75594532-električna-mjerenja (1)

qwertzuiopšđasdfghjklčćžyxcvbnmq wertzuiopšđasdfghjklčćžyxcvbnmqw ertzuiopšđasdfghjklčćžyxcvbnmqwer Stručno usavršavanje učitelja  tehničke kulture (mentora) iz  tzuiopšđasdfghjklčćžyxcvbnmqwertz područja elektrotehnike  uiopšđasdfghjklčćžyxcvbnmqwertzui Električna mjerenja  opšđasdfghjklčćžyxcvbnmqwertzuiop šđasdfghjklčćžyxcvbnmqwertzuiopšđ asdfghjklčćžyxcvbnmqwertzuiopšđas dfghjklčćžyxcvbnmqwertzuiopšđasdf ghjklčćžyxcvbnmqwertzuiopšđasdfgh jklčćžyxcvbnmqwertzuiopšđasdfghjkl čćžyxcvbnmqwertzuiopšđasdfghjklčć žyxcvbnmqwertzuiopšđasdfghjklčćžy xcvbnmqwertzuiopšđasdfghjklčćžyxc vbnmqwertzuiopšđasdfghjklčćžyxcvb nmqwertzuiopšđasdfghjklčćžyxcvbn mqwertzuiopšđasdfghjklčćžyxcvbnm qwertzuiopšđasdfghjklčćžyxcvbnmq wertzuiopšđasdfghjklčćžyxcvbnmqw ertzuiopšđasdfghjklčćžyxcvbnmqwer 0

(nelektorirani tekst)  

      Kraljevica, ožujak 2011.    Pripremio : Dragan Stanojević, prof. 

DDraga

UNIVERZALNI MJERNI INSTRUMENT (MULTIMETAR, UNIMER)

Za ispitivanje ispravnosti raznih električnih uređaja u domaćinstvu, u radionici, ili za održavanje električnih strojeva u proizvodnim pogonima potrebno je mjeriti struje, napone i otpore. Pošto je nepraktično nositi više instrumenata konstruiran je univerzalni mjerni instrument ( poznat pod nazivom unimer i multimetar ). On je lako prenosiv, mehanički otporan i dovoljno točan za rad na terenu, a njime se mogu mjeriti istosmjerni i izmjenični naponi i struje, i električni otpor. U prvom djelu teksta bit će prikazan analogni instrument ( instrument sa kazaljkom) a zatim i digitalni instrument koji rezultat ispisuje u obliku brojki na LCD displeju. U unimere se ugrađuje instrument sa zakretnim svitkom. Između polova stalnog magneta ugrađen je svitak na kome je učvršćena kazaljka. Protjecanje struje kroz svitak stvara magnetsko polje. Uzajamno djelovanje ovog magnetnog polja stalnog magneta dovodi do zakretanja kazaljke. Protumoment stvaraju spiralne opruge i po prestanku struje vraćaju kazaljku na nulu. Ovakvim instrumentom mogu se mjeriti samo istosmjerne struje i naponi. Da bi unimer mogao mjeriti i izmjenične veličine u njega se ugrađuje ispravljač sa dvije ili četiri diode koji izmjeničnu struju i napon pretvori u istosmjernu. Kada se mjere izmjenične veličine instrument pokazuje efektivnu vrijednost struje i napona.

1. Važni pojmovi u električnim mjerenjima: Mjerni opseg-je najveća vrijednost mjerene veličine koju instrument može izmjeriti. Mjerni opseg određujemo mi postavljanjem preklopnika u odgovarajući položaj. Konstanta instrumenta je broj koji se dobije kada se mjerni opseg podijeli s brojem podjeljaka na skali u koju ćemo gledati. Podjeljak na skali je razmak između bilo koje dvije oznake na skali. Da bi imali točno očitavanje u kazaljku se mora gledati pod pravim kutom. U tome nam pomaže malo ogledalo ( kazaljka i njena slika u ogledalu se poklope ).

