Univerzitet u Banjoj Luci
Elektrotehniˇcki fakultet
Katedra za opˇstu elektrotehniku
Laboratorijske vjeˇzbe iz predmeta: Osnovi elektrotehnike 1
ˇ
Sesta
vjeˇ
zba
Mjerni instrumenti
Student:
Broj indeksa:
Mjerni instrumenti
Uvod
Elektriˇcna kola se koriste za prenos elektriˇcne energije, a reˇzim rada kola i njegova
funkcija se mogu odrediti mjerenjem struja i napona u kolu. Kada je potrebno izmjeriti
struju ili napon u elektriˇcnom kolu, na odgovaraju´ca mjesta u kolu se vezuju instrumenti
za mjerenje. Instrumenti treba da budu takvih karakteristika i vezani na takav naˇcin da ne
utiˇcu na reˇzim rada kola. Poˇsto ne postoje savrˇseni instrumenti za mjerenje nije mogu´ce
taˇcno izmjeriti niti jednu fiziˇcku veliˇcinu, pa se instrumenti kategoriˇsu prema taˇcnosti, tj.
prema maksimalnoj greˇsci koju unose prilikom mjerenja. Prilikom mjerenja neophodno je
naglasiti koliko je taˇcan instrument koji se koristi ili koliko maksimalno odstupanje moˇze
imati neka mjerena veliˇcina. Savremeni mjerni instrumenti objedinjuju nekoliko funkcija,
tako da izborom mjerne veliˇcine jednim instrumentom moˇzemo mjeriti napon, struju,
otpornost, kapacitivnost, frekvenciju, itd. Takve instrumente nazivamo multimetrima.
Prilikom mjerenja fiziˇckih veliˇcina struje i napona, potrebno je pridrˇzavati se odredenih
pravila da bi se smanjio rizik od oˇste´cenja instrumenta. Elemente elektriˇcnih kola (izvore
napajanja, pasivne elemente, mjerne instrumente) je potrebno spajati odredenim redoslijedom:
1. Prvo se spajaju pasivni elementi (otpornici, kondenzatori, itd.) i iskljuˇceni mjerni
instrumenti 1 ,
2. zatim se spajaju se iskljuˇceni izvori napajanja, ukoliko su takve konstrukcije da ih
moˇzemo kasnije ukljuˇciti 2 .
3. Prilikom spajanja elektriˇcnog kola, radi preglednosti, preporuˇcuje se prvo spajanje
elemenata kola koje ˇcine zatvorene redne konture, a zatim spajanje elemenata u
paralelnim vezama.
4. Instrumenti se pripremaju za pravilnu upotrebu, ukljuˇcuju se i biraju se odgovaraju´ci
opsezi mjerenja 3 .
5. Na kraju se ukljuˇcuju se izvori napajanja ili se spajaju baterije.
Vaˇzno je zapamtiti da se izvori napajanja uvijek prikljuˇcuju poslednji u kolo, jer u
suprotnom moˇze do´ci do oˇste´cenja instrumenata ili drugih elemenata elektriˇcnog kola.
Prilikom iskljuˇcivanja kola, prvo se iskljuˇcuju izvori napajanja.
ˇ
Mjerni instrumenti se obiˇcno napajju preko baterije, pa se ne ukljuˇcuju ukoliko se niˇsta ne mjeri. Cesto
imaju ugradenu kontrolu potroˇsnje, pa se automatski iskljuˇcuju ukoliko se odredeni vremenski interval ne
upotrebljavaju
2
Ukoliko se radi o npr. bateriji koja nema prekidaˇc, ona se u kolo prikljuˇcuje na kraju
3
ukoliko ne postoji automatsko biranje mjernog opsega, preporuˇcuje se izbor ve´cih mjernih opsega, da
bi se izbjeglo oˇste´cenje instrumenata prilikom ukljuˇcenja napajanja. Nakdandno je mogu´ce smanjiti mjerni
opseg, radi taˇcnijeg mjerenja.
1
Mjerni instrumenti
Analogni mjerni instrumenti koriste razliˇcite fiziˇcke efekte mjerenih veliˇcina da bi
mjerili te veliˇcine. Rezutati mjerenja se oˇcitavaju pomo´cu otklona kazaljke, odgovaraju´ce
skale i odabranog mjernog opsega. Analogni multimetri obiˇcno imaju nekoliko mjernih opsega, koji se biraju prekidaˇcem. U skladu sa odabranim mjernim opsegom koristi se skala
pomo´cu koje je mogu´ce najlakˇse i najpreciznije oˇcitati otklon kazaljke. Odgovaraju´ci
mjerni opseg se najˇceˇs´ce moˇze pretpostaviti, jer je ˇcesto mogu´ce na osnovu izvora napajanja i topologije elektriˇcnog kola pretpostaviti maksimalnu vrijednost napona ili struje koja
se mjeri. Ukoliko to nije mogu´ce, prvo se izabere maksimalni mjerni opseg, koji se potom
smanjuje dok kazaljka ne bude u maksimalnom otklonu a da ne probija mjerni opseg.
Digitalni mjerni instrumenti su praktiˇcniji za upotrebu i ˇcesto precizniji od analognih
instrumenata. Znaˇcajna pogodnost jeste automatski izbor opsega mjerene veliˇcine, tako
da je samo potrebno pravilno odabrati prikljuˇcke u skladu sa mjerenom veliˇcinom. Digitalni multimetri mogu da mjere naimjeniˇcne i istosmjerne napone i struje, otpornosti,
kapacitivnosti, frekvencije, zatim mogu ispitivati tranzistore, diode, kratak spoj, itd.
