Manuální, technická a elektrozručnost Realizace praktických úloh zaměřených na dovednosti v oblastech: Vybavení elektrolaboratoře Schématické značky, základy pájení Fyzikální principy činnosti základních elektrosoučástek Základní pojmy a veličiny Řešení úloh s elektrickými obvody s použitím Ohmova zákona Zapojování elektrických obvodů podle schématu Praktické použití polovodičových součástek Měření základních elektrických veličin Scénář č. 9 Měření základních elektrických veličin Klíčové pojmy: Míra, měřicí přístroje, měřená veličina, jednotky, převodníky, měřicí řetězec, snímač (čidlo, senzor), přesnost měření, citlivost měřicího přístroje, rozlišovací schopnost (rozlišení), měřicí rozsah, ovlivňující veličina, chyba měření (absolutní a relativní), měřicí metody,digitální multimetr, ohmmetr, měřicí můstek RLC 1. Měření v elektronice Měření je souhrn činností, které mají za cíl určit hodnotu měřené veličiny v jednotkách této veličiny. Elektrické měření je měření elektrických veličin a měření neelektrických veličin s využitím elektrických měřicích prostředků. K měření používáme míry, měřicí přístroje a převodníky. Míra udává hodnotu měřené veličiny, kterou lze měřením ověřit (reprodukovat). Měřicí přístroje dělíme na analogové a číslicové. Údaj na analogovém měřicím přístroji je spojitou funkcí měřené veličiny (např. poloha ručičky na stupnici). Číslicový měřicí přístroj poskytuje měřenou veličinu v číslicové m tvaru (číslo na displeji ve zvolené jednotce). Měřicí převodník transformuje vstupní veličinu (elektrickou nebo neelektrickou) podle určití zákonitosti na výstupní veličinu (zpravidla elektrickou). Série měřicích členů, kterými prochází měřený signál, se nazývá měřicí řetězec. První člen měřicího řetězce, na který bezprostředně působí měřená veličina, se nazývá snímač (čidlo, senzor). Přesnost měření je míra těsnosti, se kterou výsledek měření vyjadřuje správnou hodnotu měřené veličiny. Absolutně přesnou hodnotu měřené veličiny nikdy nezměříme. Můžeme se k ní přiblížit pomocí přesnějšího přístroje nebo přesnější metody. Datum: 20.10.2011 Scénář 9/ Obor V2.x strana 1/ ze 5
Citlivost měřicího přístroje nebo zařízení je poměr změny výstupní veličiny (údaje přístroje) ke změně vstupní veličiny. Příliš malá citlivost může zhoršit přesnost měření. Konstantní citlivost (nezávislou na hodnotě měřené veličiny) mají lineární převodníky. Rozlišovací schopnost (rozlišení) je nejmenší změna měřené veličiny, která vyvolá změnu údaje přístroje. Měřicí rozsah přístroje nebo převodníku vyjadřuje meze hodnot, ve kterých se může pohybovat měřená veličina, aby byla měřena se zaručovanou přesností. Ovlivňující veličina je veličina, která sice není předmětem měření, ale může ovlivnit údaj měřidla. Chyba měření charakterizuje přesnost měření. Je to odchylka naměřené hodnoty měřené veličiny od správné hodnoty měřené veličiny. Jejími částmi jsou velikost a znaménko. Vyjadřuje se jako absolutní nebo relativní chyba. Absolutní chyba je rozdíl naměřené Xm a skutečné hodnoty Xs.Vyjadřuje se v jednotkách měřené veličiny (např. A, V, Ω). = Xm - Xs Relativní chyba δ je bezrozměrné číslo. Může se vyjádřit v procentech. δ = / Xs*100 [ % ] 2. Měřicí metody Měřicí metoda je souhrn teoretických poznatků a praktických operací použitých při měření. Podle způsobu stanovení měřené veličiny se měřené metody dělí na přímé a nepřímé. 1. Přímé měřicí metody zobrazí výsledek měření na displej a to v daných jednotkách (V, A, Ω). 2. Nepřímé měřicí metody : výsledek měření se získá např. výpočtem z hodnot několika proměnných pomocí přímých metod. Příkladem je výpočet elektrického odporu z údaje voltmetru a ampérmetru pomocí Ohmova zákona. Datum: 20.10.2011 Scénář 9/ Obor V2.x strana 2/ ze 5