1

Instrument "UNIMER 43" – ISKRA Kranj

Priključak koji se koristi u svim mjerenjima. Označava se znakom ili slovima COM. Predstavlja referentnu točku, odnosno minus priključak ampermetra i voltmetra

Priključak za mjerenje velikih izmjeničnih struja

Priključak za mjerenje napona, struje i otpora. Plus priključak pri mjerenju istosmjernih struja i napona

Ogledalo Kazaljka

Dugme za korekciju nule na omskoj skali

Mali preklopnik

Veliki preklopnik

Slika 1. Analogni multimetar

2

Na instrumentu se nalazi više oznaka. Neke od njih su : - Instrument je konstruiran za rad u horizontalnom položaju. Ako se postavi pod kutom ili okomito – radit će, ali vjerojatno pokazivanje neće biti točno. - Ova oznaka se može naći na instrumentima koji su predviđeni za rad u okomitom položaju i koji se montiraju npr. na radne stolove. - Instrument sa ovakvom oznakom mjeri istosmjerne i izmjenične veličine 2,5 - Oznaka za klasu točnosti, odnosno maksimalnu postotnu grešku koju pravi instrument pri punom skretanju kazaljke. Najčešće klase točnosti su: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5. Vidimo da naš unimer ne spada u točne instrumente. -

Instrument sa zakretnim svitkom i ugrađenim ispravljačem s diodama.

-

Ispitni napon 3 kV

2. Izbor skale Kada imamo više skala postavlja se pitanje – u koju gledati ? U ovom primjeru vidjet ćemo da pravilan izbor skale olakšava mjerenje a gledanje u pogrešnu skalu ga nepotrebno zakomplicira. Pošto broj očitanih podjeljaka na izabranoj skali treba pomnožiti sa konstantom, skalu treba birati tako da konstanta bude broj lak za množenje - dakle da bude 0,1; 1; 10 ili 100. Lošim izborom skale konstanta će biti dva, pet ili na primjer 3,3. Na slikama je prikazano pokazivanje instrumenta "unimer 45" prilikom mjerenja istosmjernog napona od 170 V. Na slici 2 preklopnik je postavljen u položaj 600 V =. To znači da je mjerni opseg 600 V, tj. pri punom skretanju kazaljke instrumenta napon je 600 V, na polovini skale je 300 V itd... Naponi veći od 600 V se ne mogu mjeriti. Na skali označenoj slovima V, A na kojoj se očitava napon i struja imamo dvije skale – gornju, koja ide od 0 do 6 podjeljaka, i donju od 0 do 30 podjeljaka. Ako je naš izbor gornja skala konstanta će biti K = 600V / 6 podjeljaka = 100 volti po podjeljaka. Očitavamo 1,7 podjeljaka, α = 1,7. Rezultat mjerenja je K * α = 170 V. Ako međutim izaberemo donju skalu konstanta će biti 600 / 30 = 20. Očitavamo 8,5 podjeljaka pa je rezultat 20 * 8,5 = 170 V. Rezultat je isti, možemo dakle gledati i donju skalu. Ipak, posle mjerenja će ostati dilema jesmo li dobro procijenili 8,5 podjeljaka?Možda je ipak procjena pogrešna, možda je točna procjena 8,4 ili 8,6 podjeljaka?

3

Pošto je mjereni napon 170 V to znači da možemo smanjiti mjerni opseg i prebaciti preklopnik u položaj 300 V. Dobit ćemo veće skretanje kazaljke i vjerojatno točnije mjerenje. Dakle, na sljedećoj slici( slika 3 ) mjerni opseg je 300 V. Naravno da ćemo gledati u donju skalu sa 30 podjeljaka pa će konstanta biti 300 V / 30 pod = 10V/pod. Očitavamo 17 podjeljaka, što pomnoženo sa konstantom 10 daje 170 V. Ako smo skloni kompliciranju stvari možemo izabrati i gornju skalu sa 6 podjeljaka. Tada konstanta neće biti 10, nego 300 / 6 = 50. Broj podjeljaka koji instrument pokazuje na ovoj skali je 3,4 pa da bi došli do rezultata treba pomnožiti 50 * 3,4 = 170 V.

