Meracie a testovacie obvody; Základné znalosti z elektroniky
Meranie napätia¶
Na meranie napätia sa používajú zariadenia na meranie napätia („voltmetre“); sú k dispozícii v analógovom aj digitálnom prevedení. Bežné multimetre sa dajú použiť aj ako prístroje na meranie napätia nastavením otočného prepínača podľa potreby na jednosmerné alebo striedavé napätie.
Ak sa dotknete dvoch spojení komponentu s dvoma testovacími sondami v zapnutom obvode, vnútorný odpor voltmetra a komponentu tvoria paralelné spojenie dvoch odporov. Dve napätia privádzané k voltmetru a súčasti sú v tomto prípade rovnaké.
Obvod na meranie napätia pomocou voltmetra.
Chyba merania vyplývajúca z merania je menšia, tým vyšší je vnútorný odpor voltmetra; Voltmetre majú preto vždy veľmi vysoký elektrický odpor.
Pri analógových voltmetroch je merací rozsah v zásade obmedzený koncom stupnice; Ak je na meracie zariadenie privádzané vyššie napätie, ukazovateľ meracieho prístroja sa na jednej strane nemôže viac odkláňať a na druhej strane môže dôjsť dokonca k poškodeniu meracieho prístroja. Aby sa rozšíril merací rozsah smerom nahor, musí sa použiť vhodný obvod, ktorý zabezpečí, že na voltmetr bude privádzaná iba časť meraného napätia.
To sa dá dosiahnuť kombináciou voltmetra so sériovým rezistorom. Ak má voltmetr s meracím rozsahom napríklad vnútorný odpor, má sériový rezistor s veľkosťou taký efekt, že iba napätie na voltmetri poklesne. Rozsah merania sa zväčšuje o faktor, takže pomocou voltmetra je možné teraz merať napätie až do teraz.
Rozšírenie meracieho rozsahu nie je nijako limitované. Ak má sériový rezistor hodnotu v príklade vyššie, potom je celkový odpor a na voltmetri klesá iba prítomné napätie. Zodpovedajúcim spôsobom je možné merať napätie, ktoré je krát vyššie, t. J. Maximum.
Pomocou digitálnych meracích prístrojov sa meranie vykonáva elektronicky a zobrazuje sa digitálne na displeji. Problém chýb merania a princíp rozšírenia meracieho rozsahu sú však pre analógové aj digitálne meracie prístroje rovnaké.
Meranie prúdu¶
Na meranie prúdu sa používajú prístroje na meranie prúdu („ampérmetre“); sú tiež k dispozícii v analógovom aj digitálnom prevedení. Bežné multimetre možno tiež použiť ako prístroje na meranie prúdu nastavením otočného prepínača na meranie prúdu.
Na meranie prúdu musí byť ampérmeter zapojený do série s meraným komponentom. [1] V takom prípade vnútorný odpor ampérmetra a komponentu tvoria sériové spojenie dvoch odporov. Preto musí ampérmetrom a komponentom tiecť rovnaký prúd.
Obvod na meranie prúdov pomocou ampérmetra.
Chyba merania vyplývajúca z merania je menšia, tým menší je vnútorný odpor ampérmetra; Ampérmetre majú preto vždy veľmi nízky elektrický odpor.
Pri analógových ampérmetroch je rozsah merania tiež obmedzený koncom stupnice; Ak meracím prístrojom preteká väčší prúd, potom sa ukazovateľ meracieho prístroja nemôže ďalej odkláňať alebo sa môže poškodiť dokonca aj merací prístroj. Aby sa rozšíril merací rozsah smerom hore, musí sa v tomto prípade tiež dosiahnuť, aby ampérmetrom pretekala iba časť meraného prúdu.
To je možné, ak je ampérmeter kombinovaný s odporom zapojeným paralelne. Ak má ampérmeter s meracím rozsahom napríklad vnútorný odpor, má paralelne zapojený odpor aj to, že cez ampérmeter preteká iba polovica prúdu. Merací rozsah sa rozširuje o faktor, takže ampérmeter môže teraz merať prúdy až.
Pre rozšírenie rozsahu merania ampérmetrov neexistujú takmer nijaké horné limity. Paralelné odpory sú zvyčajne už zabudované v ampérmetri a dajú sa zapnúť pomocou otočného spínača.
Meranie odporu¶
Veľkosť rezistora sa dá určiť podľa Ohmovho zákona, ak je známe, aké napätie sa na rezistor aplikuje a aká intenzita prúdu preteká rezistorom.
Obvod na meranie odporov pomocou voltmetra a ampérmetra.
Stanovenie odporu súčasti pomocou tejto metódy preto vyžaduje meranie prúdu aj napätia. Ako je naznačené na obrázku vyššie, existujú v zásade dve možnosti: Vo variante ukazuje voltmetr príliš vysokú hodnotu („obvod chyby napätia“), pretože časť napätia privádzaného na voltmetr klesá pri vnútornom odpore ampérmetra. Vo variante ampérmeter zobrazuje hodnotu, ktorá je príliš vysoká („prúdový poruchový obvod“), pretože časť prúdu pretekajúceho ampérmetrom potom preteká voltmetrom.
Odpor súčiastky možno určiť aj pomocou jediného meracieho zariadenia, ak je známe použité napätie. Takéto meranie predpokladá, že komponent, ktorý sa má merať, je odstránený alebo aspoň obvod, ktorý obklopuje komponent, nie je uzavretý. Merací prístroj, zvyčajne multimetr, potom môže sám slúžiť ako zdroj napätia so známou hodnotou napätia, ak je v ňom zabudovaná batéria. Meranie odporu teda zodpovedá meraniu sily prúdu, ale s príslušne prispôsobenou stupnicou.
Wheatstoneov merací mostík
Ďalšou možnosťou merania odporu je použitie „Wheatstoneovho meracieho mostíka“ pomenovaného po Charlesovi Wheatstoneovi. Toto je štruktúrované takto:
Obvod Wheatstoneovho mostíka na meranie odporu pomocou ampérmetra.
- Odpor, ktorý sa má merať, je zapojený do série so známym odporom.
- Súčasne je pripojený nastaviteľný odpor (potenciometer) s pohyblivým zberačom prúdu; Týmto sa rozdelí celkový odpor potenciometra na dva čiastkové odpory (ležiace navzájom v sérii), pričom pomer týchto dvoch odporov je možné nastaviť pomocou polohy prúdového kolektora.
- Medzi prúdový kolektor a dva odpory je nainštalovaný citlivý ampérmeter.
Na meranie odporu pomocou tejto metódy sa prúdový kolektor posúva dopredu a dozadu, kým ampérmeter prestane zobrazovať prúd. V tejto polohe je napätie na Wheatstonovom meracom mostíku rozdelené medzi dve prúdové vetvy (a alebo a v rovnakom pomere. V takom prípade platí:
Pretože je známe a že pomer k je možné odčítať pomocou stupnice na potenciometri, požadovaný odpor sa dá určiť priamo pomocou vyššie uvedeného pomeru odporu:
Pretože potenciometer nakoniec pozostáva z odporového drôtu navinutého do dlhej cievky a odpor homogénneho vodiča je priamo úmerný jeho dĺžke, číselný pomer odporov je zhodný s pomerom dvoch dĺžok cievky vľavo a vpravo od zberača. Ako mierka na potenciometri preto stačí jednoduchá milimetrová stupnica.