot).


    3.1.3. A lengôtekercses mûszer alkalmazása váltóáramon


    A lengôtekercses mûszert váltakozó áramú mérésekre úgy tehetjük alkalmassá, hogy ha a váltakozófeszültséget vagy - áramot egyenirányítjuk és így juttatjuk a mérômûre. Lényegében így már átalakítós mûszerrôl beszélhetünk, az MSZ IEC 51 viszont még a közvetlen mûködésû mûszerek közé sorolja az egyenirányítós Deprez-mûszereket.


    3.1.3.1. Félvezetô diódák tulajdonságai


    Az ideális és a valóságos egyenirányító diódák karakterisztikáit a 3.-12. ábrán hasonlítottuk össze. Az ideális egyenirányító nyitóirányú ellenállása és feszültségesése nulla, záróirányú ellenállása végtelen, árama nulla. A valóságos egyenirányító diódák nyitóirányú tulajdonságait az jellemzi, hogy amíg a rájuk jutó nyitóirányú feszültség a küszöbfeszültséget nem éri el, gyakorlatilag nem folyik rajtuk áram, a küszöbfeszültséget túllépve viszont az áramerôsségtôl viszonylag kevéssé függô, a küszöbfeszültségnél alig nagyobb nyitóirányú feszültségesés jön létre rajtuk. Germánium diódák küszöbfeszültsége 0,2 V, a szilícium diódáké 0,6 V körüli érték. A záróirányú karakterisztika közelebb áll az ideálishoz, a záróirányú áram - a mûszerekben használt egyenirányító esetén - mikroamper, nanoamper nagyságrendû. A félvezetô diódák karakterisztikái hômérsékletfüggôek. A hômérsékletet növelve, a nyitóirányú feszültség csökken, a záróirányú áram pedig nô.


    3.-12. ábra. Félvezetô dióda karakterisztikája
    a) ideális; b) valóságos;



    3.1.3.2. Egyenirányítós lengôtekercses voltmérô


    Az egyenirányítós mûszerekben általában hídkapcsolású (Graetz-kapcsolású) egyenirányítókat használunk. A 3.-13. ábra mutatja be az egyenirányítós voltmérô elvi kapcsolását, a bemenô feszültség (u) és a mûszeren átfolyó áram (i) közötti kapcsolatot. Az egyenirányító diódák nyitóirányú tulajdonságai miatt a mûszeren nem folyik áram (i=0), amíg a bemenô feszültség pillanatértéke a diódák küszöbfeszültségének kétszeresénél kisebb (U<2*Uk ). A karakterisztika érzéketlenségi sávjának ez az oka.


    3.-13. ábra. Lengôtekercses voltmérô Graetz-kapcsolású egyenirányítóval
    a) kapcsolás; b) karakterisztika

    Az érzéketlenségi sáv felére csökkenthetô, ha a 3.-14. ábra szerint a híd két diódáját ellenállásokkal helyettesítjük. (Teljesítmény egyenirányítókban ez a megoldás nem használható!). Germánium diódákat használva az érzéketlenségi sáv kb. 0,2 V. Az érzéketlenségi sáv miatt az egyenirányítós lengôtekercses mûszerek legkisebb méréshatára 0,6 ... 1 V.


    3.-14. ábra. Lengôtekercses egyenirányítós voltmérô csökkentett érzéketlenségi sávval
    (kapcsolás és idôfüggvények)

    Ha a mérendô feszültség jóval nagyobb, mint az egyenirányító diódák küszöbfeszültsége, akkor az utóbbi elhanyagolható, a mûszeren folyó áram és a mérendô feszültség között következô a kapcsolat:



    ahol R=Re+Rh+Rb

    A mûszeren átfolyó áram kétütemûen egyenirányított váltakozó áram. A mûszer mérômûvében ennek megfelelô lefolyású, lüktetô kitérítô nyomaték keletkezik, a kitérés pedig e nyomaték átlagértékének megfelelô nagyságú lesz. A mûszeren folyó áram középértéke (Ik) a feszültség abszolút középértékének (Uak) és a kör eredô ellenállásának (R) hányadosa:



    Az egyenáramú lengôtekercses voltmérôre érvényes kapcsolatot felhasználva:



    Az egyenirányítós Deprez-voltmérô kitérítô nyomatéka és kitérítése a feszültség abszolút középértékével arányos.

    Az egyenirányítós lengôtekercses voltmérô méréshatára ugyanúgy elôtétellenállásokkal növelhetô, mint az egyenfeszültségû voltmérôé, az elôtétellenállás meghatározásának módja is azonos.


    3.1.3.3. Egyenirányítós lengôtekercses ampermérô


    A lengôtekercses egyenirányítós mûszerrel való árammérés egyik lehetséges megoldását a 3.-15. ábra mutatja be. Lényegében - az egyenáramú alkalmazáshoz hasonlóan - a söntön létrejövô feszültségesést mérjük egy egyenirányítós Deprez-voltmérôvel. A diódák küszöbfeszültsége miatt a söntön 0,6...1V feszültségesésre van szükség a méréshatárnak megfelelô áramerôsségen. (Egyenáramú lengôtekercses ampermérôk esetén ez jóval kisebb, 0,1 V körüli érték.) Az egyenirányítós ampermérôkhöz is használható az egyenáramú mûszerek esetén szokásos lépcsôs sönt. A sönt ellenállása is az egyenáramú ampermérôével azonos módon határozható meg.


    3.-15. ábra. Lengôtekercses egyenirányítós ampermérô sönttel

    Kedvezôbb - kisebb fogyasztású - árammérési megoldás adódik, ha a 3.-16. ábra szerinti módon, áramváltóval csatoljuk az egyenirányítós mûszert az áramkörbe.(Az áramváltó mûködési elvével, tulajdonságaival bôvebben a 6. fejezetben foglalkozunk.) A méréshatár a primer tekercs menetszámával változtatható, a tekercs megcsapolásaihoz csatlakozva nô a méréshatár. Az ilyen megoldású árammérôn a feszültségesés csupán 0,1 V körüli értékû.


    3.-16. ábra. Lengôtekercses egyenirányítós ampermérô áramváltóval

    Az egyenirányítós lengôtekercses ampermérô - a voltmérôhöz hasonlóan - a mért jel abszolút középértékével arányos kitérést ad:






    3.1.3.4. Az egyenirányítós mûszerek tulajdonságai


    Mind a voltmérô, mind az ampermérô a mért jel abszolút középértékével arányos kitérést ad, a váltakozó áramú mennyiségek esetén viszont többnyire az effektív értéket akarjuk mérni. Szinuszos lefolyású (torzítatlan, felharmonikusokat nem tartalmazó) jelek esetén az effektív érték és az abszolút középérték hányadosa - az ún. formatényezô - állandó ( a feszültségre vonatkozó példát véve):



    Szinuszos jel esetén tehát az abszolút középérték ismeretében az effektív értékre is következtethetünk:



    Az egyenirányítós lengôtekercses mûszerek esetében az a szokásos megoldás, hogy a mûszert szinuszos jellel kalibrálják, és a skálán a jel (feszültség, áramerôsség) effektív értékét tüntetik fel. Ez elsôsorban a mûszerek kényelmes használatát segíti, mivel többnyire szinuszos jeleket vizsgálunk, ilyenkor közvetlenül ezek effektív értékét olvashatjuk le a méréskor.

    Nemszinuszos jelek effektív értékének mérése egyenirányítós lengôtekercses mûszerrel nem lehetséges. Négyszögjelhez hasonló jelek esetén a mért érték nagyobb, csúcsos görbealak (háromszögjel) esetén pedig kisebb, mint az effektív érték. Bármilyen hullámformájú jel abszolút középértékét viszont meghatározhatjuk, ha a mért értéket 1,11-del elosztjuk.