Slika 2. Mjerni opseg 600 V

Slika 3. Mjerni opseg 300 V

4

3. Uporaba analognog unimera 3.1.

Mjerenje napona

Instrument se pretvara u voltmetar tako što se veliku kružni preklopnik postavi na područje označeno slovom V. Ovisno od toga da li mjerimo istosmjerni ili izmjenični napon mali preklopnik se postavi lijevo ili desno na odgovarajuću oznaku ( = ili ≈ ). Mjerenje se obavezno počinje sa najvećeg mjernog opsega. Na taj način se sprječava uništenje instrumenta koje je lako moguće ako se mjerenje počne na malom mjernom opsegu, a napon bude veći od očekivanog. U tom slučaju kazaljka naglo skreće, može se iskriviti ili ispasti iz ležišta a u opasnosti je svitak u zakretnom sustavu. Osigurač (ako postoji) i zaštitne diode nisu uvijek dovoljno sigurna zaštita. Ako je skretanje kazaljke malo, ili se uopće ne primjeti, može se postupno i vrlo oprezno smanjivati mjerni opseg dok kazaljka ne skrene toliko da omogući normalno očitavanje. Biramo skalu u koju ćemo gledati, određujemo konstantu instrumenta i očitamo skretanje kazaljke. Broj podjeljaka koji smo očitali množimo sa konstantom i dobili smo mjereni napon. Na osnovu dobivenog rezultata vidjet ćemo može li se još smanjiti mjerni opseg. Ako se mjeri istosmjerni napon točka većeg potencijala ( ili npr. + baterije ) mora se dovesti na priključak +VAΩ. Ako se ovdje pogriješi kazaljka će skretati na pogrešnu stranu ( lijevo ). Kada se mjeri izmjenični napon ne mora se voditi računa o priključcima, ispravljač u instrumentu osigurava da kazaljka uvijek skreće udesno. Voltmetar se spaja paralelno elementu na kome mjerimo napon. Unutrašnji otpor voltmetra je veoma veliki ( u idealnom slučaju beskonačan ) tako da kroz voltmetar praktično ne protječe struja. 3.2.

Mjerenje jakosti električne struje

Ampermetar se u strujni krug povezuje serijski (slika 4). Unutrašnji otpor ampermetra u idealnom slučaju je jednak nuli a i u stvarnosti je vrlo mali, kako ne bi mijenjao stanje u krugu. Unimer se pretvara u ampermetar postavljanjem velikog preklopnika na područje obilježeno slovom A. Mjerenje se počinje obavezno na najvećem mjernom opsegu, koji po potrebi veoma oprezno smanjujemo. Mali preklopnik se postavi na odgovarajuću oznaku za vrstu struje koja se mjeri. Ako se ukaže potreba za smanjenjem mjernog opsega prvo se struja mora prekinuti na nekom prekidaču ili isključenjem napajanja, pa tek onda se preklopnik postavi u drugi položaj i prekidač se ponovo uključi. Na ovaj način se sprječava da se struja prekida na kontaktima preklopnika i da on bude oštećen iskrenjem.

Slika 4. Mjerenje jakosti električne struje

5

3.3.

Mjerenje otpora

Veliki postotak mjerenja, možda i 90% su mjerenja otpora. Mjerenjem otpora grijača, prekidača, namotaja motora i transformatora itd.. kao i nekih elektroničkih komponenti može se doći do zaključka o ispravnosti dijelova uređaja bez opasnosti po rukovatelja. Veliki preklopnik treba prebaciti u jedno od područja označenih sa Ω a mali preklopnik udesno. Analognim instrumentima za mjerenje struje i napona nije potreban vlastiti izvor napajanja. Međutim, za mjerenje otpora baterija je neophodna. Većina instrumenata koristi jednu ili dvije baterije od 1,5 V. Instrument praktično kroz mjereni otpor (preko preklopnika i mjernih sondi) propušta struju iz baterije pa će kazaljka više skretati pri mjerenju manjih otpora. Zbog toga su način mjerenja otpora i omska skala drugačiji nego kada se mjeri struja i napon. Očitavanje vrijednosti otpora vrši se na posebnoj crnoj skali. Ova skala je drukčija od ostalih jer je obrnuta, tj. nula se nalazi na desnoj strani a na lijevoj strani je ∞ . Osim toga razmak između podjeljaka nije isti, prvi podjeljci su dosta razmaknuti a zatim gledajući nalijevo razmak je sve manji, da bi pri kraju bili toliko zbijeni da je točno očitavanje nemoguće.

Skala za očitavanje otpora..

Slika 5. Mjerenje otpora

Po potrebi s pomoću gumba za korekciju postaviti kazaljku na nulu.

