Měření neelektrických veličin

A) Tématem je ukázkové měření charakteristických vlastností solárních fotovoltaických panelů (viz obr. 1 a 3) včetně vysvětlujících ukázek jejich

Obr. 1 - a) Příklad fotovoltaických panelů, b)Fotovoltaický panel a digitální multimetr

Princip výroby elektrické energie ve fotovoltaickém článku - FV (zažitý pojem - solární panel) spočívá v tom, že při dopadu světla na povrch solárního (slunečního) článku se vytváří elektrické napětí mezi dvěma kontaktními plochami na přední a zadní straně článku.

Většina FV článků se skládá z vysoce čistého krystalického křemíku. FV moduly mohou být v provedení monokrystalickém (z jediného krystalu s pravidelnou mřížkou) nebo v provedení polykrystalickém (z mnoha různě orientovaných krystalů). V tených destičkách křemíku se cíleným znečištěním určitými cizími atomy (dotováním) vyrobí dvě nad sebou ležící vrstvy z různou koncentrací nosičů náboje. Strana obrácená ke světlu je dotována cizími atomy s volnými elektrony (nosiči záporného náboje), zadní strana článku atomy s volnými dírami (nosiči kladného náboje). Na přechodu mezi kladně a záporně dotovanou vrstvou se vytvoří elektrické pole.

Při dopadu světelného paprsku na sFV článek se uvolní z křemíkové mřížky některé elektrony. Tyto volné elektrony a také vzniklé elektronové díry se el. polem oddělí, takže v horní vrstvě křemíkové destičky vznikne přebytek elektronů a ve spodní části naopak jejich nedostatek. Propojením horní a spodní části článku přes spotřebič se přebytek a nedostatek elektronů začne pohybem nosičů náboje vyrovnávat, a tím vznikne elektrický proud. Tok elektronů, čili velikost proudu procházejícího elektrickým obvodem, je ovšem přímo úměrný množství dopadajícího světla.

FV články se zpravidla vkládají do ochranné folie z etylenvinylacetátu, před nepříznivými povětrnostními vlivy je přední strana článku chráněna průhledným, vysoce tvrzeným sklem, které má současně na článek propouštět co nejvíce slunečního světla.Velkou předností FV článků je, že nemají žádné opotřebení, nevytváří žádné znečištění, žádný hluk, zplodiny a zápach, neuvolňují při výrobě elektřiny žádný CO₂ a je možné je sestavovat do fotovoltaických solárních generátorů libovolné velikosti. Nevýhodou využívání solární energie k výrobě elektřiny je cena. Suma za jednu kWh je několika násobně vyšší než u ostatních zdrojů. Při porovnání s jadernou energií zjistíme, že cena elektřiny ze slunce je 29 krát vyšší.

Rozsah využití solárních zařízení je velmi pestrý, od solárních hraček přes solární hodinky, kapesní kalkulačky, osvětlení zahrad a cest, provoz fontán až k autonomním napájecím zařízením pro automobily, lodě, rekreační chaty a obytné budovy. Na významu získávají i solární zařízení, dodávající elektrickou energii do veřejné rozvodné sítě. Nezanedbatelné je i využití "solární" energie v kosmickém výzkumu.

Práce, výkon a tepelné účinky elektrického proudu

Z definice napětí (práce potřebná k přenesení náboje) můžeme snadno odvodit vztah mezi výkonem, proudem a napětím (Joule-Lencův zákon)

Tímto vzorcem je možné také definovat napětí: 1 volt je napětí, při němž se na vodiči proudem 1 A vyvine výkon 1 W.

Elektrická práce, kterou vykoná stejnosměrný proud mezi dvěma místy v proudovém obvodu za určitou dobu je dána napětím U mezi těmito místy, proudem I a dobou t, po kterou tento proud obvodem prochází.

Elektrický proud, který obvodem prochází je vlastně pohybem elektrických nábojů, který koná práci. Práce se mění v teplo.

Ztrátový výkon na vodiči nebo na rezistoru můžeme po dosazení do Ohmova zákona vypočítat ze vztahů:

Při výpočtu používáme kterýkoliv z těchto vzorců. U výše uvedených příkladů vypočítejte ztrátový výkon na vodiči všemi způsoby, ověřte shodnost výsledků.

Při daném odporu vodiče jsou tepelné ztráty na vodiči úměrné druhé mocnině procházejícího proudu. Při přenosu elektrické energie na velkou vzdálenost používáme vysokých napětí a tím i malých proudů, abychom tyto ztráty snížili na minimum.

