Laboratorní cvičení Distanční text

Tento produkt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Název projektu

Nové metody výuky mechatroniky, strojírenských oborů, mikroprocesorové techniky a ICT

Číslo projektu

CZ.1.07/1.1.02/01.0083

Název příjemce

Integrovaná střední škola - Centrum odborné přípravy, Brno, Olomoucká 61

Laboratorní cvičení Distanční text

Laboratorní cvičení

1 Celkový obraz O modulu Modul je určen pro žáky 2. ročníku, kteří studují předmět elektrická měření. Je určen pro praktickou výuku v laboratořích. Tato činnost doplňuje teoretický výklad v předmětu elektrická měření, jehož text je v předchozích modulech. Modul seznamuje žáky se základními pravidly bezpečnosti práce v laboratoři, s poskytováním první pomoci při úrazu elektrickým proudem, dále pak s postupem činnosti při praktických laboratorních cvičeních, s postupem při vypracování protokolu o měření a se zadáním vlastních laboratorních prací.

Pomůcky a nástroje ·

počítač

·

dataprojektor

·

zpětný projektor

·

kalkulátor

·

celkové vybavení pro praktické měření laboratorních úloh (laboratoř ELM)

Pravidla a konvence

1.9.2010

Strana 2/82


2 Obsah 1. Celkový obraz

2

2. Obsah

3

3. Bezpečnost práce

5

3.1 Provozní řád laboratoře elektrických měření

5

3.2 Zásady bezpečné práce v laboratoři

6

3.3 Fyziologické účinky elektrického proudu

6

3.4 Bezpečné hodnoty napětí, proudů a náboje

9

3.5 Autotest

9

3.6 Kontrolní otázky 4. První pomoc při úrazu elektrickým proudem

13 14

4.1 Činnost při poskytování první pomoci při úrazu elektrickým proudem

14

4.2 Autotest

17

4.3 Kontrolní otázky

18

5. Zásady rozmístění a použití přístrojů v laboratoři

19

5.1 Rozmístění měřicích přístrojů

19

5.2 Zapojování regulačních prvků

19

5.3 Zásady pro použití měřicích přístrojů

24

5.4 Zásady pro používání zdrojů

27

5.5 Zásady pro zapojení měřicích přístrojů a celého pracoviště

28

5.6 Stupnice analogových měřicích přístrojů

30

5.7 Autotest

33


36

6. Vypracování laboratorních úloh

37

6.1 Zápis z měření laboratorní úlohy - protokol

37

6.2 Vzorová laboratorní úloha

43

6.3 Autotest

47


48

7. Ověřování analogových měřicích přístrojů

49

7.1 Kontrola a cejchování

49

7.2 Zjištění vnitřního odporu

50

7.3 Autotest

51

1.9.2010

Strana 3/82



52

8. Zadání laboratorních úloh

53

8.1 Laboratorní úloha č. 1

53


56


59


62


66


69


73

8.8 Autotest

76


78

9. Literatura

80

10. Seznam správných odpovědí na autotesty

81

11. Rejstřík

82

1.9.2010

Strana 4/82


3 Bezpečnost práce Popis lekce: Lekce je určena pro žáky 2. ročníků. Seznamuje se základními pravidly bezpečnosti práce v laboratoři elektrických měření. Délka lekce: 45 minut Klíčová slova: izolovaný okruh, univerzální měřicí přístroje, milivoltmetry, školní počítačová síť, elektrická rána, elektrická stigmata. Motivace: Naučit žáka základním pravidlům bezpečnosti práce v laboratoři elektrických měření.

3.1 Provozní řád laboratoře elektrických měření 1. Vstup žáků do laboratoře je povolen jen za přítomnosti vyučujícího, který zde vykonává odborný dozor a žáci jsou povini striktně dodržovat jeho pokyny. 2. Svrchní oděv a tašky je nutné odložit na vyhrazené místo a do laboratoře přichází žáci přezutí. 3. V laboratoři je zakázána jakákoliv konzumace potravin či nápojů (včetně žvýkaček). 4. Před vstupem do laboratoře je každý student povinen odložit a uschovat kovové řetízky, náramky a prsteny. 5. Oděv a vlasy musí být upraveny tak, aby nemohly ovlivnit bezpečnost práce. 6. Žáci nesmějí provádět jakoukoliv manipulaci s předměty a zařízeními, které nejsou předmětem zadaných laboratorních cvičení nebo výuky. 7. Veškeré měřicí přístroje a zařízení se zapojují do zásuvek izolovaného okruhu (zásuvky nad úrovní stolů). Ostatní zásuvky se používají pouze pro zapojení počítačů. 8. Žáci mohou zapnout napájecí napětí do měřícího obvodu až po té, co vyučující zkontroluje příslušné zapojení a jen na jeho výslovný pokyn. 9. Po ukončení měření musí žáci napěťové zdroje a autotransformátory nastavit na nulové výstupní napětí, vypnout je a odpojit jejich síťovou šňůru ze zásuvky. 10. Po ukončení měření jsou žáci povini univerzální měřicí přístroje přepnout na nejvyšší napěťový stejnosměrný rozsah a milivoltmetry přepnout na nejvyšší měřicí rozsah. 11. Při práci s počítači dodržovat Pravidla pro používání školní počítačové sítě. 12. Všichni účastníci jakékoliv činnosti v laboratoři jsou povini řídit se zásadami bezpečnosti práce. 13. Jakýkoliv úraz jsou žáci povini ihned nahlásit vyučujícímu.

3.2 Zásady bezpečné práce v laboratoři 1.9.2010

Strana 5/82


1. Při práci se žáci řídí pouze pokyny vyučujícího. 2. Bez povolení vyučujícího žáci neopouštějí určené pracoviště. 3. Žáci se nedotýkají přístrojů a zařízení dokud k tomu nedostali pokyn. 4. Před zahájením vlastního měření jsou žáci povini seznámit se s obsluhou přístrojů. 5. Žáci mohou zapnout napájecí napětí do měřícího obvodu až po té co vyučující zkontroluje příslušné zapojení a jen na jeho výslovný pokyn. 6. Žáci nesmějí elektrická zařízení nikdy obsluhovat mokrýma rukama. 7. Žáci mají zakázáno připojovat uzemnění elektrických přístrojů na ústřední topení, vodovod, či jiná zařízení. 8. Je zakázáno, aby žáci snímali ochranné kryty přístrojů či prováděli jakoukoliv opravu na zařízení bez souhlasu odpovědného pracovníka (vyučujícího). 9. Žákům je zakázáno dotýkat se neizolovaných částí, kabelů a svorek zapojených do elektrického obvodu, je-li elektrický obvod pod napětím. 10. Źákům je zakázáno opravovat jakýmkoliv způsobem pojistky na místo jejich výměny a vyměňovat pojistky při zapnutém zařízení. 11. Žákům je zakázáno samostatně (bez přítomnosti vyučujícího) pracovat na zařízeních s nízkým či vysokým napětím.

3.3 Fyziologické účinky elektrického proudu Nejvhodnějšími opatřeními proti úrazu elektrickým proudem jsou preventivní opatření. Je to především znalost zacházení s elektrickým zařízením, dále znalost všech opatření k zajištění bezpečnosti při obsluze a práci na elektrickém zařízení. Ke zmenšení možnosti úrazu elektřinou přispívá také znalost účinků elektřiny na lidské tělo. Tyto účinky nazýváme také fyziologickými účinky a mohou být: ·

přímé, kdy nebezpečný proud prochází tělem člověka nebo jeho některou částí;

·

nepřímé, kdy elektrický proud neteče tělem člověka, ale jeho účinky bezprostředně působí škodlivě na lidský organismus (např. prostřednictvím elektrického oblouku vznikají popáleniny).

Elektrický proud svými tepelnými, chemickými, biologickými a mechanickými účinky může člověku způsobit vnitřní i vnější poškození organismu. Poškodí-li elektrický proud vnitřní orgány jen tak, že na místě vstupu a výstupu nezanechá znatelné stopy, hovoříme o tzv. elektrické ráně. Zpravidla se jedná o bezprostřední dotyk s částmi pod napětím, kdy elektrický odpor lidského těla je ještě velký a procházející proud malý. Objevují se příznaky slabšího stahování svalstva, prstů a rukou. Průvodními jevy a příznaky při průchodu proudu lidským tělem je: ·

zvonění v uších;

1.9.2010

Strana 6/82


·

záblesky světel a jasných míst před očima;

·

pocit tepla;

·

bolestivé stahy svalstva;

·

dočasné ochrnutí dýchacích orgánů;

·

nepravidelný srdeční tep;

·

rozkmitání srdečních komor (fibrilace).

Průchod většího proudu lidským tělem způsobuje při přehřátí periferního svalstva rychlé odpaření vody, které může způsobit až expansivní roztržení kůže. Dojde-li při průchodu k poškození vnějších částí těla, hovoříme o tzv. elektrických traumatech. Jedná se většinou o popáleniny všech stupňů, elektrická stigmata nebo tzv. elektrometalizaci kůže. Popáleniny se projevují ve formě zrůžovění (1. stupeň) či zpuchýření pokožky (2. stupeň) nebo ve formě seškvaření pokožky (3. stupeň) a v krajním případě zuhelnatění části těla. Nebezpečný je každý stupeň, je-li zasažena větší část těla. U elektrického oblouku může dojít k nebezpečnému ozáření zejména očí ultrafialovými a infračervenými paprsky intenzivního světelného záření. Elektrická stigmata se projevují jako skvrny či znaménka v místě dotyku. Mají tvar oválných pupínků ohraničených bílým nebo šedým lemem. Okolní kůže je tvrdá, žluté až žlutošedé barvy. Elektrická stigmata nejsou bolestivá ani se nezanítí. Elektrometalizací nazýváme nasycení kůže částečkami kovu, který se vlivem proudu (případně oblouku o vysoké teplotě) taví a odpaří. Postižený cítí pod pokožkou přítomnost cizího tělesa. Kůže má tmavý, drsný a hrubý povrch. Jsou sledovány též některé duševní poruchy. Vyskytují se u postižených bezprostředně po úrazu elektřinou (mohou trvat několik minut až hodin) nebo i později (do dvou až pěti měsíců po úrazu). Při úrazech elektřinou bývá zasažen nejdříve nervový systém, kdy motorické nervy reagují smrštěním svalů, při delším působení elektrického proudu pak dochází k bolestivým až křečovitým stahům svalů, a to především u srdečního a dýchacího ústrojí. Zasažení nervového systému se projevuje ve změně osobnosti ve smyslu povahových úchylek, zejména však měnícími se náladami. Při přímém působení elektrického proudu na lidský organismus rozhodují o závažnosti úrazu a jeho následcích tyto faktory: ·

cesta, kterou proud projde tělem;

·

velikost elektrického proudu a napětí;

·

doba působení elektrického proudu na organismus;

·

druh, tvar a kmitočet proudu;

·

fyzický a duševní stav člověka v okamžiku průchodu elektrického proudu tělem.