Prije upotrebe ommetra treba priključke instrumenta kratko spojiti (slika 5). Kazaljka mora skrenuti do kraja, odnosno mora pokazati nulu. Ako nije došla do nule, ili je možda prešla još udesno od nule, njen položaj se korigira, tj. postavi se na nulu okretanjem okruglog gumba. Ovo podešavanje se mora radit povremeno zbog starenja i trošenja baterije u instrumentu. Vrijednost mjerenog otpora se dobije kada se očitani broj podjeljaka pomnoži sa brojem koji pokazuje veliki preklopnik. Mjerenje otpora se ne mora početi sa najvećeg mjernog opsega. Veliki preklopnik se postavi na više područja, a zadrži se u položaju na kome kazaljka stoji otprilike negdje između 1/2 i 2/3 skale jer je u tom dijelu očitavanje najtočnije.

6

4. Digitalni univerzalni mjerni instrument Sve što je rečeno o analognim instrumentima u vezi načina priključenja u strujni krug, unutrašnjeg otpora i načina mjerenja (početak mjerenja se najvećeg mjernog opsega) važi i za digitalne instrumente. Kod digitalnog instrumenta očitavanje mjerene veličine je mnogo lakše i točnije. Vrijednost se direktno očita na ekranu, dakle nema dilema oko izbora skale, određivanja konstante instrumenta i množenja sa njom, i nema subjektivnih grešaka pri očitavanju broja podjeljaka. Ako je mjerena veličina veća od mjernog opsega instrument će to vjerojatno "preživjeti" a grešku će signalizirati ispisivanjem broja "1" na prvom mjestu. Nije osjetljiv ni na zamjenu priključaka "+" i "-", pokazat će točnu vrijednost uz ispisivanje minusa ispred rezultata mjerenja. Ipak, zbog načina indikacije ovaj instrument nije pogodan za praćenje promjene mjerene veličine. Na slici 6 je instrument koji se kod nas može lako nabaviti. Ima sasvim zadovoljavajuću točnost i Slika 6. kvalitetu obzirom na nisku cijenu. Mjerenje napona

Brojevima na slici 7 su obilježeni: 1.) PREKLOPNIK U ovisnosti od njegovog položaja, ovim instrumentom se može mjeriti: DCV – istosmjerni napon ACV – izmjenični napon DCA – istosmjerna struja 10A – istosmjerne struje do 10 A Ω - mjerenje otpora - provjera dioda hfe - područje koje omogućava provjeru tranzistora koji se postavi u odgovarajuće podnožje OFF – isključen instrument

Slika 7. Digitalni multimetar

2.) DISPLAY (EKRAN) - Ovaj instrument ima 3 1/2 znamenke, što znači da prva znamenka, ako je ispisana, može biti samo jedinica. Na njemu postoji indikacija negativnog polariteta, istrošenosti baterije i visokog napona. Bolji instrumenti ispisuju i mjerenu veličinu ( V, mV, mA ... ), imaju pozadinsko osvjetljenje ekrana, a neki imaju i "traku" koja imitira skalu analognog instrumenta. Znak na displeju „1“ signalizira da je mjerena veličina veća od mjernog opsega. To je i oznaka za beskonačan otpor. 3.) PRIKLJUČAK COM – masa, tj. minus ampermetra, voltmetra i ommetra. 4.) Priključak za mjerenje napona, otpora i struje do 200 mA. 5.) Priključak koji se koristi za mjerenje velikih istosmjernih struja do 10 A. 6.) Podnožje za testiranje pojačanja tranzistora h fe. 7

4.1.

Uporaba digitalnog mjernog instrumenta

8.1. Mjerenje napona baterije

8.2. Mjerenje otpora otpornika

8.4. Mjerenje koeficijenta strujnog pojačanja tranzistora

8.3. Mjerenje potencijalnog praga diode-napona pri kojem dioda postaje vodljiva

8

Prilog 1. MJERENJE ISTOSMJERNOG NAPONA AKUMULATORA

Priključak spojen s + polom akumulatora

Preklopnik za određivanje mjere li se izmjenične ili istosmjerne veličine

Gledamo gornje skale namijenjene za mjerenje istosmjernih veličina

Veliki preklopnik je namješten na područje za mjerenje napona. Mjerenje započinjemo s najvećeg mjernog opsega.

