Elektriske målinger
Indledning
Elektriske målinger er afgørende for at forstå, analysere og optimere elektriske systemer lige fra små husholdningsapparater til komplekse industrielle installationer. Gennem præcise målinger kan man både fejlfinde, dokumentere og sikre, at systemerne fungerer effektivt og sikkert.
På denne side introduceres centrale teknikker inden for moderne måleteknik, der giver indsigt i både simple og komplekse signaler. Frekvensmåling med spektrumanalysator, som gør det muligt at kortlægge signalers indhold over tid og frekvens, præsenteres. Fourier-analyse forklares som et kraftfuldt værktøj til at dekomponere signaler i deres grundlæggende komponenter. Vi ser også på højfrekvensmålinger med strømtang, praktisk effektmåling af apparater, samt hvordan man kan identificere og håndtere elektromagnetisk støj. Begreberne EMC og EMI beskrives, da de er centrale for, at elektriske systemer kan fungere uden forstyrrelser og overholde gældende standarder.
Målinger i tid og frekvens
Elektriske målinger med oscilloskop viser, hvordan et signal varierer over tid, hvor den horisontale akse repræsenterer tid, og den vertikale akse viser signalets spændingsniveau. Denne fremstilling kaldes tidsdomænet.
Som supplement findes frekvensdomænet, hvor den horisontale akse angiver signalets frekvens, og den vertikale akse viser størrelsen af hver frekvenskomponent. For signaler med flere svingninger kan man aflæse både de enkelte frekvenser og deres amplituder. Vertikalaksen i frekvensdomænet viser kun positive værdier eller nul, i modsætning til tidsdomænet, hvor signalets polaritet kan vises. Tidsdomæne- og frekvensdomænerepræsentationerne er to måder at beskrive samme signal på.
For at omsætte signalet fra tidsdomænet til frekvensdomænet anvendes Fourier-transformationen. Til praktisk frekvensanalyse bruges ofte en spektrumanalysator, som direkte viser signalets frekvensindhold og amplitude, hvilket gør det nemt at identificere enkelte frekvenser og deres bidrag til det samlede signal.
Fourier-analyse
Fourier-analyse er et centralt værktøj inden for signalanalyse, fordi det gør det muligt at beskrive selv komplekse signaler ud fra deres grundlæggende byggesten – rene sinus- og cosinusbølger. I praksis betyder det, at et signal, som i tidsdomænet kan se uoverskueligt eller uregelmæssigt ud, kan opdeles i en række frekvenskomponenter med hver sin amplitude og fase. Denne omformning fra tidsdomænet til frekvensdomænet giver et klart billede af, hvilke frekvenser signalet består af, og hvor stærke de er.
I signalanalyse bruges Fourier-transformationen både til at identificere ønskede signaldele og til at opdage uønsket støj eller forstyrrelser. For eksempel kan et digitalt signal analyseres for at afsløre, hvilke harmoniske frekvenser det indeholder, hvilket er vigtigt for at vurdere signalets kvalitet og eventuelle problemer med elektromagnetisk kompatibilitet (EMC). Ligeledes anvendes Fourier-analyse til fejlfinding i elektroniske systemer, hvor bestemte frekvenskomponenter kan afsløre fejl eller afvigelser.
Med moderne måleinstrumenter som spektrumanalysatorer udføres Fourier-analyse automatisk og i realtid, hvilket gør det muligt hurtigt at visualisere signalets frekvensindhold. På den måde er Fourier-analyse en uundværlig metode til at forstå, diagnosticere og optimere elektriske og elektroniske systemer.
Højfrekvens (HF) målinger
Måling af spænding og strøm er de mest fundamentale elektriske målinger, og i signalanalyse arbejdes der ofte med vekselspændinger og vekselstrømme (AC). Når målingerne skal foretages ved høje frekvenser, anvendes særlige instrumenter og sensorer, da de traditionelle metoder ikke altid er tilstrækkelige.
