Učební materiály pro předmět
Elektrická měření
Oboru
Elektrikář
2. ročník
Pouze pro potřeby výuky
SOŠ a SOU Kladno - Dubská
Verze 1.1
Vyučující: Mgr. Stanislav Dlouhý
Provozní řád elektrolaboratoře
Tento provozní řád je zpracován na základě technických norem a je závazný pro všechny
osoby, které se vyskytují v prostoru elektrolaboratoře. Nedodržení a porušení tohoto řádu
bude hodnoceno jako porušení školního řádu, vnitřního řádu školy nebo pracovního řádu
s vyvozením příslušných následků.
1)
Organizační pokyny pro práci v elektrolaboratoři
1. Žáci přicházejí do místností elektrolaboratoře v otevřené obuvi podle předem
stanoveného rozvrhu, včas a řádně připraveni.
2. Žáci v elektrolaboratoři odloží tašky, svršky a předměty, které nejsou nutné pro
výuku, na určené místo. Na pracoviště si donesou pouze psací a rýsovací
potřeby, kalkulačku, předepsané sešity a učebnice.
3. Žák je povinen dodržovat všechny předpisy pro práci v elektrolaboratoři,
zejména bezpečnostní a protipožární předpisy. Řídí se bezvýhradně pokyny
vyučujícího. Žák odpovídá za zodpovědné zacházení se svěřeným zařízením
(přístroji, vodiči, návody a vybavením elektrolaboratoře), za úplnost měření i
zápisů a pořádek na pracovišti (rozmístění přístrojů).
4. Zapínat elektrický proud do obvodu smí pouze vyučující. Žák se nesmí dotýkat
živých částí pod napětím.
5. Po ukončení měření lze daný obvod rozpojit až na pokyn vyučujícího.
Zbývající čas využijí žáci ke zpracování zápisu z měření do sešitů nebo
protokolů.
6. Zprávy o měření odevzdávají žáci v termínu dohodnutém s vyučujícím.
7. V elektrolaboratoři je zakázáno jíst.
8. Žákům je zakázáno manipulovat s jinými přístroji a zařízeními než s těmi,
které jsou určeny pro dané měření.
2)
Pokyny pro zacházení se zařízením elektrolaboratoře
1. Je zakázáno bez svolení učitele přemísťovat přístroje.
2. Je zakázáno poškozovat přístroje, stoly, zařízení elektrolaboratoře, malbu apod.
3. Je zakázáno upravovat spojovací vodiče – např. uřezávat očka, banánky,
zkracovat vodiče a utahovat banánky pod svorky měř. přístrojů.
4. Je zakázáno zneužívání bezpečnostních tlačítek.
3)
Bezpečnostní předpisy
1. Je přísně zakázáno manipulovat s jinými tlačítky, přístroji a vypínači než
s těmi, které jsou určeny pro práci dané skupiny.
2. Je zakázána manipulace se zapojením po připojení k elektrickému zdroji napětí.
3. V případě úrazu je nutno ihned vypnout obvod bezpečnostním tlačítkem (dle
poučení s jeho polohou - řídící stůl učitele uprostřed tlačítko s klíčkem),
postupovat v souladu se zásadami pro poskytování první pomoci při zasažení
el. proudem – poskytnout první pomoc.
4. V případě požáru je nutno postupovat v souladu s protipožárními směrnicemi,
učinit vhodná opatření k jeho likvidaci nebo alespoň lokalizaci, použitím
hasicího zařízení v elektrolaboratoři atd.
5. Bezpečnost osob je za každých okolností základním požadavkem i za cenu
hmotných škod. Obsluhující musí sám dávat zvýšený pozor na možnost vzniku
úrazu a preventivními opatřeními předcházet možnostem vzniku úrazu.
6. Do zkušebních prostor mohou přicházet a případně zde i pracovat pouze osoby,
které byly řádně prokazatelně poučeny, ovládají příslušné předpisy a byly
přezkoušeny. Jsou to osoby bez elektrotechnické kvalifikace, které jsou
poučeny (ve smyslu Vyhl. 50/78 Sb.) s obsluhou a prací, kterou mají
vykonávat a jsou upozorněny na možná ohrožení.
7. Bez prokazatelného přezkoušení z bezpečnostních předpisů a z poskytování
první pomoci je žákům přístup do el. laboratoří zakázán.
Závěrečné ustanovení
Každý žák musí tento Provozní řád elektrolaboratoře znát, vlastnoručním podpisem
potvrdit, že s ním byl seznámen, že jej bude dodržovat a že se bude tímto řádem řídit.
PRVNÍ POMOC PŘI ÚRAZU ELEKTRICKÝM PROUDEM
I při nejvyšší opatrnosti a dodržování všech bezpečnostních zásad se někdy stává, že dojde
k úrazu elektrickým proudem. Pak je nejpodstatnější dobře provedená první pomoc, kterou
musí umět poskytnout spolupracovníci postiženého a provádět ji do té doby, než se dostaví
školený zdravotnický personál.
Rozdělení úrazů elektrickou energií podle příčiny
Mezi nepřímá působení elektrického proudu počítáme např. tepelné působení el. oblouku, pád
způsobený úlekem nebo neočekávané spuštění stroje z příčiny poruchy. Při přímém působení
prochází proud přímo lidským tělem. To však při průchodu elektrického proudu klade
elektrický odpor. Jeho velikost záleží na tom, kudy proud prochází, zda je postižený muž či
žena, vlhkosti pokožky, atd. Největší odpor představuje kůže, zvláště kůže ztvrdlá,
zrohovatělá. Tudíž je patrné, že více ohroženi lidé se sklonem k pocení nebo s jemnou
pokožkou (ženy, děti).
Proud střídavý je horší než proud stejnosměrný. Nejhorší je st proud o kmitočtu do 500Hz. Se
zvýšením kmitočtu nad 1000Hz se jeho účinky snižují. Při průchodu el. proudu o kmitočtu
50Hz má na účinky vliv velikost působícího proudu.
Postup záchranných prací
1. Vyproštění - nejprve musíme postiženého vyprostit z dosahu elektrického proudu:
vypnutím vypínače, vytažením ze zásuvky, odtažením postiženého nebo
pouze vodiče, popř. přeseknutím vodiče. Při vyproštění musíme především
dbát na bezpečnost naší, ale i bezpečnost postiženého, který by si po
odpojení mohl způsobit například úraz pádem. Je nutné používat suché
izolované nebo nevodivé pomůcky (hadr, záchranný hák, gumu,...). Pokud
postižený hoří, je nutné oheň udusit.
2. Ověření životních funkcí - po vyproštění musíme zjistit, zda je postižený při vědomí,
dýchá a má hmatatelný tep. Pokud není do 7 minut přívod kyslíku do mozku,
může dojít k nevratným změnám na mozku. Proto má obnova dýchání a
srdeční činnosti přednost před ošetřováním jiných poranění.
a) Postižený je při vědomí, dýchá a má tep
- uložíme ho do tepla, podáváme teplý nápoj, nesmí vstát a stále pod dohledem
b) Postižený je v bezvědomí, dýchá a má tep
- uložení do tzv. stabilizované polohy (na bok), uvolnit oděv
c) Postižený je v bezvědomí, nedýchá, má tep
- zavést umělé dýchání
d) Postižený je v bezvědomí, nedýchá, nemá tep
- provádět současně srdeční masáž a umělé dýchání
3. Umělé dýchání - provádíme metodou z plic do plic, nebo pokud to není možné, použijeme
náhradní metodu Silvestra-Brosche. Aby bylo dýchání účinné, musíme
odstranit z ústní dutiny překážky. Postižený se položí na záda a zakloní se
mu hlava. Zachránce přiklekne z boku k postiženému, prsty sevře jeho nos,
zhluboka se nadechne, svými ústy obemkne ústa postiženého a plynule
vydechuje. Frekvence umělých vdechů je 10-12 za minutu. Pokud se
postiženému při vdechu nezvedá hrudník, jsou neprůchodné dýchací cesty a
musí se lépe uvolnit. Umělé dýchání provádíme do příchodu lékaře, nebo
dokud nezačne postižený dýchat sám.