Na mjernom opsegu 15 V na crnoj skali od 0 do 15 podjeljaka praktično direktno očitavamo napon. Na ovom području vidi se da je mjereni napon zapravo 12,6 V. Ovo mjerenje je najtočnije, kao što se vidi uopće nije teško izvršiti dobre procjene sa točnošću od 0,1 volt. S obzirom da je slijedeći raspoloživi mjerni opseg 5 V, a mjereni napon je veći od njega, mjerni opseg ne smijemo smanjiti na 5 V.

9

Prilog 2. MJERENJE IZMJENIČNOG NAPONA KUĆNOG PRIKLJUČKA

Priključni vodiči ( sonde ) su dobro izolirani tako da nema opasnosti od strujnog udara – naravno, ako ne dodirujemo metalne vrhove sondi. Napon u priključnici je izmjenični pa mali preklopnik mora biti prebačen ulijevo. I sama oznaka ≈ je crvena, što znači da se pri mjerenju izmjeničnih veličina koriste crvene skale a najveći mjerni opseg je crvena 1000. Na crvenoj skali sa 10 podjeljaka ( konstanta je 100 V/pod ) očitavamo 2,2 podjeljaka, tj. 220 V. Mjereni napon je manji od slijedećeg mjernog opsega od 300 V, pa ćemo za točniji rezultat prebaciti preklopnik na položaj 300 . Na slici vidimo da na skali sa 30 podjeljaka ( konstanta 10 ) kazaljka stoji na dvadeset trećem podjeljaku, što znači da je napon ustvari 230 V. S obzirom da su dozvoljena odstupanja napona gradske mreže do 10 % , izmjereni napon je u redu. Kada se mjere izmjenične struje i naponi kazaljka će uvijek skretati u pravom smjeru bez obzira gdje se stavi koja sonda zbog ispravljača u instrumentu.

10

Prilog 3. MJERENJE STRUJE U praksi će biti rijetke situacije kada će se koristiti ampermetar. Često je nepraktično prekidati strujni krug i serijski u njega ubacivati instrument – naime, treba rastaviti postojeću vezu, ponekad se bukvalno mora presjeći žica ili odlemiti element iz uređaja. Pri provjeri elektronskih sklopova često nam je potreban podatak ima li struje kroz neki element npr. tranzistor ili otpornik, i kolika je ona. Da se ne bi odlemljivao otpornik i lemile dvije žice za vezu sa ampermetrom, ( a po završetku mjerenja sve vraćalo na staro ) mnogo je praktičnije rješenje izmjeriti napon na otporniku. Za mjerenje napona ništa se ne mora odspojiti, mjerne sonde se stave na krajeve otpornika i time je ostvarena paralelni spoj voltmetra. Kada se zna napon na krajevima otpornika podijelit ćemo napon sa vrijednošću tog otpora ( koja je zahvaljujući obojenim prstenima poznata ) i tako smo saznali ima li struje kroz njega i kolika je.

11

Prilog 4. MJERENJE OTPORA OD 180 Ω NA RAZLIČITIM MJERNIM OPSEZIMA Na slici A je položaj kazaljke pri mjerenju otpora 180 oma kada je preklopnik na položaju X1. Točan broj podjeljaka je teško odrediti jer na malom rastojanju je čak 100 podjeljaka. Broj podjeljaka koji procijenimo ( dakle, oko 180 ) množi se sa 1 pa je rezultat mjerenja oko 180 Ω. Ako se preklopnik pomakne u položaj X10 ( slika B ) kazaljka pokazuje 18 podjeljaka, vidi se da ne postoji dilema jeli je broj podjeljaka 17, 18, 19 ili možda 17,5 ... Ovih 18 podjeljaka pomnoži se sa deset kao što pokazuje preklopnik, dakle rezultat je 180 Ω. Ako bi isti otpor pokušali izmjeriti na području X100 bio bi veliki problem procijeniti da li kazaljka pokazuje 1,7 1,8 ili 1,9 podjeljaka. Primjerice ako procijenimo da je u pitanju 1,7 podjeljaka, kad se to pomnoži sa 100 pravi se greška od 10 oma iako procjena nije bila loša. Na slici D se vidi da je mjerenje ovog otpora na području X1k praktično nemoguće. Biće dobro ako uopće primjetimo da rezultat nije 0 oma, a posebno očitati 0,18 podjeljaka koje pokazuje kazaljka. Moguća greška prilikom mjerenja otpora nastaje kada se rukama pridržava otpornik koji se mjeri. Tako se paralelno mjerenom otporu dodaje otpor vlastitog tijela i rezultat je manji od prave vrijednosti. Ovo je naročito izraženo na području X1k (slika D). Greška je također moguća ako se mjeri vrijednost otpornika koji je zalemljen na tiskanu pločicu.Utjecaj drugih elemenata spojenih paralelno tom otporu također smanjuje rezultat mjerenja.