1.9.2010

Strana 7/82


Velikost proudu, který projde tělem, závisí přímo na napětí a nepřímo na výsledném odporu proudového obvodu, který tvoří tělo člověka. Velikost proudu procházejícího tělem je z hlediska závažnosti následků při zasažení elektřinou hlavním kritériem. Podrážděním svalového vlákna střídavým proudem nastává svalová křeč, která je nebezpečná zejména u hrudního svalstva, protože znemožní dýchání. Neméně nebezpečný je průchod střídavého proudu srdečním svalem. Srdce se buď křečovitě stáhne a zastaví, nebo vzniká tzv. fibrilace (rozkmitání) srdečních komor, která vede k poruše správné činnosti srdce. Kmitočet střídavého proudu přímo ovlivňuje vznik nebezpečné fibrilace srdce. Nebezpečí se zmenšuje až při kmitočtech vyšších než 1 kHz. Kmitočet 50 Hz je pro lidské tělo stejně nebezpečný jako kmitočet 1 kHz. Nebezpečí se podstatně snižuje u proudů s kmitočty řádově 10 kHz. Při kmitočtu 100 až 200 kHz přestávájí svalové tkáně na tyto velmi rychlé proudy reagovat. Takový proud pouze tkání prochází a jen ji prohřívá, čehož se využívá v moderním lékařství k elektroléčbě. Stejnosměrný proud způsobuje v těle elektrolytický pochod, který je příčinou rozkladu buněk. Větší proud (nad 100 mA) způsobuje mimo to i svalové křeče jako střídavý proud. Velké proudy mají za následek i těžké popáleniny. Nebezpečí úrazu elektrickým proudem je také závislé na velikosti napětí. Zasažení vysokým napětím končí často jen popálením, postižený bývá již při přiblížení odmrštěn. K fibrilaci srdce dochází velmi zřídka. Poranění způsobená vysokým napětím mívají však zákeřný charakter. Vedle vnějších popálenin se často vyskytují i nebezpečné spáleniny vnitřních orgánů a poškození svalů. Rozklad kyselého myoglobinu z poškozených svalů zásadně ovlivňuje správnou činnost ledvin a při přechodu myoglobinu do krve nastává otrava krve. Podstatně nebezpečnější je napětí nízké, které především následkem nepříznivého působení na srdeční činnost způsobuje větší počet smrtelných úrazů. Vyšší stejnosměrná napětí se blíží svými proudovými účinky napětím střídavým a asi od hodnoty 1000 V jsou dokonce nebezpečnější. Elektrický odpor těla není čistě ohmický, ale je dán součtem různých ohmických a malých kapacitních odporů. Tyto odpory jsou rozloženy nerovnoměrně a jsou proměnné. Mění se průchodem elektrického proudu vlivem elektrochemických změn ve složení tkání a vlivem polarizace napětí. Vzhledem k malým kapacitám lidského těla (asi 80 až 450 pF) a převládajícím ohmickým odporům se považuje pro praxi odpor lidského těla za ohmický. Činný odpor je představován odporem kožní vrstvy a kapacitou vnitřních tkání. Odpor pokožky je závislý na její tloušťce, jemnosti a stavu. Mění se v širokých mezích. Odpor kůže klesá se stoupající vlhkostí. Odpor lidského těla též klesá se zvyšujícím se napětím, což je pro úraz elektrickým proudem velmi nepříznivé. Tuto závislost je možné vysvětlit tím, že na povrchu kůže je jemná dielektrická vrstva, která se elektrickým napětím prorazí. Tím se znehodnotí její izolační schopnost. Odpor lidského těla také závisí na době působení elektrického proudu. Odpor velmi rychle klesá a proto při úrazu elektrickým proudem je třeba okamžitě zamezit průchodu proudu tělem. Výsledný odpor zvažovaný z hlediska úrazu elektrickým proudem je dán součtem jednotlivých za sebou řazených odporů. Jsou to zejména odpor lidského těla, odpor obuvi, rukavic a podobně. Přechodový odpor mezi tělem a zemí bývá asi 150 kΩ na suché půdě a v suchých botách a 2 kΩ na vlhké půdě a v mokrých botách. 1.9.2010

Strana 8/82


Důležitým činitelem při úrazu elektrickým proudem je psychický a fyzický stav postiženého. Únava, rozčilení, opilost, nemoc a jiné stavy nerovnováhy zeslabují odolnost organismu vůči účinkům elektrického proudu. Děti a ženy jsou na velikost elektrického proudu citlivější než muži.

3.4 Bezpečné hodnoty napětí, proudů a náboje Meze bezpečných malých napětí s ohledem na členění prostorů

Za živé části elektrických zařízení se považují ty části, které jsou určeny k vedení proudu nebo napětí, případně části, které jsou s nimi vodivě spojeny. Za neživé části elektrických zařízení se považují takové části dotyku přístupné vodivé části, které nejsou určeny k vedení proudu ani napětí. Je však možné, že při nahodilé poruše nebo při špatném zacházení s tímto zařízením, se na těchto částech může napětí objevit. Mezní hodnoty proudů a náboje Ustálený proud mezi částmi současně přístupnými dotyku, tekoucí odporem (činným) 2000 Ω, nesmí překročit 3,5 mA AC nebo 10 mA DC. Nahromaděný náboj mezi současně přístupnými částmi chráněnými ochrannou impedancí nesmí překročit 50 μC.

3.5 Autotest 12. Žáci smějí vstoupit do laboratoře: a. po zvonění; b. v době přestávky; c. za přítomnosti vyučujícího, který zde vykonává odborný dozor. 1.9.2010

Strana 9/82


13. V laboratoři je zakázáno: a. jíst; b. pít; c. jakákoliv konzumace potravin či nápojů. 14. Měřicí přístroje a zdroje se v laboratoři zapojí: a. do zásuvek izolovaného okruhu; b. do jakékoliv zásuvky v laboratoři; c. nezapojí se, vyučující je zapojí sám. 15. Žáci zapínají napájecí napětí do měřicího obvodu: a. sami; b. až výslovný pokyn vyučujícího; c. nezapínají, vyučující zapne napajécí napětí sám. 16. Po ukončení měření jsou žáci povinni univerzální analogové měřicí přístroje přepnout na: a. nejvyšší hodnotu veličiny, kterou měřili; b. nejvyšší napěťový stejnosměrný rozsah; c. nejvyšší proudový stejnosměrný rozsah; d. nejvyšší proudový střídavý rozsah. 17. V případě jakéhokoliv úrazu při měření jsou žáci povinni: a. nahlásit úraz vyučujícímu; b. odpojit měřený obvod od sítě; c. zavolat záchrannou službu. 18. Žáci se při práci: a. baví; b. řídí se pouze pokyny vyučujícího; c. bedlivě sledují výklad. 19. Pokud je obvod pod napětím, žáci: a. se mohou dotýkat neizolovaných částí a kabelů; b. se nesmí dotýkat neizolovaných částí a kabelů; c. se mohou dotýkat neizolovaných částí a kabelů, jen pokud je napětí v obvodu menší než 25 V. 20. Pojistky při zapnutém zařízení žáci: a. smějí vyměnit jen pod dozorem vyučujícího; b. nesmějí vyměnit; c. mohou vyměnit sami. 1.9.2010

Strana 10/82


21. Jaké jsou druhy fyziologických účinků elektrického proudu: a. zástava srdce; b. přímé a nepřímé; c. zástava dýchání. 22. Bezpečné napětí pro živé části u prostorů nebezpečných u stejnosměrného proudu má hodnotu: a. 50 V; b. 60 V; c. 25 V. 23. Bezpečné napětí pro živé části u prostorů nebezpečných u střídavého proudu má hodnotu: a. 25 V; b. 50 V; c. 60 V. 24. Bezpečné napětí pro živé části u prostorů normálních u střídavého proudu má hodnotu: a. 100 V; b. 50 V; c. 120 V. 25. Bezpečné napětí pro neživé části u prostorů nebezpečných u střídavého proudu má hodnotu: a. 120 V; b. 25 V; c. 50 V. 26. Bezpečné napětí pro neživé části u prostorů normálních u střídavého proudu má hodnotu: a. 120 V; b. 25 V; c. 50 V. 27. Bezpečné napětí pro neživé části u prostorů normálních u stejnosměrného proudu má hodnotu: a. 120 V; b. 50 V; c. 60 V. 28. Bezpečné napětí pro neživé části u prostorů nebezpečných u stejnosměrného proudu má hodnotu: a. 50 V; b. 120 V; 1.9.2010

Strana 11/82


c. 100 V. 29. Bezpečné napětí pro neživé části u prostorů zvlášť nebezpečných u stejnosměrného proudu má hodnotu: a. 60 V; b. 25 V; c. 12 V. 30. Bezpečné napětí pro živé části u prostorů zvlášť nebezpečných u střídavého proudu má hodnotu: a. 60 V; b. 12 V; c. 25 V. 31. Bezpečné napětí pro neživé části u prostorů zvlášť nebezpečných u střídavého proudu má hodnotu: a. 12 V; b. 60 V; c. 25 V. 32. Bezpečné napětí pro neživé části u prostorů zvlášť nebezpečných u stejnosměrného proudu má hodnotu: a. 60 V; b. 25 V; c. 12 V. 33. Hodnota ustáleného proudu, který ještě nezpůsobí úraz elektrickým proudem je u střídavého proudu: a. 10 mA; b. 3,5 mA; c. 25 mA. 34. Hodnota ustáleného proudu, který ještě nezpůsobí úraz elektrickým proudem je u stejnosměrného proudu: a. 25 mA; b. 3,5 mA; c. 10 mA. 35. Aby nevznikl úraz, velikost nahromaděného náboje nesmí překročit hodnotu: a. 25 μC; b. 50 μC; c. 100 μC. 1.9.2010

Strana 12/82


3.6 Kontrolní otázky 1. Vysvětlete, co to jsou a jak se projevují přímé fyziologické účinky elektrického proudu. 2. Vysvětlete, co to jsou a jak se projevují nepřímé fyziologické účinky elektrického proudu. 3. Vysvětlete, co to jsou elektrická stigmata. 4. Vysvětlete,které faktory při přímém působení elektrického proudu rozhodují o závažnosti úrazu. 5. Vysvětlete, co to jsou živé a neživé části elektrických zařízení. 6. Uveďte, hodnoty bezpečných napětí u střídavého i stejnosměrného proudu v závislosti na různých druzích prostoru a to jak u živých tak neživých částí. 7. Napište definici pro mezní hodnoty proudů. 8. Napište definici pro mezní hodnoty náboje.

1.9.2010

Strana 13/82


4 První pomoc při úrazu elektrickým proudem Popis lekce: Lekce je určena pro žáky 2. ročníku pracující v laboratoři elektrických měření. Seznamuje se zásadami poskytování první pomoci při úraze elektrickým proudem. Délka lekce: 30 minut Klíčová slova: umělé dýchání, nepřímá masáž srdce. Motivace: Naučit žáka zásady poskytnutí první pomoci při úrazu elektrickým proudem.

4.1 Činnost při poskytování první pomoci při úrazu elektrickým proudem Při poskytování první pomoci člověku zasaženému elektrickým proudem musíme jednat rychle, ale s rozmyslem a neukvapeně. Při poskytování první pomoci je nutné dodržet tento postup: ·

vyprostíme postiženého z dosahu elektrického proudu, nebo přerušíme jakýmkoliv spolehlivým způsobem proud procházející jeho tělem;

·

pokud postižený nedýchá, zavedeme ihned umělé dýchání (12-16 x za minutu);

·

jestliže postižený nemá hmatatelný srdeční tep, doplníme umělé dýchání ihned nepřímou masáží srdce (100 x za minutu);

·

přivoláme lékaře;

·

o nehodě uvědomíme příslušného vedoucího pracoviště (učitele).

Oživování (resuscitaci) provádíme do příjezdu lékaře (záchranné služby), nebo do úplného vyčerpání zachraňujících, případně dokud postižený nezačne spontánně dýchata má stabilizovaný krevní oběh. Při obnovení základních životních funkcí (reakce na podnět, normální pravidelné dýchání, pravidelný tep) uložíme postiženého do stabilizované polohy a neustále jej sledujeme.