    Az egyenirányítós lengôtekercses mûszer sok esetben mûködôképes egyenáramon is (kivétel pl. az áramváltós csatolású árammérô). Ez inkább hátrányos, tévedésre lehetôséget adó tulajdonság. A mûszer - a skálázás sajátosságai miatt - az egyenáramú jel egyszerû (elektrolitikus) középértékének 1,11-szeresét mutatja. Ha tévedésbôl egyenáramon használjuk az egyenirányítós mûszert, +11%-os mérési hibával dolgozunk. Ennek elkerülésére néha úgy alakítják ki a mûszert, hogy egyenáramú jelre érzéketlen legyen. Feszültségméréshez pl. kondenzátoros, áramméréshez a már említett áramváltós csatolás alkalmazható.

    Az egyenirányítós lengôtekercses mûszerek pontossága - az egyenirányítók tulajdonságainak hômérsékletfüggése miatt - nem éri el az egyenáramon használt lengôtekercses mûszerekét, fogyasztásuk is általában egy nagyságrenddel nagyobb azokénál.


    3.1.4. Univerzális mûszerek


    Univerzális mûszereknek nevezzük a lengôtekercses mérômûvet tartalmazó, egyenáramon és váltakozó áramon egyaránt használható, feszültség, áramerôsség és ellenállás mérésére alkalmas többméréshatárú hordozható mûszereket. Az univerzális mûszerekben lényegében a lengôtekercses mûszernek az elôzôekben tárgyalt üzemmódjait egyesítjük. Az üzem és méréshatár átkapcsolókkal, egyszerûbb mûszerekben részben átdugaszolással választható meg. Az ellenállás a soros vagy párhuzamos ohmmérô elvén mérhetô, az ehhez szükséges segédenergiát a mûszerben kiképzett teleptartóban elhelyezhetô galvánelem adja.

    A 3.-17. ábrán egy egyszerû, ellenállásmérési lehetôséget nem adó univerzális mûszer kapcsolási vázlata látható. Az áram- és feszültségmérési mód és méréshatár átdugaszolással választható ki, egy átkapcsoló váltja az egyenáramú ill. váltakozó áramú üzemmódot. Ezzel a felépítéssel igen olcsó, de viszonylag nagy fogyasztású mûszer állítható elô, kezelése (a méréshatár váltás ) kényelmetlen. Az igényesebb univerzális mûszerekben átkapcsolókkal váltható az üzemmód és a méréshatár, így a mérôkör feszültségmentesítése nélkül is biztonsággal válthatunk méréshatárt mérés közben.


    3.-17. ábra. Univerzális mûszer elvi kapcsolása

    Az univerzális mûszerekre a lengôtekercses, ill. egyenirányítós lengôtekercses mûszereknél elmondottak érvényesek. Az univerzális mûszerek tipikus felhasználási területe a szervizmunka, ahol változatos - de nem túl nagy pontossági igényû - mérési feladatok adódnak. Ehhez igazodva a mûszerek pontossági osztálya általában nem jobb, mint 1 (1%). A fogyasztásra jellemzô voltonkénti belsô ellenállás 3...100 kW/V, a nagyobb - legalább 20 kW/V - belsô ellenállású mûszerek elsôsorban az elektronikus áramkörök mérésére valók. A váltakozó áramú üzemmódban egyes mûszerek használati frekvenciatartománya a teljes hangfrekvenciás sávot (20 Hz ... 20 kHz) felöleli, így nemcsak a hálózati 50 Hz szûk környezetében mérhetünk vele.


    3.2. Állandómágneses hányadosmérô


    3.2.1. Az állandómágneses hányadosmérô felépítése, mûködése


    Az állandómágneses hányadosmérô felépítése:
  • a mozgórész két egymáshoz rögzített tekercsbôl áll, ezeket egymáshoz képest megfelelô szöggel elékelik, a tekercsek keresztezik egymást. Ezért kereszttekercses mûszereknek hívjuk ôket;
  • visszatérítô nyomatékot adó rugót nem tartalmaznak ( az árambevezetés "nyomatékmentes"), a két tekercsre ható ellentétes irányú nyomaték egyensúlya szabja meg a kitérést.



    3.-18. ábra. Az állandómágneses hányadosmérô mûködési elve

    Az állandómágneses hányadosmérô mûködési elvét a 3.-18. ábra alapján elemezzük. Feltételezzük, hogy az állandómágnes homogén mágneses teret hoz létre (az indukcióvonalak párhuzamosak, az indukció mindenütt azonos nagyságú és irányú). Ebben a homogén mágneses térben helyezzük el a két - egymáshoz képest 90°-kal elékelt és egymáshoz rögzített - mozgótekercset. Vezessünk át az 1 tekercsen I1 a 2 tekercsen I2 egyenáramot. Az áramok olyan irányúak legyenek, hogy a két tekercsre ható nyomatékok értelme ellentétes legyen. Az I1, ill. az I2 áram hatására kialakuló erôk:



    A C1 és C2 együtthatók a mûszer konstrukciójától függô állandók. Az F1 és F2 erô iránya egyaránt merôleges az indukcióra. Az 1, ill. 2 tekercsre ható nyomatékot az erô és az erô karja határozza meg. Az F1 és F2 erôk karja függ a tekercspár helyzetétôl, ennek jellemzésére az 1 tekercsnek az indukcióvonalakkal bezárt szögét választjuk (a). Az F1 és F2 erôk karjai:




    A nyomatékok:






    Az egyensúly feltétele az M1 és M2 nyomaték egyenlôsége:



    Egyszerûsítés után:




    .
    Rendezve:



    A C1/C2 hányadost jelöljük C-vel (ez is állandó), végezzük el a tga =sina/cosa helyettesítést:






    Láthatjuk, hogy a mozgórész szögelfordulása a két tekercsben folyó áram hányadosának a függvénye. A karakterisztika nemlineáris, a skála nem egyenletes osztású.


    3.-19. ábra. Az állandómágneses hányadosmérô szerkezete

    A kereszttekercses hányadosmérô gyakorlati kivitelére mutat példát a 3.-19. ábra, amelyen a Deprez-mûszerrel való hasonlóságok és eltérések is megfigyelhetôk. A hányadosmérô légrése változó nagyságú, olyan módon változik, hogy a légrés mentén az indukcióeloszlás szinusz (a) vagy koszinuszföggvénnyel (b) leírható módon alakuljon. A légrésben radiális, inhomogén mágneses tér alakul ki. Ebben mozog a két egymáshoz rögzített tekercs. A tekercsek elékelési szöge kisebb, mint 90°, az indukcióelosztás függvénye megszabja a szükséges elékelési szöget.


    3.2.2. Ellenállásmérés kereszttekercses hányadosmérôvel


    A kereszttekercses hányadosmérô fô alkalmazási területe az ellenállásmérés. A 3.-20. ábra alapján vizsgáljuk meg ezt a felhasználási módot. A méréshez egyenáramú segédenergia-forrásra van szükség (galvánelem vagy hálózati tápegység). R1, ill. R2 a hányadosmérô mozgótekercseinek ellenállása, RN egy nagypontosságú (normál) ellenállás, Rx a mérendô ellenállás. A hányadosmérô tekercsein folyó áramok:



    A két áram hányadosa:



    A szögelfordulás:



    A mûszer kitérése csak az Rx függvénye (R1, R2 és RN állandó), a mérôkört tápláló energiaforrás feszültségétôl is független. A mûszert közvetlenül ellenállásértékre skálázhatjuk. A skála nem egyenletes, a végkitérés közelében sûrûbbek az osztások. A méréshatár váltása az RN változtatásával lehetséges. A kereszttekercses hányadosmérôvel általában az 1 .... 10 k tartományban tudunk ellenállást mérni, a pontossága nem jobb, mint 1%.