Et centralt redskab er højfrekvensstrømtangen, som fungerer som en sensor, der omslutter den leder eller de ledere, man ønsker at måle på. Ved højfrekvens forstås typisk frekvenser i området fra ca. 100 kHz til 100 MHz. Strømtangen gør det muligt at måle strøm uden at bryde kredsløbet, og signalet føres videre gennem et koaksialkabel til en højfrekvensmåler, hvor data kan analyseres.
I modsætning til lavfrekvensstrømtænger, som ofte kombinerer tang, signalbehandling og display i ét samlet instrument, er højfrekvensstrømtænger typisk designet til at arbejde sammen med eksterne måleinstrumenter. Denne fleksibilitet gør det muligt at udføre præcise analyser af strømforløb ved meget høje frekvenser.
Måling af effekt
Måling af elektrisk effekt er spiller en central rolle, især når det handler om afregning af elforbrug i boliger, butikker og industrien. Denne type målinger betegnes som legal metrologi, fordi de involverer økonomiske transaktioner mellem to parter. For at sikre en retfærdig afregning er måleinstrumenterne underlagt lovbestemt kontrol, hvor nøjagtighed og pålidelighed er afgørende.
En anden type effektmåling foretages, når der kun er én part involveret – eksempelvis en privatperson eller virksomhed, som ønsker at overvåge sit eget elforbrug eller optimere energibesparelser. I sådanne tilfælde kræves ikke lovpligtig metrologisk kontrol, selvom instrumenterne ofte kan være lige så præcise som de lovregulerede målere.
Måleinstrumenterne betegnes elforbrugsmålere eller elmålere, og i måleinstrumentdirektivet (MID) anvendes den engelske betegnelse Active electrical energy meters. Historisk set har der eksisteret både kemiske og elektromekaniske målere, men de mest almindelige er den klassiske elektromekaniske Ferraris-måler og den fuldelektroniske, såkaldte statiske elmåler. Betegnelsen ”statisk” bruges for at skelne fra målere med bevægelige dele, da den elektroniske udgave udelukkende baseres på elektronik. Der findes også hybridudgaver, hvor elektromekaniske målere kombineres med elektronisk aflæsning, men de klassificeres fortsat som elektromekaniske.
Elektromagnetisk støj – EMC og EMI
Elektromagnetisk støj er en uundgåelig følge af elektriske og elektroniske kredsløbs aktivitet. Så snart en kreds aktiveres, vil der opstå støj, som enten kan spredes gennem ledningsforbindelser eller via trådløs udbredelse. Støj opfattes som en uønsket egenskab, men i praksis kan den aldrig elimineres fuldstændigt – i stedet handler det om at reducere og kontrollere den, så den bliver acceptabel i det miljø, hvor systemet anvendes. Til dette formål findes et bredt udvalg af teknikker og metoder, der kan tilpasses efter behov.
Når støjniveauet er bragt ned på et acceptabelt niveau, taler man om elektromagnetisk kompatibilitet (EMC). Begrebet stammer fra den engelske betegnelse ElectroMagnetic Compatibility, som dækker over evnen til, at et apparat både kan fungere efter hensigten uden at blive forstyrret og uden selv at skabe uacceptable forstyrrelser for andre systemer. På dansk kunne det beskrives som “elektromagnetisk fordragelighed”, selvom dette udtryk ikke anvendes i praksis.
Den modsatte situation betegnes elektromagnetisk interferens (EMI), hvor støjen er så omfattende, at den forstyrrer eller forringer funktionaliteten af et apparat. Begreberne EMC og EMI anvendes om frekvensområdet fra 0 Hz op til 400 GHz, hvilket dækker de fleste relevante teknologiske anvendelser.
Læs mere her
SI enhederne
Læs mere om naturkonstanter, SI-enhederne og deres definitioner samt afledte enheder.
Specifikke målemetoder
Dyk ned i specifikke målemetoder indenfor
- geometri
- masse
- temperatur
- og meget mere.
DFMs ydelser
Læs mere om vores ydelser indenfor
- målinger og kalibreringer
- konsulentarbejde
- projektsamarbejde og forskning
- kurser
- og meget mere