1.9.2010

Strana 14/82


Obrázek: Kontrola pulzu u zraněného, který je ve stabilizované poloze Postup při poskytování první pomoci formou umělého dýchání z úst do úst Pokud postižený nedýchá, položíme ho na záda na tvrdou podložku (na zem) a odstraníme všechna podložení hlavy. Zakloníme jeho hlavu, otevřeme ústa postiženého a zkontrolujeme, zdali v nich není nějaký předmět, který by mohl bránit průchodnosti dýchacích cest. Jestliže ano, opatrně předmět z úst postiženého vyndáme, stiskneme nosní křídla postiženého a adekvátně vdechneme do jeho otevřených úst tak, aby se jeho hrudník zvedl. Když ucítíme odpor vzduchu, zbytečně nedýcháme více než je nutné (je však velmi nutné zaklonit mu hlavu z toho důvodu, že by mohl mít zapadlý kořen jazyka, který by nám bránil v umělém dýchání). Pak ústa oddálíme, necháme jej vydechnout a celý cyklus opakujeme v rytmu 12-16 x za minutu (1 vdech cca za 5 sec.)

1.9.2010

Strana 15/82


Obrázek: Dýchání z úst do úst Z estetických a hygienických (kvůli nemocem) důvodů použijeme resucitační roušku. Dá se sehnat v lékárně asi za 15 Kč a můžete ji u sebe pro každý případ nosit např. v peněžence.

Obrázek: Resuscitační rouška Postup při poskytování první pomoci formou nepřímé masáži srdce Pokud postižený nemá hmatatelný tep, položíme ho na tvrdou podložku (na zem), vyčistíme jeho ústní dutinu a provedeme uvolnění dýchacích cest, záklonem hlavy nebo předsunutím spodní čelisti. Přiložíme své ruce kolmo k tělu postiženého, přibližně doprostřed těla (cca mezi prsní bradavky) hrudníku, a energicky stlačujeme hrudník do hloubky 4 – 5 cm frekvencí 100/min, tedy téměř 2 × za sekundu. U dospělého zahájíme dvěma vdechy, třiceti stlačeními a pak zase dvěma vdechy. Pak pokračujeme v rytmu 30 stlačení a dva vdechy. U dětí (od 1 roku) nejprve pětkrát hluboce vdechneme a pak pokračujeme rovněž v rytmu 30 stlačení a dva vdechy. Stlačujeme jednou rukou, případně jen dvěma prsty přiměřeně velikosti a věku dítěte, do hloubky přibližně 1/3 1.9.2010

Strana 16/82


hrudníku.

Obrázek: Nepřímá masáž srdce

4.2 Autotest 9. Co musíme jako první udělat, pokud zjistíme, že je člověk zasažen elektrickým proudem: a. zavést umělé dýchání; b. vyprostit postiženého z dosahu elektrického proudu; c. přivolat lékaře. 10. Pokud postižený po zasažení elektrickým proudem nedýchá: a. přivoláme lékaře; b. zavedeme ihned umělé dýchání; c. začneme nepřímou masáž srdce. 11. Pokud postižený po zasažení elektrickým proudem nedýchá a nemá hmatatelný tep: a. přivoláme lékaře; b. zavedeme umělé dýchání a nepřímou masáž srdce; c. provedeme nepřímou masáž srdce. 1.9.2010

Strana 17/82


4.3 Kontrolní otázky 1. Napište postup činnosti při poskytování první pomoci člověku zsaženého elektrickým proudem. 2. Napište postup činnosti při poskytování umělého dýchání z úst do úst. 3. Uveďte postup činnsti při nepřímé masáži srdce.

1.9.2010

Strana 18/82


5 Zásady rozmístění a použití přístrojů v laboratoři Popis lekce: Lekce je určena žákům 2. ročníku. Seznamuje se zásadami, které je nutno dodržovat při rozmístění a zapojování přístrojů v laboratoři. Délka lekce: 90 minut Klíčová slova: měřicí přístroj, pracoviště, regulační prvky, zdroje. Motivace: Naučit žáka zásadám správného rozmístění a zapojování přístrojů v laboratoři.

5.1 Rozmístění měřicích přístrojů Měřicí přístroje, regulační prvky, pomocné přístroje a zkoušený předmět rozložíme na pracovišti podle schematu zapojení, a to tak, aby případné spojení bylo přehledné, vodiče se zbytečně nekřížily a přístroje byly dobře osvětleny. Na levou stranu pracoviště umístíme zdroj, vpravo od zdroje regulační prvek a dále doprava ostatní měřicí přístroje vzdálené od sebe asi 15 až 20 cm. Zkoušený předmět umístíme zcela vpravo nebo za měřicí přístroje. Měřicí přístroj, podle kterého budeme nastavovat vstupní veličinu, umístíme vedle regulačního prvku.

Obrázek: Rozmístění přístrojů na pracovišti

5.2 Zapojování regulačních prvků Zapojení regulačních prvků musí být provedeno tak, aby se dodržela bezpečnostní pravidla. Regulační prvky mají buď kruhovou nebo přímkovou regulační dráhu.

1.9.2010

Strana 19/82


Obrázek: Regulační prvek s kruhovou regulační dráhou

Obrázek: Regulační prvky s přímkovou regulační dráhou Regulační prvky s kruhovou regulační dráhou se musí zapojit tak, aby se při otáčení doprava výstupní napětí zvyšovalo. Při vytočení regulačního prvku zcela vlevo musí být výstupní napětí nulové. Regulační prvky s přímkovou regulační dráhou (válcové posuvné odpory) se zapojují tak, aby se výstupní napětí zvyšovalo při pohybu jezdce směrem od nás. Při stažení jezdce na doraz směrem k nám musí být výstupní napětí z regulačního prvku nulové. Aby se dodržela tato zásada, umisťujeme vždy válcový posuvný odpor na pracoviště tak, aby byl svými dvěma svorkami směrem od nás a jednou svorkou k nám.

1.9.2010

Strana 20/82


Obrázek: Špatné (vlevo) a správné (vpravo) umístění regulačního prvku na pracovišti

Obrázek: Schematická značka regulačního prvku s popisem vývodů Regulační prvky se mohou do měřicího obvodu zapojit jako: ·

reostat - jedná se o regulaci proudu; je zapojena jen vstupní svorka a jezdec;

Obrázek: Zapojení regulačního prvku s přímkovou regulační dráhou jako reostat

1.9.2010

Strana 21/82


Obrázek: Konkrétní zapojení regulačního prvku s přímkovou regulační dráhou jako reostat

Obrázek: Zapojení regulačního prvku s kruhovou regulační dráhou jako reostat ·

potenciometr - jedná se o regulaci napětí; jsou zapojeny všechny tři svorky.

1.9.2010

Strana 22/82


Obrázek: Zapojení regulačního prvku s přímkovou regulační dráhou jako potenciometr

Obrázek: Konkrétní zapojení regulačního prvku s přímkovou regulační dráhou jako potenciometr

1.9.2010

Strana 23/82


Obrázek: Zapojení regulačního prvku s kruhovou regulační dráhou jako potenciometr Svorka, na kterou je vyveden jezdec, je u regulačního prvku s přímkovou regulační dráhou barevně odlišena nebo označena velkým písmenem "J".

Obrázek: Označení jezdce u regulačních prvků s přímkovou regulační dráhou

5.3 Zásady pro použití měřicích přístrojů K měření používáme analogové a číslicové (digitální) měřicí přístroje. Většinou jde o tzv. univerzální měřicí přístroje, které měří více elektrických veličin. Analogové měřicí přístroje mají obvykle nejméně dvě vstupní svorky, pomocí kterých se zapojí do měřicího obvodu. Jedna z nich je označena znaménkem "+" a nebo červenou barvou, což představuje kladnou svorku pro měření stejnosměrných veličin.

1.9.2010

Strana 24/82


Obrázek: Značení svorek u analogových měřicích přístrojů Číslicové (digitální) měřicí přístroje mají kromě uvedeného symbolu ještě kladnou svorku označenou elektrickou veličinou (např. V, A, Ω). Záporná svorka bývá u těchto přístrojů označena nápisem "COM" nebo značkou pro zem "┴".

1.9.2010

Strana 25/82


Obrázek: Značení svorek u číslicových měřicích přístrojů U univerzálních měřicích přístrojů se přepínačem volí požadovaný měřicí rozsah a tím se taky určí, jakou elektrickou veličinu měříme. Měřicí rozsahy jsou u těchto přístrojů rozděleny do sekcí pro daný druh měřicí soustavy a pro jednotlivé měřené veličiny. Přístroje pak měří v jednotkách, které jsou uvedeny u zvoleného měřicího rozsahu (pozor při výpočtu konstanty u analogových měřicích přístrojů). Analogové (ručkové) měřicí přístroje (PU120, PU501) mají obvykle minimálně dvě stupnice a to jednu s dělením 0 až 10 a druhou s dělením 0 až 30. Velikost hodnot měřicích rozsahů je pak upravena tak, aby bylo možno podle zvoleného rozsahu určit vhodnou stupnici pro odečítání měřené veličiny a to tak, že pro rozsahy začínající číslicí 1 platí stupnice 0 až 10, a pro rozsahy začínající číslicí 3 (či jejími násobky) platí stupnice 0 až 30. Tím je konstanta přístroje jednoduše spočitatelná a umožňuje rychlý výpočet skutečné hodnoty měřené veličiny.

1.9.2010

Strana 26/82


Obrázek: Stupnice měřicích přístrojů PU501 a PU120 Při měření střídavých hodnot se doporučuje zapojit fázový vodič do kladné svorky měřicího přístroje a nulový (ochranný) vodič do svorky s nápisem "COM".

5.4 Zásady pro používání zdrojů Vyučující určuje, jaký typ zdroje bude zapotřebí k dané úloze. Po umístění zdroje na pracovišti zkontrolujeme, zda je jeho hlavní vypínač vypnutý (v poloze vypnuto). Výstupní svorky pro stejnosměrný proud jsou obvykle různě označeny. Kladná svorka červeně se značkou "+", záporná svorka černě či modře se značkou "-". U střídavého výstupu ze zdroje jsou obvykle svorky stejné barvy (nejčastěji černé) a bývá mezi nimi značka "~".

Obrázek: Příklady značení svorek u stejnosměrného (vlevo) a střídavého zdroje (vpravo) 1.9.2010

Strana 27/82


Zapnutý stav zdroje je signalizován světelně.

Obrázek: Zapnutý stejnosměrný zdroj P230R51D Pokud i při zapnutí vypínače není na zdroji výstupní napětí, je lépe zdroj vypnout a upozornit na tento stav vyučujícího. Při začátku měření i po jeho ukončení musí být u zdrojů všechny regulační prvky nastaveny na nejnižší hodnotu (vytočeny zcela vlevo).

5.5 Zásady pro zapojení měřicích přístrojů a celého pracoviště Pro zapojení pracoviště použijeme propojovací vodiče. Nejprve zapojíme tzv. proudový obvod, který je obvykle ve schematu zapojení zakreslen silnou čarou. Je to ta část obvodu, kudy teče elektrický proud. Zapojovat začneme na jedné svorce zdroje, zpravidla kladné, a od ní postupujeme na vstupní svorku regulačního prvku. Dále z jezdce regulačního prvku pokračujeme ke vstupní svorce ampérmetru. Z výstupní svorky ampérmetru pokračujeme na zkoušený předmět a dále pak zpět na výstupní svorku regulačního prvku. Z této výstupní svorky pak pokračujeme na zápornou svorku zdroje.

1.9.2010

Strana 28/82


Obrázek: Zapojení proudového obvodu Po zapojení proudového obvodu připojíme napěťové obvody, které jsou obvykle tvořeny voltmetrem, přičemž proudový obvod již nerozpojujeme.