    A hányadosmérô használatakor lényeges az, hogy tápfeszültsége az elôírt értékû, annak ellenére, hogy elvben a mért érték független a tápfeszültségtôl. A tápfeszültség csökkentése ugyanis a két tekercsre ható, egymással egyensúlyt tartó nyomaték csökkenésével jár, míg a csapsúrlódás, a nem ideális árambevezetés nyomatéka változatlan. A tápfeszültség növelése a mûszer káros melegedését idézheti elô.


    3.-20. ábra. Ellenállás mérése állandómágneses hányadosmérôvel

    Szigetelési ellenállás mérésére készítenek hordozható, kézi hajtású induktorral (egyenáramú generátorral) táplált kerszttekercses hányadosmérôt (megger). Elvi kapcsolását és kábelér szigetelési ellenállásának mérésére való alkalmazását a 3.-21. ábrán mutatjuk be, a mûszer kapcsainak szokásos jelölésével. A méréshez alkalmazott feszültség - a próbafeszültség - függ attól, hogy mekkora fordulatszámmal forgatjuk az induktor hajtókarját. A mûszertípusra elôírt fordulatszám esetén a próbafeszültség - típustól függôen - 500...2500 V.

    A szigetelési ellenállás pontos mérését több körülmény befolyásolja. A 3.-21. ábrán a kúszóáramok mérést befolyásoló hatását és ennek kiküszöbölését mutatjuk be. A 3.-21. a) ábrán láthatjuk, hogy az érszigetelés felületén folyó Ik kúszóáram hozzáadódik a szigetelés anyagában folyó Isz áramhoz, így a mért érték kisebb lesz, mint Rsz (az Rsz és a kúszóáramút ellenállásának párhuzamos eredôjét mérjük). Ha a 3.-21. b) ábra szerint egy árnyékológyûrût erôsítünk az érszigetelésre és ezt a védôárnyékolás - többnyire GUARD feliratú - kapcsához kötjük, módosul az árameloszlás. Az ér és az árnyékológyûrû gyakorlatilag azonos (Ut) feszültségen van (a hányadosmérô áramágának belsô ellenállása kicsi, feszültségesése elhanyagolható), emiatt az ér és a védôgyûrû közötti felületen nem alakul ki kúszóáram
    (I
    k1 = 0). A védôgyûrû és a köpeny közötti felületen folyik kúszóáram (Ik2 ¹ 0), ez viszont nem halad át a hányadosmérô áramtekercsén. Az áramtekercsen csak a mérendô Rsz ellenállás Isz árama folyik, így a kúszóáram nem befolyásolja a szigetelési ellenállás mérését.

    A 3.-22. ábrán a védôárnyékolás (GUARD) más célú használatára mutatunk be egy példát. Kéterû kábel erei közötti vagy az egyes erek és a köpeny közötti szigetelési ellenállás elkülönítetten mérhetô, pl. az erek közötti RAB ellenállás mért értékét nem befolyásolja az, hogy mekkora az egyes erek és a köpeny közötti RAK illetve RBK ellenállás.

    Keresztekercses hányadosmérô a mérômûve a földelésmérô meggernek. Elvi kapcsolását a 3.-23. ábrán mutatjuk be. A kereszttekercses hányadosmérô csak egyenáramon mûködik, a földelésmérést viszont váltakozóárammal kell végeznünk (egyenáramon az elektrolitikus polarizáció igen nagy mérési hibát okozhatna). Emiatt a készülék - az induktor tengelyérôl meghajtott, azzal szinkron forgó - két kommutátort is tartalmaz. Az I. kommutátor váltóirányítóként mûködik, a hányadosmérô áramtekercsén folyó egyenáramot kommutálva váltakozó áramot hoz létre a mérendô földelés és az ellenföldelés közötti árampályán. A II. kommutátor egyenirányítóként szerepel, a földelés és a szonda közötti váltakozó feszültséget egyenirányítva juttatja a hányadosmérô feszültségtekercsére.


    3.3. Lágyvasas mûszerek

    3.3.1. A lágyvasas mûszer felépítése, mûködése


    Ha áramtól átjárt tekercs közelébe lágyvas darabot helyezünk, akkor a lágyvas felmágnesezôdik, a tekercs és a vasdarab között erôhatás alakul ki. Ezen az elven mûködnek a lágyvasas mûszerek. A 3.-24. ábrán a lágyvasas mérômû két gyakori kialakítását, a kerettekercses és a lapostekercses mérômû szerkezeti vázlatát figyelhetjük meg. A kerettekercses mérômû két lágyvasa közül az egyik az állórészhez rögzített, a másik a mozgórészhez. A tekercsben folyó áram tengelyirányú (axiális) mágneses teret hoz létre, ebben mind az álló, mind a mozgó lágyvas fegyverzet azonos módon mágnesezôdik fel, a két lágyvas fegyverzet azonos pólusai között taszítóerôk jönnek létre. A lapostekercses mûszer mágneses tere vonzóerôt gyakorol a lágyvas darabra. A visszatérítô nyomatékot a szokásos módon hozzuk létre (spirálrugó vagy feszített szál). A lágyvasas mûszerekben általában szárnyas légcsillapítót alkalmazunk.


    3.-24. ábra. A lágyvasas mûszer szerkezete
    a) kerektekercses; b) lapostekercses

    A lágyvasas mûszer mûködését leíró statikus karakterisztikát a mûszer mágneses terében energia változásának elemzésével határozhatjuk meg. Bármilyen mérômû esetén igaz, hogy a mérômû nyomatékát meghatározhatjuk a következô módon: a mozgórészt elmozdítjuk igen kicsi Da szöggel, megvizsgáljuk, hogy ennek hatására mekkora a mérômûben tárolt összes energia (elektromágneses vagy elektrosztatikus energia) DW megváltozása. A nyomaték az egységnyi szögelfordulásra esô energiaváltozás:



    Elsô lépésben a lágyvasas mérômû egyenáramon mutatott tulajdonságait vizsgáljuk. Ha a mûszer tekercsén I egyenáram folyik, az L önindukciós tényezôjû mérômûben tárolt mágneses energia:



    A lágyvas elmozdulása az önindukciós tényezô megváltozását vonja magával, az áram nem változik. A kitérítô nyomaték:



    A visszatérítô nyomatékot Cr rugóengedékenységû rugó adja, a kitérés:



    A kitérés az áram négyzetével arányos. A skála tényleges alakulását a DL/Da is befolyásolja, ha DL/Da állandó, a skála négyzetes, azaz a végkitérés környezetében az osztásvonalak ritkulnak. A lágyvas fegyverzetek megfelelô kialakításával elérhetô az is, hogy a skála közel lineáris legyen.

    Váltakozóáram, hullámos egyenáram esetén a nyomaték pillanatértéke az áram pillanatértékének négyzetével arányos, mindig pozitív elôjelû vagy nulla (i2 >= 0):



    A mozgórész a tehetetlenségénél fogva nem követi a nyomaték lüktetését, hanem a nyomaték átlagértékének megfelelô kitérésre áll be. A lágyvasas mérômû tehát - a hullámformától függetlenül - a négyzetes középértéket, azaz az effektív értéket méri, egyenáramon és váltakozó áramon egyaránt.

