מחבר: אמיר אברמוביץ', צבי אזיה, שמעון זיסק, שאול זרצקי וגיל ארצי

שנת ההוצאה: תשע"א - 2011

מילות מפתח: אנרגיה חשמלית; הנדסה; מערכות מחשוב ובקרה; אנרגייה חשמלית; אנרגייה; אנרגיה

מדידה של גודל פיזיקלי כגון מתח, זרם, טמפרטורה וכדומה, מחייבת שימוש במכשיר מדידה.
עם התקדמות הטכנולוגיה הולך וגדל השימוש במכשירי מדידה מדויקים יותר ונוחים יותר לשימוש.
כדי למדוד, יש לבחור תחילה את מכשיר המדידה המתאים למערכת הנמדדת.
כדי להתאים את המכשיר למדידה הנדרשת, ראשית יש להבין את מושג המדידה, להכיר באופן בסיסי את המבנה של מכשיר המדידה ואת עקרון הפעולה שלו, להכיר את השפעת המכשיר על המערכת שבה מתבצעת המדידה ואת יתרונותיו ומגבלותיו של המכשיר לעומת מכשירי מדידה אחרים.
(...)
בספר זה נכיר את עקרונות תורת המדידה, נכיר שיטות מדידה ומכשירי מדידה שונים, בחלקם יעודיים להנדסת חשמל, וכן מתמרים שונים.
כמו כן נערוך סקירה ונציג מערכי מדידה אוטומטיים. בספר זה מופיעים מספר סעיפי רשות. סעיפי הרשות מודפסים בגופן קטן יותר משאר סעיפי הספר. אל הספר

נושא/נושאים: , הנדסת חשמל בקרת אנרגיה

תוכן הספר:

• מדידות

• תוכן עניינים

• הקדמה

• פרק 1 יסודות במדידות

• 1.1 מטרות המדידה

• איור ‭1.1‬ חיישן צבת למדידת זרם

• איור ‭1.2‬ חיישן צבת למדידת זרם- נתונים חשמליים

• איור ‭1.3‬ נתונים סביבתיים של גשש צבת למדידת זרם

• 1.2 מדידה ישירה ומדידה עקיפה

• איור ‭1.4‬ סרגל נגלל

• איור ‭1.5‬ גלגל מדידה א. מבנה גלגל מדידה ב. אופן השימוש בגלגל מדידה

• איור ‭1.6‬ מתמר למדידת מרחק מסוג ‭GP2D 12‬

• איור ‭1.7‬ הדגמת עיקרון הפעולה של ההתקן באמצעות החזרת אור משני עצמים במרחקים שונים