4. Nepřímá srdeční masáž - na obnaženém hrudníku vyhledáme dolní konec hrudní kosti.
Dlaň ruky se položí asi 3 cm nad konec kosti. Na zápěstí položíme dlaň
druhé ruky a zaklesneme prsty obou rukou. Nakloníme se nad postiženého
tak, abychom nataženýma rukama mohli stlačovat hrudní kost do hloubky 45 cm. To provádíme plynule s frekvencí 80x za minutu. Pokud je k dispozici
jen jeden zachránce, provádějí se po 15 stlačeních hrudníku dva vdechy.
Masáž opět provádíme, dokud se nedostaví lékař nebo dokud srdce
postiženého nezačne bít samo.
5. Přivolání pomoci - Zachránce se snaží přivolat pomoc, nesmí při tom však postiženého
opustit. Přivolat lékaře nebo podstoupit prohlídku je třeba i při malých
úrazech elektrickým proudem, kdy nedošlo k zjevnému poškození zdraví.
Průchod proudu tělem může způsobit změny na životních orgánech, jejichž
příznaky se mohou projevit až později.
ZDROJ: <http://www.copsu.cz/mikrop/50/vyhl_pr_pom.html>
Měřicí metody
Základní elektrické veličiny (výběr)
Předpony jednotek
Metody elektrického měření
Podle způsobu odečítání měřené hodnoty:
přímá - údaj odečteme přímo ze stupnice nebo displeje přístroje
nepřímá - pomocí přímo změřených hodnot vypočteme výslednou (např. V-A metoda)
Podle principu měřícího přístroje:
výchylková - naměřenou hodnotu přímo udává poloha ručky nebo číslo na displeji
nulová - výchylku přístroje musíme "vyvážit, vynulovat", hodnotu měřené veličiny
zjistíme na ovládacích prvcích přístrojů. Tato metoda se u digitálních přístrojů
nepoužívá.
Podle podstaty měření: (metody nepřímé)
substituční - velikost elektrické veličiny získáme pomocí známé náhradní součástky,
která má ve stejně nastaveném měřicím obvodu stejné parametry.
Lze použít např. při měření neznámých hodnot rezistorů, kdy neznámý rezistor je ve
zkušebním zapojení nahrazen odporovou dekádou a po nastavení stejné hodnoty proudu
určíme odpor dekády. Ten se rovná odporu měřeného rezistoru.
porovnávací - neznámou součástku zapojíme do série se součástkou známé hodnoty.
Obě tvoří proudový obvod. Porovnáváme účinky (např. úbytky napětí).
Hodnoty součástek jsou ve stejném poměru jako změřené úbytky napětí
(přímý nebo nepřímý ).
Kontrolní otázky
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Vyjmenuj základní elektrické veličiny, které znáš.
Vypiš předpony, zkratky a násobky jednotek, které znáš (např. kilo – k – 103 atd.).
Co je to přímá metoda měření?
Co je to nepřímá metoda měření?
Jaký je princip výchylkové metody měření?
Co je to princip nulové metody měření?
Co je to substituční metoda měření?
Co je to porovnávací metoda měření?
Chyby při měření
•
•
Je mnoho rušivých vlivů, které ovlivňují přesnost měření. Např. nedokonalost přístrojů,
změny teplot, stárnutí součástek nebo i nedokonalost pracovníka.
Proto jsou při měření důležité meze, ve kterých se naměřená hodnota může pohybovat,
tj. velikost chyby při měření.
Druhy chyb
Podle místa vzniku
• Chyby metody - vznikají díky různým zjednodušováním výpočtů, zjednodušováním
zapojení měřicího obvodu, vliv spotřeby měřícího přístroje apod. Chyby tohoto druhu
lze obvykle vypočítat a vykompenzovat.
•
Chyby přístrojů - jsou způsobeny vlastnostmi - nedokonalostí přístrojů. Je to
dovolená chyba přístroje - měřicího systému - daná třídou přesnosti.
•
Chyby pracovníka - např. nesprávná volba metody měření, postupu, chybné zapojení
obvodu, chybné čtení hodnot, chybné výpočty, atd. Zkrátka vina lidského faktoru.
Podle charakteru
• Chyby soustavné – systematické — jsou chyby, které se pravidelně vyskytují při
konkrétním způsobu měření. Jsou zaviněné metodou měření, kvalitou měřicích
přístrojů, odpovědností obsluhy, apod. Většinou se opakují a zkreslují výsledek i při
opakovaném měření. Obvykle známe přibližnou velikost a můžeme korigovat
výsledek.
•
Chyby nahodilé – vyskytují se nahodile, nepravidelně. Lze je odhalit až po
opakovaném měření. Eliminujeme je několikerým opakováním, vyčíslením odchylek a
zprůměrováním – střední hodnotou – výsledku. Získaná hodnota se nejvíce přibližuje
skutečné velikosti měřené veličiny.
•
Chyby hrubé - jsou chyby vzniklé omylem, nepozorností nebo špatnými podmínkami.
Nápadně se liší od obvyklých – předpokládaných hodnot. V praxi je vyřadíme a dále s
nimi nepracujeme.
Chyby analogových MP
•
•
•
•
•
Hlavními příčinami jsou nepřesnost při výrobě a kalibraci, rušivé síly (tření ložisek),
rušivá elektrická a magnetická pole, oteplení, stárnutí materiálů, opotřebení nebo
poškození mechanických dílů.
Absolutní chyba - rozdíl skutečné a měřené veličiny. Udává se v jednotkách měřené
veličiny.
Relativní chyba - je to absolutní chyba ve vztahu k skutečné hodnotě měřené veličiny.
Udává se v%.
Třída přesnosti - zahrnuje všechny dílčí chyby, určuje relativní chybu v % z každého
rozsahu.
Díky třídě přesnosti lze analogové měřící přístroje jednoduchým způsobem
přeměřit, zjistit, zda zjištěné odchylky nepřesahují danou hodnotu v rozsahu celé
stupnice.
Chyby digitálních MP
•
•
•
•
•
•
•
•
Především je nutné upozornit na to, že snadnost odečtu hodnoty měřené veličiny z
displeje nekoresponduje automaticky s vyšší přesností. Může tomu velmi často být
právě naopak.
Jako kvalita analogových přístrojů závisí na jemnosti měřícího systému, digitální
přístroje jsou ovlivněny kvalitou převodníku A/D. Většinou kvalitně měří pouze
stejnosměrné veličiny. U ostatních je již chyba větší.
Chyba z naměřené hodnoty – je udávaná v % a je v celém rozsahu stejná.
Chyba z měřícího rozsahu — nelze ji sčítat s chybou z naměřené hodnoty. Udává se
z celého rozsahu.
Chyba digitů posledního místa displeje – závisí na počtu zobrazovaných míst
displeje. U běžných digitálních multimetrů většinou 1999 => 2000 digitů. Přepočítává
se na chybu v %.
Multimetry mají většinou 3,5 nebo 4,5 místné číslicové displeje, tj. 3 nebo čtyři číslice
0 až 9 a jednu vedoucí číslici 0 nebo 1.
Rozsah 3,5 místného displeje je tedy 0000 - 1999. Chyba číslicových měřicích
přístrojů se udává většinou v procentech měřené (resp. zobrazované) hodnoty a k tomu
ještě možná chyba číslice na posledním místě ± 1 až ± 5.
Ukazuje-li například číslicový voltmetr s 3,5 místným displejem a přesností ± 0,5% ±
2 (bity) napětí 100 V, pak bude chyba měření
± 0,5% . 100 V ± 2 bity = ± 0,5 V ± 0,2 V = ± 0,7 V
Chyby nepřímých měření
• Vznikají při výpočtech měřené veličiny pomocí výpočtu.
1. Použité veličiny již jsou změřené s určitou vlastní chybou.
2. Další odchylky získáme výpočtem a zaokrouhlením výsledku.
•
Podle postupu výpočtů lze stanovit max. chybu při stanovení výsledné veličiny.
Kontrolní otázky
1. Vyjmenuj základní elektrické veličiny, které znáš.
2. Vypiš předpony, zkratky a násobky jednotek, které znáš (např. kilo – k – 103 atd.).
3. Co je to přímá metoda měření?
4. Co je to nepřímá metoda měření?
5. Jaký je princip výchylkové metody měření?
6. Co je to princip nulové metody měření?
7. Druhy chyb při měření podle místa vzniku.
8. Druhy chyb při měření podle charakteru chyby.
9. V čem se udává absolutní chyba analogového měřícího přístroje?
10. V čem se udává relativní chyba analogového MP?
11. Co je to třída přesnosti analogového MP?
12. Čím je ovlivněna chyba digitálního MP?
13. Jakou maximální hodnotu může znázornit 3 ½ místný displej?
14. Jaká je rozlišovací schopnost 3 ½ místného displeje?
Zásady pro zpracování protokolu o měření
Úloha 1: Ověření přesnosti V-metru zdroje
Zadání:
Ověřte přesným V-metrem přesnost orientačního V-metru na regulovatelném zdroji, výsledky
zapište do tabulky a sestrojte korekční křivku.
Protokol o měření musí obsahovat:
Zadání (úkol): …………………
Úloha 2: Měření na lineárním odporu
Zadání:
Změřte voltampérovou charku lineárního odporu v rozmezí napětí od 0V do 30V po 3V.
Voltampérovou charakteristiku graficky znázorněte v lineárních souřadnicích .
Schéma zapojení
VA-souřadnice
Analogové měřicí přístroje - součásti
pohyblivá část měřicího ústrojí ( měřidla ) s ručkou
stupnice
pevná část měřicího ústrojí obsahující trvalý magnet nebo cívku
pohyblivá část měřidla ( otočná část )
uložení s malým třením – potřeba snadného vychýlení
potřeba tlumení kmitů kolem správné polohy
tlumící síla musí být úměrná rychlosti pohybu
vzduchové tlumení
tlumení vířivými proudy
ručka
• musí být lehká, aby netlumila otáčivé pohyby
• musí se krýt se svým obrazem v zrcadle
stupnice - musí být přehledná a snadno čitelná
dílek stupnice - rozestup čárek stupnice
konstanta stupnice – změna měřené veličiny odpovídající jednomu dílku stupnice
citlivost přístroje – převrácená hodnota konstanty stupnice
tvary stupnic
chyba paralaxou – způsobena šikmým pohledem na stupnici
analogový multimetr
měření stejnosměrných
napětí
měření střídavých napětí
měření stejnosměrných
proudů
měření stejnosměrných
napětí
měření elektrického odporu
třeba vždy kontrolovat
nastavení správné funkce i
rozsahu
Pozor!
Při měření veličiny neznámé velikosti je třeba z bezpečnostních důvodů nastavit nejprve
největší měřicí rozsah odpovídající veličiny a rozsah pak snižujeme na nejmenší možný,
aby byla ručka pokud možno v horních dvou třetinách stupnice
Ukazatele měřicích přístrojů
analogové ukazatele
ukazatel měřené hodnoty sleduje spojitě hodnotu měřené (vstupní) veličiny
hodnotu na stupnici ukazuje ručka nebo jiný ukazatel pohybující se spojitě podél
stupnice
pro větší přehlednost – zapisovací přístroje
číslicové ( digitální ) ukazatele
číselná hodnota měřené veličiny je znázorněná číslem složeným z číslic a
případně znaménka
naměřené hodnoty mohou být vytištěny, případně může být vytištěn graf
časového průběhu
Elektrické měřící soustavy
•
•
Měřící soustavou se nazývá aktivní část ručkového měřícího přístroje, která otáčí
ručkou přístroje účinkem měřené elektrické veličiny.
Součástí měřícího přístroje je ještě ručka a stupnice.
Soustava magnetoelektrická
• V měřící soustavě s otočnou cívkou se otáčí cívka protékaná proudem. Výchylka
přístroje je závislá na směru a velikosti měřeného proudu.
• Samotná měřící soustava je vhodná jen pro měření stejnosměrných proudů.
• Otočná cívka má podle citlivosti přístroje 20 až 300 závitů navinutých na hliníkovém
rámečku.
• Při otáčení vznikají v hliníkovém rámečku vířivé proudy, které způsobují potřebné
tlumení pohybu otočné části systému.
• Velmi citlivé magnetoelektrické měřící přístroje nemají mechanickou ručku, ale jen
zrcátko odrážející světelný paprsek, který tvoří světelnou ručku přístroje. Čím delší je
světelný paprsek, tím je citlivější přístroj.
Princip soustavy s otočnou cívkou
Výhody měřících přístrojů s otočnou cívkou
• velká citlivost
• velká přesnost
• nepatrná spotřeba (1 µW až 100 µW)
• lineární stupnice (průběh výchylky)
• možnost měření střídavých veličin s předřazeným usměrňovačem (diodou)
• nepatrný vliv cizích polí (díky vlastnímu mag. poli)
• nula může ležet ve středu stupnice, neboť otočný moment mění směr se směrem
protékajícího proudu.
Soustava feromagnetická
• V soustavě feromagnetické (s otočným železem) se odpuzují zmagnetizované železné
plátky a je použitelná pro stejnosměrný i střídavý proud.
Přednosti soustavy s otočným železem
• jednoduchá a provozně bezpečná konstrukce
• necitlivost proti krátkodobému přetížení vhodná pro stejnosměrný i střídavý proud
• necitlivá na cizí magnetická pole
• jednoduché rozšíření měřícího rozsahu při přímém připojení na měnič (dělič) proudu
nebo napětí
• chybu vlivem teploty lze kompenzovat
Soustava elektrodynamická
• Elektrodynamické měřící přístroje využívají vzájemných elektrodynamických účinků
elektrického proudu, jež prochází nepohyblivými i pohyblivými cívkami.
• Magnetické pole pohyblivé cívky, kterou prochází proud, se snaží cívku natočit do
takové polohy, aby se směr jejího magnetického toku shodoval se směrem mag. toku
nepohyblivé cívky. V takové poloze je energie magnetického pole největší.
• Vzájemným působením obou magnetických polí vzniká točivý moment ústrojí, jehož
okamžitá hodnota je úměrná součinu okamžitých hodnot obou proudů, které prochází
cívkami.
•
Změníme-li smysl proudu v jedné cívce, změní se i směr momentu, ale změníme-li
smysl obou proudů, moment má původní směr, takže elektrodynamický přístroj se
může použít i na střídavý proud.
Princip elektrodynamické soustavy
Soustava indukční
• Princip spočívá v tom, že indukční měřící ústrojí má vodivou otočnou část (hliníkový
kotouč nebo bubínek), v níž se indukují proudy střídavým magnetickým tokem
elektromagnetů.
• Působením těchto proudů, probíhajících v poli elektromagnetů, vzniká pohybový
moment.
Kontrolní otázky
1.
2.
3.
4.
Jaký průběh má stupnice magnetoelektrického systému?
Nakresli značku feromagnetické (elektro-magnetické) soustavy (s pevnou cívkou).
Jaký průběh má stupnice feromagnetické (elektromagnetické) soustavy?
Nakresli značku indukční soustavy, kde se tento systém používá?
Digitální měřící přístroje
Součásti
analogově – digitální převodník
zobrazovací jednotka - displej
zdroj energie – síťový zdroj nebo baterie
příklady údajů na číslicovém displeji
Analogově-digitální převodník – AD převodník
•
•
zpracovává pouze napětí
pro měření proudu a odporu je potřeba měřicí převodník
automatické přepínání rozsahů: multimetr volí takový rozsah, při kterém je možné
dosáhnout nejlepší přesnosti – využívá všech míst displeje
automatické ukládání naměřené hodnoty do paměti (Hold): měřená hodnota je v určený
okamžik uložena do paměti a zobrazována na displeji
zkoušení průchodnosti (vodivosti) s akustickou indikací: galvanická průchodnost /zkrat/
mezi dvěma místy je indikována akusticky i na displeji (propískávání obvodů)
true RMS, střední kvadratická hodnota: efektivní hodnota je měřena správně pro
sinusové i nesinusové střídavé proudy a napětí
měření diod (bipolárních tranzistorů): měření diodových přechodů, při kterém má být
úbytek napětí v propustném směru 0,6 V až 0,7 V
relativní referenční hodnota: v relativním režimu je v paměti uložena vztažná
(referenční) hodnota a naměřené hodnoty jsou zobrazovány vzhledem k této hodnotě,
tedy jako odchylky od referenční hodnoty
min/max: přístroj uchovává v paměti při průběžném měření minimální a maximální
hodnotu měřené veličiny
automatické vypínání (Slep-Modus): přístroj se automaticky vypíná po určité době po
poslední změně při obsluze přístroje
střída: u periodického impulsního signálu je měřena střída jako poměr šířky impulsů a
periody, udává se v %
upozornění na nesprávné nastavení funkce přístroje (Input Alert): varovný akustický
signál, jsou-li do zdířek pro měření proudu připojeny vodiče a funkční přepínač není
nastaven na měření proudu
sériové rozhraní: datové rozhraní pro komunikaci s počítačem, sloužící k přenosu
měřicích dat
OSCILOSKOP
•
•
•
•
•
Osciloskop je měřicí přístroj, který nejenom měří elektrické napětí, ale zobrazuje i
jeho průběh v časovém úseku.
Zapojuje se do obvodu jako voltmetr - paralelně k měřeným bodům.
Z toho plyne požadavek na velký vstupní odpor, většinou 1 MΩ a malou kapacitu, do
30 pF.
Měřený děj je zobrazovaný na stínítku obrazovky.
Výška stopy - amplituda - informuje o napětí, vodorovně lze odečíst čas a z něho
vypočítat kmitočet.
Nejčastěji měříme:
a) napětí a proud (ve velkém kmitočtovém rozsahu)
b) kmitočet a fázový posuv
c) časové intervaly
d) sledování časových průběhů napětí a proudu
e) znázornění kmitočtových charakteristik obvodů
f) znázornění VA charakteristik součástek a obvodů
Blokové schéma osciloskopu
Základní části osciloskopu
a)
b)
c)
d)
e)
Obrazovka
Zesilovač pro horizontální vychylování
Zesilovač pro vertikální vychylování
Časová základna
Zdroj napětí NN a VN
Rozdělení osciloskopů
Podle kmitočtové vlastnosti měřícího zesilovače Y:
a) střídavé (desítky až stovky Hz)
b) stejnosměrné (schopné měřit i pomalé změny)
S ohledem na horní i dolní kmitočet:
a) Nízkofrekvenční – stovky kHz
b) Univerzální – 5–10 MHz
c) Širokopásmové - kmitočtové pásmo o šířce desítek a stovek MHz
Obrazovky pro osciloskopy dělíme:
a) Podle dosvitu stínítka
b) Podle barvy stínítka
c) Podle principu zaostřování paprsku
d) Podle počtu elektronových trysek
e) Paměťové obrazovky – umožňují uchovávat záznam při pozorování jednorázových
průběhů
Časová základna
Tvoří s horizontálním zesilovačem jeden celek.
Časovou základnu vypínáme, jestliže přivádíme signál na vstup X a opačně.
Pilový kmitočet časové základny
Ovládací prvky časové základny
a) Hrubé a jemné nastavení kmitočtu ČZ.
b) Stupně udáváme v jednotkách času na dílek rastru např. 3 ms/dílek. Při šířce impulsu 5
dílků trvá tedy impuls 15 ms.
Časová základna - režimy
a) Volnoběžná
b) Jednorázová – paprsek proběhne obrazovku jen jednou po spuštění spouštěcího
impulsu
c) Spouštěná – obraz je synchronizován, poloha se nemění (nejčastější)
Malý analogový osciloskop
Kalibrátor
Je to generátor obdélníkového napětí jehož výstupní napětí je přesně nastaveno a
stabilizováno. Kmitočet bývá zpravidla 1kHz. Slouží k přesnému nastavení vstupu Y a časové
základny.
Měření stejnosměrného napětí
Jestliže budeme mít nastaven na přepínači rozsahů vertikálního vstupu rozsah 10V/DIV,
odpovídal by posun paprsku hodnotám na obrázku nahoře. Čili přivedeme-li na vertikální
vstup osciloskopu stejnosměrné napětí 25V, vychýlí se paprsek z nulové polohy o dva a půl
dílku směrem nahoru, pokud přivedeme plus pól na střední vodič měřící šňůry a minus pól na
stínící vodič (viz. obrázek). Pokud bude polarita napětí opačná, vychýlí se paprsek směrem
dolů od nulové polohy. Na obrázku nahoře je tento případ znázorněn výchylkou paprsku o
jeden a půl dílku směrem dolů, což při rozsahu 10V/DIV odpovídá napětí -15V.
Měření střídavého napětí
Jestliže volíme při zobrazení průběhu na obrázku rozsah V/DIV 10V je Umax = 20V a
efektivní hodnota napětí je
Měření kmitočtu pomocí časové základny
Ze snímaného průběhu na obrázku (na přepínači rozsahů časové základny je nastavena
hodnota 20ms/DIV) je zřejmá potřebná doba k zobrazení jedné periody:
•
T = 12 . 20ms = 240ms
•
Kmitočet je tedy:
•
f = 1/T = 1/0,24s = 4,16Hz
Měření kmitočtu pomocí Lissajousových obrazců
Při vypnuté časové základně přivádíme na vertikální zesilovač známý dostatečně přesný
kmitočet. Na horizontální zesilovač přivedeme neznámý měřený kmitočet. Za
předpokladu celistvých násobků známého a neznámého kmitočtu se na obrazovce zobrazí
stabilní obrazec.
Zapojení pro měření kmitočtu Lissajousovými obrazci
Lissajousovy obrazce
Elektronický přepínač signálu
Slouží k pozorování více průběhů na stínítku jednopaprskového osciloskopu.
Kontrolní otázky
1. Co všechno se dá měřit osciloskopem?
2. Jaké jsou základní části osciloskopu?
3. Jak dělíme osciloskopy podle kmitočtu?
Měřící generátory
•
•
Měřící generátory se uplatňují jako zdroje zkušebního signálu pro měření na různých
elektronických zařízeních.
Parametry výstupního signálu jsou přesně známy a lze je vždy nastavit na žádanou
hodnotu (kmitočet, výstupní napětí, tvar signálu – průběh, hloubka modulace apod.)
Generátory dělíme na:
• Sinusové
• Obdélníkové
• Generátory funkcí (obdélník, trojúhelník, sinus)
Podle kmitočtového rozsahu:
• Nízkofrekvenční (do 100 kHz až 1 MHz)
• Vysokofrekvenční
Požadavky na generátory:
• U generátoru požadujeme stabilitu kmitočtu a amplitudy
• Důležitý je také jeho výstupní odpor, který má být nezávislý na nastavení amplitudy
(obvyklé hodnoty - 600Ω, 75Ω, 50Ω)
• U sinusového generátoru rovněž požadujeme malé zkreslení 0,1 – 0,2%
Rozmítané generátory (voblery)
• Tvoří zvláštní skupinu mezi generátory sinusových kmitů. Jejich kmitočet periodicky
kolísá okolo středního nastaveného kmitočtu. Šířku rozmítání můžeme rovněž nastavit.
• Používají se při ladění filtrů a pásmových propustí ve sdělovací technice, když chceme
tvar kmitočtové charakteristiky vidět přímo na obrazovce osciloskopu.
Rozsah měřícího přístroje
Úprava měřícího rozsahu ampérmetru
•
•
•
V sériovém obvodu musí být Ampérmetr zapojen tak, aby všechen proud procházel
přístrojem.
Požadujeme, aby ampérmetry měly co nejmenší vnitřní odpor - blížící se nule.
Je-li do obvodu zapojeno pouze měřící ústrojí ampérmetru, pak má ampérmetr
nejmenší rozsah. Pro měření větších proudů se paralelně k ampérmetru připojují
rezistory tzv. bočníky.
Ampérmetr s bočníkem
Výpočet bočníku
Ampérmetr s několika rozsahy řazenými přepínačem
Měření elektrického napětí
•
•
Pro měření do přesnoti 0,2% používáme výchylkové metody (voltmetry).
Pro měření velmi malých napětí slouží galvanometry (asi do 10-7 V), popřípadě lze
použít speciální zesilovače (asi do 10-9 V).
Úprava měřícího rozsahu voltmetru
•
•
•
Zapojíme-li Voltmetr do proudového obvodu , tak se nesmí změnit poměry v obvodu,
tz. že vnitřní odpor voltmetru musí být velký, blížící se nekonečnu aby jím neprotékal
téměř žádný proud.
Nejmenší napěťový rozsah má voltmetr jestliže zapojíme do obvodu pouze jeho měřící
ústrojí.
Pro měření větších napětí zapojujeme do série s měřícím ústrojím odpory, tzv.
předřadníky.
Voltmetr s předřadníkem
Výpočet předřadníku
Voltmetr s několika rozsahy řazenými přepínačem
Příklady na procvičení
1. Proveďte zvětšení rozsahu ampérmetru:
při rozsahu Mi1= 30 mA je vnitřní odpor Ra1 = 22 Ω.
Zvětšete rozsah na: Mi2 = 60mA, Mi3 = 300mA, Mi4 = 3A.
2. Zvětšete rozsah voltmetru:
při Mu1 = 100mV je Rv1 = 5 kΩ.
Zvětšete na Mu2 = 1 V, Mu3 = 5 V a Mu4 = 10 V.
Měření střídavých proudů a napětí
Měřící transformátor proudu
• Použití měřících transformátorů proudu ke zvětšení (výjimečně i zmenšení) rozsahu
střídavých ampérmetrů má některé výhody.
• Měřený proud (většinou velký) se transformuje na menší hodnotu, vhodnou pro
měření ampérmetrem.
• Měřící přístroj může být daleko od měřícího transformátoru proudu, např. na
rozvaděči. Ušetříme tak dlouhé přívody velkého průřezu.
Měřící transformátor proudu
a) Jmenovitý primární proud I1N je z vyvolené řady
b) Jmenovitý sekundární proud I2N je 5A, 1A, výjimečně 10 A.
c) Proud 1A volíme tam, kde jsou dlouhé přívody od měřícího transformátoru k měřícímu
přístroji.
Měřící transformátor napětí
•
•
Zvětšení rozsahu střídavého voltmetru pomocí měřícího
transformátoru napětí je nejčastější způsob měření
střídavých napětí vyšších než asi 1000 V.
Jedna ze sekundárních svorek se musí jednopólové
uzemnit, protože měřené vysoké napětí, které by
zhoršenou izolací (popřípadě kapacitní nebo indukční
parazitní vazbou) mohlo proniknout na sekundární
vinutí, by ohrozilo obsluhu.
Některé důležité parametry měřících transformátorů
napětí:
a) Jmenovité primární napětí U1N je z vyvolené řady
b) Jmenovité sekundární napětí U2N je 100V
c) Jmenovitý převod kU = U1N / U2N
Klešťové A-metry
• Pracují na principu transformátoru => klasickým klešťovým A-metrem se dají měřit
pouze střídavé proudy.
• Používají se pro měření větších proudů.
• Chceme-li zvýšit citlivost, protáhneme vodič kleštěmi vícekrát.
• Existují i klešťové A-metry na stejnosměrný proud, ty ale pracují na jiném principu.
Konstanta a citlivost MP
•
•
•
•
•
Máme-li měřicí přístroj s jedním rozsahem, který má stupnici označenou přímo v
jednotkách měřené veličiny, pak nejsou s odečítáním výchylky žádné problémy.
Obvykle však měřicí přístroje mívají více rozsahů, aby se s nimi snadněji měřilo a
nebyli jsme nuceni stále přístroje vyměňovat.
Takové vícerozsahové přístroje nemají obvykle pro každý rozsah zvláštní stupnici (i
když existují i takové přístroje), ale mají jednu stupnici rozdělenou na určitý počet
dílků.
Abychom zjistili, jaká je hodnota měřené veličiny pro příslušnou výchylku na daném
rozsahu, musíme si zavést tzv. konstantu přístroje.
Konstanta přístroje je číslo, kterým je nutno vynásobit výchylku přístroje v dílcích,
abychom dostali hodnotu měřené veličiny XM v jednotkách této veličiny.
Vlastní spotřeba měřicích přístrojů
• Jako vlastní spotřebu měřícího přístroje udáváme příkon, který přístroj potřebuje k
tomu, aby dosáhl plné výchylky.
• U přístrojů měřicích stejnosměrné veličiny se udává ve W, u střídavých ve VA.
Příklad:
Stejnosměrný voltmetr má vnitřní odpor Ri = 5000 Ω/V. Jaká je jeho vlastní
spotřeba na rozsahu 600 V?
Vlastní spotřeba voltmetru je na rozsahu 600 V 1,2 W při plné výchylce.
Kontrolní otázky
1. Co je to konstanta měřícího přístroje a jak ji zjistíme?
2. Co je to citlivost měřícího přístroje a jak ji zjistíme?
3. Co je to vlastní spotřeba měřícího přístroje?
Přesnost a přetížitelnost MP
třída přesnosti - udává největší přípustnou chybu v procentech měřicího rozsahu, na kterém
měření probíhá
absolutní chyba F – pro všechny naměřené hodnoty při daném rozsahu stejná
relativní chyba měření f – poměr absolutní chyby F a naměřené hodnoty M
Konstanta stupnice
Naměřená hodnota
Absolutní chyba
Relativní chyba
Horní možná mez
Dolní možná mez
wa – dolní možná mez skutečné hodnoty
wo – horní možná mez skutečné hodnoty
•
•
•
Přetížilelnost je násobek jmenovité hodnoty měřícího rozsahu, který měřicí přístroj
snese bez poškození.
Bude-li připojen na vyšší napětí nebo bude-li jím protékat vyšší proud, hrozí jeho
přetížení a tepelné či mechanické poškození.
Trvale musí snést všechny měřicí přístroje s třídou přesnosti (1 až 5) 1,2 násobek
jmenovité hodnoty měřícího rozsahu, aniž by se poškodily.
Kontrolní otázky
1. Co je to vlastní spotřeba měřícího přístroje?
2. Co je to přetížitelnost měřícího přístroje?
Tlumení a značky na stupnici přístroje
Tlumení otočného ústrojí
Hmotnost otočného ústrojí spolu s direktivním momentem řídicích pružin vytvářejí kmitavou
soustavu, která by způsobovala dlouhé kmitání ručky kolem správné výchylky než by došlo k
jejímu ustálení. Abychom dosáhli co nejrychlejšího ustálení ručky musí být otočné ústroji
vybaveno tlumením.
Podle účinku tlumení rozlišujeme systém podtlumený (k ustálení výchylky dojde za dlouhou
dobu) či přetlumený (přístroj má příliš silné tlumení a ručka zaujímá správnou polohu jen
velmi pomalu). Správné tlumení, tzv. tlumení na mezi aperiodicity zajistí nejrychlejší ustálení
výchylky ručky.
U dnešních přístrojů se používá dvou druhů tlumení - vzduchového a magnetického.
Magnetické tlumeni lze provést dvěmi způsoby. U magnetoelektrických přístrojů se využívá k
tlumení tenkého hliníkového rámečku, na němž je navinula měřící cívka. Při pohybu
(otočného ústrojí (cívky) v magnetickém poli se v rámečku indukují vířivé proudy, které
způsobí moment, jež podle Lenzova zákona působí proti příčině svého vzniku - tedy vždy
proti směru otáčení ručky. Tím se pohyb ústrojí tlumí.
Tlumení vířivými proudy lze provést
také tak. že s otočným ústrojím pevně
spojíme segment z hliníkového plechu,
který se při natáčení měřícího ústrojí
pohybuje
v mezeře
permanentního
magnetu.
Pohybem
segmentu
v
magnetickém poli se v něm stejně jako v
předchozím případě indukují vířivé
proudy, které vytvoří moment, který
působí proti směru otáčení a tak tlumí
kývání otočného ústrojí. Konstrukční
uspořádáni je naznačeno na obrázku.
U měřicích přístrojů, v nichž by magnetické pole permanentního magnetu působilo rušivé, se
používá tlumení vzduchové.
Vzduchové tlumení je velmi jednoduché.
Kývání ručky zabraňuje křidélko z
tenkého hliníkového plíšku spojeného s
ručkou, křidélko je uzavřeno ve
vzduchové komůrce, aby byl účinek
tlumení co největší. Při pohybu ručky
křidélko vzduch v komůrce stlačuje, ten
může kolem křidélka unikat jen tenkou
štěrbinou mezi stěnou komůrky a
křidélkem, čímž se pohyb ústrojí
intenzivně tlumí.
důležité údaje o přístroji
•
•
•
•
•
•
jednotka měřené veličiny
značka typu měřicí soustavy
druh měřeného proudu
třída přesnosti
pracovní poloha přístroje
velikost zkušebního napětí
NEZAPOMEŇTE!!!
Při měření veličiny neznámé velikosti je třeba z bezpečnostních důvodů nastavit nejprve
největší měřicí rozsah odpovídající veličiny a rozsah pak snižujeme na nejmenší možný,
aby byla ručka pokud možno v horních dvou třetinách stupnice
Značky na číselnících MP
• Značky jsou umístěny na okraji stupnice. Informují o druhu použitého měřícího
systému v daném přístroji, o způsobu použití.
1) měřicí soustava - některé vyráběné a dobíhající měřicí soustavy analogových
přístrojů:
Další značky na MP
1 - magnetoelektrický přístroj. 2 - poměrový přístroj magnetoelektrický.
3 - magnetoelektrický přístroj s vestavěným izolovaným termoelektrickým článkem.
4 - magnetoelektrický přístroj se samostatným neizolovaným termoelektrickým článkem.
5 - magnetoelektrický přístroj s vestavěným usměrňovačem, 6 - přístroj s otočným magnetem.
7 - poměrový přístroj s otočným magnetem. 8 - feromagnetický přístroj. 9 - feromagnetický
polarizovaný přístroj. 10 – poměrový přístroj feromagnetický. 11 - elektrodynamický přístroj.
12 - ferodynamický přístroj. 13 - poměrový přístroj elektrodynamický. 14 - poměrový přístroj
ferodynamický. 15 - indukční přístroj. 16 – poměrový přístroj indukční. 17 - tepelný přístroj s
drátem. 18 - tepelný přístroj s dvojkovem. 19 - elektrostatický přístroj. 20 - přístroj vibrační
(rezonanční)
Kontrolní otázky
1. Jaký průběh má stupnice magnetoelektrického systému?
2. Nakresli značku soustavy s otočným magnetem. Kde se tato soustava často používala?
3. Nakresli značku feromagnetické (elektromagnetické) soustavy (s pevnou cívkou).
4. Jaký průběh má stupnice feromagnetické (elektromagnetické) soustavy?
5. Nakresli značku elektrodynamické soustavy (systém s pevnou a otočnou cívkou).
Měření elektrického napětí
Toto měření je snadné a výhodné, a proto na ně často převádíme měření mnoha jiných veličin.
Pro měření do přesnosti 0,2% používáme výchylkové metody (voltmetry), pro přesnější
měření komparátory. Pro měření velmi malých napětí slouží galvanometry (asi do 10-7 V),
popřípadě lze použít speciální zesilovače (asi do 10-9 V).
Vysokofrekvenční napětí měříme elektronickými voltmetry, které mají i velký vnitřní odpor
(malou spotřebu). Nevýhodou je malá přesnost (2 až 5 %), složitější obsluha a údržba a vyšší
cena.
Do kmitočtu asi 100 kHz lze použít také magnetoelektrické voltmetry s termoelektrickými
články, do 10 MHz zvláštní elektrostatické voltmetry. Voltmetr a stínění je třeba ve vhodném
místě uzemnit, a to tak, aby ochranný vodič a obvod uzemnění i jiné části obvodu netvořily
smyčky, do kterých by se mohlo indukovat rušivé napětí. Při měření s elektronickými je třeba
vždy postupovat podle návodu.
Pro měření měkkých napětí je třeba použít voltmetry s malou spotřebou nebo komparátory.
Pro měření střídavých napětí se stejnosměrnou složkou je třeba zapojit do série s voltmetrem
kondenzátor se zanedbatelnou impedancí, který oddělí nežádoucí stejnosměrné napětí od
měřeného střídavého.
!!! Voltmetr zapojujeme paralerně ke zdroji nebo ke spotřebiči, vnitřní
odpor voltmetru má být co největší, aby měl co nejmenší odběr.
Měření elektrického proudu
Ampérmetrem lze měřit proudy s přesností nejvýš 0,2%. Potřebujeme-li přesnost lepší,
použijeme kompenzační metodu nebo komparátor. Nebezpečí přetížení a poškození
ampérmetru je větší než při měření napětí voltmetrem, a proto je třeba zachovat větší
opatrnost. Zvláštní problematiku má měření proudů velmi velkých, velmi malých,
vysokofrekvenčních a nesinusových. Pro stejnosměrné proudy do 3 kA vystačíme s
bočníkem. Nad 3 kA má ampérmetr s bočníkem již příliš velkou spotřebu (při 3 kA už asi
200W). Pro měření stejnosměrných proudů nad 3 kA používáme stejnosměrné měniče a
transduktory a dále zařízení s Hallovými generátory. Velmi malé proudy se měří
galvanometry. popřípadě pomocí zvláštních měřících zesilovačů.
Při měření vysokofrekvenčních proudů musíme mít na paměti, že zpravidla není lhostejné, do
kterého místa měřeného obvodu ampérmetr nebo měřící člen připojíme. Uplatňují se i malé
parazitní kapacity a indukčnosti a někdy je nutné ampérmetr stínit.
Při měření nesinusových proudů musíme volit vhodný přístroj, resp. metodu podle toho,
kterou hodnotu chceme znát (efektivní, střední, vrcholovou, hodnotu špička-špička). Při
přesných měřeních stejnosměrných i střídavých proudů se převádí měření proudu na měření
napětí. Do obvodu měřeného proudu se zapojí přesný bočník vhodné velikosti a
kompenzátorem nebo číslicovým voltmetrem se změří úbytek napětí. Měřený proud se
vypočítá z ohmova zákona.
!!! Ampérmetr zapojujeme do série s měřeným spotřebičem, což znamená,
že musíme obvod rozpojit a rozpojené místo „propojit“ ampérmetrem,
vnitřní odpor ampérmetru má být co nejmenší, aby na něm byl co
nejmenší úbytek napětí.
Měření odporu Ohmovou metodou
nepřímá metoda
Měření odporu přímou metodou
•
•
•
Měření na odporových dekádách
Kontrola odporových dekád
Měření vnitřního odporu MP
Měření odporu můstkovou metodou
•
•
•
Měření odporu pomocí můstkové metody je přesnější než pomocí metody
výchylkové.
Měřící přístroj zapojený v můstcích neslouží k odečítání hodnot, ale pouze k
indikaci určitého stavu (nejčastěji nulového) v takzvané měřící diagonále můstku.
Neznámý odpor se pak vypočítá z jednotlivých větví můstku v tzv. vyváženém
stavu.
Wheatstoneův můstek
Měříme jím odpory střední velikosti.
Mezi uzly A, C; které tvoří tzv. napájecí diagonálu je zapojen stejnosměrný zdroj napětí.
Mezi uzly B, D do tzv. měřící diagonály je zapojen nulový indikátor NI, kterým bývá
nejčastěji magnetoelektrický galvanometr.
Ve vyváženém stavu mají uzly B, D stejný potenciál tz., že měřící diagonálou neprotéká
žádný proud. Pak platí:
Pro rovnováhu můstku tedy platí: R1 : R2 = R3 : R4
...což je tzv. rovnovážná podmínka. V praktickém zapojení bývá většinou R1 neznámým
odporem Rx a pomocí rezistoru R2, R3, R4 což jsou odporové dekády je v obvodu nastavena
rovnovážná podmínka:
Rozsah tohoto můstku je asi od 0,1 Ω do 106 Ω.
Přesnost odporových dekád můstku bývá +-0,02 % takže dosažitelná přesnost měření je pak
+- 0,06 %.
V dřívějších dobách se používaly k provoznímu měření Wheatstoneovy můstky v levnějším
provedení.
•
•
•
Rezistory R3 a R4 se nahradily kalibrovaným drátem (vodič, který musí mít po celé
délce konstantní průřez i měrný odpor).
Principiální schéma tohoto, tzv. drátového můstku je na obr. Rezistor R2 zůstal v
podobě jednoduché dekády k volbě rozsahů (0,1 - 1 - 10 – 100 - 1000 Ω), vlastní
vyvažování se provádí posouváním jezdce po kalibrovaném drátu, čímž se mění délka
větví a a b a tedy i jejich odpor. Při nalezení vhodného poměru a : b nastane rovnováha
můstku.
Pro velikost odporu Rx platí
Drátový Wheatstoneův můstek
Drátový Wheatstoneův můstek s více rozsahy
Thomsonův můstek
•
•
Wheatstoneův můstek nelze použít pro měření malých a velmi malých odporů, protože u
něho nelze vyloučit vliv přechodových odporů přívodních svorek a spojovacích vodičů.
Pro měření malých odporů se používá dvojitý můstek, který jako první sestavil William
Thomson (lord Kelvin).
U tohoto můstku se odstraní vliv parazitních odporů použitím dvojitých přívodů.
•
Musí však být splněna tzv. vedlejší podmínka rovnováhy
•
Měření kapacity
•
•
Kapacita se značí C a jednotkou je 1 F (Farad).
V praxi se používají jednotky menší:
1mF= 10-3 F, 1µF= 10-6 F, 1nF= 10-9 F, 1pF= 10-12 F
!!! - U polarizovaných - elektrolytických kondenzátorů je vyznačena polarita.
Přímá metoda měření kapacity
•
•
•
•
Měření kapacity kondenzátoru se provádí přímým připojením měřené součástky na
svorky měřícího přístroje.
Používáme RLC měřiče a některé typy multimetrů.
Tyto přístroje měří kondenzátory svitkové a deskové (bez orientace polarity napětí) i
kondenzátory elektrolytické (polarizované).
Při velmi malých kapacitách je nutno kompenzovat kapacitu přívodních kablíků.
Nevýhody: spektrum rozsahů multimetrů nás však nemusí vždy uspokojit.
Výhody: snadné odečtení měřené hodnoty na přístroji.
Důležité upozornění: Kondenzátor před měřením musí být vybitý! Případný náboj by mohl
zničit měřicí přístroj.
