Elektrotechnika
WYBRANY materiał do testu numer 2 Podstawą do nauki na test są notatki w zeszycie
oraz wiedza nabyta podczas lekcji
Ten skrypt ma charaktery wyłącznie pomocniczy
Sposób włączania mierników w obwód elektryczny
1. Podczas pomiaru napięcia stałego (jednokierunkowego – np. w akumulatorze, w baterii), należy zwrócić uwagę, aby zacisk dodatni woltomierza (oznaczony znakiem ‘+’, przewód [sonda] zazwyczaj koloru czerwonego) był przyłożony do potencjału wysokiego (plus), natomiast zacisk ujemny (oznaczony znakiem ‘– ‘, przewód [sonda] zazwyczaj koloru czarnego) – do potencjału niskiego (minus).
W przeciwnym wypadku wskazówka przyrządu wychyli się w nieprawidłową stronę lub wskazany wynik na wyświetlaczu będzie ujemny.
2. Woltomierz włączamy równolegle w obwód, równolegle do elementu, na którym dokonujemy pomiaru napięcia.
3. Kolejność podłączenia akumulatora w samochodzie – najpierw podłączamy plus, a następnie minus. Podczas odłączania – odwrotnie.
4. Do pomiaru natężenia prądu elektrycznego w obwodzie używamy amperomierz, który należy umieścić w gałęzi obwodu w celu wykonania pomiaru.
Jeśli ma być wykonany pomiar natężenia prądu przepływającego przez rezystor, to nie ma znaczenia, czy amperomierz będzie umieszczony przed, czy za rezystorem.
Podczas pomiaru natężenia amperomierzem wartości stałych, należy zwrócić szczególną uwagę na odpowiednią biegunowość. Odwrotne podłączenie (plus do minusa) może uszkodzić amperomierz lub obwód.
5. Amperomierz zawsze włączamy szeregowo w obwód.
6. Przy pomiarze prądów przemiennych (gniazdko) nie ma znaczenie biegunowość.
7. Aby zmierzyć rezystancje elementu elektrycznego, należy podłączyć do niego dwa zaciski pomiarowe omomierza. Konkretny element nie może być
wlutowany w układ, gdyż wynik będzie dotyczył całego układu.
8. Watomierz umożliwia pomiary mocy czynnej i ma co najmniej cztery zaciski pomiarowe, które działają jednocześnie. Dwa (oznaczone literką A) mierzą natężenie prądu, a kolejne dwa (oznaczone literką V) mierzą napięcie.
9. Dioda świecąca ma katodę (krótsza – minus) i anodę (dłuższa – plus).
Rodzaje błędów pomiarowych
1. Narzędzia pomiarowe mają określoną dokładność, a na wynik pomiaru mogą wpłynąć nawet warunki zewnętrzne (np. temperatura może wpłynąć na pomiar rezystancji), czy doświadczenie obsługi narzędzia pomiarowego, bądź zasada jego działania i dlatego mogą powstać błędy pomiarowe.
2. Błędy można podzielić na:
Błędy bezwzględne – różnica pomiędzy wartością zmierzoną a wartością rzeczywistą.
Δx = X - Xrz
Δx (Deltax) – błąd bezwzględny X – wartość zmierzona
Xrz – wartość rzeczywista
Znajomość tego błędu umożliwia określenie poprawki (pX), która jest równa błędowi, ale z przeciwnym znakiem (pX = -Δx)
Błąd względny – stosunek błędu bezwzględnego do wartości rzeczywistej x 100.
Umożliwia porównanie dokładności różnych mierników, które pracują na innych zakresach pomiarowych
Błąd graniczny (ΔXg) – najpewniejszy przy ocenie dokładności pomiaru.
Dzieli się na maksymalny (Δmax) i minimalny (Δmin) Xrz = X ± ΔXg
3. Błędy przyrządów wskazówkowych:
Błąd podstawowy – zależny od klasy dokładności miernika i zakresu pomiarowego
Błąd dodatkowy – zależny od warunków pomiaru (wilgotność, temperatura, sposób ustawienia miernika podczas pomiaru, zewnętrzne pole magnetyczne)
Błąd odczytu – zależny często od doświadczenia osoby przeprowadzającej pomiar
4. Błędy przyrządów cyfrowych są trudniejsze do obliczenia, gdyż różne firmy stosują inne algorytmy przy miernikach i producenci podają sposoby obliczania błędów.
5. Błąd metody – przy pośredniej metodzie pomiaru, błąd pomiaru określony jest jako suma modułów wszystkich mierników użytych przy pomiarze.
6. Niepewność pomiaru określa prawdopodobieństwo pojawienia się błędu pomiarowego o konkretnej wartości.
Pomiar napięcia dowolnego źródła napięcia
1. Napięcie elektryczne mierzymy za pomocą woltomierza, a jednostką jest wolt [V].
Najczęściej spotykane są woltomierze cyfrowe i magnetoelektryczne.
2. Woltomierz ma bardzo dużą rezystancję wewnętrzną i w zależności od modelu, może ona mieć wartość wielu megaomów (MΩ). Duży opór umożliwia
bezpieczne podłączenie do źródła napięcia, a miernik traktowany jest jako przerwa w obwodzie. Woltomierz podłączamy
w obwód równolegle.
3. Pomiar woltomierzem polega na połączeniu sond woltomierza z zaciskami źródła napięcia (rysunek po lewej stronie) lub z zaciskami badanego elementu (rysunek po prawej stronie) przy załączonym zasilaniu.
Na schemacie woltomierz oznaczony jest symbolem: V w kółeczku.
4. Mierząc napięcie miernikiem uniwersalnym (multimetr) należy w pierwszej kolejności wybrać, czy będzie mierzone napięcie prądu stałego (akumulatory, baterie itd.), czy napięcie prądu przemiennego (gniazdko elektryczne), zmiennego.
