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:
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.