• איור ‭1.8‬ גרף תלות מתח מוצא המתמר במרחק מגוף מחזיר

• 1.3 מאפיינים בסיסים של מכשיר מדידה

• 1.4 שגיאות מדידה

• איור ‭1.9‬ תיאור גרפי של שגיאה שיטתית

• איור ‭1.10‬ תיאור גרפי של שגיאות אקראיות של מדידה

• טבלה ‭1.1‬ נתונים לדוגמה ‭1-7‬

• איור ‭1.11‬ היסטוגרמה של פילוג מדידות מתח

• איור ‭1.12‬ קירוב היסטוגרמה לפילוג נורמלי

• איוו ‭1.13‬ התפלגות נורמלית וסטיות תקן

• טבלה ‭1.2‬ תוצאות מדידה לדוגמה ‭1-9‬

• 1.5 מאפיינים נוספים של מכשירי מדידה

• איור ‭1.14‬ גרף קשר לינארי של מתמר טמפרטורה

• איור ‭1.15‬ גרף הקשר שבין מתח מוצא של חיישן מרחק לבין מרחק הנמדד על-ידי התיישן

• איור ‭1.16‬ הדגמת מושג החזרתיות

• איור ‭1.17‬ אוסף תוצאות מדידת זרם-מתח עבור נגד כלשהו

• איור ‭1.18‬ נתוני מדידת זרם כתלות במתח בעבור נגד בגיליון אלקטרוני Excel

• איור ‭1.19‬ גרף פיזור של נתוני המדידה

• איור ‭1.20‬ פתיחת חלון לעזר להעברת קו מגמה - קו רגרסיה

• א‭1>‬ר ‭1.21‬ בחירת סוג קו המגמה הרצוי

• איור ‭1.22‬ הוספת קו רגרסיה

• איור ‭1.23‬ תופעת חשל

• 1.6 תנאי הסביבה והשפעתם על המדידה

• איור ‭1.24‬ כבל חיבור ומחבר מתאים לחיבורו למשקף תנודות והחתך שלו

• 1.7 מבנה אופייני של מערכת מדידה

• איור ‭1.25‬ מבנה עקרוני של מערכת מדידה ספרתית

• איור ‭1.26‬ תיאור סכמטי של מגבר מכשור

• איור ‭1.27‬ מתח מוצא של מגבר מכשור בעבור מתחי מבוא שונים

• איור ‭1.28‬ ממיר מוכלל מתקבילי לספרתי

• איור ‭1.29‬ א. תצוגה ספרתית של ארבע ספרות המכונה תצוגת ‭3.5‬ ספרות. ב. תצוגה ספרתית של חמש ספרות המכונה תצוגת ‭4.5‬ ספרות

• 1.8 אותות תקניים, תקביליים וספרתיים במערכות מדידה

• טבלה ‭1.3‬ מתחים וזרמים תקניים במערכות מדידה ובקרה

• איור ‭1.30‬ זרם המוצא עבור ‭60 °C‬

• סיכום פרק 1

• שאלות סיכום לפרק 1

• איור ‭1.31‬ אופיינים של רויישני טמפרטורה מסוג RTD

• פרק 2 מכשירי מדידה תקביליים

• 2.1 גלוונומטר הטיה

• איור ‭2.1‬ מבנה עקרוני של גלוונומטר הטיה

• 2.2 רב מודד תקבילי - תיאור עקרוני

• איור ‭2.2‬ רב מודד תקבילי א. מראה חיצוני ב. תרשים מלבנים

• 2.3 מד זרם ישר

• אייר ‭2.3‬ מד זרם - מעגל בסיסי

• איור ‭2.4‬ מימוש של מיצד לזרם גדול באמצעות פס התנגדות

• אייר ‭2.5‬ מעגל של מד זרם עם מיצדים לדוגמה ‭2-2‬

• איור ‭2.6‬ מעגל של מד זרם עם מיצדיס המחוברים בטור.

• 2.4 מד מתח ישר

• איור ‭2.7‬ מד מתח ישר - מעגל בסיסי

• איור ‭2.8‬ מד מתח עם מכפל להרחבת תחום מדידת המתח

• איור ‭2.9‬ מד מתח עם כופלים המחוברים בטור

• 2.5 מד התנגדות טורי

• ‭2.10 ^^^^‬ מד התנגדות - מעגל בסיסי

• איור ‭2.11‬ לוח שנתות של מד התנגדות שחלוקתו אינה לינארית

• 2.6 מדידת מתח חילופין

• איור ‭2.12‬ מד מתח חילופין - תרשים בסיסי

• איור ‭2.13‬ האותות במד מתח חילופין א. המתח במבוא ב. הזרם הזורם דרך הגלוונומטר

• איור ‭2.14‬ איור לדוגמה ‭- 2.6‬ הרחבת תחום מדידת זרם באמצעות נגד מיצד

• אייר ‭2.15‬ איור לדוגמה ‭- 2.6‬ הרחבת תחום מדידת מתח חילופין

• 2.7 דיוק המדידה

• 2.8 התנגדות פנימית של מד מתח

• טבלה ‭2.1‬ התנגדות פנימית ורגישות מד המתח בהתאם לתחום המדידה

• 2.9 רגילות של מד מתח

• סיכום פרק 2

• שאלות סיכום לפרק 2

• ‭TPK 2.16 ")VN‬־‭2.4 rf?NWb‬

• איור ‭2.17‬ איור לשאלה ‭2.7‬

• ‭IV>N 2.18 ^>N‬־‭2.8 rf7N\'^‬

• איור ‭2.19‬ איור לשאלה ‭2.9‬

• איור ‭2.20‬ איור לשאלה ‭2.10‬

• פרק 3 חיישנים ומתמרים

• 3.1 יחידות חישה למדידת תזוזה־ זווית ומרחק

• איור ‭3.1‬ א. מבנה עקרוני של פוטנציומטר סיבובי ב. תיאור סכמטי של פוטנציומטר ג. מבנה חיצוני של פוטנציומטר סיבובי