1.9.2010

Strana 29/82


Obrázek: Zapojení proudového a napěťového obvodu - celého pracoviště Použijeme-li k napájení stejnosměrný zdroj, musíme dbát na jeho správnou polaritu. Při zapojování obvykle začneme na kladné svorce zdroje a postupně zapojujeme další přístroje, a to nejprve jejich kladnou svorku. Jako proudové vodiče používáme vodiče modré či hnědé barvy a pro napěťové vodiče použijeme vodiče červené či černé barvy. Zapojíme-li nesprávnou polaritu měřicího přístroje, vychýlí se jeho ukazatel od nuly doleva (říkáme "za roh"). V tomto případě musíme provést záměnu vodičů na svorkách přístroje. Při zapojování pracoviště platí, že každá spojovací čára ve schematu zapojení představuje propojovací vodič. Při zapojování voltmetru je zapotřebí si uvědomit, že připojovací vodič od voltmetru se zapojí na jeden nebo druhý konec vodiče proudového obvodu, a při nesprávném nastavení přístroje by mohlo dojít k jeho poškození.

5.6 Stupnice analogových měřicích přístrojů Stupnice analogových měřicích přístrojů musí obsahovat: ·

značku měřené veličiny;

·

značku měřicí soustavy;

1.9.2010

Strana 30/82


·

třídu přesnosti;

·

značku zkušebního napětí;

·

značku druhu proudu;

·

značku polohy stupnice při měření;

·

výrobní číslo;

·

značku výrobce;

·

další potřebné údaje (např. vnitřní odpor voltmetru).

Obrázek: Údaje na stupnici analogového měřicího přístroje

1.9.2010

Strana 31/82


Obrázek: Stupnice feromagnetického voltmetru

1.9.2010

Strana 32/82


Obrázek: Značky na stupnici analogového měřicího přístroje

5.7 Autotest 4. Při rozmístění přístrojů na pracovišti umisťujeme zdroj vždy: a. vlevo; b. vpravo; c. je jedno kde ho umístíme. 5. Zkoušený předmět na pracovišti umisťujeme: a. zcela vlevo; 1.9.2010

Strana 33/82


b. je jedno, kde jej umístíme; c. zcela vpravo nebo za měřicí přístroje. 6. Měřicí přístroj, podle kterého budeme nastavovat vstupní veličinu, umístíme: a. zcela vlevo; b. vedle regulačního prvku; c. vedle zkoušeného předmětu. 7. Regulační prvky s kruhovou regulační dráhou zapojujeme: a. tak, aby se při otáčení doprava výstupní napětí snižovalo; b. tak, aby se při otáčení doprava výstupní napětí zvyšovalo; c. libovolně. 8. Regulační prvky s přímkovou regulační dráhou zapojujeme: a. tak, aby se při pohybu jezdce směrem k nám výstupní napětí zvyšovalo; b. tak, aby se při pohybu jezdce směrem k nám výstupní napětí snižovalo; c. libovolně. 9. Regulační prvky s přímkovou regulační dráhou umisťujeme na pracoviště: a. tak, aby svými dvěma svorkami byly směrem od nás; b. tak, aby svými dvěma svorkami byly směrem k nám; c. libovolně. 10. Regulační prvek s kruhovou regulační dráhou má jezdec vyveden na vývod: a. vlevo; b. vpravo; c. uprostřed. 11. Kladná svorka je u analogových měřicích přístrojů označena barvou: a. modrou; b. červenou; c. černou. 12. U kladné svorky je u analogových měřicích přístrojů znaménko: a. -; b. +; c. =. 13. Číslicové měřicí přístroje mají ještě kladnou svorku: a. označenou nápisem COM; b. označenou příslušnou elektrickou veličinou; 1.9.2010

Strana 34/82


c. označenou značkou "┴". 14. Číslicové měřicí přístroje mají zápornou svorku označenou: a. nápisem COM nebo značkou "┴"; b. příslušnou elektrickou veličinou; c. jiným nápisem. 15. Stejnosměrný zdroj má svorky označeny: a. znaménkem "~"; b. znaménky + a -; c. žádným označením. 16. Střídavý zdroj má svorky označeny: a. znaménkem "~"; b. znaménky + a -; c. jiným označením. 17. Stejnosměrný zdroj má obvykle svorky označený barvou: a. zelenou; b. červenou a modrou; c. černou. 18. Střídavý zdroj má obvykle svorky označeny barvou: a. červenou a modrou; b. černou; c. zelenou a černou. 19. Při začátku měření musí být všechny regulační prvky na zdrojích: a. staženy na minimální hodnotu napětí; b. zcela vytočeny na maximální hodnotu napětí; c. v polovině své dráhy. 20. Při vlastním zapojování měřícího pracoviště zapojujeme: a. nejprve napěťový obvod; b. nejprve proudový obvod; c. oba obvody současně. 21. Při vlastním zapojování pracoviště použijeme pro napěťové obvody vodiče barvy: a. modré a hnědé; b. červené a černé; c. libovolné. 1.9.2010

Strana 35/82


22. Při vlastním zapojování pracoviště použijeme pro proudové obvody vodiče barvy: a. modré a hnědé; b. červené a černé; c. libovolné.

5.8 Kontrolní otázky 1. Vysvětlete, jaké dodržujeme zásady při rozmístění přístrojů na pracovišti. 2. Vysvětlete, jakým způsobem zapojujeme regulační prvky s kruhovou regulační drahou. 3. Vysvětlete, jakým způsobem zapojujeme regulační prvky s přímkovou regulační drahou. 4. Nakreslete schema zapojení elektrického obvodu se zdrojem, spotřebičem a regulačním prvkem ve kterém se nachází regulace proudu. 5. Nakreslete schema zapojení elektrického obvodu se zdrojem, spotřebičem a regulačním prvkem ve kterém se nachází regulace napětí. 6. Uveďte, jakými způsoby je označen jezdec uregulačních prvků s přímkovou regulační drahou. 7. Uveďte způsoby, jak bývají označeny svorky analogových a digitálních měřicích přístrojů. 8. Uveďte způsoby, jakými bývají označeny svorky u střídavých a stejnosměrných zdrojů. 9. Vysvětlete, v jaké poloze musí být všechny regulační prvky na zdrojích při začátku měřění a proč. 10. Uveďte, jak postupujeme při zapojování pracoviště a jaké barvy vodičů používáme. 11. Vyjmenujte, jaké údaje obvykle musí obsahovat stupnice analogového měřicího přístroje.

1.9.2010

Strana 36/82


6 Vypracování laboratorních úloh Popis lekce: Lekce je určena pro žáky 2. ročníku. Seznamuje se způsobem vypracování laboratorní úlohy (protokolu). Délka lekce: 90 minut Klíčová slova: laboratorní protokol, vzorová laboratorní úloha. Motivace: Způsob záznamu z laboratorního měření.

6.1 Zápis z měření laboratorní úlohy - protokol Z každého měření laboratorní úlohy se vypracovává zápis z vlastního měření - laboratorní protokol. Tento zápis se píše technickým písmem a to buď do sešitu nebo do zvláštního formuláře, který po skončení každé laboratorní úlohy rozdá učitel. Náležitosti laboratorního protokolu Každá laboratorní úloha musí být očíslována, např. Laboratorní úloha č. 1 1) NÁZEV ÚLOHY: Měření parametrů telefonní žárovky. 2) ZADÁNÍ: Změřte závislost výkonu a odporu na napětí u telefonní žárovky. 3) TEORETICKÝ ROZBOR (obsahuje): ·

údaje o měřeném objektu;

·

údaje o zapojení měřicích přístrojů vzhledem k měřenému objektu;

·

popis zvolené měřicí metody;

·

popis zapojení vzhledem k možným chybám v měření;

·

potřebné vztahy pro výpočet, včetně jednotek s vysvětlením symbolů jednotlivých veličin;

·

teoretické závislosti měřených veličin.

4) SCHÉMA ZAPOJENÍ (kreslí se tužkou podle pravítka za použití elektrotechnických značek):

1.9.2010

Strana 37/82


Obrázek: Principielní schéma zapojení úlohy 5) POUŽITÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE: Na prvním místě uvádíme vždy údaje o zkoušeném předmětu. Po něm následují údaje o měřicích přístrojích, po zápise všech měřicích přístrojů následují údaje o regulačních prvcích a nakonec údaje o zdrojích. Příklad obecného zápisu: ·

Zkoušený předmět: označení ve schématu, název, typ, soustava, rozsah, třída přesnosti, výrobce, výrobní číslo, vedlejší údaje;

·

Měřicí přístroje: označení ve schématu, název, typ, soustava, rozsah, třída přesnosti, výrobce, výrobní číslo, vedlejší údaje;

·

Regulační prvky: označení ve schématu, název, typ, rozsah, výrobce, výrobní číslo, vedlejší údaje;

·

Zdroje: označení ve schématu, název, typ, rozsah, výrobce, výrobní číslo.

Příklad konkrétního zápisu: ·

Zkoušený předmět: Ž, žárovka, telefonní, -, 24 V / 50 mA, -, Tesla, v. č. = 1, -;

·

A, ampérmetr, C4311, soustava magnetoelektrická, (0,3÷7500) mA, tř. př. = 0,5, USSR, v. č. = 4591, UAmax = 0,66 V;

·

V, voltmetr, DU10, soustava magnetoelektrická, (3÷600) V, tř. př. = 1,5, Metra Blansko, v. č. = 7410120, Rivv = 50 kΩ / V;

·

R, reostat, drátový, 1850 Ω / 0,25 A, Metra Blansko, v. č. = 1078;

·

S. Z., stabilizovaný zdroj, P230R51D, 2x (0÷30) V / (0÷4) A, Diametral, v. č. = 1168.

6) POSTUP MĚŘENÍ: V této části protokolu stručně popisujeme, v jakých mezích jsme nastavovali měřenou veličinu, případně, jak jsme postupovali při měření. Například po kontrole správnosti zapojení učitelem a nastavení maximálních rozsahů na přístrojích jsme začali měřit. Napětí na žárovce jsme nastavovali v rozmezí 1 V až 23 V po 2 V. Ke všem nastaveným hodnotám napětí na voltmetru jsme odečetli na ampérmetru příslušné výchylky proudu. Všechny nastavené, odečtené a vypočtené hodnoty jsme zapsali do předem připravené tabulky a naměřené závislosti jsme vynesli do grafu. 7) TABULKA NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT (pro zkoušený předmět včetně 1.9.2010

Strana 38/82


výrobního čísla) PRO TELEFONNÍ ŽÁROVKU TESLA 24 V / 50 mA, V. Č. = 1

Tabulku rýsujeme tužkou podle pravítka (bez kót). Vypisujeme ji propiskou, čísla nepřepisujeme. Do horního pravého rohu nad tabulku píšeme aktuální teplotu v místnosti, kde provádíme měření. 8) PŘÍKLAD VÝPOČTU (N-TÉHO) 1. ŘÁDKU:

Při zápisu postupujeme tak, že si vybereme z tabulky libovolný jeden řádek a pro něj uvedeme způsob výpočtu. Vždy uvedeme obecný vztah pro výpočet dané veličiny, pak dosazení do vztahu (v základních jednotkách SI) a nakonec výpočet. Pokud se ve vztahu vyskytují zlomky, nejprve je vypočteme a pak uvedeme celkový výsledek. Uvedené výsledky v tomto příkladu výpočtu se musí shodovat s hodnotami v tabulce v příslušném řádku. 1.9.2010

Strana 39/82


9) GRAFICKÉ ZNÁZORNĚNÍ NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT (pro zkoušený předmět včetně v. č.) PRO TELEFONNÍ ŽÁROVKU TESLA 24 V / 50 mA, V. Č. = 1 Při sestrojování grafů používáme křivítko, pravítko a milimetrový papír. Grafy rýsujeme tužkou. Pro grafické znázorňování závislosti elektrických veličin platí zásada, že se graficky znázorňuje závislost získané závisle veličiny (tj. veličiny odměřené nebo vypočtené) na vstupní nezávislé veličině, která je obvykle zadaná. Nezávislá veličina se vždy vynáší na vodorovnou osu x ve zvoleném měřítku a závislá veličina se vždy vynáší na svislou osu y (svislé osy) ve zvoleném měřítku. Pro grafické znázornění nejprve stanovíme měřítka a to nejprve pro nezávislou veličinu, kdy měřítko bývá obvykle stanoveno jako nastavovaná hodnota veličiny na 1 cm osy. Pro závislou veličinu výcházíme při stanovení měřítka vždy z největší naměřené nebo vypočtené hodnoty dané elektrické veličiny. Měřítko pak volíme takové, aby na jednotku zvolené délky připadala vždy stejná hodnota elektrické veličiny. Na svislou osu vyneseme vždy jako poslední hodnotu nejblíže vyšší hodnotu ve zvoleném měřítku vzhledem k hodnotě získané (naměřené) veličiny. Snažíme se také, aby bylo co nejlépe využito místo a proto si zvolíme nejvhodnější měřítka obou os tak, aby graf byl co nejdetailnější a měřítka na obou osách byla lineární. Při zvolení měřítka využíváme násobky dvou, čtyř, pěti, deseti a podobně. Nepoužíváme násobky tří. Při kreslení grafů dodržujeme obecné zásady technického kreslení (technické dokumentace). Tloušťka čar: ·

osy ......................................................................................... 30 %;

·

šipky, popis veličin, popis os, křížky, dělení os ..................... 50 %;

·

křivky, nadpis grafu, popis křivek .......................................... 100 %.