    A lágyvasas mérômû gerjesztôtekercsének meghatározott nagyságú Q=N×I gerjesztést kell létrehozni, hogy a mozgórész a végkitérésig mozduljon el. A konstrukciótól függôen a szükséges gerjesztés a korábbigyártmányoknál Q=100...500 A×menet, a korszerû konstrukciónál 30 A×menet. A nagy menetszámú tekercseléssel kaphatunk nagy áramérzékenységû mérômûvet (kicsi I esetén az N×I gerjesztés megfelelô nagyságú lehet), az ilyen mérômû belsô ellenállása is nagy. A lágyvasas mérômû fogyasztása 1 VA körüli érték (jóval nagyobb, mint az egyenirányítós lengôtekercses mûszeré).

    A lágyvasas mûszer jellegzetes hibáit a lágyvas jelenléte okozza. A vasanyag hiszterézise miatt egyenáramon a mûszer mást mutathat egy adott áramerôsség esetében, ha ezt az áramerôsséget alulról vagy felülrôl közelítjük meg. A mágnesezési görbe nemlinearitása (a telítôdés) miatt ugyanolyan effektív értékû egyenáramon, ill. váltakozó áramon más lehet a mutatott érték. A korszerû lágyvas anyagokkal (nagy telítési indukció, jó linearitás, kis hiszterézis jellemzi ezeket) a lágyvas jelenlétébôl adódó tipikus hibák igen kis értéken tarthatók, 0,1 pontossági osztályú precíziós lágyvasas mûszerek is készíthetôk.

    A lágyvasas mûszer gerjesztôtekercsének menetszáma néha elég nagy, az önindukciós tényezôje (L=N2L) is jelentôs lehet, emiatt nagyobb frekvenciákon jelentôs az induktív reaktanciája (X=2pfL). A lágyvasas mûszer használati frekvenciatartománya emiatt általában a hálózati 50 Hz környezetére korlátozódik (az egyenirányítós lengôtekercses mûszernél tehát jóval kisebb ez a tartomány).

    A lágyvasas mûszerek a lökésszerû túlterhelést jól elviselik. Annak köszönhetô ez elsôsorban, hogy a mûszer mozgórészének nincs árammal átjárt tekercselése.


    3.3.2. Lágyvasas voltmérô


    A lágyvasas voltmérô mérômûvének tekercse nagy menetszámú és kis keresztmetszetû, emiatt nagy a belsô ellenállása és az érzékenysége, azaz kis áramerôsséggel létrehozhatjuk a végkitérést adó gerjesztést. A mérômû méréshatárát elôtétellenállással növelhetjük meg. Az elôtétellenállás kis hômérsékleti együtthatójú anyagból készül, egyben a tekercs hômérséklete változásából adódó ellenállásváltozást is kompenzálja. Ha a mérendô feszültség U, a gerjesztôtekercs ellenálása Rb (és a reaktanciája emellett elhanyagolható nagyságú), az elôtét ellenállása Re, akkor az eredô ellenállás R=Rb+Re, a mûszeren folyó áram - egyen-, és váltakozó áramon egyaránt - I=U/R. A mérômû karakterisztikáját leíró egyenletbe behelyettesítve a következô összefüggést kapjuk:



    A karakterisztika - a feszültségre nézve - szintén négyzetes, tehát hullámformától függetlenül effektív értéket mér a mûszer.

    Nemszinuszos váltakozófeszültség, hullámos egyenfeszültség felharmonikusainak frekvenciáján a mérômû tekercsének reaktanciája már jelentôs lehet. Az impedancia frekvenciafüggô és nagyobb, mint Re+Rb:



    Ez a frekvenciahiba oka. A mérendô és a mûszeren folyó áram hullámformája nem lesz azonos, az áram felharmonikustartalma (torzítási tényezô) kisebb lesz, mint a feszültségé. A feszültség effektív értékének mérésében ez hibát okoz. A frekvenciahiba részleges kompenzálására az elôtétellenállással párhuzamosan kondenzátort kapcsolhatunk. Az ideális állapotot - a frekvenciától független nagyságú impedanciát - így is csak egy meghatározott frekvenciatartományban közelíthetjük meg.


    3.-25. ábra. Lágyvasas voltmérô több méréshatárral

    A több méréshatárú lágyvasas voltmérôk elvi kapcsolását a 3.-25. ábrán mutatjuk be. A kapcsolás jellegzetessége, hogy kisebb méréshatárokon a mûszer tekercsének megcsapolásaihoz csatlakoznak az elôtétellenállások. Ezzel a mûszer belsô ellenállásának és reaktanciájának (az R/X viszony) mindegyik méréshatáron közel azonos lehet, a felharmonikusok hatása és a frekvenciahiba így nem függ a méréshatártól. Kisebb méréshatárokon viszont a voltmérô áramfelvételének nagyobbnak kell lennie, hogy a végkitérést adó gerjesztés a kisebb menetszámú tekerccsel is létrejöjjön. (A lengôtekercses, egyenirányítós lengôtekercses voltmérôk áramfelvétele általában valamennyi méréshatáron - végkitérést adó feszültség esetén - azonos.) Így a voltonkénti belsô ellenállás is méréshatártól függô, ezért a lágyvasas voltmérôk jellemzésére ezt a mennyiséget nem szokás használni. A lágyvasas voltmérôk méréshatára néhány V-tól 500 ... 600 V-ig terjed. Kis - néhány V-os - méréshatáron a lágyvasas voltmérô áramfelvétele jelentôs lehet , a 100 mA-t is meghaladhatja.


    3.3.3. Lágyvasas ampermérôk


    A lágyvasas ampermérô - a voltmérôhöz viszonyítva - kis menetszámú és nagy keresztmetszetû tekerccsel készül, belsô ellenállása is kicsi. Az ampermérô sorbakapcsolódik a terheléssel, az áram nagyságát és hullámformáját az áramkör szabja meg, az ampermérô impedanciájának erre alig van hatása. A tekercs melegedése következtében fellépô ellenállásváltozás nem befolyásolja a mérés pontosságát, felharmonikustartalmú áram mérése nem jár mérési hibával.

    Lágyvasas ampermérôvel 0,1 ... 400 A áramot lehet közvetlenül mérni. A kis méréshatárú ampermérôk nagy menetszámú tekercseléssel készülnek, belsô ellenállásuk jelentôs, a méréshatáron 1 V-ot meghaladó feszültségesés is létrejöhet rajtuk. Minél nagyobb a lágyvasas ampermérô méréshatára, annál kisebb a tekercsének menetszáma (N×I egy adott konstrukció esetén állandó), kisebb a belsô ellenállása és a feszültségesése. (A lengôtekercses, egyenirányítós lengôtekercses ampermérôk esetén a feszültségesés valamennyi méréshatáron azonos.)


    3.-26. ábra. Lágyvasas ampermérô kapcsolása két méréshatárral
    a) a kisebb méréshatáron; b) a nagyobb méréshatáron

    Lágyvasas ampermérôt több méréshatárra kétféle módon készítenek. Régebbi gyártású ampermérôk esetében gyakran alkalmazták a 3.-26. ábra szerinti megoldást, amellyel 1:2 arányú méréshatár-változtatás érhetô el. A méréshatár-váltáskor áthidaló lemezekkel kötjük össze a mûszer megfelelô kapcsait, a méréhatár váltása körülményes, csak feszültségmentes állapotban lehetséges. A másik a - 3.-27. ábra szerinti - megoldásban nagyobb méréshatárokon a mûszer tekercsének megcsapolásaihoz csatlakozunk, a méréshatár átkapcsolóval is váltható mérés közben. Korszerû mûszerekben ez az utóbbi megoldás a szokásos. Így kettônél több méréshatár is megvalósítható, egy mûszerrel 1:10 arányú mérési tartomány is átfogható.