• איור ‭3.2‬ גרף הקשר בין ההתנגדות של פוטנציומטר באחוזים לבין זווית הסיבוב

• איור ‭3.3‬ פוטנציומטר הזחה

• איור ‭3.4‬ חיישן מרחק המבוסס על פוטנציומטר הזחה קווי

• איור ‭3.5‬ יחס המרחקים שווה ליחס ההתנגדויות

• איור ‭3.6‬ תמונת התקני LVDT מסחריים

• איור ‭3.7‬ מעגל עקרוני של LVDT א. חתך לאורך השנאי ב. תיאור חשמלי של השנאי

• איור ‭3.8‬ חתך של LVDT עקרוני

• איור ‭3.9‬ גרף מתח מוצא חילופין של LVDT כפונקציה של מיקום הליבה

• איור ‭3.10‬ תרשים מלבנים של מעגל LVDT בעל מתח ישר במוצאו

• איור ‭3.11‬ גרף מתח מוצא של LVDT כפונקציה של מיקום הליבה

• איור ‭3.12‬ תיאור עקרוני של מבנה קבל לוחות

• איור ‭3.13‬ שני חלקי אנטנת טלפון תאי להתקנה ברכב

• איור ‭3.14‬ תלות הקיבול בשינוי השטח היעיל של לוחות הקבל

• איור ‭3.15‬ קבל שמזיזים את החומר הדיאלקטרי שבין לוחותיו

• איור ‭3.16‬ מבנה עקרוני של מד מפלס קיבולי

• איור ‭3.17‬ מד מפלס קיבולי

• 3.2 יחידות חישה למדידת טמפרטורה

• איור ‭3.18‬ תלות השינוי היחסי של שלושה סוגי RTD בטמפרטורה

• איור ‭3.19‬ מעגל בסיסי לשימוש בחיישן ‭PT 100‬

• איור ‭3.20‬ מעגל לשימוש בחיישן ‭PT 100‬ הכולל מקור זרם קבוע

• איור ‭3.21‬ חיבור של חיישן טמפרטורה ‭PT100‬ באמצעות מוליכים ארוכים

• אייר ‭3.22‬ מערכת למדידת טמפרטורה בשיטת ארבעת המוליכים "

• איור ‭3.23‬ זווד בטכניקת מעגלים מוכללים של חיישן טמפרטורה

• איור ‭3.24‬ מבנה של חיישן טמפרטורה המיוצר בשיטת המוליך המלופף במארז זכוכית

• איור ‭3.25‬ שיטות שונות להידוק חיישני טמפרטורה

• איור ‭3.26‬ תלות ההתנגדות בטמפרטורה עבור כמה טרמיסטורים מסוג NTC

• איור ‭3.27‬ מבנה עקרוני ואופן פעולה של צמד טרמי

• איור ‭3.28‬ קיזוז טמפרטורה באמצעות פוטנציומטר

• איור ‭3.29‬ גרף תלות של טמפרטורת צומת 2 במתח הנמדד - כאשר צומת 1 ב- ‭0 ° C‬

• j י! אייר ‭3.30‬ חיישן טמפרטורה ‭LM35‬ במארז פלסטיק ‭1 uz2u‬

• 3.3 מדידת עוצמת ההארה

• איור ‭3.31‬ סרטוט סכמטי של פוטודיודה

• איור ‭3.32‬ אופייני זרם-מתח של פוטודיודה עבור עוצמות הארה שונות

• איור ‭3.33‬ א. אופיין ממתח קדמי כתלות בעוצמת ההארה ב. אופיין זרם אחורי כתלות בעוצמת

• איור ‭3.34‬ א. מעגל בסיסי של פוטודיודה הפועלת בממתח אחורי. ב. אופייני הדיודה, קו עבודה ונקודת עבודה

• איור ‭3.35‬ מעגל עקרוני להפעלת פוטודיודה א. ללא מקדם (אזור קדמי) ב. עם מקדם (אזור אחורי)