Výška písma: ·

popis dělení os ...................................................................... 50 %;

·

popis veličin .......................................................................... 75 %;

·

nadpis grafu, popis křivek ..................................................... 100 %.

Vlastní průběh závislosti sestrojíme tak, že odpovídající si hodnoty nezávislé a závislé veličiny označíme křížky o rozměrech 4 x 4 mm. Průběh závislosti pak sestrojíme tak, že vedeme křivku (obvykle podle křivítka) tak, že spojíme křížky. Pokud křivka neprochází všemi křížky, proložíme ji tak, aby byl zhruba stejný počet křížků nad křivkou jako pod křivkou. Nakonec křivku popíšeme. Velikost nadpisu (výšky 100 %) i tloušťku nadpisu (tl. = 100 %) si volíme sami a ostatní hodnoty jsou již v příslušných procentech.

1.9.2010

Strana 40/82


10) ZÁVĚR MĚŘENÍ (ÚLOHY) V této poslední části protokolu, kterou někdy také nazýváme posudek výsledku, zhodnocujeme celé měření případně vypíšeme naměřené hodnoty. Dále v této části uvádíme: ·

popis průběhu naměřených a vypočtených závislostí (např. křivka má logaritmický průběh);

·

popis a výpis důležitých zjištěných hodnot (např. odpor žárovky při 0 V, který zjistíme z grafu);

·

zhodnocení naměřených závislostí a průběhu měření;

·

zdůvodnění chyb.

Vzorovou laboratorní práci vypracováváme do sešitu a ostatní laboratorní práce (úlohy) vypracováváme do předtištěného formuláře protokolu. V tomto formuláři vypisujeme datum měření (do pole dne) a pokud se vejdou všechny údaje do pole zkoušený předmět, nemusíme jej uvádět již na prvním místě v poli měřicí přístroje.

1.9.2010

Strana 41/82


Obrázek: Předtištěný formulář protokolu

1.9.2010

Strana 42/82


6.2 Vzorová laboratorní úloha 1) NÁZEV ÚLOHY: Měření parametrů telefonní žárovky 2) ZADÁNÍ: Zjistěte, jak se mění odpor a výkon spotřebovaný na žárovce, mění-li se její napájecí napětí. Měření uskutečněte na telefonní žárovce Tesla 24 V / 50 mA. Graficky vyjádřete závislost výkonu a odporu na napětí, tedy P = f(U) a R = f(U). Z vynesené grafické závislosti určete odpor žárovky při 0 V. 3) TEORETICKÝ ROZBOR: Žárovka je spotřebič, u něhož se využívá toho, že po rozžhavení vlákna dochází k uvolnění světelné energie. Hlavní částí žárovky je vlákno, které může být z různého materiálu (wolfram, uhlík). Průchodem proudu vláknem dochází k ohřevu vlákna a tím i ke změně jeho odporu dle vztahu:

kde Rθ je konečný odpor žárovky po zahřátí [Ω]; R0 je počáteční odpor žárovky [Ω]; α je teplotní součinitel odporu [K-1], který je dán materiálem vlákna žárovky; Δθ je rozdíl konečné a počáteční teploty [K]. Celkový odpor žárovky RZ vypočteme z Ohmova zákona dle vztahu:

kde UZ je napětí na žárovce [V]; IZ je proud procházející žárovkou [A]. Protože žárovka má malý odpor, tj. do 1 kΩ, volíme pro měření takové schéma zapojení, kdy voltmetr je připojen paralelně ke spotřebiči (žárovce), tedy za ampérmetrem. Jako voltmetr i ampérmetr použijeme měřicí přístroje DU10, které mají vnitřní odpor Rivv = 50 kΩ / V rozsahu pro voltmetr a celkový úbytek napětí UAmax = 0,9 V na rozsah u ampérmetru. Z důvodu, že ampérmetr v tomto zapojení měří celkový proud tekoucí jak žárovkou tak i voltmetrem, musíme pro přesný výpočet odporu žárovky RZ provést tzv. korekci nebo-li opravu na voltmetr (I. Kirchhoffův zákon). Přesná hodnota odporu žárovky RZ je pak dána vztahem:

kde RZ je celkový odpor žárovky po korekci [Ω]; 1.9.2010

Strana 43/82


U je napětí nastavené na voltmetru [V]; IA je proud odečtený z ampérmetru [A]; Rivv je celkový vnitřní odpor voltmetru na 1 V rozsahu [Ω / V]; MR je nastavená velikost konkrétního měřicího rozsahu na voltmetru [V]. Celkový měřený výkon je pak dán vztahem:

Takto vypočtený výkon se rozdělí na výkon na voltmetru a na výkon na žárovce. Abychom nemuseli složitě vypočítávat výkon na voltmetru a odečítat jeho hodnotu od celkového měřeného výkonu, použijeme pro výpočet výkonu na žárovce PZ vztah:

kde PZ je skutečný spotřebovaný výkon žárovkou [W]; U je napětí nastavené na voltmetru [V]; RZ je celkový odpor žárovky po korekci [Ω]. 4) SCHÉMA ZAPOJENÍ:

5) POUŽITÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE: ·

Zkoušený předmět: Ž, žárovka, telefonní, 24 V / 50 mA, Tesla, v. č. = 1;

·

A, ampérmetr, DU10, soustava magnetoelektrická, (0,12÷6000) mA, tř. př. = 1,5, Metra Blansko, v. č. = 7410120, UAmax = 0,9 V;

·

V, voltmetr, DU10, soustava magnetoelektrická, (3÷600) V, tř. př. = 1,5, Metra Blansko, v. č. = 7667271, Rivv = 50 kΩ / V;

·

S. Z., stabilizovaný stejnosměrný zdroj, P230R51D, 2 x (0÷30 V / 0÷4 A), 5 V / 3 A, Diametral, v. č. = 2202046.

6) POSTUP MĚŘENÍ: Po kontrole správnosti zapojení učitelem maximálních rozsahů na přístrojích jsme začali měřit. 1.9.2010

Strana 44/82


Napětí jsme nastavovali od 0,5 V do 2 V po 0,5 V; od 2 V do 6 V po 1 V; od 6 V do 12 V po 2 V; od 12 V do 24 V po 4 V. Ke každé hodnotě nastaveného napětí na voltmetru jsme z ampérmetru odečetli příslušnou výchylku proudu. Všechny naměřené a vypočtené hodnoty jsme zapsali do předem připravené tabulky. 7) TABULKA NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT PRO TELEFONNÍ ŽÁROVKU TESLA 24 V / 50 mA V. Č. = 1

1.9.2010

Strana 45/82


Konkrétní hodnoty nastavovaných napětí ve voltech zadává vyučující. Žáci si musí tyto hodnoty přepočítat na velikost výchylky α v dílcích u příslušných zvolených měřicích rozsahů. Velikosti výchylek α by měly odpovídat pravidlům správného měření (výchylka přístroje má být ve druhé polovině stupnice).

1.9.2010

Strana 46/82


8) PŘÍKLAD VÝPOČTU N-TÉHO ŘÁDKU 9) GRAFICKÉ ZNÁZORNĚNÍ NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT PRO TELEFONNÍ ŽÁROVKU TESLA 24 V / 50 mA V. Č. = 1 10) ZÁVĚR MĚŘENÍ Vzorovou laboratorní úlohu vypracovávají žáci do sešitu včetně grafu na milimetrovém papíře, který se do sešitu vlepí. Tato práce musí být bezpodmínečně hotova do následujícího laboratorního cvičení po vlastním měření.

6.3 Autotest 12. Zápis z laboratorního měření provádíme: a. psacím písmem; b. technickým písmem; c. libovolným písmem. 13. Schéma zapojení kreslíme: a. propiskou od ruky; b. tužkou podle pravítka; c. tužkou od ruky. 14. Při zápisu použitých měřicích přístrojů uvádíme vždy na prvním místě údaje: a. o měřicích přístrojích; b. zdrojích; c. zkoušeném předmětu; d. regulačních prvcích. 15. Tabulku naměřených a vypočtených hodnot kreslíme: a. tužkou podle pravítka; b. propiskou od ruky; c. tužkou od ruky. 16. Při uvedení příkladu výpočtu provedeme příklad výpočtu: a. prvního řádku; b. posledního řádku; c. libovolného řádku. 17. Při výpočtu veličin v laboratorním protokolu dosazujeme veličiny do vztahů: a. v libovolných jednotkách; b. v základních jednotkách soustavy SI. 18. Při kreslení grafů používáme pro osy tloušťku čáry: 1.9.2010

Strana 47/82


a. 50 %; b. 30 %; c. 100 %. 19. Pro popis naměřených křivek používáme u grafů tloušťku čáry: a. 50 %; b. 30 %; c. 100 %. 20. Pro popis naměřených veličin používáme u grafů výšku písma: a. 50 %; b. 75 %; c. 100 %. 21. Pro nadpis grafu používáme výšku písma: a. 50 %; b. 75 %; c. 100 %. 22. Vzorovou laboratorní práci vypracováváme: a. na zvláštní papír; b. do předtištěného formuláře; c. do sešitu.

6.4 Kontrolní otázky 1. Popište, jakými zásadami se řídíme při vyhotovení zápisu z laboratorního měření. 2. Uveďte, jaké tloušťky čar používáme pro kreslení grafu. 3. Uveďte, jaké výšky písma používáme při kreslení grafu.

1.9.2010

Strana 48/82


7 Ověřování analogových měřicích přístrojů Popis lekce: Lekce je určena žákům 2. ročníku. Seznamuje s kontrolou a cejchováním analogových měřicích přístrojů. Délka lekce: 45 minut Klíčová slova: kontrolovaný přístroj, kontrolní přístroj, hlavní dílky stupnice, korekce, korekční křivka. Motivace: Naučit žáky provádět kontrolu a cejchování analogových měřicích přístrojů.