slika A

slika B

slika C

slika D

12

Prilog 5. ISPITIVANJE ISPRAVNOSTI (MJERENJE OTPORA) GRIJAČA Najjednostavniji način ispitivanja ispravnosti grijača elektrotoplinskih uređaja je mjerenjem otpora. U većini slučajeva ovakav način ispitivanja je pouzdan, iako se može dogoditi i pogreška, primjerice kad je grijača žica u prekidu, a strujni krug je zatvoren jer se mjesto prekida prespojilo (npr. krhotinom oklopa grijača). Osim mjerenja otpora, može se ispitati postoji li „proboj“ na masu, odnosno jesu li neizolirani dijelovi grijača pod naponom. Primjer mjerenja otpora: Grijaču snage 1000 W namijenjen radu na 230 V otpor se da lako izračunati prema Ohmovom zakonu jer su grijači čisti omski otpornici.

snaga (W) = napon(V) x jakost struje(A) P= U x I  I= P/U I= 1000 W/230 V= 4,34 A U normalnim uvjetima ovaj grijač „vuče“ iz mreže struju od 4,34 A.

jakost struje(A) = napon (V) / otpor (Ω) I= U/R  R=U/I R= 220 V/ 4,34 A= 50,7 Ω

Ako mjerenjem utvrdimo da je otpor grijača približno gornjoj vrijednosti , grijač je ispravan.

13

Prilog 6. Zadaci za praktični rad-električna mjerenja 1. Izmjeri napon izvora istosmjerne struje i podatke zapiši u tablicu. R.br

Izvor istosmjerne struje

1.

Baterija 1-

2.

Baterija 2-

3.

Baterija 3-

Izmjereni napon (V)

2. Izmjerite jakost električne struje u strujnom krugu istosmjerne struje u koji su priključeni različite vrste trošila. Podatke upiši u tablicu. R.br

Trošilo

Snaga trošila (W)

Radni napon (V)

(očitano s natpisne pločice)

1.

Žarulja

2.

Brusheless elektromotor

3.

Istosmjerni elektromotor

Jakost električne struje (A)

Zapažanja

(izmjerena vrijednost)

3. Izmjerite otpor otporne žice različite duljine. Podatke upišite u tablicu. Izračunajte koliki je specifični otpor materijala ako je površina poprečnog presjeka žice 1 mm2. Od kojeg je materijala žica izrađena? R.br 1.

Duljina žice- l (m)

Otpor-R (Ω)

Specifični otporρ(Ωmm2/m)

O,3 m

2. 3.

* Specifični otpor cekasa je ≈1.1 Ωmm2/m, kantala ≈0.5 Ωmm2/m, bakra ≈0.17 Ωmm2/m i zlata≈0.023 Ωmm2/m. Upute: Vodič presjeka S mm2 dužine l pružat će prolasku struje otpor: R= ρ x l /S Iz te formule možemo izračunati vrijednost specifičnog otpora: ρ=RxS/ l Izračun:

14

4. Univerzalnim mjernim instrumentom izmjerite otpor grijača elektrotoplinskog uređaja namijenjenog za rad na 230 V. Podatke upiši u tablicu. Računskim putem s pomoću uputa s radnog lista 5 odredite vrijednost otpora. Usporedi dobivene rezultate i napiši zapažanja o mjerenju. R.br

Trošilo

Snaga trošila (W)

Radni napon (V)

(očitano s natpisne pločice)

1.

Grijač perilice

2.

Grijač 2

Izračun:

Zapažanja:

.

15

Otpor grijača (Ω) (izmjerena vrijednost)

Otpor grijača (Ω) (izračunata vrijednost)