• איור ‭3.36‬ שני סוגים של פוטוטרנזיסטור א. ללא הדק בסיס ב. עם הדק בסיס

• איור ‭3.37‬ סימול סכמטי של פוטורנזיסטור מסוג NPN

• איור ‭3.38‬ מעגל פוטוטרנזיסטור בחיבור פולט משותף

• איור ‭3.39‬ אופייני מוצא של פוטוטרנזיסטור

• א»ור ‭3.38‬ נקודת עבודה וקו עבודה

• איור ‭3.41‬ שני מעגלים העושים שימוש בפוטוטרנזיסטור

• ‭LDR :0OD ^^^ ^^^^ 3.42 7/W 1vy"n‬

• איור ‭3.43‬ מעגל מתמר עקרוני לחישת עוצמת הארה באמצעות LDR

• טבלה ‭3.1‬ עוצמת ההארה עבור ארבעה מצבי תאורה שונים

• איור ‭3.44‬ אופיין תלות ההתנגדות בעוצמת ההארה בחיישן מסחרי

• 3.4 חיישני ומתמרי לחץ

• איור ‭3.45‬ מבנה עקרוני של מד לחץ מסוג צינור בורדון

• איור ‭3.46‬ תיאור סכמטי של דיאפרגמה.

• איור ‭3.47‬ תזוזה לינארית של דיאפרגמה כתוצאה מהפרש לחצים

• איור ‭3.48‬ הופעת מטענים כתוצאה מהפעלת כוח על גביש פיזיואלקטרי

• איור ‭3.49‬ תמונה מהדמיה של התופעה הפיזואלקטרית מתוך האתר הנזכר

• איור ‭3.50‬ א. מבנה של מד מעוות ב. אופן ההדבקה של מד מעוות

• איור ‭3.51‬ אופייני רגישות מד מעוות עבור חומרים שונים

• 3.5 מדידת צפיפות חשטף המגנטי

• איור ‭3.52‬ המבנה ועיקרון הפעולה של חיישן הול

• איור ‭3.53‬ א. הזרם בלוחית ללא שדה מגנטי ב. עם שדה מגנטי

• איור ‭3.54‬ מבנה עקרוני של חיישן הול מעשי

• איור ‭3.55‬ תלות מתח המוצא של חיישן הול בצפיפות השדה המגנטי

• איור ‭3.56‬ חיישני הול למדידת צפיפות השטף המגנטי

• 3.6 חיישני קרבה

• איור ‭3.57‬ תיאור מבנה ואופן הפעולה של חיישן קרבה השראתי

• איור ‭3.58‬ א. משטח חישה מסוכך (מכוסה) ב. משטח חישה חשוף (לא מכוסה)

• איור ‭3.59‬ מבנה פנימי של חיישן קרבה השראתי

• איור ‭3.60‬ דוגמה למתקן מכני שבו מותקנים חיישני קרבה השראתיים

• איור ‭3.61‬ חיישן קרבה מגנטי מול מגנט קבוע

• איור ‭3.62‬ המבנה של מפסק עלה

• איור ‭3.63‬ חיישן מגנטי ומגנט קבוע המותקנים במשקוף הדלת ובדלת

• איור ‭3.64‬ שימוש בחיישן קרבה מגנטי כחלק ממערכת למדידת מפלס

• איור ‭3.65‬ שני מצבי החיישן כתלות במפלס הנוזל

• איור ‭3.66‬ מבנה פנימי של חיישן קרבה קיבולי

• איור ‭3.67‬ חיישן קרבה פוטואלקטרי

• איור ‭3.68‬ סוגים שונים של חיישני קרבה פוטואלקטריים

• איור ‭3.69‬ חיישן קרבה פוטואלקטרי המשמש לזיהוי נוכחות של ארגז על גבי מסוע

• איור ‭3.70‬ מערכת פוטואלקטרית למניעת סגירת דלת מעלית כאשר גוף חוסם את מעבר האור

• סיכום לפרק 3

• שאלות סיכום לפרק 3

• ‭3.71 vw‬ איור לשאלה ‭3.17‬

• איור ‭3.72‬ איור לשאלה ‭3.18‬

• איור ‭3.73‬ איור לשאלה ‭3.22‬

• ‭3.74 vw‬ איור לשאלה ‭3.23‬

• איור ‭3.75‬ לשאלה ‭3.24‬

• איור ‭3.76‬ מערכת מכנית למדידת תזוזה

• פרק 4 רב-מודד ספרתי ומדידת הספק ואנרגיה

• 4.1 רב-מודד ספרתי

• איור ‭4.1‬ תרשים מלבנים של רב-מודד ספרתי ‭(DMM)‬

• איוו ‭4.2‬ מעגל העיצוב למדידת מתחים - תרשים מלבנים

• איור ‭4.3‬ מעגל העיצוב למדידת זרמים - תרשים מלבנים

• איור ‭4.4‬ מעגל עיצוב למדידת התנגדות

• איור ‭4.5‬ שיטת ארבעת המוליכים למדידת התנגדות נמוכה

• איור ‭4.6‬ חיבור מהדקי המדידה להתנגדות הנמדדת

• טבלה ‭4.1‬ מאפייני רב-מודד ספרתי במדידת מתח ישר

• 4.2 מעגלי מדידה לזרם חילופין

• איור ‭4.7‬ מדידת זרם על-ידי מד זרם צבת

• איור ‭4.8‬ מעגל מדידת זרם ישר באמצעות חיישן המבוסס על תופעת הול - פעולה בחוג פתוח