7.1 Kontrola a cejchování Měřicí přístroje ztrácejí časem častým přetěžovváním či neodborným zacházením svoji přesnost. Ověřování (kontrola, cejchování) analogového měřicího přístroje je proces, při němž zjišťujeme, zda přístroj vyhovuje dané třídě přesnosti. Měřicí přístroje by se měly ověřovat alespoň jednou za dva roky a přesné laboratorní přístroje ještě častěji. Měřicí přístroje třídy přesnosti 1 až 5 ověřujeme pomocí přesných ručkových či digitálních přístrojů alespoň o jednu třídu přesnosti vyšší lépe však přístroji třídy přesnosti 0,1 až 0,2. Při vlastním měření se snažíme, aby výchylka přesného (kontrolního) přístroje byla stále alespoň ve druhé půlce stupnice. Přistroje třídy přesnosti 0,1 až 0,5 se kontrolují pomocí přesných digitálních voltmetrů, normálů či kompenzátorů, jejichž třída přesnosti bývá 0,01 až 0,05. Měření by se mělo provádět za přesně předepsaných podmínek (teplota, ...) a bez rušivých vlivů (otřesy, rušivé elektromagnetické pole, ...). Průběh ověřování analogových měřicích přístrojů je dán normou. Při kontrole a cejchování měřicích přístrojů kontrolujeme: ·

mechanické vlastnosti - tj. nastavení nuly a plynulost pohybu ručky;

·

elektrické vlastnosti - měřenou veličinu měníme pozvolna jedním směrem a to od minima k maximu a zpět.

Kontrola se provádí tak, že na měřeném, kontrolovaném (nepřesném) přístroji nastavujeme hodnoty napětí či proudů odpovídající hlavním dílkům stupnice a na přesném (kontrolním normálovém) přístroji odečítáme hodnoty správné. Z naměřěných hodnot na kontrolovaném přístroji (M) a na správném přístroji (S) vypočteme pro každý hlavní dílek absolutní chybu Δm dle vztahu: Korekci k0 pro každý hlavní dílek stupnice vypočteme dle vztahu:

1.9.2010

Strana 49/82


Hodnotu korekce můžeme vyjádřit v dílcích nebo v jednotkách měřené veličiny. Velikost korekce pro jednotlivé hlavní dílky stupnice pro oba směry měření vyneseme do grafu. Tento graf se nazývá korekční křivka. Je to tedy závislost korekce (někdy se udává i absolutní chyba) na hlavních dílcích stupnice.

Obrázek: Korekční křivky pro kontrolu měřicího rozsahu 60 V u měřidla DU10 Třídu přesnosti kontrolovaného měřidla vypočteme pomocí absolutní hodnoty největší absolutní chyby ΔMAX a měřicího rozsahu nastaveného na kontrolovaném měřidle MR dle vztahu:

Výsledek zaokrouhlíme na nejbližší vyšší stupeň z řad tříd přesnosti (0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5). Pokud se námi zjištěná třída neshoduje s údajem na stupnici přístroje, musíme nechat přístroj opravit nebo jej zařadit do jiné třídy přesnosti. Přístroj pak používáme na méně přesná měření, při nichž jeho přesnost vyhovuje.

7.2 Zjištění vnitřního odporu Při ověřování vlastností analogových měřicích přístrojů často potřebujeme zjistit vnitřní odpor 1.9.2010

Strana 50/82


přístroje. Abychom nepoškodili zkoušený měřicí přístroj, používáme pro zjištění vnitřního odporu tzv. srovnávací metodu. Přístroj připojíme na regulovaný zdroj napětí U přes odporovou dekádu R. Nejprve odporovou dekádu vyřadíme (zkratujeme) a zdrojem nastavíme maximální výchylku na měřeném přístroji, potom už napětí neměníme. Při tomto napětí nastavíme na odporové dekádě R takovou hodnotu, kdy je výchylka na přístroji poloviční. Ze znalostí základů elektrotechniky víme, že jedna polovina nastaveného napětí je na přístroji a druhá je na odporové dekádě. Z uvedeného vyplývá, že hodnota odporu měřicího přístroje je rovna hodnotě nastavené na odporové dekádě, ze které odečteme hodnotu odporu měřeného přístroje.

Obrázek: Schéma zapojení pro zjištění vnitřního odporu měřicího přístroje

7.3 Autotest 4. Kontrolou a cejchováním nazýváme proces, kdy zjišťujeme: a. jestli přístroj měří; b. jestli u přístroje nedrhne ručka; c. jestli přístroj vyhovuje dané třídě přesnosti. 5. Při kontrole a cejchování zjišťujeme, jaké jsou: a. mechanické vlastnosti měřidla; b. elektrické vlastnosti měřidla; c. mechanické a elektrické vlastnosti měřidla. 6. Korekční křivka je závislost: a. měřené hodnoty na hlavních dílcích stupnice; b. absolutní chyby na hlavních dílcích stupnice; c. relativní chyby na hlavních dílcích stupnice. 7. Pokud chceme kontrolovat měřicí přístroj s třídou přesnosti 2,5 %, musí mít kontrolní přístroj třídu přesnosti alespoň: a. 2,5 %; b. 1,5 %; c. 5 %. 1.9.2010

Strana 51/82


8. Při zjišťování vnitřního odporu měřidla použijeme: a. ohmmetr; b. odporovou dekádu; c. další voltmetr a ampérmetr.

7.4 Kontrolní otázky 1. Vysvětlete, z jakých důvodů se dělá kontrola a cejchování analogových měřicích přístrojů. 2. Vyjmenujte, co všechno provádíme při kontrole a cejchování analogového měřicího přístroje. 3. Napište vztah pro výpočet třídy přesnosti z údajů, které jsme získali při kontrole a cejchování. 4. Uveďte postup činnosti při zjišťování vnitřního odporu měřicího analogového přístroje.

1.9.2010

Strana 52/82


8 Zadání laboratorních úloh Popis lekce: Lekce je určena žákům 2. ročníku, kteří se seznámili s předcházejícími lekcemi. Slouží jako obecné zadání laboratorních úloh, které žáci mají změřit ve 2. ročníku v předmětu elektrická měření. Délka lekce: 420 minut Klíčová slova: kontrola a cejchování, voltmetr, ampérmetr, měření rezistorů, měření kapacit, měření cívek. Motivace: Poskytnout žákům ucelený přehled laboratorních úloh, které musí změřit v průběhu 2. ročníku.

8.1 Laboratorní úloha č. 1 NÁZEV ÚLOHY: Měření parametrů telefonní žárovky ZADÁNÍ: Zjistěte, jak se mění odpor a výkon spotřebovaný na žárovce, mění-li se její napájecí napětí. Měření uskutečněte na telefonní žárovce Tesla 24 V / 50 mA. Graficky vyjádřete závislost výkonu a odporu na napětí, tedy P = f(U) a R = f(U). Z vynesené grafické závislosti určete odpor žárovky při 0 V. TEORETICKÝ ROZBOR: Žárovka je spotřebič, u něhož se využívá toho, že po rozžhavení vlákna dochází k uvolnění světelné energie. Hlavní částí žárovky je vlákno, které může být z různého materiálu (wolfram, uhlík). Průchodem proudu vláknem dochází k ohřevu vlákna a tím i ke změně jeho odporu dle vztahu:

kde Rθ je konečný odpor žárovky po zahřátí [Ω]; R0 je počáteční odpor žárovky [Ω]; α je teplotní součinitel odporu [K-1], který je dán materiálem vlákna žárovky; Δθ je rozdíl konečné a počáteční teploty [K]. Celkový odpor žárovky RZ vypočteme z Ohmova zákona dle vztahu:

kde UZ je napětí na žárovce [V]; 1.9.2010

Strana 53/82


IZ je proud procházející žárovkou [A]. Protože žárovka má malý odpor, tj. do 1 kΩ, volíme pro měření takové schéma zapojení, kdy voltmetr je připojen paralelně ke spotřebiči (žárovce), tedy za ampérmetrem. Jako voltmetr použijeme měřicí přístroj DU10, který má vnitřní odpor Rivv = 50 kΩ / V rozsahu, jako ampérmetr použijeme měřicí přístroj C 4311, jehož maximální úbytek napětí je pro každý rozsah jiný. Příslušné hodnoty najdeme na spodní straně přístroje. Z důvodu, že ampérmetr v tomto zapojení měří celkový proud tekoucí jak žárovkou tak i voltmetrem, musíme pro přesný výpočet odporu žárovky RZ provést tzv. korekci nebo-li opravu na voltmetr (I. Kirchhoffův zákon). Přesná hodnota odporu žárovky RZ je pak dána vztahem:

kde RZ je celkový odpor žárovky po korekci [Ω]; U je napětí nastavené na voltmetru [V]; IA je proud odečtený z ampérmetru [A]; Rivv je celkový vnitřní odpor voltmetru na 1 V rozsahu [Ω / V]; MR je nastavená velikost konkrétního měřicího rozsahu na voltmetru [V]. Celkový měřený výkon je pak dán vztahem:

Takto vypočtený výkon se rozdělí na výkon na voltmetru a na výkon na žárovce. Abychom nemuseli složitě vypočítávat výkon na voltmetru a odečítat jeho hodnotu od celkového měřeného výkonu, použijeme pro výpočet výkonu na žárovce PZ vztah:

kde PZ je skutečný spotřebovaný výkon žárovkou [W]; U je napětí nastavené na voltmetru [V]; RZ je celkový odpor žárovky po korekci [Ω]. SCHÉMA ZAPOJENÍ:

1.9.2010

Strana 54/82


Obrázek: Konkrétní zapojení pro měření parametrů telefonní žárovky POUŽITÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE: POSTUP MĚŘENÍ: TABULKA NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT PRO TELEFONNÍ ŽÁROVKU TESLA 24 V / 50 mA V. Č. =

1.9.2010

Strana 55/82


8.2 Laboratorní úloha č. 2 NÁZEV ÚLOHY: Kontrola technického voltmetru ZADÁNÍ: Zkontrolujte dva napěťové rozsahy 3 V a 12 V u předloženého měřidla DU10. Vypočtěte korekci, nakreslete korekční křivky pro každý měřený rozsah a rozhodněte, jestli kontrolované rozsahy odpovídají třídě přesnosti uvedené na měřidle. TEORETICKÝ ROZBOR: Analogové měřicí přístroje časem ztrácejí svojí přesnost přetěžováním, hrubým zacházením, povětrnostními vlivy a podobně. Z tohoto důvodo provádíme kontroly měřicích přístrojů. Při kontrole a cejchování měřicích přístrojů kontrolujeme 1.9.2010

Strana 56/82


mechanické vlastnosti (nastavení nuly a plynulost pohybu ručky) a elektrické vlastnosti (měřenou veličinu měníme pozvolna jedním směrem a to od minima k maximu a zpět). Kontrola se provádí tak, že na měřeném, kontrolovaném (nepřesném) přístroji nastavujeme hodnoty napětí odpovídající hlavním dílkům stupnice a na přesném (kontrolním - normálovém) přístroji odečítáme hodnoty správné. Z naměřěných hodnot na kontrolovaném přístroji (M) a na správném přístroji (S) vypočteme pro každý hlavní dílek absolutní chybu Δm dle vztahu:

Korekci k0 pro každý hlavní dílek stupnice vypočteme dle vztahu:

Hodnotu korekce vyjádříme v jednotkách měřené veličiny. Velikost korekce pro jednotlivé hlavní dílky stupnice pro oba směry měření vyneseme do grafu. Tento graf se nazývá korekční křivka. Je to tedy závislost korekce na hlavních dílcích stupnice. Třídu přesnosti kontrolovaného měřidla vypočteme pomocí absolutní hodnoty největší absolutní chyby ΔMAX a měřicího rozsahu nastaveného na kontrolovaném měřidle MR dle vztahu:

Výsledek zaokrouhlíme na nejbližší vyšší stupeň z řad tříd přesnosti (0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5). Kontrolovaný voltmetr (VM) DU10 a kontrolní voltmetr (VS) C4311 zapojujeme paralelně k regulovatelnému stabilizovanému zdroji P230R51D. SCHÉMA ZAPOJENÍ:

1.9.2010

Strana 57/82


Obrázek: Konkrétní zapojení pro kontrolu napěťových rozsahů měřicího přístroje DU10 POUŽITÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE: POSTUP MĚŘENÍ: 1.9.2010

Strana 58/82


TABULKA NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH ROZSAHU ...... U MĚŘIDLA DU10 V. Č. = ..............