3. Měřicí přístroje 3.1 Analogové měřicí přístroje Analogové měřicí přístroje jsou všechny ručkové přístroje. Ručička se pohybuje na mechanickém principu. Analogové zobrazení ukazuje naměřený výsledek na stupnici jako úhel. 3.2 Digitální měřicí přístroje Digitální měřicí přístroje mají místo měřicí sestavy A/D převodník. Analogové hodnoty se převádějí na digitální a ty se ještě většinou zesílí pomocí měřicího zesilovače. Protože převodníky zpracovávají pouze stejnosměrné napětí, musí se střídavé napětí a proud usměrnit. Z tohoto důvodu je přesnost střídavého měření menší než přesnost měření stejnosměrného. Naměřená hodnota se zobrazuje jako číslo. Univerzálním přístrojům říkáme digitální multimetry. Moderní digitální přístroje jsou velmi dobře ovladatelné. Jsou vybaveny v lepším provedení automatickou volbou rozsahu a pamětí pro uchování naměřené hodnoty i po měření. Většina zobrazovačů je na bázi tekutých krystalů (LCD) a má velmi malou spotřebu proudu. Jsou však citlivé na nízkou teplotu. Proto je třeba zamezit měření při teplotách pod 0 o C. 4. Měření elektrických veličin 4.1 Měření elektrického napětí Měření napětí patří k nejzákladnějšímu měření. K tomuto účelu existuje velké množství přístrojů voltmetrů. V současné době jsou nejrozšířenější digitální multimetry, které lze zapojit jako voltmetry. V elektronice měříme napětí stejnosměrné, střídavé, nízkofrekvenční a vysokofrekvenční. Datum: 20.10.2011 Scénář 9/ Obor V2.x strana 3/ ze 5
4.2 Měření elektrického proudu Elektrický proud měříme pomocí ampérmetru. Podobně i zde lze digitální multimetr zapojit jako ampérmetr (stejnosměrný i střídavý). Měření proudu lze měřit i nepřímo. Například proud I tekoucí rezistorem můžeme vypočítat změříme-li úbytek napětí U na rezistoru. Ze známého odporu R a pomocí Ohmova zákona dostaneme : I = U / R [A, V, Ω] 4.3 Měření elektrického odporu Elektrický odpor měříme přímou metodou pomocí ohmmetru (digitálního multimetru) nebo měřicího můstku. Nepřímo lze odpor vypočítat z naměřených hodnot napětí a proudu podle Ohmova zákona. 4.4 Měření kapacity kondenzátoru R = U / I [Ω, V, I] Kapacitu kondenzátoru lze měřit přímo měřicím můstkem RLC. U kondenzátorů s vyšší kapacitou např. nad 10 nf je možno u nepolarizovaných kondenzátorů kapacitu stanovit měřením napětí a proudu. Je li např. Uc = 24 V, Ic = 16 ma a známe-li frekvenci střídavého napětí (např. 50 Hz), platí : 4.5 Měření diod Polovodičové diody můžeme zkoušet analogovým ohmmetrem nebo testerem přechodu PN. Digitálním ohmmetrem to měřit nelze. Digitálním multimetrem je možno zkoušet diody testerem přechodu PN. Tím jsou dnes vybaveny většinou i ty nejjednodušší digitální multimetry. Tato funkce měří napětí U na přechodu PN při minimálním proudu. V propustném směru zkoušečka ukáže u dobré diody hodnotu blízkou prahovému napětí. U klasických diod je to přibližně 500 mv a u LED to může být až 1500 mv. Datum: 20.10.2011 Scénář 9/ Obor V2.x strana 4/ ze 5
V závěrném směru neukáže žádnou hodnotu. Pokud tomu tak není, je dioda špatná (proražená nebo přerušená). 4.6 Měření tranzistorů Tranzistory se mohou zkoušet zapojené nebo nezapojené. Nezapojené tranzistory měříme ohmmetrem nebo testerem přechodu PN. Měří se přechody mezi bází a kolektorem a mezi bází a emitorem. Měřicí proud by měl být menší, než 1 ma, aby součástka nebyla přetížena. U zapojených tranzistorů se měří napětí mezi bází a emitorem UBE a napětí mezi kolektorem a emitorem UCE. Napětí UBE může být maximálně 1,5 V. Pokud má větší hodnotu, je zpravidla tranzistor špatný. U všech měření je třeba dát pozor na polaritu (typ tranzistoru NPN nebo PNP). Datum: 20.10.2011 Scénář 9/ Obor V2.x strana 5/ ze 5