Elektrickou práci udáváme buď v joulech (wattsekunda) nebo v kilowatthodinách

V elektrických zařízeních (motor, transformátor) dochází k přeměně energie z jedné formy na druhou. Využití energie není nikdy stoprocentní, část energie se ztrácí ve formě tepla. Definujeme příkon P₁, výkon P₂ a účinnost h

B) Tématem je ukázkové měření neelektrických veličin pomocí zařízení, měřicích přístrojů. Vysvětlující ukázky jejich měřicích principů a systémů.

Jednou z velice sledovaných veličin vzduchu je jeho vlhkost. Jedno z měřidel je založeno na principu látek, které jsou schopny přejímat vlhkost okolního prostředí - např.: lidský vlas. Podle vlhkosti se natahuje/zkracuje. Reakce není okamžitá.

Měřicím principem je změna roztažnosti organických látek vlivem navlhavosti. Tyto látky absorbují vodu v závislosti na relativní vlhkosti okolního vzduchu. Změnou obsahu vody dilatují. Tato dilatace se přenáší mechanismem na ukazatel. Nejvíce využívanými jsou lidské vlasy, koňské žíně, živočišné blány, nebo syntetické organické látky. Nejběžnějším je vlasový hygrometr používaný hlavně v přístrojích pro domácnost (pokojový hygrometr) a v meteorologii ve formě pisátkových zapisovačů (zapisovací hygrograf).

Hygrometr s tuhým elektrolytem Al₂O₃ je tvořen jednou hliníkovou elektrodou s vrstvičkou Al₂O₃ a druhou elektrodou z napařené tenké vrstvičky zlata propustné pro vodní páry. Absorpcí vody do elektrolytu se mění elektrický odpor, z něhož je pak vyhodnocena vlhkost.

Kvalitní osvětlení, má velmi významný vliv na výkon, zdraví, bezpečnost pracovníků. Kvalitním osvětlením můžete zlepšit pracovní prostředí, snížit chybovost a zlepšit výkon svůj i svých zaměstnanců. Účelem měření osvětlení je zajištění splnění všech požadavků na osvětlení vnitřních prostor a musí vyhovovat určitým minimálním a maximálním hodnotám, které jsou velmi pečlivě sledovány a kontrolovány.

Veličiny, které vyjadřují nebo spíše popisují vlastnosti zdrojů světla jeho přenos prostorem i děje spojené s dopadem světla na plochu nebo předměty, se označují jako veličiny fotometrické. Třemi základními veličinami jsou svítivost, světelný tok a intenzita osvětlení.

Svítivost I je vlastností zdroje světla, kdy je hlavní jednotkou tzv. kandela [cd], která je jedna ze základních jednotek SI. (Svítivost 1 cd – přibližně odpovídá svítivosti plamenu svíčky, žárovka o elektrickém příkonu 100 W má svítivost zhruba 200 cd.)

Světelný tok Φ určuje šíření světla daným prostorem. Světelný tok označuje, jak velkou světelnou energii zdroj vyzáří za jednu sekundu – jde tedy vlastně o formu výkonu. Jednotkou je tzv. lumen [lm], který je definovaný jako světelný tok vyzářený zdrojem o svítivosti 1 kandela do prostorového úhlu 1 steradián (což odpovídá 1/4p plného prostorového úhlu). Platí přibližný převod, že 1 W@680 lm.

Pracoviště	Intenzita osvětlení [lux]
Sklad	120
Učebna	250
Kancelář, čítárna	500
výstava	750
Montáž	1000
Jemná montáž	1500
Hodinářská práce	2000

Měření hladiny akustického tlaku je prováděno digitálním přístrojem, zvanými zvukoměr (resp. hlukoměr), které se sestává většinou z kapacitního měřícího mikrofonu na těle přístroje, zesilovače mikrofonního signálu, jednokanálového frekvenčního analyzátoru a indikátoru hladiny akustického tlaku. Měří se v [dB]. Reagují okamžitě na změnu, lze i pořídit záznam měření pro statistiku a archivaci.

V kapacitním mikrofonu, který je čidlem akustického tlaku p vzniká elektrický signál, úměrný jeho úrovni. Pokud jde o celkové měření hladiny akustického tlaku v celé frekvenční oblasti slyšitelného zvuku, nahrazuje se působení externího frekvenčního filtru vnitřním fyziologickým váhovým filtrem zvukoměru A pro nižší, B pro střední a C pro vyšší hladiny.

Poděkování: Investice do rozvoje vzdělávání. Tento výukový text je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/28.0206 „Inovace výuky podpořená praxí“.

Katedra konstruování strojů - JF - Předmět Měřící Technika (KKS/MT)
Copyright © 2014 ZČU v Plzni - Fakulta strojní, Katedra konstruování strojů. Všechna práva vyhrazena.
Poslední aktualizace: 11. 06. 2014