HODNOT

PRO

KONTROLU

Pro vlastní měření si připraví žáci dvě tabulky, neboť kontrolují dva rozsahy.

8.3 Laboratorní úloha č. 3 NÁZEV ÚLOHY: Kontrola technického ampérmetru

1.9.2010

Strana 59/82


ZADÁNÍ: Zkontrolujte dva proudové rozsahy 3 mA a 60 mA u předloženého měřidla DU10. Vypočtěte korekci, nakreslete korekční křivky pro každý měřený rozsah a rozhodněte, jestli kontrolované rozsahy odpovídají třídě přesnosti uvedené na měřidle. TEORETICKÝ ROZBOR: Analogové měřicí přístroje časem ztrácejí svojí přesnost přetěžováním, hrubým zacházením, povětrnostními vlivy a podobně. Z tohoto důvodu provádíme kontroly měřicích přístrojů. Při kontrole a cejchování měřicích přístrojů kontrolujeme mechanické vlastnosti (nastavení nuly a plynulost pohybu ručky) a elektrické vlastnosti (měřenou veličinu měníme pozvolna jedním směrem a to od minima k maximu a zpět). Kontrola se provádí tak, že na měřeném, kontrolovaném (nepřesném) přístroji nastavujeme hodnoty proudu odpovídající hlavním dílkům stupnice a na přesném (kontrolním - normálovém) přístroji odečítáme hodnoty správné. Z naměřěných hodnot na kontrolovaném přístroji (M) a na správném přístroji (S) vypočteme pro každý hlavní dílek absolutní chybu Δm dle vztahu:

Korekci k0 pro každý hlavní dílek stupnice vypočteme dle vztahu:

Hodnotu korekce vyjádříme v jednotkách měřené veličiny. Velikost korekce pro jednotlivé hlavní dílky stupnice pro oba směry měření vyneseme do grafu. Tento graf se nazývá korekční křivka. Je to tedy závislost korekce na hlavních dílcích stupnice. Třídu přesnosti kontrolovaného měřidla vypočteme pomocí absolutní hodnoty největší absolutní chyby ΔMAX a měřicího rozsahu nastaveného na kontrolovaném měřidle MR dle vztahu:

Výsledek zaokrouhlíme na nejbližší vyšší stupeň z řad tříd přesnosti (0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5). Kontrolovaný ampérmetr (AM) DU10 a kontrolní ampérmetr (AS) C4311 zapojujeme sériově k regulovatelnému stabilizovanému zdroji P230R51D. Pro ochranu a jemnějšímu nastavenípříslušných hodnot, připojíme do obvodu sériově ještě reostat R. SCHÉMA ZAPOJENÍ:

1.9.2010

Strana 60/82


Obrázek: Konkrétní zapojení pro kontrolu proudových rozsahů měřicího přístroje DU10 POUŽITÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE: POSTUP MĚŘENÍ: TABULKA NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT PRO KONTROLU ROZSAHU ...... U MĚŘIDLA DU10 V. Č. = ..............

1.9.2010

Strana 61/82


Pro vlastní měření si připraví žáci dvě tabulky, neboť kontrolují dva rozsahy.

8.4 Laboratorní úloha č. 4 NÁZEV ÚLOHY: Měření rezistorů Ohmovou metodou ZADÁNÍ: Změřte 10 ks předložených rezistorů Ohmovou metodou a vyhodnoťte toleranci jednotlivých rezistorů.

1.9.2010

Strana 62/82


TEORETICKÝ ROZBOR: Při měření rezistorů pomocí Ohmovy metody vycházíme z Ohmova zákona:

kde UR je napětí naměřené na neznámém rezistoru; IR je proud procházející tímto neznámým rezistorem. Při měření musíme počítat s vlivem měřicích přístrojů, proto použijeme pro vlastní měření dva druhy zapojení: A) Pro rezistory o hodnotě menší nebo rovno 1 kΩ volíme takové schéma zapojení, kde je voltmetr zapojen až za ampérmetr, tedy paralelně k neznámému rezistoru RX. Z tohoto důvodu (I. Kirchhoffův zákon) musíme od proudu naměřeného ampérmetrem IA odečíst proud procházející voltmetrem IV. Velikost hodnoty neznámého rezistoru RX potom vypočítáme podle těchto vztahů:

kde Riv je vnitřní odpor voltmetru, který se vypočítá jako součin nastaveného měřicího rozsahu MR a vnitřního odporu měřidla na 1 V rozsahu Rivv, který udává výrobce, dle vztahu:

Napětí nastavujeme na rozsahu 3 V s co nejvyšší výchylkou (55 až 60 dílků). B) Pro rezistory o hodnotě větší jak 1 kΩ použijeme schéma zapojení, kde je voltmetr před ampérmetrem, tedy paralelně ke zdroji. Při výpočtu velikosti hodnoty neznámého rezistoru RX musíme od napětí naměřeného na voltmetru U odečíst úbytek napětí na ampérmetru UA (II. Kirchhoffův zákon). Tento úbytek vypočítáme podělením maximálního úbytku napětí UMAX uvedeného na přístroji celkovým počtem dílků měřidla PDS a vynásobením naměřenou výchylkou α dle vztahu:

Velikost hodnoty neznámého rezistoru potom vypočítáme dle vztahu:

1.9.2010

Strana 63/82


Napětí nastavujeme na rozsahu až 12 V s co nejvyšší výchylkou (55 až 60 dílků). SCHÉMA ZAPOJENÍ:

A)

B)

POUŽITÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE: POSTUP MĚŘENÍ: A) TABULKA NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT PRO REZISTORY O HODNOTĚ RX JE MENŠÍ NEBO ROVNO 1 kΩ MĚŘENÝCH OHMOVOU METODOU:

B) TABULKA NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT PRO REZISTORY O HODNOTĚ RX JE VĚTŠÍ NEŽ 1 kΩ MĚŘENÝCH OHMOVOU METODOU:

1.9.2010

Strana 64/82


RV je hodnota rezistoru včetně tolerance (úchylky) uvedená výrobcem; R je rozsah hodnot, kde může ležet skutečná hodnota měřeného rezistoru; RX je vypočtená skutečná hodnota měřeného rezistoru; UAmax je maximální úbytek napětí udaný na přístroji; UA je skutečný skutečný úbytek napětí na ampérmetru při vlastním měření. Při značení rezistoru písmeny zapisujeme do tabulky celou hodnotu včetně tolerance (úchylky) písmeny. Pokud se jedná o rezistory značené barevnými proužky, zapisujeme vlastní hodnotu číslicemi a toleranci ve formě ± hodnota barevného proužku. Hodnoty tolerancí a jejich značení: M ...... ± 20 %; A, K ...... ± 10 %; B, J ...... ± 5 %; C, G ...... ± 2 %; D, F ...... ± 1 %; E ...... ± 0,5 %.

1.9.2010

Strana 65/82


8.5 Laboratorní úloha č. 5 NÁZEV ÚLOHY: Měření rezistorů srovnávací metodou ZADÁNÍ: Změřte 10 ks předložených rezistorů srovnávací metodou a vyhodnoťte jejich toleranci. TEORETICKÝ ROZBOR: Srovnávací metoda měření rezistorů je založena na srovnávání napětí nebo proudu na neznámém a známém rezistoru. Jako známého rezistoru použijeme kolíčkovou odporovou dekádu pro malé hodnoty rezistorů (menší nebo rovné 1 kΩ) a přepínačovou odporovou dekádu pro velké hodnoty rezistorů (větší než 1 kΩ).

1.9.2010

Strana 66/82


Obrázek: Kolíčkové odporové dekády

Obrázek: Přepínačová odporová dekáda A) Při měření malých rezistorů do hodnoty 1 kΩ včetně provedeme sériové zapojení známého a neznámého rezistoru a měříme jejich úbytky napětí. Protože v sériovém obvodu je stejný proud, můžeme velikost neznámého rezistoru RX vyjádřit dle vztahu:

po úpravě vypočteme RX ze vztahu:

1.9.2010

Strana 67/82


kde UX je napětí naměřené na neznámém rezistoru RX; UN je napětí naměřené na známém rezistoru RN; RN je známý rezistor (odporová kolíčková dekáda); RX je neznámý rezistor, jehož hodnotu zjišťujeme. B) Pro rezistory o hodnotě větší než 1 kΩ použijeme paralelní zapojení neznámého a známého rezistoru. U tohoto zapojení je stejné napětí, takže velikost neznámého odporu RX můžeme vyjádřit dle vztahu:

po úpravě vypočítáme RX ze vztahu:

kde RX je velikost hodnoty neznámého rezistoru, kterou zjišťujeme; RN je hodnota známého rezistoru nastaveného na přepínačové odporové dekádě; IX je velikost hodnoty proudu procházejícího neznámým rezistorem; IN je velikost hodnoty proudu procházejícího známým rezistorem (přepínačovou odporovou dekádou). SCHÉMA ZAPOJENÍ:

A)

B)

POUŽITÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE: POSTUP MĚŘENÍ:

1.9.2010

Strana 68/82


A) TABULKA NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT PRO REZISTORY O HODNOTĚ RX JE MENŠÍ NEBO ROVNO 1 kΩ MĚŘENÝCH SROVNÁVACÍ METODOU:

Obě napětí měříme na rozsahu 3 V. B) TABULKA NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT PRO REZISTORY O HODNOTĚ RX JE VĚTŠÍ NEŽ 1 kΩ MĚŘENÝCH SROVNÁVACÍ METODOU:

Oba proudy měříme na rozsahu 0,12 mA, abychom proudově nezatěžovali odporovou dekádu. Při přepínání vždy zařadíme maximální rozsah přístroje, z důvodu ochrany přístroje před poškozením.

8.6 Laboratorní úloha č. 6 NÁZEV ÚLOHY: Měření rezistorů ZADÁNÍ: Zjistěte velikost 10 ks předložených rezistorů těmito měřicími přístroji: DU10, PU120, RLC10, PU510 a Hexagon 710. Porovnejte přesnosti měření u jednotlivých měřicích přístrojů a vyhodnoťte toleranci u jednotlivých měřených rezistorů. TEORETICKÝ ROZBOR: Měřicí přístroje DU10 a PU120 pracují na principu voltmetrické metody měření rezistorů. Princip této metody spočívá v tom, že měřený rezistor pracuje jako 1.9.2010

Strana 69/82


předřadník, tedy způsobuje úbytek napětí. Při vlastním měření nastavíme nejprve pro každý zvolený rozsah při zkratovaných svorkách 1 a 2 maximální výchylku na měřicím přístroji pomocí příslušného potenciometru P. Potom při nezměněném nastavení potenciometru odzkratujeme svorky a neznámé rezistory vkládáme mezi ně. Na opačně ocejchované stupnici od výrobce odečteme příslušnou hodnotu neznámého měřeného rezistoru. Měřicí přístroj RLC10 pracuje na principu můstkové (nulové) metody, kdy otočným potenciometrem nastavujeme nulovou výchylku na indikátoru. Po vyrovnání (nastavení nuly) odečteme velikost hodnoty neznámého rezistoru RX, která je dána nastavením příslušné hodnoty ocejchovaného potenciometru a přepínače rozsahů. Měřicí přístroje PU510 a Hexagon 710 jsou digitální měřicí přístroje pracující na principu ohmmetru. Velikost hodnoty neznámého rezistoru RX odečteme přímo na stupnici přístroje. SCHÉMA ZAPOJENÍ:

A) DU10, PU120

B) RLC10

1.9.2010

Strana 70/82


C) PU510, Hexagon 710

POUŽITÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE:

A) Měřicí přístroje DU10 a PU120

1.9.2010

Strana 71/82


B) Měřicí přístroj RLC10

1.9.2010

Strana 72/82


C) Měřicí přístroje PU510 a Hexagon 710 POSTUP MĚŘENÍ: TABULKA PRO MĚŘENÍ REZISTORŮ RŮZNÝMI MĚŘICÍMI PŘÍSTROJI:

Pokud alespoň ve 3 případech vyhovuje RX toleranci, pak v poznámce je "vyhovuje". Pokud alespoň ve 3 případech nevyhovuje RX toleranci, pak je v poznámce "nevyhovuje".