Ampermetri su instrumenti koji sluˇze za mjerenje struje. Prilikom mjerenja struje
ampermetar mora biti vezan serijski u elektriˇcno kolo, a poˇsto ne smije uticati na struju
koju mjeri, njegova unutraˇsnja otpornost treba da bude ˇsto je mogu´ce manja, idealno
jednaka nuli. ukoliko unutraˇsnja otpornost ampermetra nije zanemariva, na elektriˇcnoj
ˇsemi se modeluje serijski vezanim otpornikom. Voltmetri su instrumenti koji sluˇze za
mjerenje napona. Poˇsto je napon razlika potencijala izmedu dvije taˇcke u kolu, voltmetar
se spaja paralelno na mjesto gdje je potrebno izmjeriti napon. Takode, da voltmear ne bi
uticao na reˇzim rada kola, idealno bi bilo da njegova unutraˇsnja otpornost bude beskonaˇcno
velika. ukoliko uticaj unutraˇsnje otpornosti voltmetra nije zanemariv, na elektriˇcnoj ˇsemi
se modeluje paralelno vezanim otpornikom. Da bi se multimetar koristio za mjerenje
potrebne fiziˇcke veliˇcine, pored pravilnog prikljuˇcivanja u elektriˇcno kolo, potrebno je
odabrati odgovaraju´ce prikljuˇcke. Uz svaki od prikljuˇcaka na instrumentu je naznaˇceno
ˇcemu taj prikljuˇcak sluˇzi. Pozitivan prikljuˇcak za mjerenje napona i otpornosti je obiˇcno
oznaˇcen sa V/Ω, dok su prikljuˇcci za mjerenje struje oznaˇceni sa mA ili A u zavisnosti
od opsega koji se koristi. Ukoliko se prikljuˇcak moˇze koristiti za mjerenje drugih fiziˇckih
veliˇcina, to je takode oznaˇceno. Negativan prikljuˇcak je obiˇcno crne boje i oznaˇcen sa
COM i on je isti za sve mjerene veliˇcine i opsege. Instrumenti razliˇcite konstrukcije ´ce,
u opˇstem sluˇcaju, pokazivati razliˇcite rezultate mjerenje iste fiziˇcke veliˇcine, pod istim
uslovima.
2
Priprema za vjeˇ
zbu
Zadatak 1. Posmatra se elektriˇcno kolo prikazano na Slici 1. Elektriˇcno kolo se sastoji od
serijske veze izvora za napajanje od E = 4,5 V, realnog ampermetra unutraˇsnje otpornosti
RA = 30 Ω i otpornika otpornosti R = 470 Ω. Koliku struju ´ce pokazivati ampermetar?
A
−
+
E
R
Slika 1: Elektriˇcno kolo uz prvi zadatak
Zadatak 2. Elektriˇcno kolo prikazano na Slici 2 se sastoji od izvora za napajanje, djeljitelja napona i realnog voltmetra. Napon izvora za napajanje je E = 9 V, otpornosti
otpornika su jednake i iznose R = 1 kΩ. Koliki napon ´ce mjeriti voltmetar, ako je njegova
unutraˇsnja otpornost jednaka RV = 10 kΩ?
R
−
+
E
V
R
Slika 2: Elektriˇcno kolo uz drugi zadatak
Rjeˇ
senja:
3
Rad u laboratoriji
1. Na stabilisani izvor istosmjernog napajanja MW9115GS treba paralelno povezati
jedan digitalni V1 i jedan analogni voltmetar V2 , kao ˇsto je prikazano na Slici 3. Na
DC izvoru je prebacivanjem prekidaˇca mogu´ce podesiti nominalni izlazni napon na
vrijednosti 3 V, 4,5 V, 6 V, 7,5 V, 9 V ili 12 V. Stvarna vrijednost napona ne mora
biti jednaka nominalnoj.
−
+
E
V1
V2
Slika 3: Mjerenje napona digitalnim i analognim instrumentom
2. Pomo´cu digitalnog i analognog voltmetra treba izmjeriti napone za svaki od mogu´cih
sluˇcajeva. Ukoliko je dostupna opcija automatskog izbora mjernog opsega kod digitalnog voltmetra, mjerenje se obavlja oˇcitavanjem napona sa displeja instrumenta.
Mjerenje napona pomo´cu analognog voltmetra poˇcinje od odabira mjernog opsega,
koji treba da bude ve´ci od napona koji se mjeri, da ne bi doˇslo do oˇste´cenja instrumenta. Na analognim instrumentima obiˇcno postoji mogu´cnost koriˇstenja nekoliko
skala. Potrebno je izabrati onu skalu, pomo´cu koje ´ce se najjednostavnije izvrˇsiti
mjerenje4 Mjerenje se obavlja na slijede´ci naˇcin: raˇcuna se konstanta opsega k kao
odnos mjernog opsega i broja podioka na skali; oˇcitava se ugao skretanja kazaljke α,
koji predstavlja broj podioka otklona kazaljke; mjereni napon je jednak proizvodu
konstante opsega i ugla skretanja kazaljke.
3. Popuniti Tabelu 1.
Tabela 1: Mjerenje napona stabilisanog izvora napajanja pomo´cu analognog i digitalnog
voltmetra.
Nominalni napon
3
4,5
6
Digitalni voltmetar
7,5
9
12
Napon [V]
Analogni voltmetar
Konstanta opsega
Ugao otklona kazaljke
Napon [V]
Rezultati mjerenja i zakljuˇ
cak
4
Npr. ukoliko koristimo opseg od 10 V, a postoje skale od 100 i 30 podioka, jednostavnije je koristiti
skalu od 100 podioka.
4
Download

Univerzitet u Banjoj Luci Elektrotehnicki fakultet