.
Licens: Brukerspesifisert

Elektriske måleinstrumenter. Principtegning af det klassiske drejespoleinstrument til måling af strømstyrke. Strømmen, der skal måles, sendes gennem en drejelig spole anbragt i et magnetfelt. Feltet vil søge at dreje spolen på tværs af feltretningen med en kraft, som er proportional med strømstyrken. Drejningen modvirkes af en spiralfjeder, og den resulterende drejningsvinkel, der med en viser kan aflæses på en skala, er et mål for strømstyrken.

.

Elektriske måleinstrumenter, apparatur til måling af elektriske størrelser eller andre fysiske størrelser, som kan omsættes til elektriske signaler. Oprindelig var elektriske målinger alene baseret på det elektrodynamiske princip, hvorefter en strømførende leder påvirkes mekanisk af et magnetfelt. Senere er også andre fysiske fænomener taget i anvendelse i elektriske måleinstrumenter.

Den klassiske måleteknik

Der er gennem tiden udviklet en mængde specielle apparattyper med forskellige krav til præcision, robusthed og pris, fra værdifulde laboratorieinstrumenter til masseproducerede, yderst billige og ikke specielt nøjagtige instrumenter. Målenøjagtigheden angives i "klasser", hvor det til klassen svarende tal angiver den maksimale målefejl i procent af instrumentets største udslag. For laboratorieinstrumenter anvendes i almindelighed klasserne 0,1-0,5 og for driftsinstrumenter til teknisk brug klasserne 1,0-5,0.

Det klassiske drejespoleinstrument består i princippet af en U-formet magnet med en drejelig spole, som fører den strøm, der skal måles. Spolen drejes derved på tværs af magnetfeltet med en kraft, som er proportional med strømstyrken. Drejningen modvirkes af en mekanisk fjeder og omsættes til et viserudslag på en skala. Instrumentet er i princippet et amperemeter (strømmåler), men kan også anvendes som voltmeter (spændingsmåler), idet der sendes en strøm, som er proportional med spændingen, igennem det; instrumentet sættes i dette tilfælde i serie med en formodstand af passende størrelse. Til måling af store strømme, som ville ødelægge instrumentet, kobles det parallelt med en lille modstand. Drejespoleinstrumentet kan også måle vekselstrømme, når det kombineres med en ensretter; det kaldes i så fald et ventilinstrument.

Det elektrodynamiske instrument er et drejespoleinstrument, hvor den permanente magnet er erstattet med en elektromagnet med en spole, som forsynes med den samme strøm, der går gennem den drejelige spole. Derved bliver kraftpåvirkningen på drejespolen uafhængig af strømmens retning, således at vekselstrømme kan måles direkte. Udslaget bliver i dette tilfælde bestemt af kvadratet af strømstyrken, og instrumentet bestemmer derfor den såkaldte effektivværdi af strømmen. Tilsvarende gælder for måling af vekselspænding.

Ved i stedet at lade den ene spole i det elektrodynamiske instrument gennemløbe af strømmen, mens den anden spole påvirkes svarende til spændingen samme sted i nettet, måles effekten det pågældende sted. Instrumentet benævnes da et Wattmeter. Ved måling af trefaset effekt benyttes ofte to wattmetre, som indkobles mellem to faser, hvorved spændingen bliver gange større. Summen af de to udslag bliver da i normale tilfælde lig med effekten i alle tre faser. Denne specielle kobling benævnes Aron-kobling.

Blødtjernsinstrumenter er betegnelsen for en tidligere meget anvendt konstruktion af instrumenter til både strøm- og spændingsmåling for såvel jævn- som vekselstrøm. De er baseret på frastødning mellem to stykker jern anbragt i et af strømmen dannet magnetfelt.

Elektrisk energi, fx kilowatt-timeforbruget i en bolig, måles med summerende eller integrerende instrumenter. Den velkendte Ferrarismåler (se elmåler), som praktisk talt alle boliginstallationer endnu er forsynet med, er en vekselstrømsinduktionsmåler, hvor en skive roterer med en hastighed, der er proportional med effekten, og et tælleværk registrerer antallet af omdrejninger. Elektroniske målere til dette formål er fuldt udviklede, men den klassiske måler er i kraft af lav pris og stor pålidelighed svær at udkonkurrere.

Vekselstrømmes frekvens kan måles med et frekvensmeter, som er baseret på mekanisk svingende tunger. Hver tunge er afstemt til en bestemt frekvens ligesom strengene i et klaver, og den eller de tunger, der ligger nær vekselstrømmens frekvens, bringes af strømmen i resonanssvingninger. Større nøjagtighed opnås med en oscillograf eller ved digital elektronisk måling, der tæller antallet af svingninger i en kort tidsperiode.

Til måling af meget høje vekselspændinger og -strømme anvendes måletransformere for at formindske spændinger og strømme til størrelser, som måleinstrumentet kan tåle. I visse tilfælde sammenbygges måletransformer og instrument, bl.a. i tangamperemetret, hvor instrumentet "klappes sammen om" lederen. Strømmen måles således, uden at instrumentet sættes ind i den strømførende kreds.

Optiske sensorer til måling af højspænding

Elektro- og magnetooptiske sensorer måler det elektriske hhv. magnetiske felt i nærheden af målestedet. Den optiske måling foregår ved at sende lys fra en lysdiode eller en laser gennem en krystal på målestedet. Krystallen ændrer lysets fase afhængigt af feltstyrken, og faseændringen bestemmes ved sammenligning med det oprindeligt udsendte lys og omsættes til en digital måleværdi for feltstyrken. Feltmålingen kan derefter ved beregning omsættes til spændings- eller strømmåling, når geometrien på målestedet er veldefineret. Denne type sensorer har samme målenøjagtighed uanset signalets størrelse og vekselfeltets frekvens, og der forekommer ikke problemer med isolation af måleinstrumentet ved de høje spændinger, idet det optiske signal føres til og fra målestedet gennem optiske ledere, som i sig selv har gode isolationsegenskaber.

De optiske sensorer er eksempler på den moderne måleteknik inden for elektroteknikken baseret på måleværdigivere, hvorfra et signal overføres til videre bearbejdning inden digital visning og evt. lagring med henblik på matematisk bearbejdning (signalbehandling). Med denne teknik er det muligt at foretage målinger under specielle forhold, som ligger uden for rækkevidden af de klassiske måleinstrumenter. I dag er både målenøjagtigheden og det matematiske værktøj, som benyttes til bearbejdning af registreringerne, afgørende. Et måleinstrument er således i dag et sammensat målesystem, som bygger på grundig viden inden for brede områder af fysik og matematik.

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig