Elektrická měření. Učební materiály pro předmět. Oborů. Mechanik elektrotechnik a Provozní elektrotechnika

Učební materiály pro předmět

Elektrická měření Oborů Mechanik elektrotechnik a Provozní elektrotechnika

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:

Význam a účel elektrotechnických měření V běžném živote, v technice i ve vědě se při sledování a popisu jevů vlastností a charakteristik různých fyzikálních objektů používají různé fyzikální veličiny, které od sebe vzájemně kvalitativně odlišujeme. Jsou to např. délka, čas, elektrický proud či magnetický tok. Každá tato veličina má ale i svou kvantitativní stránku, která se vyjadřuje hodnotou veličiny (např. proud 15 A, či magnetický tok 0,002 Wb) a ta se často zjišťuje měřením. Hodnota veličiny je číslo, které vyjadřuje velikost zmíněné veličiny ve zvolených jednotkách. Libovolné měření si tedy můžeme charakterizovat jako jakýsi způsob získávání informací o našem okolí a o jevech či procesech, které pozorujeme. Abychom mohli přesně posoudit námi pozorované jevy, potřebujeme k tomu určité měřicí prostředky, které si můžeme charakterizovat jako soubor zařízení, přípravků a dalších pomůcek, které jsou určeny k provedení měření a zjištění kvantitativních vlastností pozorovaného děje. Zvláštní význam v oblasti měření zaujímají elektrotechnická měření a měřicí technika, která je v současné době velmi důležitá nejen v elektrotechnice, ale i v ostatních oborech lidské činnosti. Toto dominující postavení elektrických a elektronických měření je dáno zejména tím, že: ■ Člověk nemá smysly či čidla pro zjišťování elektrických nebo magnetických veličin. Pokud ovšem nebudeme za nadání k měření považovat posouzení, zda daný elektrický zdroj nekope vůbec, kope málo či více nebo zda snad dokonce zabíjí. Taková měření by byla velice riskantní. ■ Elektrický signál může být lehce zpracován (např. zesílen či usměrněn) ve velmi širokém rozsahu a jeho hodnota změřena s vysokou přesností. ■ Informace o naměřených hodnotách ve formě elektrického signálu mohou být snadno zaznamenány či přeneseny na libovolnou vzdálenost rychlostí světla (např. v rozvodnách či velínech elektráren jsou přístroje měřicí velikost napětí či odebíraného proudu ve vzdálenosti několika desítek či stovek metrů od vlastních transformátorů). ■ Spojení číslicových měřicích přístrojů s počítači přináší další významný pokrok v měření a zpracování výsledků měření. Moderní technika nám umožňuje provést plnou automatizaci procesu měření s vyloučením přítomnosti obsluhy. ■ Moderní elektrické přístroje umožňují převádět i neelektrické veličiny na elektrický signál a potom lze i tato měření provádět se všemi výše uvedenými výhodami.

Protokoly o měření, grafické vyjádření naměřených veličin O každém měření je třeba pořídit záznam, ve kterém popíšeme problém, který zkoumáme, provedeme teoretický rozbor, stanovíme na základě rozboru již známých poznatků hypotézu, jaké by měly být výsledky měření, stanovíme postup měření a měření provedeme. Výsledky získané měřením zpracujeme a vyhodnotíme jestli se stanovená hypotéza potvrdila nebo ne, popřípadě potvrdila-li se pouze částečně, zjistíme příčiny, proč se předpokládané výsledky nepotvrdily (např. nevhodný postup, nepřesné přístroje apod.).

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

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.

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. Podle podstaty měření: (metody nepřímé) 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. 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?

Části měřidel, stupnice, provedení měřidel

Základní pojmy měřicí techniky Měření - určování číselné hodnoty fyzikální veličiny, např. elektrického napětí nebo tíhové síly Počítání - určování počtu událostí stejného typu nebo předmětů v určitém časovém úseku, např. počet elektrických impulzů za sekundu Zkoušení - zjišťování, zda má zkoušený předmět předepsané vlastnosti, zvláště jsou-li tyto vlastnosti v předepsaných tolerancích Kalibrování - zjištění rozdílu mezi skutečnou hodnotou a hodnotou ukazovanou měřícím přístrojem Justování - nastavení ukazatele tak, aby ukazoval správnou hodnotu Kontrolování - úřední postup ověření správnosti měřicího přístroje nebo normálu, potvrzuje se značkou, pravidelně se opakuje

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 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 chyba paralaxou – způsobena šikmým pohledem na stupnici 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

Měřící rozsah, konstanta, citlivost Měřicí rozsah
hodnota, ke které se vztahuje údaj o třídě přesnosti přístroje
zároveň hodnota, kterou by měřená veličina neměla překročit 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

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

Číslicové měřicí přístroje - součásti
analogově – digitální převodník
zobrazovací jednotka - displej
zdroj energie – síťový zdroj nebo baterie analogově-digitální převodník – AD převodník • •

zpracovává pouze napětí pro měření proudu a odporu je potřeba měřicí převodník

Zobrazovací jednotky - displeje

• 3místný displej • 1/2místný displej → 3 ½ místný displej

čísla: 000 až 999 číslo: nic nebo 1 čísla: 000 až 1999

popis digitálního multimetru range (rozsah): manuální nastavování měřících rozsahů šířka pásma AC: kmitočtový rozsah, ve kterím lze měřit parametry střídavých proudů a napětí s chybou odpovídající třídě přesnosti přístroje bargraf: pruh krátkých čárek pod číslicovým údajem simulující změnami své délky analogový pohyb ručky přístroje přesnost: třída přesnosti k udává horní mez relativní chyby měřené hodnoty – je třeba zohlednit přípustnou odchylku udávanou v digitech /jednotkách/ 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

Třída přesnosti, vlastní spotřeba, značky na číselnících 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

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.

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:

důležité údaje o přístroji • • • • • •

jednotka měřené veličiny značka typu měřicí soustavy druh měřeného proudu třída přesnosti pracovní poloha přístroje velikost zkušebního napětí

Další pojmy Kalibrováním se zjišťuje odchylka ukazatele od správného údaje v závislosti na velikosti měřené veličiny. Lze např. zjistit, že voltmetr ukazuje při 5 V na rozsahu 5 V o 1 dílek více. Justováním (vyrovnáním) se vyrovnává měřící přístroj nebo normál (např. normálový odpor) tak, aby se jeho údaj, nebo vlastnost co nejméně lišila od správné hodnoty. Tak může být drátový odpor změnou délky drátu ( např. posunem měnitelné odbočky) nastaven na správnou hodnotu. Cejchování přístroje nebo normálu je úřední postup ověření správnosti. Cejchovní úřad přezkouší předepsaným postupem cejchovaný přístroj či předmět a potvrdí, zda splňuje předepsané požadavky a zda jsou jeho parametry v požadovaných mezích.

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).

Soustavy analogových MP 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.

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)

Měření ss proudu a napětí 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.

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

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.

Měření frekvence – kmitočtu •

Kmitočet měříme kmitoměrem. Tyto měřící přístroje se zapojují do obvodu vždy paralelně a mají velmi vysoký vnitřní odpor.

Používají se kmitoměry - vibrační - ručkové - číslicové •

V současné době se pro orientační ověření kmitočtu používají kmitoměry vibrační, pro laboratorní měření kmitočtu výhradně číslicové. Kmitočet lze měřit také čítačem nebo pomocí osciloskopu.

Vibrační měřící soustava Konstrukce: v elektromagnetickém poli cívky je řada jazýčků z feromagnetického materiálu (např. ocel, železo, nikl, kobalt apod.) • •

Jazýčky mají různou délku. Proud o neznámé frekvenci rozkmitá svým magnetickým polem pouze ten jazýček, jehož mechanická frekvence je v rezonanci s frekvencí magnetického pole.

Vlastnosti: - používá se výhradně k měření kmitočtu - přístroj nemá ukazatel, pružiny ani tlumení - měřící rozsah 15 až 1000 Hz, obvykle ale jen do 120 Hz (omezeno délkou jazýčků) - třída přesnosti obvykle 0,5

Digitální kmitoměry

Měření odporu Ohmovou metodou – nepřímá metoda

Měření malých a velkých rezistorů Substituční metoda - 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. Metoda vhodnější pro měření malých rezistorů. Porovnávací metoda - 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). Metoda vhodnější pro měření velkých rezistorů.

Měření odporu přímou metodou •

Měřící přístroj ukáže přímo hodnotu odporu (výchylková metoda) • 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

• •

Střídavé můstky De Sautyho můstek Používá se k měření kapacit. Od Wheatstonova můstku se liší tím, že v horních větvích fungují kapacity neznámá Cx a kondenzátor C2. Můstek se napájí střídavým proudem z generátoru o kmitočtu, který je většinou 1 kHz. Indikátorem je obvykle vysokoohmohové sluchátko, které se s protékajícím střídavým proudem ozývá. Pokud zvuk utichne, můstek je vyrovnán. Proměnný rezistor R2 se musí předem ocejchovat podle kapacitního normálu. Platí:

De Sautyho můstek

Maxwellův můstek

Používá se k měření indukčnosti. Napájí se střídavým proudem a příčný proud se indikuje sluchátkem a platí:

Protože se cívka vyznačuje i vlastní kapacitou, nepodaří se můstek plně vyrovnat. Ke kompenzaci imaginární složky se používá rezistor R3. Existují i jiné můstky a nemusí pracovat pouze v nízkofrekvenčním pásmu. Některé se používají k nastavování anténních systémů.

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 výkonů 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

Provozní měření na elektrických instalacích, transformátorech a motorech MĚŘENÍ KABELŮ • • • •

Měření izolačního stavu silových kabelů Měření průchodnosti žil silových kabelů Párování sdělovacích kabelů Měření průchodnosti žil sdělovacích a datových kabelů

MĚŘENÍ NA TRANSFORMÁTORU Měření dělíme na: a) Měření na jednofázovém transformátoru b) Měření na třífázovém transformátoru V obou případech jsou měření podobná jen s tím rozdílem, že u trojfázového transformátoru ještě měříme navíc hodinový úhel. Na transformátoru vykonáváme nejčastěji tato měření: a) Měření izolačních odporů b) Měření ohmického odporu vinutí c) Měření převodu d) Zjištění polarity cívek e) Měření naprázdno f ) Měření nakrátko MĚŘENÍ IZOLAČNÍHO ODPORU TRANSFORMÁTORU Měříme hodnotu izolačního odporu mezi jednotlivými vinutími navzájem a mezi vinutími a kostrou magnetického obvodu. MĚŘENÍ OHMICKÉHO ODPORU VINUTÍ TRANSFORMÁTORU • Měření ohmického odporu vinutí provádíme bud' voltampérovou metodou nebo v současnosti jsou k dispozici měřící přístroje, které měří ohmický odpor přímo, např. METEX a jiné. • Obvod při měření napájíme ze zdroje stejnosměrného proudu. Při měření je vinutí, které se neměří, spojené nakrátko, abychom zmenšili hodnotu indukovaného napětí při zapojení a přerušení měřícího obvodu. Každé vinutí měříme 3x při různých hodnotách proudu a za správnou hodnotu bereme střední hodnotu měření. MĚŘENÍ PREVODU TRANSFORMÁTORU Převod u transformátoru je daný vztahem U1 N1 I2 p = ----- = ----- = ----U2 N2 I1

• •

Primární napětí nastavíme na hodnotu 10 až 70% jmenovitého napětí. Provedeme opět asi tři měření.

Zapojení pro měření převodu transformátoru

ZJIŠTĚNÍ POLARITY CÍVEK TRANSFORMÁTORU Transformátor napájíme sníženým napětím z primární strany.

Při zapojení podle schématu a.) je konec primárního vinutí (svorka Ao) spojený přes voltmetr na začátek sekundárního vinutí (svorka a). Voltmetrem měříme napětí mezi koncem primárního a začátkem sekundárního vinutí (svorky Ao - a). V tomto případě je primární cívka spojena se sekundární cívkou do série, takže jejich napětí se sčítají. Platí, že U = U1 + U2 Teda voltmetr ukáže vyšší napětí než je napětí na primárním vinutí. Při spojení podle schématu b.) je konec primárního (Ao) vinutí spojen s koncem sekundárního vinutí (ao). I v tomto případě jsou obě vinutí spojena do série, ale proti sobě, takže platí U = U1 – U2

MĚŘENÍ TRANSFORMÁTORU NAPRÁZDNO Při měření transformátoru naprázdno jsou sekundární svorky rozpojeny, takže proud I2 = 0. Při tomto měření zjišťujeme proud naprázdno Io, příkon naprázdno Po, fázový posuv naprázdno cos φo . Tyto hodnoty se zjišťují při jmenovitém napětí U1n. MĚŘENÍ TRANSFORMÁTORU NAKRÁTKO Při měření nakrátko zjišťujeme ztráty v transformátoru nakrátko Pk, napětí nakrátko Uk, fázový posuv nakrátko cos φk. Tyto hodnoty jsou uváděny při jmenovitém proudu In.

MĚŘENÍ NA TROJFÁZOVÉM TRANSFORMÁTORU V zásadě vykonáváme měření podobná jako u jednofázového transformátoru s tím, že tato měření jsou obsáhlejší a náročnější na přesnost. Navíc se zjišt'uje způsob zapojení a hodinový úhel. Transformátory zapojujeme do hvězdy, označujeme Y, do trojúhelníku, označujeme D, do lomené hvězdy, označujeme z. U trojfázového transformátoru provádíme tato měření: a) Prohlídka transformátoru b) Měření izolačního odporu c) Měření ohmického odporu vinutí d) Měření polarity cívek (souhlasnosti vinutí) e) Měření převodu f) Měření transformátoru naprázdno g) Měření transformátoru nakrátko h) Zjištění hodinového úhlu

MĚŘENÍ NA ASYNCHRONNÍM MOTORU a) Měření izolačního odporu b) Měření ohmického odporu vinutí c) Měření naprázdno d) Měření nakrátko e) Měření převodu napětí pokud se jedná o motor s kotvou kroužkovou Měření izolačního odporu

Měření ohmického odporu vinutí

ANALOGOVÉ OSCILOSKOPY • • • • •

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?

Měření VA charakteristik diod • • • •

• • •

•

•

Dioda je elektronická polovodičová součástka využívající polovodičový efekt v dotovaných materiálech. Dle základního materiálu dělíme diody na křemíkové a germaniové. Dle materiálu jsou určeny i definující parametry diod. Základní parametr je prahové napětí. To je určeno z použitého materiálu. Křemík 0,65V a germanium 0,45V. Plocha přechodu určuje výkon diody.

Nadsazeně se dá přirovnat dioda k ventilu, který propustí proud vody pouze jedním směrem. Na obrázku 1. je tzv. voltampérová (VA) charakteristika diody. Co to ale vlastně znamená VA charakteristika? Co nám říká? Představíme-li si diody jako ventil, tak by ideálně měl propouštět jedním směrem vše a bez odporu a druhým naopak nic. Kdyby tomu ale tak bylo, tak nemusí být VA charakteristiky. Protože reálná dioda má určité vlastnosti, např. podle materiálu, ze kterého je vyhotovena, tak se nechová jako výše jmenovaný ventil. Chová se jako ventil, který je zavíraný pružinkou a zároveň špatně těsní. Čili v propustném směru musíme vyvinout takový tlak, aby přetlačil pružinu, a v závěrném směru nám zase naopak trocha vody prokapává pryč. Přeneseme-li toto do elektrotechniky tak zjistíme, že dioda musí mít v propustném směru určité napětí, aby se otevřela a začal procházet proud a naopak v závěrném směru nám malý prakticky zanedbatelný proud propustí vždy. A stejně jako když se prorazí náš ventil, pokud do něj pustíme příliš velký tlak vody v závěrném směru, tak i dioda se v závěrném směru nevratně prorazí (otevře) příliš velkým napětím.

Zenerova dioda pracuje oproti diodám usměrňovacím ve zvláštním režimu. V případě že usměrňovací diodou prochází proud i v závěrném směru je dioda nejspíše nevratně poškozena průrazem vysokým napětím, tak naproti tomu Zenerova dioda je přímo konstruována, aby mohla trvale pracovat v režimu vratného průrazu. Znamená to tedy, že Zenerova dioda se od určitého napětí v závěrném směru začne „prorážet“, ale pokud napětí poklesne, opět se vrátí do původního stavu. Velikosti napětí, při kterém dioda začne propouštět proud v závěrném směru se nazývá napětí Zenerovo. Zenerovo napětí se pohybuje v rozmezí 2,4 až 150 voltů, při proudu okolo jednoho ampéru maximálně.

LED diody Pojem LED dioda, slangově „ledka“ je prakticky všem známý, ale co se po tímto názvem skrývá? Zkratka LED znamená Light Emiting Diode , čili světlo emitující dioda. •

•

•

Jedná se druh diody kde je polovodičový přechod konstruován aby optimálně vyzařoval světlo a také jej generoval. Na polovodičovém přechodu P-N dochází k přímé přeměně elektrické energie na světelnou. Z materiálu přechodu se uvolňují fotony a tím vzniká světlo. Barva závisí na vlnové délce světla, která je dána materiálem a jeho úpravou. Čip (polovodičový přechod diody) je většinou tvořen GaP (gallium-fosforid) nebo GaAsP (gallium-arsenid-fosforid). Výhodou LED diody je velmi vysoká účinnost přeměny elektrické energie na světelnou.

Schematická značka LED diody Světlo vyzařované led diodou je prakticky monochromatické (má jednu vlnovou délku, v praxi spíše soubor vlnových délek blízko té hlavní) která závisí výhradně na materiálu přechodu. Čili není problém svítít modře, zeleně, žlutě atd., ale co když potřebujeme barvu bílou? Polovodičový přechod nemůže přímo generovat bílé světlo protože je složené z celého spektra vlnových délek, ale je možné lišácky integrovat do jednoho pouzdra LED diody tři (červenou, zelenou a modrou) a smícháním dostat barvu bílou. Toto řešení je dobré v případě že chceme mít nadvládu nad barvou světla, které generujeme. Ale popravdě, mimo diskotéky a signalizace stavu přístroje není toto řešení příliš vhodné, protože námi vytoužená bílá barva není pro oko a podání barev zrovna ideální. Generování opravdu bílé barvy je založeno na podobném principu jako např. u zářivek. LED dioda emituje světlo v oblasti UV a to je následně pomocí luminoforu převedeno na bílé spektrum. Takto dnes pracují veškeré bílé „ledky“. Dalším parametrem LED diody je její výkon. Zatímco u „ledek“ pro signalizační účely se udává zpravidla proud, který je standardizovaný na hodnotách 1, 2, 5, 20 mA, tak pro bílé led diody určené k osvětlování se udává příkon ve wattech. V dnešní době se velice rozrůstá odvětví výkonových LED pro osvětlování, není problém koupit LED s příkonem od 1W do 50W, kdy účinnost přeměny elektrické energie na světlo dosahuje až 70%.

Provozní napětí LED diod není až tak podstatné, uvádí se přibližné, pro každou barvu jiné (tabulka 1). LED musí mít vždy předřadný (sériový) rezistor nebo musí být napájeny zdrojem proudu, jinak je prakticky jisté jejich zničení.

Měření voltampérové charakteristiky tranzistoru vodivosti NPN Smyslem měření je zjištění závislosti nárůstu proudu Ic na nárůstu napětí Uc při konstantním proudu IB. Při velkém rozmezí napětí Uc by se měl proud Ic zvyšovat jen málo. Tranzistor je v zapojení se společným emitorem. Podle naměřených údajů vytvoříme diagramy závislosti proudu Ic na napětí Uc při daném proudu IB. Podle počtu měření vznikne několik křivek. Jejich ukončení určí oblast pracovních bodů bezpečného použití tranzistoru v závislosti na dovolené výkonové ztrátě Ptot. Schéma zapojení zkušebního obvodu:

Doporučený postup měření: Napájecí zdroje musí být stabilizované, s obvyklou regulací napětí. Proudová pojistka je vhodná, není nutná. Obvod zapojíme podle schématu. Velikosti proudů IB volíme podle typu tranzistoru. Většinou se provádí měření při několika proudech IB, které jsou pravidelně odstupňované např. po 50 µA. Hodnotu rezistoru R vypočítáme podle Ohmová zákona z Ul a zvoleného proudu IB. Napětí UBE lze v tomto případě zanedbat. Nastavíme nejmenší velikost IB. Postupně nastavujeme hodnoty UCE, např. po 1 V a odečítáme hodnoty Ic. Proud IB musí být konstantní. Naměřené hodnoty zaznamenáváme do tabulky. Postupně provádíme totožné měření při zvolených hodnotách IB. Během každého měření kontrolujeme výkonovou ztrátu na tranzistoru Ptot, zvláště při vyšších hodnotách Uce a Ic. Nesmí dojít k přetížení! Při dosažení kterékoli mezní katalogové hodnoty měření ukončíme.

Příklad měření VA charakteristiky tranzistoru Účel měření: Změřit výstupní charakteristiky tranzistoru KU 605 v zapojení SE

P1

P2 MX1

Schéma zapojení Postup měření: 1) Zapojte přístroje podle schéma. 2) Na zdroji v obvodu báze nastavte napětí do 2 V. Velikost IB a UCE nastavujte kombinací napětí zdroje a polohy běžce potenciometrů P1 a P2. Charakteristiky změřte při hodnotách proudu báze IB uvedených v tabulce. Hodnota IB se při změnách IC mění, udržujte ji ale konstantní. 3) Postupně zvyšujte UCE po hodnotách uvedených v tabulce. Přitom odečítejte odpovídající hodnoty IC na ampérmetru v kolektoru. Při dosažení proudu 1 A (nebo když začne působit proudová pojistka) přestaňte napětí zvyšovat. 4) Naměřené hodnoty zapisujte do tabulky a zakreslete výstupní charakteristiky tranzistoru do grafu jako závislost IC = f(UCE). Naměřené hodnoty: IB [mA] 1 2 3 4 5

UCE [V]

0

0,1

0,2

0,3

0,5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

IC [mA] IC [mA] IC [mA] IC [mA] IC [mA]

0 0 0 0 0

30 64 90 115 150

58 124 190 255 300

60 130 210 285 350

61 131 210 295 350

61 132 210 300 351

61 132 211 301 351

61 133 211 301 352

62 133 212 302 352

62 134 212 302 352

63 134 212 302 353

63 134 213 303 353

62 134 213 303 353

62 135 214 304 354

62 138 214 304 354

400 350 300 1

250

2

200

3

150

4 5

100 50

U

C

E

10

9

8

7

6

5

4

5 0,

3

3 0,

2

2 0,

1

1 0,

0

[V

]

0

Zdroje nf a vf signálů – 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 na: • Nízkofrekvenční (do 100 kHz až 1 MHz) • Vysokofrekvenční Požadavky na měřící 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.

Měření na zesilovačích Zesilovače budeme z hlediska měření jejich parametrů považovat za aktivní čtyřpóly a nebudou nás zajímat jejich vnitřní obvodová řešení. Takový čtyřpól s označením charakteristických a měřených veličin je nakreslen na obrázku 1.

Obr. 1. Elektronický zesilovač jako aktivní čtyrpól Vstupní veličiny zesilovače budeme označovat indexem 1, výstupní veličiny indexem 2. Zesilovač má určité vstupní napětí u1 a výstupní napětí u2. Přitom platí, že u2 = f(u1). Je-li tato funkce lineární, tj. u2 = Au1, je zesilovač lineární. Konstanta A se nazývá zesílení (popř. zisk, udává-li se v decibelech). Každý zesilovač je však lineární pouze v určitém rozsahu vstupního napětí. Pokud tedy mluvíme o lineárním zesilovači, musíme vždy uvádět, v jakém rozsahu vstupního napětí (nebo i výstupního napětí) linearita platí. Existují však zesilovače, které mají jiné než lineární závislosti. Tyto závislosti se nejčastěji vyjadřují graficky, o tom však později.

Měření kmitočtové charakteristiky zesilovačů Kmitočtová charakteristika (někdy též útlumová) vyjadřuje závislost zesílení zesilovače na pracovním kmitočtu, čili A = f (f ). Měří se především u lineárních zesilovačů, popř. i v lineárních oblastech nelineárních zesilovačů. Vyjadřuje se nejčastěji grafem, který je přehledný a dává dobrý obraz o kmitočtových vlastnostech zesilovače. Měřicí obvod, který můžeme použít pro měření běžných zesilovačů, vidíme na obr. 2. Zesilovač je buzen z generátoru sinusových kmitů, jejichž kmitočet lze měnit alespoň v rozsahu potřebném pro měření zesilovače.

Obr. 2. Obvod pro měření kmitočtové charakteristiky zesilovače Vlastní měření probíhá tak, že vždy změníme kmitočet, dostavíme vstupní napětí U1 na původní hodnotu a přečteme výstupní napětí U2. Kmitočet měníme po skocích, které nemusejí být rovnoměrné. Velikost těchto skoků řídíme podle toho, jak se v dané oblasti mění výstupní signál. V oblasti kmitočtů, kde je zesílení málo závislé na změnách kmitočtu, volíme skoky větší. Naopak v oblastech zlomů charakteristik volíme skoky malé. Výsledky měření zapisujeme do tabulky podle vzoru v tab. 1 (viz. příloha). Máme-li naměřené hodnoty výstupních napětí U2, zbývá ostatní vypočítat. Nejdříve počítáme hodnoty zesílení ( U1 je konstantní) a hodnoty zesílení A' doplníme do tabulky.

Nyní bychom již mohli nakreslit graf, ale bylo by třeba použít grafický papír s oběma logaritmickými stupnicemi. Ten však není nejvhodnější, proto převedeme dále hodnoty zesílení do logaritmického tvaru. Je to vyjádření zisku (nebo útlumu) v decibelech.

Hodnoty opět doplníme do tabulky. Protože nás však obvykle více než vlastní hodnota zisku (zesílení) zajímají změny oproti určité zvolené referenční hodnotě, budeme počítat tyto změny. Zvolíme proto určitý střední kmitočet jako

referenční (fR) a zisk při tomto kmitočtu označíme AR. U akustických zesilovačů se volí jako referenční kmitočet 1 kHz. Nyní je třeba vypočítat rozdíly A – AR (obojí v decibelech), které rovněž vyneseme do tabulky. Tyto rozdíly vyjadřují tedy odchylky zisku od zisku referenčního, se znaménkem plus kladné, se znaménkem minus záporné. Odchylky již můžeme vynášet do grafu tak, jak je vidět na obr. 3.

Obr. 3. Kmitočtová charakteristika nízkofrekvenčního zesilovače Papír používáme semilogaritmický a na lineární stupnici (svislou) zakreslujeme odchylky zisku v decibelech a na logaritmickou (vodorovnou) stupnici kmitočet. Při měření kmitočtových charakteristik zesilovačů není opět na škodu, budeme-li tvar výstupního napětí sledovat osciloskopem. Výstupní napětí musí být stále sinusové. Každá deformace tvaru (tvarové zkreslení) svědčí o přítomnosti harmonických kmitočtů, které kmitočtové měření zpochybňují. Zejména nesmíme dopustit, aby nastalo ořezávání amplitud sinusovky, což svědčí o příliš velkém vybuzení zesilovače.

Kontrola zesilovačů obdélníkovým napětím Velmi rychlá a názorná je kontrola zesilovačů při buzení obdélníkovým napětím. Stačí pro přibližné určení zesílení a rovněž nám dá představu o kmitočtovém pásmu, které zesilovač přenáší. Hodí se pro zkoušení zesilovačů, o kterých víme, jaké parametry mají mít a u nichž můžeme porovnávat dobrý a špatný zesilovač.

Obr. 4. Zapojení obvodu pro kontrolu zesilovače obdélníkovým napětím Zapojení měřicího obvodu je nakresleno na obr. 4. K buzení zesilovače použijeme generátor obdélníkového napětí, střídu volíme 1 : 1. Kmitočet je třeba nastavit přibližně do středu kmitočtového rozsahu, který určíme ze vztahu

kde fa a fh jsou dolní a horní mezní kmitočty zesilovače. Vstupní napětí volíme tak velké, aby zesilovač pracoval v lineární oblasti (při zvýšení vstupního napětí se musí úměrně zvýšit i výstupní napětí). Na výstupní svorky zesilovače připojíme předepsanou zátěž a osciloskop. Máme-li k dispozici dvoukanálový osciloskop, připojíme na jeden z kanálů i vstupní napětí zesilovače. Obraz stabilizujeme tak, abychom dobře viděli tvar obdélníků. Vhodně zvolíme měřítka, aby obrazy vstupního napětí a výstupního napětí měly zhruba stejnou amplitudu. Amplitudy vstupního a výstupniho napětí přečteme na stínítku a tím můžeme určit zesílení.

POZOR!!! V-metr na výstupu RC-generátoru ukazuje Uef, ale osciloskop ukazuje Umax.

Příloha

Tabulka 1. Vzor zápisu při měření kmitočtové charakteristiky

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. http://popular.fbmi.cvut.cz/elektrotechnika/Stranky/Polovodičové%20diody%20%20úvod,%20VA%20charakteristika.aspx http://popular.fbmi.cvut.cz/elektrotechnika/Stranky/default.aspx