Napięcie stałe ma często symbol V z ciągłą linią obok, a pod nią trzypunktowa linia przerywana, a napięcie przemienne ma symbol V z tyldą obok.
Następnie należy wybrać odpowiedni zakres napięcia, zawsze większego od napięcia spodziewanego. Jeśli chcemy zmierzyć napięcie w gniazdku elektrycznym (około 230 V), a na multimetrze jest zakres 200 V i 750 V, to należy wybrać 750 V, które jest większe od 230 V.
Pomiar spadków napięcia na dowolnym elemencie obwodu elektrycznego
1. Pomiar spadków napięcia wykonywany z pomocą woltomierza na poszczególnych odcinkach przewodów, czy pomiędzy zaciskami łączników, a także na elementach w danym obwodzie umożliwia wykrycie uszkodzeń, nawet gdy nie ma objawów i zapobiega poważniejszym uszkodzeniom.
2. Prąd, który płynie przewodami ze źródła zasilania do odbiornika wywołuje spadek napięcia w obwodzie i jest tym większy im większa jest wartość rezystancji
oraz prądu w konkretnej części obwodu.
Zazwyczaj całkowity spadek napięcia na linii zasilania odbiorników nie jest większy niż 5% wartości napięcia znamionowego układu, a norma określa maksymalną wartość spadku napięcia – 10%.
3. Znając napięcie źródła oraz natężenie w całym układzie można obliczyć spadek napięcia dla rezystorów (lub innych elementów), korzystając z prawa Ohma:
I = U/R
Przykładowe obliczenia spadku napięcia dla rezystora R1, którego rezystancja wynosi:
10 kΩ, a natężenie w całym układzie wynosi: 100 µA:
U = I * R = > U = 100 µA * 10 kΩ => U = 0,000100 A * 10000 Ω = 1 V
4. Jeśli sprawdzić spadek napięcia na rezystorach połączonych szeregowo, to suma spadków napięć na rezystorach będzie niemalże równa napięciu przesłanemu do baterii, a teoretycznie wartości te powinny być równe, co określa wzór:
Uź = UR1 + UR2 + … + URn
Uź – napięcie źródła
UR1 – Spadek napięcia na pierwszym rezystorze UR2 – Spadek napięcia na drugim rezystorze URn – Spadek napięcia na n-tym rezystorze
W praktyce wartości te nie są równe, gdyż występuje niedokładność pomiaru
miernikiem oraz przewody przez które przepływa prąd mają nieznaczną rezystancję.
5. Przeliczanie amperów:
Pikoamper [pA] = > 1pA = 0, 000 000 000 001 A
Nanoamper [nA] => 1nA = 0, 000 000 001 A
Mikroamper [µA] => 1µA = 0, 000 001 A
Włączenie w obwód rezystora suwakowego w celu regulacji napięcia
1. Rezystory (oporniki) suwakowe stosuje się do regulacja prądów lub napięć i mogą pracować jako obciążenie zmienne lub jako potencjometr:
Praca jako obciążenie zmienne:
Napięcie może być podłączone do zacisków A i C, bądź do zacisków B i C.
Zmiana położenia suwaka powoduje zmianę rezystancji i zmianę natężenia prądu w obwodzie, co wyraża wzór powiązany
z prawem Ohma:
I = U/R I – Natężenie prądu
U – Napięcie prądu R – Rezystancja
Praca jako potencjometr (dzielnik napięcia):
Napięcie podłączone jest do zacisków A i B i w zależności od położenia suwaka, ulega zmianie napięcie wyjściowe mierzone na zaciskach B i C.
Jeśli dzielnik jest nieobciążony, to napięcie wyjściowe jest zależne od napięcia wejściowego oraz stosunku rezystorów R1 i R2:
U2 = (U/(R1 + R2)) * R2
Rodzaje pomiarów prądu stałego. Pomiar prądu, metoda bezpośrednia
1. Wyróżniamy dwie podstawowe metody pomiaru prądu stałego:
Bezpośredni pomiar prądu stałego
Pośredni pomiar prądu stałego
2. Natężenie prądu elektrycznego to jeden z podstawowych parametrów określających obwód elektryczny i jest oznaczany jako I oraz jest często nazywane
„prądem elektrycznym”. Jednostką natężenia, prądu jest amper [A].
3. Do pomiaru prądu stałego najczęściej używa się amperomierza magnetoelektrycznego lub amperomierza cęgowego cyfrowego, który jest zakładany na przewód.
Przyjmuje się, że rezystancja wewnętrzna amperomierza dąży do zera (jest bardzo mała), a amperomierz jest traktowany jako zwarcie.
Amperomierz podczas pomiaru prądu musi być włączony w obwód szeregowo i nie wolno włączać amperomierza bezpośrednio do zacisków źródła napięcia.
4. Bezpośredni pomiar prądu stałego polega na włączeniu amperomierza w obwód szeregowo i pomiar należy wykonywać przy załączonym zasilaniu,
a w obwodzie muszą być odbiorniki.
5. Pośredni pomiar prądu stałego można wykonać z pomocą rezystora wzorcowego, poprzez pomiar spadku napięcia.
Przykładowe zagadnienia:
1. Jakie znasz rodzaje błędów pomiarowych?
2. Błąd na przyrządach analogowych a cyfrowych?
3. O czym należy pamiętać podczas doboru zakresu przyrządu cyfrowego?
4. Co wiesz o woltomierzu?
5. Jak używać miernik uniwersalny?
6. Spadki napięcia
7. Przeliczanie amperów
8. Co wiesz o rezystorach suwakowych?
9. Jak wykonywać pomiar prądu i o czym należy pamiętać?
10. … itd.