8.7 Laboratorní úloha č. 7 NÁZEV ÚLOHY: Měření kapacit a indukčností Ohmovou metodou

1.9.2010

Strana 73/82


ZADÁNÍ: Změřte předložených 5 ks kapacit a 5 ks indukčností Ohmovou metodou při kmitočtu 50 Hz. Vyhodnoťte toleranci u předložených kapacit. TEORETICKÝ ROZBOR: A) Při měření kapacit Ohmovou metodou měříme ampérmetrem střídavý proud IC tekoucí kapacitorem (kondenzátorem) a voltmetrem měříme střídavé napětí UC. Protože při nízkých síťových kmitočtech (50 Hz) mají obvykle měřené kondenzátory vysokou impedanci ZC, považujeme je za ideální a můžeme tedy jejich ztrátový odpor zanedbat. Volíme takové schéma zapojení, kde je voltmetr před ampérmetrem (tedy pro měření velkých rezistorů). Při měření vznikají chyby tím, že zanedbáváme úbytek napětí na ampérmetru, který je však vzhledem k použitým vyšším napájecím napětím při měření zanedbatelný. Použitím Ohmova zákona vypočteme z naměřených hodnot napětí UC, proudu IC a frekvence f velikost hodnoty měřeného kondenzátoru CX dle vztahů:

po úpravě dostáváme výsledný vztah pro CX:

B) Při měření indukčností postupujeme obdobně. Opět měříme střídavý proud procházející cívkou IL a napětí na ní UL. Protože cívka má obvykle malou impedanci ZL pro nízké kmitočty (50 Hz), volíme takové zapojení, kde je voltmetr až za ampérmetrem (tedy pro měření malých rezistorů do 1 kΩ). Protože skutečná měřená cívka není ideální a má kromě své vlastní indukčnosti LX, kterou měříme, ještě také svůj (sériový) ztrátový odpor RL. Tento odpor si musíme změřit před začátkem vlastního měření, avšak jinou stejnosměrnou metodou. Vlastní indukčnost měřené cívky LX pak vypočteme dle vztahů:

po úpravě dostáváme výsledný vztah pro vlastní indukčnost měřené cívky LX:

SCHÉMA ZAPOJENÍ:

1.9.2010

Strana 74/82


A)

B)

Pro toto měření používáme při zapojování propojovací přípravek:

Obrázek: Propojovací přípravek pro měření kapacit a indukčností

A)

B)

Obrázek: Schéma zapojení s propojovacím přípravkem 1.9.2010

Strana 75/82


POUŽITÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE: POSTUP MĚŘENÍ: A) TABULKA NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH KONDENZÁTORŮ OHMOVOU METODOU:

HODNOT

PRO

MĚŘENÍ

Pokud výrobce označuje hodnoty kondenzátorů jednotkami většími než 1, je uváděná hodnota v jednotkách pF. Pokud výrobce označuje hodnoty kondenzátorů jednotkami menšími než 1, je uváděná hodnota v jednotkách F. B) TABULKA NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT PRO MĚŘENÍ INDUKČNOSTÍ OHMOVOU METODOU:

8.8 Autotest 5. Při měření parametrů žárovky chybu měření způsobuje: a. ampérmetr; b. voltmetr; c. žádný z přístrojů. 1.9.2010

Strana 76/82


6. Při měření parametrů žárovky provádíme korekci: a. na voltmetr; b. na ampérmetr; c. na voltmetr i ampérmetr. 7. Absolutní chybu při kontrole a cejchování analogového měřicího přístroje vypočteme ze vztahu: a. Δ = M - S; b. Δ = S - M; 8. Při měření rezistorů Ohmovou metodou u rezistorů o hodnotě menší nebo rovné 1 kΩ provádíme korekci dle: a. I. Kirchhoffova zákona; b. II. Kirchhoffova zákona; c. korekci neprovádíme. 9. Při měření rezistorů Ohmovou metodou u rezistorů o hodnotě větší než 1 kΩ provádíme korekci dle: a. I. Kirchhoffova zákona; b. II. Kirchhoffova zákona; c. I. a II. Kirchhoffova zákona. 10. Při měření rezistorů o hodnotě menší nebo rovné 1 kΩ Ohmovou metodou odečítáme: a. od proudu voltmetru proud tekoucí ampérmetrem; b. od napětí naměřeného na voltmetru úbytek napětí na ampérmetru; c. od proudu naměřeného ampérmetrem proud tekoucí voltmetrem. 11. Při měření rezistorů o hodnotě větší než 1 kΩ Ohmovou metodou odečítáme: a. od proudu tekoucího voltmetrem proud tekoucí ampérmetrem; b. od napětí naměřeného na voltmetru úbytek napětí na ampérmetru; c. od proudu naměřeného ampérmetrem proud tekoucí voltmetrem. 12. Při měření rezistorů o hodnotě menší nebo rovné 1 kΩ srovnávací metodou zapojujeme známý a neznámý rezistor: a. paralelně; b. sériově; c. sérioparalelně. 13. Při měření rezistorů o hodnotě větší než 1 kΩ srovnávací metodou zapojujeme známý a neznámý rezistor: a. paralelně; b. sériově; 1.9.2010

Strana 77/82


c. sérioparalelně. 14. Při měření rezistorů o hodnotě menší nebo rovné 1 kΩ srovnávací metodou vypočteme velikost hodnoty neznámého rezistoru dle vztahu: a. Rx = (Ux . Rn) / Un; b. Rx = (Un . Rn) / Ux; c. Rx = (Rn . In) / Ix. 15. Při měření rezistorů o hodnotě větší než 1 kΩ srovnávací metodou velikost hodnoty neznámého rezistoru vypočítáme dle vztahu: a. Rx = (Ux . Rn) / Un; b. Rx = (Un . Rn) / Ux; c. Rx = (Rn . In) / Ix. 16. Při měření kondenzátorů Ohmovou metodou považujeme měřený kondenzátor za: a. ideální; b. reálný se sériovým ztrátovým odporem; c. reálný s paralelním ztrátovým odporem. 17. Při měření indukčností Ohmovou metodou považujeme měřenou cívku za: a. ideální; b. reálnou se sériovým ztrátovým odporem; c. reálnou s paralelním ztrátovým odporem. 18. Při měření kondenzátorů Ohmovou metodou připojujeme voltmetr: a. za ampérmetr; b. před ampérmetr; c. je jedno kam. 19. Při měření indukčností Ohmovou metodou připojujeme voltmetr: a. je jedno kam; b. před ampérmetr; c. za ampérmetr.

8.9 Kontrolní otázky 1. Nakreslete schema zapojení pro měření parametrů telefonní žárovky a odvoďte potřebné vztahy pro výpočet s vysvětlením jednotlivých symbolů. 2. Nakreslete schema zapojení pro kontrolu analogového voltmetru a odvoďte potřebné vztahy pro měření s vysvětlením jednotlivých symbolů. 3. Nakreslete schema zapojení pro kontrolu analogového ampérmetru a odvoďte potřebné vztahy pro měření s vysvětlením jednotlivých symbolů. 1.9.2010

Strana 78/82


4. Nakreslete schéma zapojení pro měření rezistorů o hodnotě menší nebo rovné 1 kΩ Ohmovou metodou a odvoďte potřebné vztahy pro výpočet s vysvětlením jednotlivých symbolů. 5. Nakreslete schéma zapojení pro měření rezistorů o hodnotě větší než 1 kΩ Ohmovou metodou a odvoďte potřebné vztahy pro výpočet s vysvětlením jednotlivých symbolů. 6. Nakreslete schéma zapojení pro měření rezistorů o hodnotě menší nebo rovné 1 kΩ výchylkovou metodou a odvoďte potřebné vztahy pro výpočet s vysvětlením jednotlivých symbolů. 7. Nakreslete schéma zapojení pro měření rezistorů o hodnotě větší než 1 kΩ výchylkovou metodou a odvoďte potřebné vztahy pro výpočet s vysvětlením jednotlivých symbolů. 8. Nakreslete schema zapojení měřidla DU 10 (PU 120) pro měření rezistorů a vysvětlete princip činnosti. 9. Popište princip činnosti při měření rezistorů měřidly DU 10 a PU 120. 10. Nakreslete schema zapojení měřidla RLC 10 pro měření rezistorů a vysvětlete princip činnosti. 11. Popište princip činnosti při měření rezistorů měřidlem RLC 10. 12. Nakreslete schema zapojení pro měření kapacit Ohmovou metodou a odvoďte potřebné vztahy pro výpočet s vysvětlením jednotlivých symbolů. 13. Nakreslete schema zapojení pro měření indukčností Ohmovou metodou a odvoďte potřebné vztahy pro výpočet s vysvětlením jednotlivých symbolů.

1.9.2010

Strana 79/82


9 Literatura 1. Příborský P., Frydrychovský S. - Elektrotechnická měření, VSŠ Brno 1997 2. Melichar M., Novotný V. - Elektrická měření, VA Brno 1994 3. Fiala M., Vrožina M., Hercik J. - Elektrotechnická měření I, SNTL 1986 4. http://cs.wikipedia.org/wiki/Kardiopulmon%C3%A1ln%C3%AD_resuscitace

1.9.2010

Strana 80/82


10 Seznam správných odpovědí na autotesty 1) c; 2) c; 3) a; 4) b; 5) b; 6) a; 7) b; 8) b; 9) b; 10) b; 11) b; 12) a; 13) b; 14) c; 15) c; 16) a; 17) c; 18) a; 19) b; 20) c; 21) a; 22) b; 23) c; 24) b; 25) b; 26) b; 27) b; 28) a; 29) c; 30) b; 31) b; 32) b; 33) a; 34) c; 35) b; 36) b; 37) b; 38) a; 39) b; 40) a; 41) b; 42) b; 43) a; 44) ; 45) a; 46) b; 47) b; 48) b; 49) c; 50) a; 51) c; 52) b; 53) b; 54) c; 55) b; 56) c; 57) c; 58) c; 59) c; 60) b; 61) b; 62) b; 63) b; 64) a; 65) a; 66) a; 67) b; 68) c; 69) b; 70) b; 71) a; 72) a; 73) c; 74) a; 75) b; 76) b; 77) b

1.9.2010

Strana 81/82


11 Rejstřík analogové měřicí přístroje číslicové (digitální) měřicí přístroje duševní poruchy elektrická stigmata

9, 23, 55, 59 23, 24 6 4, 6, 12

elektrický odpor těla

7

elektrometalizace

6

fyziologické účinky elektrického proudu

5

kmitočet střídavého proudu

7

korekční křivka

48, 49, 50, 56, 59

meze bezpečných malých napětí s ohledem na členění prostorů

8

mezní hodnoty proudů a náboje

8

napěťové vodiče neživé části ověřování (kontrola, cejchování) popáleniny

29 8, 10, 11, 12 48 5, 6, 7

poskytování první pomoci

13, 14, 15, 17

potenciometr

21, 22, 23, 69

proudové vodiče reostat stejnosměrný proud stupnice analogových měřicích přístrojů

29 20, 21, 37, 59 7, 26 29

velikost napětí

7

velikost proudu

7

zapojení regulačních prvků

18

zjištění vnitřního odporu přístroje

50

živé části

1.9.2010

8, 10, 11, 12, 81

Strana 82/82

Laboratorní cvičení Distanční text

Recommend Documents