Nepřímá metoda měření kapacity: (voltampérová)
•
Tato metoda je určena pro měření všech kondenzátorů s kapacitou od 100 nF výše bez
polarizace napětí s využitím transformovaného síťového napětí nebo sinusového
signálu z nf generátoru.
!!! Elektrolytické kondenzátory touto metodou nelze měřit.
!!! Špičková hodnota zkušebního napětí nesmí přesáhnout dovolené napětí na
kondenzátoru.
Zapojení pro měření velkých kapacit
Zapojení pro měření malých kapacit
Kontrola elektrolytických kondenzátorů
•
•
•
•
•
Kondenzátory tohoto typu jsou vyráběné většinou pro vyšší hodnoty kapacity.
Pro použití ve zdrojích jako filtry běžně stačí zkontrolovat, zda je součástka v pořádku,
tj. zda kondenzátorem neprochází nežádoucí svodové proudy.
Příčinou tohoto stavu je většinou stáří součástky - vysychání elektrolytu.
Kontrola je jednoduchá. Vycházíme z teoretického předpokladu, že do kondenzátoru
po úplném nabití nepoteče již žádný proud. Ve skutečnosti můžeme zaznamenat
proudy max. v řádu 10 nA.
Je-li proud vyšší, kondenzátor má nižší kvalitu. Nemusí to ale znamenat, že ho již
nelze použít, není to však vhodné.
Měření indukčnosti VA metodou (nepřímou)
Měření indukčnosti střídavým proudem patří mezi nejzákladnější metody, pokud nejsou
k dispozici jiné přístroje pro měření indukčnosti.
Indukčnost cívek se měří pomocí voltmetru a ampérmetru za předpokladu že pro měření
použijeme střídavé napětí a proud, které se přibližují ke jmenovitým hodnotám uvedeným na
štítku cívky.
U
Z naměřených hodnot napětí a proudu se vypočítá impedance cívky Z = .
I
Pro další postupy je nutno znát činný odpor cívky R, který získáme ze štítkové hodnoty, nebo
měřením pomocí ohmmetru.
Indukční odpor X L vypočítáme ze vztahu X L = Z 2 − R 2 .
Indukční odpor X L = ωL = 2πfL ⇒ L =
XL
=
2πf
Z 2 − R2
.
2πf
Úpěšnost této metody je závislá na přesnosti výpočtu a je proto nutno počítat na dvě desetinná
čísla.
Měření elektrického výkonu
•
•
•
•
Přístroj pro měření stejnosměrného a střídavého činného výkonu se jmenuje Wattmetr.
Wattmetr si můžeme představit jako ampérmetr a voltmetr v jednom přístroji.
Zapojuje se do obvodu pomocí dvou dvojic svorek.
Jedna měřící cívka je proudová, zapojuje se do obvodu sériově a má malý vnitřní
odpor.
Druhá cívka je napěťová, zapojuje se do obvodu paralelně a má velký vnitřní odpor.
Stejnosměrný výkon
Výpočet stejnosměrného výkonu
P = U . I [W] jelikož U = R . I ⇒ P = R . I 2 [W]
Měření stejnosměrného výkonu
•
V obvodu stejnosměrného proudu je výkon na zátěži dán vztahem:
P = U × I [W]
Elektrodynamická měřící soustava
•
Wattmetry se nejčastěji konstruují jako elektrodynamické měřící přístroje.
Značka:
•
Fyzikální princip: pohyb vodiče protékaného proudem v magnetickém poli
•
Konstrukce: Dvě cívky, jedna pevná s malým počtem závitů, druhá pohyblivá v jádře
pevné s velkým počtem závitů. Proud v pevné cívce vytváří magnetické pole, ve
kterém je pohyblivá cívka s vlastním polem. Vzniklá síla se přenáší na ručku.
•
Pevná cívka je proudová a pohyblivá cívka je napěťová.
•
Ampérmetr měří nejen proud tekoucí zátěží IZ, ale i proud tekoucí voltmetrem IV. Proud
voltmetrem je sice malý a většinou ho můžeme zanedbat, ale v případě že má zátěž velký
odpor (měření malých výkonů) musíme provést korekci.
•
Abychom se vyhnuli početní korekci, stačí umístit sériově k voltmetru spínač. Při
odečítání proudu voltmetr odpojíme. Ampérmetr pak ukazuje proud tekoucí přímo zátěží.
Výkon střídavého jednofázového proudu
výkon činný
• Při zapojení činného odporu, např. elektrického topného tělesa, do obvodu střídavého
proudu, jsou napětí s proudem ve fázi.
• Pro výpočet výkonu střídavého proudu se uvažují vždy efektivní hodnoty napětí a
proudu.
výkon jalový
• Je-li ve střídavém obvodu zapojena cívka, kterou je třeba považovat za sériové spojení
indukčnosti a činného odporu, je nutno rozlišovat 3 druhy výkonů:
• Kromě zdánlivého výkonu S se projevuje činný výkon P na činném odporu R a na
indukčním jalovém odporu XL = ω * L se projevuje indukční jalový výkon QL , který
je jen výměnným výkonem mezi zdrojem a cívkou a jeho průměrná hodnota je nula.
• Pokud je fázový posun mezi proudem a napětím 90°, například při čisté indukčnosti
nebo čisté kapacitě, jsou kladné a záporné části ploch výkonové křivky stejně velké,
činný výkon je nulový a projevuje se jen jalový výměnný výkon. Veškerá energie se
vyměňuje mezi zdrojem a spotřebičem, přesouvá se sem a tam.
•
Při čisté indukčnosti nebo čisté kapacitě se vyskytuje jenom jalový výkon.
výkon zdánlivý
• Součin naměřených hodnot napětí a proudu dává ve střídavém obvodu zdánlivou
hodnotu výkonu. Tento výkon se proto nazývá zdánlivý výkon S.
Měření zdánlivého výkonu:
•
Zdánlivý výkon se většinou určuje nepřímo výpočtem z naměřeného proudu a napětí:
Pro jednofázový obvod:
S =U . I
Pro trojfázový obvod:
Měření střídavých veličin v jednofázovém obvodu
Měření činného výkonu v 3f soustavě se souměrnou
zátěží
Měření činného výkonu v 3f soustavě s nesouměrnou
zátěží
•
•
•
•
Nesouměrná zátěž – je-li síť zatížená nesouměrným spotřebičem, protéká v každé fázi
jiný proud (např. oblouková pec, tři jednofázové bytové jednotky apod.).
Výkon se měří podobně jako u souměrné zátěže, ale v každé fázi je nutné měřit proud
a výkon zvlášť.
V třívodičové soustavě vytvoříme umělou nulu spojením výstupních napěťových
svorek wattmetrů do uzlu. Celkový výkon spotřebiče je dán součtem všech výkonů
wattmetrů.
Celkový činný výkon:
Měření elektrické práce (energie)
Použité materiály:
KULHÁNEK, M. Základy elektrického měření. Plzeň: SOU elektrotechnické, Vejprnická 56,
2007.
VYLEGALA, P. Elektrická měření. Ostrava: SŠ elektrotechnická, Na Jízdárně 30, 2006.
Elektrotechnická měření. 1.vyd. Praha: BEN, 2002. ISBN 80-7300-022-9.
KOSTKA, T. Elektrická měření – vybrané kapitoly. STŘEDNÍ ŠKOLA, Havířov-Šumbark,
Sýkorova 1/613, 2008.
Download

ELM_E2 - Webnode