Projekt: ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ Téma: MEII - 3.1 MĚŘENÍ ZÁKLADNÍCH EL. VELIČIN Obor: Mechanik Elektronik Ročník: 2. Zpracoval(a): Jiří Kolář Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obsah 1. Význam elektrického měření...3 1.2 Rozdělení měřicích přístrojů...3 1.3 Měřicí metody...3 1.4 Chyby měření...4 2. Měření elektrického napětí...4 3. Měření elektrického proudu...5 4. Měření elektrického odporu...6 4.1 Měření vnitřního odporu kondenzátoru...7 Použitá literatura...8
1. VÝZNAM ELEKTRICKÉHO MĚŘENÍ Měření základních elektrických veličin patří k nutným dovednostem každého elektrotechnika slaboproudaře i silnoproudaře. V praxi je měření základem úspěšné práce. Měření je souhrn činností, které mají za cíl určit hodnotu měřené veličiny, tuto hodnotu vyjádřit v požadovaných jednotkách této veličiny s využitím elektrických měřících prostředků. Nejčastěji potřebujeme znát hodnoty elektrického napětí a proudu. Z dalších veličin běžně měříme elektrický odpor. Náročnější měření jsou v elektronice. Je to dáno velkou složitostí elektronických zařízení. Některá měření jsou velmi častá. Např. určování hodnot a funkce součástek nebo při uvádění vyrobeného zařízení do chodu. Abychom ovládli tyto dovednosti, je třeba vědět, co je možné měřit, kde a jak to měřit, aby byly výsledky použitelné. Znalostí měřicích přístrojů a jejich možností zapojení do obvodu, nastavení měřené veličiny, zvolení měřicího rozsahu apod., se předejde komplikacím při měření, majetkovým škodám nebo úrazu elektrickým proudem. 1.2 ROZDĚLENÍ MĚŘICÍCH PŘÍSTROJŮ Analogové (ručkové) a digitální (číslicové) mají vysoký vnitřní odpor, nezatěžují měřený obvod, naměřená hodnota odpovídá skutečnosti Jednoúčelové (laboratorní) měří jednu veličinu s velkou přesností Univerzální měří více veličin Panelové pro montáž do zařízení Digitální přístroje jsou vhodné pro okamžité zjištění hodnoty signálu s velkou přesností, ručkové přístroje umožňují snadno sledovat změny napětí (nárůst, pokles). Setkáme se i s přístroji kombinovaným zobrazením digitální a analogové (ručkový a číslicový systém). 1.3 MĚŘICÍ METODY Elektrotechnické veličiny měříme jednoduchými nebo složitějšími přístroji (RLC můstky) a dále potřebujeme nemocná zařízení (stejnosměrné nebo střídavé zdroje, vf a nf generátory, přenosná měřítka veličiny normály. Přímá metoda měřenou hodnotu veličiny odečítáme přímo z měřícího přístroje (měření napětí voltmetrem)
Nepřímá metoda měřenou hodnotu získáme výpočtem z několika vhodně zvolených a změřených hodnot přímou metodou (měření el. odporu pomocí I a U). 1.4 CHYBY MĚŘENÍ Chyba měření charakterizuje přesnost měření. Je to odchylka naměřené hodnoty měřené veličiny od správné hodnoty měřené veličiny. Příčiny: nepřesnost měřicích přístrojů (z výroby, konstrukční nedostatky a nedokonalé provedení) nepřesnost měřicích metod (nevhodně zvolená metoda, chybné odečítání naměřených údajů z MP) vliv prostředí (vlhkost, magnetické a elektrické pole, špatné osvětlení) nepravdivé zobrazování údajů na MP (vadná baterka, při měření střídavých průběhů, MP mění tvar sinusového průběhu. Musíme vědět, jakým způsobem MP sřídavý průběh měří, zda ukazuje průměrnou nebo přímou tzn. skutečnou hodnotu efektivního napětí při měření zkreslených sinusových signálů (vyhový MP s elektrodynamickým, tepelným nebo true RMS systémem) lidský faktor (aktuální fyzický a psychický stav) 2. MĚŘENÍ ELEKTRICKÉHO NAPĚTÍ Měření napětí patří mezi nejčastější měření. Elektrické napětí měříme přístrojem zvaným voltmetr. V elektronice měříme napětí stejnosměrné a střídavé. Střídavé rozdělujeme na nízkofrekvenční a vysokofrekvenční. Měřené stejnosměrné napětí může být souměrné (ani jeden pól zdroje není spojen se zemí nebo s kostrou přístroje. Se zemí je spojen střed zdroje, a proto mají obě svorky proti zemi stejné napětí) a nesouměrné (mají jeden pól zdroje spojen se zemí a se zdroje není vyveden střední vývod). Postup při měření elektrického napětí: Uvědomit si, jaké napětí budeme měřit (stejnosměrné DCV, střídavé ACV). Pokud nevíme, jak velké napětí může na měřeném obvodu očekávat, na měřicím přístroji (MP) zvolíme nejvyšší rozsah a ten dle potřeby snižujeme. Správně zapojit měřicí hroty do MP podle zvoleného rozsahu. Voltmetr vždy zapojujeme do obvodu paralelně.