    3.-27. ábra. Lágyvasas ampermérô több méréshatárral

    Lágyvasas ampermérôk méréshatárát söntöléssel sohasem bôvítjük, két okból. A kicsi méréshatárú ampermérôn létrejövô feszültségesés nagy (esetleg az 1 V-ot is meghaladhatja), ugyanekkora feszültségesést kellene a söntön is létrehozni, ami igen nagy veszteséget (melegedést és méretnövekedést) okozna. A tisztán rezisztív (ohmos) sönttel párhuzamosan kapcsolódó lágyvasas mérômû reaktanciája is jelentôs, emiatt az áram megoszlása a sónt és a mûszer között a vizsgált áramjel frekvenciájától függene, igen nagy lenne a frekvenciahiba.


    3.4. Elektrodinamikus mûszerek

    3.4.1. Az elektrodinamikus mûszer felépítése, mûködése


    Az eletrodinamikus mûszer mûködése, szerkezete hasonlít a lengôtekercses mûszerhez. A 3.-28. ábrán a vasmagos elektromechanikus mûszer felépítését vázoltuk fel.


    3.-28. ábra. A vasmagos elektrodinamikus mûszer
    a) mûködési elve: 1 állórésztekercs; 2 állandómágnes; 3 lágyvasmag; 4 lengôtekercs
    b) egyik szerkezeti megoldása: 1 állandómágnes; 2 lágyvas pólussaruk; 3 lengôtekercs; 4 lágyvasmag;

    Ezen megfigyelhetô a lengôtekercses és az elektromechanikus mûszer közötti leglényegesebb különbség: a lengôtekercses mûszer mágneses terét állandómágnes hozza létre, míg az elektrodinamikus mûszerben az állórész tekercsében folyó áram gerjeszti a mágneses teret. A lengôtekercses mûszer (3.1.1. alfejezet, 3.-16. ábra) tárgyalásakor bevezetett fogalmakat, jelöléseket is felhasználva, a 3.-28. ábra alapján határozzuk meg az elektrodinamikus mérômû egyenáramon mutatott sajátosságait.

    Az állórész I1 árama gerjeszti a mágneskört, a mûszer légrésében szintén homogén radiális mágneses tér jön létre, az indukció viszont függ az I1 áramtól. Ameddig nem mágnesezzük telítésbe a vasmagot, a mágneses kört lineárisnak tekinthetjük, így a légrésindukció (B) arányos lesz gerjesztôárammal (I1). A k1 arányossági tényezô a konstrukciótól függô állandó:


    .
    A mozgórészben folyó I2 áram és a mágneses tér kölcsönhatásaként alakul ki a nyomaték. A mûszer kitérésének meghatározására használjuk fel a Deprez-mûszerre érvényes kapcsolatokat (B=k1 I1 helyettesítéssel):






    .Az N×l×d×k1×Cr szorzat egy adott mûszer konstrukciójától függô állandó, jelöljük ezt k-val, ezzel a statikus karakterisztika:



    Az elektrodinamikus mérômû tehát egy szorzó mérômû, az álló és a mozgótekercsében folyó áramok szorzatával arányos a kitérítô nyomatéka és kitérése.


    3.-29. ábra. Elektrodinamikus mûszer áramainak és nyomatékainak idôfüggvénye

    Ha mindkét tekercsben azonos frekvenciájú szinuszos váltakozóáram folyik, a kitérítônyomaték a két áram pillanatértékének szorzatával arányos, idôben nem állandó, átlagértéke függ attól, milyen fáziseltolás van az I1 és I2 áram között. A 3.-29. ábrán két speciális esetre ( a) j=0° és b) j=90°) felrajzoltuk az áramok és a nyomaték idôfüggvényét. A j=0°-nál lüktetô, a j=90°-nál tiszta lengô nyomatékot kapunk, ez utóbbi átlagértéke nulla. A mozgórész nem követi a nyomaték lüktetését, lengését, hanem a mindenkori átlagértéknek megfelelô kitérésre áll be. (j=90°-nál a=0°). Váltakozóáramon a statikus karakterisztika (a bizonyítás mellôzésével):



    ahol I1 és I2 a két tekercsben folyó szinuszos váltakozóáram effektív értéke, j a két áram közötti fáziseltolási szög. Váltakozóáramon tehát fázisérzékeny szorzóként mûködik az elektrodinamikus mérômû. Ha az I1 és I2 egymástól eltérô frekvenciájú szinuszos áram, a mérômûben olyan lengônyomaték alakul ki, amelynek átlagértéke nulla. Ebbôl következik az, hogy nemszinuszos áramok esetén csak az azonos rendszámú felharmonikusok kölcsönhatása adhat nullától eltérô átlagértékû nyomatékot. Így például az I1 áram 50 Hz -es alapharmonikusa az I2 áram 150 Hz-es harmadik harmonikusával csak a lengô nyomatékot képez.

    A vasmagos elektrodinamikus mûszer - a viszonylag kicsi mágneses ellenállású mágneskörnek köszönhetôen - az állórészen nem igényel túl nagy gerjesztést, nyomatéka nagy, fogyasztása kicsi, viszont a vas jelenléte miatt nem túl pontos (hiszterézis hiba, nemlinearitás), használati frekvenciatartományának felsô határa valamivel 50 Hz felett van. A vasmentes elektrodinamikus mûszer (3.-30. ábra) mágnesköre nem tartalmaz vasat, az indukcióvonalak levegôben záródnak, emiatt jelentôs a gerjesztésigénye és nagyobb a fogyasztása, viszont igen pontos lehet, használati frekvenciatartománya 1 kHz-ig terjedhet. A vasmentes elektrodinamikus mûszer igen érzékeny külsô mágneses terekre.



    3.-30. ábra. A vasmentes elektrodinamikus mûszer szerkezete

    Ez ellen az egyik védekezési mód az asztatikus kivitel (3.-31. ábra). Ebben két azonos mérômûvet alakítanak ki, a mozgórészeket azonos tengelyre szerelik. Mind az állótekercsekben, mind a mozgótekercsekben ellntétes irányú áramok folynak. A mérômû kitérítô nyomatékának elôjele azonos lesz, ezek összegzôdnek. A külsô zavaró mágneses tér - ha ez homogén - a két mozgótekercs áramával azonos nagyságú, de ellentétes irányú nyomatékot képez, ezek egymással egyensúlyt tartva nem okoznak mérési hibát. Inhomogén mágneses terek ellen az asztatizálás nem véd, a mérômû mágneses árnyékolása viszont ilyenkor is hatásos. A mágneses árnyékolás egyszeres vagy többszörös, nagy permeabilitású lágyvasból készült köpeny, amely körülveszi a mérômûvet.

    Az elektrodinamikus mérômûvek fogyasztása 1....5 VA körüli érték. A vasmentes mûszerek pontossága felülmúlja más váltakozóáramú mûszerek pontosságát. A mûszerekben általában szárnyas légcsillapítót használnak.


    3.-31. ábra. Az asztatikus elektrodinamikus mûszer szerkezetének elve



    3.4.2. Elektrodinamikus voltmérô, ampermérô


    Az elektrodinamikus voltmérôben az állórész és a mozgórész tekercse sorbakapcsolódik (3.-32. ábra), így mindkét tekercsben azonos áram folyik (I1=I2=I), az I áram arányos a mérendô feszültséggel. Ennek következtében a feszültség négyzetével arányos nyomaték és kitérés jön létre. Méréshatár bôvítés elôtétellenállással lehetséges.