• איור ‭4.9‬ מעגל מדידת זרם ישר באמצעות חיישן המבוסס על תופעת הול - פעולה בחוג סגור

• איור ‭4.10‬ תיאור עקרוני של שנאי אידיאלי

• איור ‭4.11‬ מעגל מדידה עקרוני של שנאי זרם

• 4.3 מדידה באמצעות מעגל גשר

• איור ‭4.13‬ מעגל גשר ווטסטון המשמש למדידת התנגדות

• איור ‭4.14‬ גשר למדידת התנגדות

• ‭4.15 vw‬ גשר לשאלה ‭4.1‬

• איור ‭4.16‬ גשר לשאלה ‭4.2‬

• איור ‭4.17‬ גשר ווטסטון למדידת התנגדות נמוכה

• איור ‭4.18‬ גשר קלווין כפול למדידת התנגדות נמוכה

• איור ‭4.19‬ גשר עם נגדי מעוות

• איור ‭4.20‬ גשר עם תיל התנגדות

• 4.4 מדידת הספק ואנרגיה במעגלים למתח חילופין חד-מופעיים

• איור ‭4.21‬ תרשים מלבנים של מד הספק

• איור ‭4.22‬ מדידת הספק באמצעות מודדים ומשקף תנודות

• איור ‭4.23‬ מבנה עקרוני של מד הספק פעיל מסוג אלקטרו-דינמומטר

• איור ‭4.24‬ מד הספק תקבילי

• א>ור ‭4.25‬ משולש הספקים

• איור ‭4.26‬ מבנה עקרוני של מד מקדם הספק תקבילי

• איור ‭4.27‬ מדידת מקדם הספק באמצעות מדידת הספק מדומה והספק פעיל

• איור ‭4.28‬ הוספת קבל לתיקון מקדם הספק

• איור ‭4.29‬ צורות הגלים של המתח והזרם במעגל שבו הזרם אינו סינוסי

• איור ‭- 4.30‬ יישור חד-דרכי של אות סינוסי

• איור ‭4.31‬ דף גליון ‭Excel-n‬ לחישוב הערך היעיל של יישור חצי-גל

• איור ‭4.32‬ דיאגרמת מלבנים עקרונית של נתח הספק אלקטרוני

• ‭4.33 f7>#‬ נתח הספק המודד הספק ממשי ומקדם הספק.

• איור ‭4.34‬ מסך של מכשיר מדידה המציג את תוצאת מדידת שלושת סוגי ההספקים.

• אי1ר ‭4.35‬ מונה אלקטרומכני

• איור ‭4.36‬ מונה אנרגיה אלקטרוני

• איור ‭4.37‬ אופן החיבור של מונה אנרגיה אלקטרוני לרשת

• סיכום לפרק 4

• שאלות סיכום לפרק 4

• איור ‭4.38‬ מעגל גשר לשאלה ‭4.10‬

• איור ‭4.39‬ מעגל גשר לשאלה ‭4.11‬

• איור ‭4.40‬ יישור גל שלם

• תשובות לשאלות נבחרות

• איור לתשובה ‭1.15‬א

• ספרי עזר במדידות ומכשור

עמודים:

1  2  3  4  5  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  
27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  
52  53  54  55  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  
78  79  80  81  82  83  84  85  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  
106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117  118  119  120  121  122  123  124  125  126  127  128  129  130  
131  132  133  134  135  136  137  138  139  140  141  142  143  144  145  146  147  148  149  150  151  152  153  155  156  
157  158  159  160  161  162  163  164  165  166  167  168  169  170  171  172  173  174  175  176  177  178  179  180  181  
182  183  184  185  186  187  188  189  190  191  192  193  194  195  196  197  198  199  200  201  202  203  204  205  206  
207  209  210  211  212  213  214  215  216  217  219