Měříme buď úbytky napětí na spotřebiči, nebo úbytky napětí vůči zemi. Obr. 1 Měření elektrického napětí 3. MĚŘENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU Elektrický proud měříme pomocí přístroje zvaného ampérmetr. Všechny běžné mutlimetry lze zapojit jako ampérmetr. Elektrický proud měříme méně často. V praxi vetšinou potřebujeme znát odběr celého zařízení a velikost protékajícího proudu můžeme sledovat přímo na napájecím zdroji. Napájecí zdroje jsou běžně vybaveny voltmetrem i ampérmetrem. Na základě odběru proudu se dá poznat, zda se obvod chová správně nebo ne. Postup při měření elektrického proudu: Uvědomit si, jaký proud budeme v obvodu měřit (stejnosměrný DCA, střídavý ACA). Pokud přibližně nevíme, jaká velikost proudu bude obvodem protékat, na měřicím přístroji (MP) zvolíme nejvyšší rozsah a ten dle potřeby snižujeme. Správně zapojit měřicí hroty do MP podle zvoleného rozsahu. Rozsah ampérmetru do 250mA je v MP jištěn pojistkou. Vyšší rozsahy (do 10A, 20A) jištěny nejsou.
Ampérmetr zapojujeme do obvodu sériově. Obr. 2 Měření elektrického proudu 4. MĚŘENÍ ELEKTRICKÉHO ODPORU V praxi je třeba zjistit a přeměřit hodnoty odporu rezistorů. Odpor můžeme měřit přímo nebo nepřímo. Běžné digitální multimetry dokáží měřit elektrický odpor v několika rozsazích od 10Ω až do 20MΩ. Postup při měření elektrického odporu: Před měřením odhadnout přibližnou hodnotu rezistoru z čárkového kódu anebo číselného vyjádření hodnoty na pouzdru a podle toho nastavit rozsah na MP. Pokud není možné určit hodnotu rezistoru, na MP nastavíme nejvyšší rozsah a ten dle potřeby snižujeme. Správně zapojit měřicí hroty do MP podle zvoleného rozsahu. Měření se musí provádět v bezproudovém stavu zařízení. Rezistoru se při měření dotýkáme pouze hroty MP. Lepší je rezistory měřit vypájené z obvodu. Při měření v obvodu se může stát, že nám přesnost měření ovlivňují ostatní součástky svým vnitřním odporem.
Obr. 3 Měření elektrického odporu 4.1 MĚŘENÍ VNITŘNÍHO ODPORU KONDENZÁTORU Elektrolytický kondenzátor je nepostradatelná součástka v elektronických konstrukcích. Některým výrobcům se však nedaří vyrábět tyto součástky s odpovídající spolehlivostí, a proto se mnohdy stávají nejporuchovější součástkou zařízení, tím že se zvětšuje jejich vnitřní odpor. Se zvětšujícím se vnitřním odporem se kondenzátor více zahřívá a elektrolyt vysychá. Vnitřní odpor by měl být <5Ω, s teplotou se zmenšuje. První příznaky závady mohou být jen po zapnutí přístroje a po zahřátí zmizí. Tato vlastnost ale ztěžuje diagnostikování závady v přístroji. Vnitřní odpor elektrolytických kondenzátorů se měří pomocí jednoduchého přípravku rovnou v zapojení, aniž bychom museli kondenzátory z obvodu vypájet Schéma zapojení přípravku i s popisem naleznete na webových stránkách http://www.belza.cz/.
POUŽITÁ LITERATURA 1. MALINA, V.: Poznáváme elektroniku I. České Budějovice: Kopp, 1995. ISBN 80-85828-25-1. 2. TKOTZ, K. A KOL.: Příručka pro elektrotechnika. Praha: Sobotáles, 2002. ISBN 80-86706-00-1.