    3.-32. ábra. Elektrodinamikus voltmérô több méréshatárral

    Az elektrodinamikus ampermérô kialakításának két változatát a 3.-33. ábra mutatja be. Kis áramerôsség (I<0,5A) mérésére a mûszer két tekercsét sorbakötjük. Nagy áramerôsség mérésekor a két tekercset párhuzamosan kötjük. Az áram négyzetével arányos kitérés és nyomaték jön létre. A méréshatár bôvítése 1:2 arányban - a lágyvasas mûszerhez hasonlóan - tekercsátkapcsolással lehetséges.


    3.-33. ábra. Elektrodinamikus ampermérô
    a) kis áramok mérésére; b) nagy áramok mérésére

    Mind a feszültségmérô, mind az áramérô egyen- és váltakozóáramon egyaránt használható, a hullámformától függetlenül effektív értéket mér. Az elektrodinamikus mérômûvet feszültség és áramerôsség mérésére preciziós laboratóriumi mérômûszerekben használják (a vasmentes tipust). Az ilyen mûszerek fogyasztása néhány VA (általában nagyobb, mint a lágyvasas mûszeré), pontossági osztályuk jobb lehet, mint 0,1. Használati frekvenciatartományuk felsô határa 1 kHz körüli érték. A feszültségmérés tartománya 15 ... 600 V, az áramerôsség 30 mA ... 100 A tartományban lehetséges.


    3.4.3. Elektrodinamikus wattmérô


    Az elektrodinamikus mérômû szorzó mérômû, így magától értetôdô, hogy teljesítmény mérésére használjuk. A 3.-34. ábrán figyelhetjük meg a wattmérô kapcsolásának sajátosságait. A mérômû állótekercsén a fogyasztó árama folyik keresztül, a mozgótekercset - egy elôtétellenállást is közbeiktatva - a fogyasztó feszültségére kapcsoljuk. A mozgótekercs eredô ellenállása R=Re+Rb2. A mozgótekercsen folyó áram I2=U/R, az állótekercsé I1=I, ezzel a statikus karakterisztika egyenáramon:








    3.-34. ábra. Elektrodinamikus wattmérö

    Szinuszos váltakozóáramon:



    Nemszinuszos váltakozóáramok teljesítménye is mérhetô az elektrodinamikus wattmérôvel, mivel ez minden hullámformánál a feszültség és az áramerôsség pillanatértékei szorzatának átlagával arányos kitérést ad. Ilyen jeleknél viszont - a frekvenciahiba miatt - esetleg kisebb mérési pontosságra számíthatunk. Az elektrodinamikus wattmérô tehát egyenáramon és váltakozóáramon egyaránt alkalmas teljesítmény mérésére, a váltakozóáram hatásos teljesítményét méri. Szinuszos jelekre vektorábrán ábrázolva a kapcsolatokat (3.-35. ábra), a P=UI cosj hatásos teljesítmény a feszültség és az áram feszültség irányába esô Iw=Icosj vetületének - az áram hatásos komponensének - szorzata.


    3.-35. ábra. A hatásos és meddô teljesítmény értelmezése a vektorábrában

    A wattmérôk esetében a feszültség és az áram méréshatárának váltására külön-külön szükség van. A feszültség (mozgótekercs) méréshatára elôtétellenállásokkal növelhetô. Az áram-méréshatár - a lágyvasas árammérôknél megismert elven - az állórész két azonos menetszámú féltekercsének soros, ill. párhuzamos kapcsolásával 1:2 arányban változtatható.


    3.-36. ábra. Wattmérö több méréshatárral

    A 3.-36. ábrán egy több méréshatárú wattmérô kapcsolását mutatjuk be. A feszültség méréshatár váltása átdugaszolással, az áram méréshatár egy vagy két áthidaló dugó megfelelô elhelyezésével váltható. Ha egy dugóval az 1 jelû félhüvelyek között áthidalást hozunk létre, a két áramtekercs sorbakapcsolódik (ez a kisebb méréshatár). Az 1 jelû félhüvelyek között bontva a kapcsolatot és mindkét 2 jelû félhüvely-párnál egy-egy dugóval áthidalást létesítve, az áramtekercsek párhuzamosan kapcsolódnak (ez a nagyobb méréshatár). Nem szakad meg az áramkör a méréhatárváltás során, ha legalább egy dugó - bármelyik helyen - a mûszerben marad. (Baj nem származhat abból, ha az átkapcsolás során átmenetileg az 1 és 2 jelû félhüvely-párokban egyszerre van áthidaló dugó.)

    A wattmérô mûszerállandója a feszültség-méréshatár, áram-méréshatár, a mûszer névleges teljesítménytényezôje és a skálaterjedelem alapján határozható meg. Ha a mûszeren külön nem jelzik, akkor a névleges teljesítménytényezô cosjn=1. Ritkán készítenek wattmérôt ettôl eltérô (pl. cosjn=0,2) teljesítménytényezôre. A teljesítmény-méréshatár (Pn) a feszültség-méréshatár (Un), áram-méréshatár (In), a névleges teljesítménytényezô (cosj n) alapján:




    A névleges teljesítmény és a skálaterjedelem (végkitérés, av) alapján a mûszerállandó:


    A mûszerállandó mértékegysége a W/skálafok. Sok esetben a mûszer skálalapján a különbözô méréshatárokon érvényes mûszerállandót feltüntetik. Pl. 300 V feszültség-méréshatár, 5 A áram-méréshatár 150 skálaterjedelem esetén a mûszerállandó 300*5/150=10 W/skálafok.


    3.-37. ábra. A wattmérô helyes alkalmazási módja, bekötése

    A wattmérô helyes alkalmazását, bekötését a 3.-37. ábra mutatja be. A wattmérôvel együtt mindig ajánlatos a feszültség és az áramerôsség ellenôrzésére egy voltmérôt, ill. ampermérôt is használni, mivel csak a wattmérô kitérésébôl nem következtethetünk annak esetleges túlterhelésére. Legyen például a wattmérônk feszültség-méréshatára 300 V, áram-méréshatára 5 A, skálaterjedelem 150, a teljesítmény-méréshatár ekkor 300×5=1500 W, a mûszerállandó 10W/skálafok. Ha fogyasztónk 220 V feszültség mellett 10 A áramfelvételû és teljesítménytényezôje cosj=0,5, akkor ennek hatásos teljesítménye 220×10×0,5=1100 W. A wattmérô ennek hatására csak 110°-ot tér ki, bár az áramtekercsben folyó áram a megengedett érték kétszerese (az áramtekercsben keletkezett hô négyszeres), így az áramtekercs tönkremenetelével számolhatunk. Az áramerôsség ellenôrzô mérésével ilyen esetek elkerülhetôk.

    A wattmérô polaritásérzékeny mûszer, negatív kitérítô nyomaték is adódhat, ekkor a mûszer bal oldali szélsô helyzetben (a skála nullpontjától balra) ütközik fel. Pozitív kitérítô nyomatékot és kitérítést kapunk akkor, ha - fogyasztó esetén - a 3.-37. ábra szerinti bekötési módot alkalmazzuk. A feszültség, ill. áramág egyik kapcsát a mûszeren *-gal megjelölik (régebbi mûszereken a feszültségágét az @, az áramágét Ik is jelölheti). Az áramtekercs csillaggal jelzett kapcsa a hálózatra csatlakozik. A feszültségtekercs csillaggal jelzett kapcsát általában az áramtekercsnek a fogyasztóhoz kapcsolódó sarkához kötjük, ekkor a feszültségtekercs a fogyasztó feszültségét méri, az áramtekercsen viszont átfolyik a feszültségtekercs kicsi (néhány mA-es) árama is, de ez általában elhanyagolható hibát okoz. Köthetnénk a feszültségtekercset az áramtekercs hálózat felöli kapcsára is, ekkor az áram érzékelése helyes, a feszültségtekercs viszont az áramtekercs feszültségesésével növelt feszültséget érzékeli. Az utóbbi kapcsolási mód általában nagyobb mérési hibát okoz, mivel az áramtekercsen a feszültségesésé - fôleg a kis áram-méréshatárú mûszerek esetében - jelentôs lehet.

    A wattmérôket sok esetben ellátják egy polaritásváltó kapcsolóval, amellyel a feszültségtekercs áramiránya megfordítható. Ez különösen a háromfázisú hálózatokban való teljesítménymérés esetén hasznos szolgáltatás. A háromfázisú teljesítménymérés módszereivel a 10. fejezetben foglalkozunk.

    A wattmérôk igen nagy választékban, különbözô célokra készülnek. A kapcsolótáblába építhetô wattmérôk vasmagos tipusúak, pontossági osztályuk 1,5. Az üzemi, laboratóriumi mûszerek vasmentes, vassal árnyékolt kivitelûek, pontossági osztályuk 0,1 is lehet. Használati frekvenciatartományuk 1 kHz-ig terjedhet. A feszültségág áramfelvétele néhány mA, az áramág teljesítménye 1 VA körüli érték. A preciziós wattmérôk feszítettszálas csapágyazással és fénymutatóval készülnek. Ezek feszültség-méréshatára 30...600 V, áram-méréshatára 25 mA ... 10 A tartományba esik.


    3.4.4. Elektrodinamikus meddôteljesítmény-mérô


    Az elektrodinamikus mérômûvel egyfázisú hálózat meddô teljesítménye is mérhetô, ha a feszültségágba fojtótekercset iktatunk be, ezt az ágat tiszta induktívvá tesszük. Így a feszültségágban az áram a feszültséghez viszonyítva 90°-kal késik (a wattmérônél a feszültséggel fázisban van), emiatt a kitérítô nyomaték az áram meddô összetevôjének és a feszültségnek a szorzatával - azaz a meddô teljesítménnyel - lesz arányos. Ezt a lehetôséget a gyakorlatban alig használjuk, mivel az ezen az elven mûködô mûszer frekvenciahibája - a feszültségág frekvenciafüggô impedanciája miatt - igen nagy lenne. Egyfázisú meddô teljesítmény mérésére ritkán van szükség, ekkor viszont más mért jellemzôkbôl számíthatjuk (lásd a 9. fejezetet).

    A háromfázisú meddô teljesítmény mérésének a kérdéseivel a 10. fejezetben foglalkozunk.


    3.5. Elektrodinamikus hányadosmérô


    Az elektrodinamikus hányadosmérô - szerkezetét tekintve - az állandómágneses hányados-mérôvel és az elektrodinamikus wattmérôvel mutat hasonlóságot. Mozgórésze két, egymáshoz viszonyítva elékelt és egymáshoz rögzített tekercsbôl áll (mint az állandómágneses hányadosmérôé), a mozgótekercsek az álló, árammal átjárt tekercs által gerjesztett mágneses térben helyezkednek el (mint a wattmérô esetében is). A mozgórészre rugó visszatérítô nyomatéka nem hat, az árambevezetés nyomatékmentes. Az elektrodinamikus hányadosmérô vasmagos és vasmentes kivitelben is megvalósítható. A 3.-38. a) ábrán a vasmentes elektrodinamikus hányadosmérô elvi felépítését és egyfázisú teljesítménytényezô-mérôkénti (cosj mérôkénti) alkalmazását ábrázoltuk, a b) ábrán a vasmagos hányadosmérô szerkezeti megoldása szerepel.


    3.-38. ábra. Az elektrodinamikus hányadosmérô
    a) mûködési elve; b) A vasmagos hányadosmérô szerkezete
    1,2 mozgórésztekercs; 3 állórésztekercs; 4 állórész

    Az állótekercs (áramtekercs) a Zt terhelô impedanciával sorbakapcsolódik. A 90°-kal elékelt, egymáshoz rögzített mozgótekercs-pár képezi a mérômû feszültségtekercsét. Az 1 jelû tekercset a vele sorbakötött fojtótekerccsel tiszta induktívvá tettük, a 2 tekercs pedig tiszta ohmosnak tekinthetô. Mindkét tekercs a Zt terhelô impedancia feszültségét érzékeli. A 90°-os térbeli eltolású tekercsekben így 90°-os fáziseltolású áramok alakulnak ki.
    Az áramtekercs homogén mágneses teret hoz létre, az indukció arányos az állótekercsben folyó árammal és fázisban azzal. A mozgótekercsekre ható nyomatékok ellentétes értelmûek, a mozgórész olyan helyzetbe fog beállni, hogy a két nyomaték egyensúly tartson egymással. Ez akkor következik be, ha a mozgótekercsek szögelfordulása (a) éppen megegyezik a fogyasztó áramának fáziseltolási szögével (j). (Ez az állítás a kereszttekercses hányadosmérôhöz hasonló gondolatmenettel igazolható.)



    Az elektrodinamikus hányadosmérô tehát a fázisszög mérésére is alkalmas. Minden esetben a cosj értékekre skálázzák, néha ezen felül a fázisszög (j) értékét feltüntetik egy külön skálán. A cosj =1 (a=0) helyzet középen van, az induktív, ill. kapacitív fáziszögek tartománya ettôl mérten jobbra, ill. balra helyezkedik. A legkisebb mérhetô teljesítménytényezô 0,4 ... 0,5.

    Az egyfázisú teljesítménytényezô-mérôt nem szokták több méréshatárúra készíteni, különösen a feszültségágban volna ezt körülményes megvalósítani. Az áramtekercs névleges árama többnyire 5 A, a névleges feszültség 100 ... 500 V. A feszültségág imedanciája frekvenciafüggô ( az egyik tekercs köre tiszta induktív), ezért ez a mûszer csakis azon a frekvencián mér megfelelô pontossággal, amelyen kalibrálták. Jelentôs mértékben nôhet a mérés hibája, ha a feszültség és/vagy az áram jóval kisebb, mint a névleges érték (a méréshatár). Az okok hasonlóak az állandómágneses hányadosmérônél elmondottakkal (csapsúrlódás, nem nyomatékmentes árambevezetés). Az egyfázisú cosj -mérô pontossági osztálya 1 körüli érték. Fogyasztása a wattmérôéhez hasonló. Azért, hogy a túlterheléseket elkerüljük, a cosj -mérô esetében is ajánlatos a feszültséget és az áramerôsséget egyidejüleg mérni. Nemszinuszos jelek esetén mutatott viselkedésének kérdéseivel nem foglalkozunk.


    3.-39. ábra. Háromfázisú cosj-mérö

    Szimmetrikus háromfázisú hálózatban használható a háromfázisú cosj-mérô (3.-39. ábra). A mozgótekercs áramának fáziseltolását úgy valósítjuk meg, hogy a tekercseket - elôtétellenállást is beiktatva - az URS és URT vonali feszültségekrôl tápláljuk. Így 60°-os fáziseltolás hozható létre, a tekercsek elékelési szögét is ezzel összhangban választjuk meg. A feszültségtekercsek köre tiszta ohmos, frekvenciahiba nem jön létre, a feszültség-méréshatár az elôtétellenállással változtatható. Aszimmetrikus hálózat esetén igen jelentôs járulékos hibával mér a mûszer.


    3.6.Elektrosztatikus mûszerek


    Az elektrosztatikus mûszerekben az elektrosztatikus erôhatásokat - villamos töltések közötti vonzó- és taszító erôket - használjuk fel nyomatékképzésre. A 3.-40. ábrán az elektrosztatikus mûszer egyik típusának, a kvadráns elektrosztatikus mûszernek a szerkezetét és feszültségmérôkénti alkalnazását mutatjuk be. A mozgórészt egy piskóta alakú lemez, az állórészt négy negyedkör alakú lemez (kvadráns) alkotja.


    3.-40. ábra. A kvadráns elektrosztatikus voltmér6o szerkezete
    1 mozgórész; 2 kvadránsok; 3 tükör; 4 feszítettszálas csapágyazás;

    A szemközti kvadránsok vannak összekötve egymással, a mozgórészt is összekötjük az egyik kvadráns-párral. Egyenfeszültséget rákapcsolva a mérômûre, a mozgórész és a kvadránsok között vonzó- és taszító erôk ébrednek (az ábrán nyilakkal jelöltük az erôk irányát), a mozgórészre forgatónyomaték hat. A kitérítô nyomaték nagyságát a mérômûben tárolt energia megváltozásának alapján határozhatjuk meg. A tárolt energia:



    A mozgórész elfordulása C kapacitásváltozással jár, ez okozza az energiaváltozást. A kitérítô nyomaték és a kitérés:






    A kitérítô nyomaték a feszültség négyzetével arányos, így a mûszer a hullámformától függetlenül effektív értéket mér, egyenáramon és váltakozóáramon egyaránt használható. A mérômû nyomatéka kicsi, ezért kizárólag függesztôszálas vagy feszítettszálas csapágyazással és fénymutatóval készül. Több - a 3.-40. ábra szerinti - elemet egymásra építve, a nyomaték fokozható, ekkor a méréshatár 10 V-ra is leszorítható. A legnagyobb méréshatár néhány kV lehet.

    Az elektrosztatikus voltmérô közel ideális kondenzátornak tekinthetô, az átvezetés ellenállása gigaohm nagyságrendû. Egyenáramon gyakorlatilag fogyasztásmentesen mér. Váltakozóáramon a mûszer kapacitív töltôáramot vesz fel, 50 Hz-en ez néhány mikroamper nagyságú. A mûszer 1 MHz frekvenciáig használható, nagyobb frekvenciákon az áramfelvétel nô (I=U/XC =UwC).

    Az elektrosztatikus mûszer - az igen nagy belsô ellenállás és felsô méréshatára miatt - elônyösen használható a nagyfeszültségû technika és a szigeteléstechnika területén. Más konstrukciós megoldásban (Starke-Schrôder-rendszerû voltmérô) megavolt nagyságú feszültségek is mérhetôk vele.


    3.7. Ikerfémes mûszerek


    Az ikerfém (bimetall) két, jelentôsen eltérô hôtágulási együtthatójú fémbôl összehengerelt szalag, amely melegítve a kisebb hôtágulási együtthatójú fém oldala felé görbül. Az ikerfém szalagot melegíthetjük a rajta átvezetett árammal, az alakváltozással mutatót mûködtethetünk, így áramerôsség mérésére adódik lehetôságünk. Az ikerfémes árammérô felépítését az 3.-41. ábra mutatja be. A környezeti hômérsékletváltozás hatásának kompenzálására az ikerfémes mûszerekbe árammentes ikerfémet is beépítenek megfelelô módon.

    Az ikerfémes mûszer hullámformától függetlenül az áram effektív értékét méri, nyomatéka igen nagy. A beállási ideje igen hosszú, 10...15 min is lehet (más mutatós mûszerek néhány s-os beállási idejével szemben), így ezek a mûszerek mindig egy adott idôpontot megelôzô néhány min. átlagos áramának megfelelô értéket mutatnak. Villamos gépek, transzformátorok, kábelvonalak - melegedés szempontjából mértékadó - terhelôáramának mérésére ezért jól használhatóak. A nagy nyomaték lehetôvé teszi, hogy a mûszer mutatója egy másik vont maximummutatót magával vigyen, amely az üzemidô alatt elért legnagyobb áramértéknél kitérve marad. Az ikerfémes mûszerek általában kapcsolótáblába építhetô változatban készülnek, potossági osztályuk 3, fogyasztásuk néhány VA.


    3.-41. ábra. Az ikerfémes ampermérô szerkezete
    1 árammal fûtött ikerfémszalag; 2 árambevezetés; 3 kompenzáló ikerfémszalag;
    4 hôszigetelö tárcsa; 5 mutató; 6 vont (maximum) mutató; 7 skála




    3.8. Rezgônyelves frekvenciamérô


    A rezgônyelves frekvenciamérôban a mechanikai rezonancia jelenségét használjuk fel mérésre.



    3.-42. ábra. A rezgônyelves frekvenciamérô
    1 elektromágnes; 2 lágyvaslemez; 3 alaplemez; 4 tartó; 5 rezgônyelvek; 6 skálalap

    A 3.-42. ábra a Frahm-féle rezgônyelves frekvenciamérôt mutatja be. Az 1 elektromágnest a vizsgált áramforrás táplálja, ez a 2 lágyvas lemezre vonzóerôt gyakorol. A 2 lemez a 3 rugalmas alaplemezre van erôsítve a 4 tartó közvetítésével. A 2 lemezre a gerjesztés elôjelétôl függetlenül mindig vonzóerô hat, a lemezre ható erô frekvenciája kétszerese a vizsgált jel frekvenciájának. A tartóra vannak erôsítve az egymástól egyenletes lépésközzel elhangolt 5 rezgónyelvek. A rezgônyelveket az elektromágnes a 2 lemez és a 4 tartó közvetítésével rezgésbe hozza, de jól érzékelhetô amplitúdóval csak azok a nyelvek rezegnek, amelyek önfrekvenciája a gerjesztôerô frekvenciájának közelébe esik. A leolvasás felbontóképességét a lépésköz szabja meg, becsléssel - a szomszédos nyelvek rezgési amplitúdója alapján - interpolálásra is lehetôségünk van.

    A rezgônyelves frekvenciamérôket általában a hálózati frekvencia ellenôrzésére használják, mérési tartományuk 50 Hz szûk környezetére korlátozódik, a szokásos lépésköz 0,5 Hz, így 0,25 Hz felbontóképességgel olvashatjuk le a frekvenciát. Pontossági osztályuk 0,5, 100 .... 500 V feszültségrôl táplálhatók, fogyasztásuk néhány VA.



    Ellenôrzô kérdések


    1. Melyik a legnagyobb áramérzékenységû (legkisebb áram-méréshatárú) mûszertípus?
    2. Melyik a legkisebb fogyasztású mûszertípus?
    3. A voltmérôk méréshatára növelésének mi a leggyakoribb megoldása?
    4. Milyen mûszertípusok áram-méréshatára növelésére alkalmazunk söntöt illetve tekercsátkapcsolást vagy -megcsapolást?
    5. A következô három csoport melyikébe sorolja az eddig megismert feszültségmérô mûszereket: a) csak egyenfeszültségen használható; b) egyenfeszültségen és váltakozófeszültségen is használható, a hullámformától függetlenül effektív értéket mér; c) csak váltakozófeszültségen mér, és csak szinuszos jel esetén mér effektív értéket?
    6. Milyen ellenállásmérô mûszereket ismerünk?
    7. Melyik mûszertípusok esetén változik meg a kitérés iránya akkor, ha a bekötés polaritását megcseréljük?
    8. Milyen típusú mûszerekkel mérhetünk 50 Hz-nél nagyobb (néhányszor 100 Hz) frekvencián is?
    9. Hogyan kerülhetjük el a wattmérô és a cosj -mérô túlterhelôdését?
    10. Az elektrodinamikus mûszerek milyen mennyiségek mérésére használhatók?

    Készült a Phare Program támogatásával a 0301-L006-32 sz. projekt keretében