Měření střídavého napětí Střední odborná škola Otrokovice Měření střídavého napětí Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš Zatloukal Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika DUM 1 Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2 Autor Ing. Miloš Zatloukal Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-El-EM/3-EL-1/10 Název DUM Měření střídavého napětí Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 26-51-H/01 Obor vzdělávání Elektrikář Vyučovací předmět Elektrická měření Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 17 – 18 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: střídavé napětí, způsoby jeho měření, přesností měření Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Měřicí přístroj, měření napětí, voltmetr, měřicí transformátor, napětí Datum 11. 08. 2013

Měření střídavého napětí Náplň výuky - střídavé napětí - měření střídavého napětí - typy střídavých voltmetrů - magnetoelektrický s usměrňovačem - feromagnetický - elektrostatický - změna rozsahu voltmetru – přehled

Měření střídavého napětí Čím je charakterizováno střídavé napětí: - jde o ustálený periodický střídavý signál – v čase proměnlivý (periodický = pravidelně se opakující) - jsou u něj konstantní - maximální hodnota – Umax - střední hodnota – UAV - efektivní hodnota – tuto nejčastěji měříme – Uef

Čím měříme střídavé napětí: - ke zjištění hodnoty střídavého elektrického napětí použijeme střídavý voltmetr. - jeho připojení a zásady měření jsou obdobné jako při měření stejnosměrným voltmetrem, je nutno připomenout, že je důležité prostudovat si návod poskytnutý výrobcem střídavého voltmetru – tím se vyhneme měření s větší chybou, než výrobce uvádí. Jaký voltmetr zvolit: - Analogové – ručkové – klasické měřicí přístroje - Magnetoelektrický voltmetr s usměrňovačem - Feromagnetický voltmetr - Elektrostatický voltmetr - Analogové – elektronické měřicí přístroje - Číslicové – (digitální) – voltmetry, multimetry, vysokofrekvenční voltmetry

Magnetoelektrický voltmetr s usměrňovačem - magnetoelektrickému voltmetru je předřazen usměrňovač - jde nejčastěji o dvoucestný se 4 diodami – Grätzovo můstkové zapojení - co měří – střední hodnotu usměrněného proudu nebo napětí - co zobrazuje – efektivní hodnotu (jeho stupnice je tak cejchována) - pozor – platí to jen pro sinusový průběh - napětí jiných průběhů (např. trojúhelníkový, obdélníkový) měří s větší chybou - průběh stupnice voltmetru není lineární (více zhuštěný počátek) (jde o vliv nelinearity diodového usměrňovače) - vhodný i pro měření menších napětí – základní rozsah 2,4 V - nízká spotřeba voltmetru - menší přesnost měření – 1 % a horší - pouze pro sinusové průběhy - širší kmitočtový rozsah-měřená napětí o kmitočtu od 20 Hz do 20 kHz Obr. 1

Feromagnetický voltmetr - co měří a zobrazuje – efektivní hodnotu střídavého napětí - platí to i pro nesinusový průběh měřeného napětí - používá se pro rozsahy od 50 do 500 V - větší spotřeba voltmetru - menší přesnost měření – 1 % a horší - měřená napětí o kmitočtu od 50 – 300 Hz (technické kmitočty) Obr. 2

Elektrostatický voltmetr - pro měření vysokých napětí (nad 1000 V) - co měří a zobrazuje – efektivní hodnotu střídavého napětí - je nezávislý na kmitočtu (vhodný tedy i pro vysoké kmitočty do 10 MHz) - menší přesnost měření – 1 % a horší Obr. 3

Analogové střídavé voltmetry Přehled voltmetrů Analogové střídavé voltmetry 1) Magnetoelektrický s usměrňovačem – citlivý s malou spotřebou 2) Feromagnetický – nejběžnější 3) Elektrostatický – pouze pro vysoká napětí Typ Měří od Měří do Třída přesnosti Frekvence Průběh Měří hodnotu Magnetoelektrický s usměrňovačem 1,5 V 600 V Od 1 20 Hz – 20 kHz Sinus Střední (cejch. v ef.) Feromagnetický 3 V 500 V 50 – 300 Hz Sinus a jiné Efektivní Elektrostatický 1k V 600 kV Do 10 MHz

Číslicové voltmetry stejnosměrné a střídavé - patří do kategorie elektronických měřicích přístrojů, - mají velmi vysoký vnitřní odpor (je to dáno použitím tranzistorů FET a operačních zesilovačů s těmito tranzistory na vstupu) - mají číslicový displej - počet míst displeje souvisí s přesností přístroje - přesné: 3,5 až 4 místné, - velmi přesné: 5 a více místné - vyrábějí se v kompaktním provedení jako multimetry – dělí se na - ruční (kapesní, montážní) - stolní (laboratorní) Zvláštní kategorii střídavých voltmetrů tvoří: - nízkofrekvenční milivoltmetry - vysokofrekvenční voltmetry

Změna rozsahu střídavého voltmetru JAK ? - pomocným odporem – zvaným předřadník Rp (zde platí pro magnetoelektrický přístroj s usměrňovačem – viz změna rozsahu stejnosměrného voltmetru předřadníkem) - pro elektrostatický systém se používají tyto způsoby zvětšení rozsahu: - předřadný kondenzátor - kapacitní dělič - pomocí měřicího transformátoru napětí (pro napětí > 1000 V) Poznámka: při měření stejnosměrného napětí elektrostatickým voltmetrem je možné použít pro zvětšení rozsahu odporový dělič

Vysokofrekvenční napětí měříme elektronickými voltmetry, které mají velký vnitřní odpor (a tedy malou spotřebu). Nevýhodou je malá přesnost (2 až 5%), složitější obsluha, údržba a vyšší cena. Do kmitočtu asi 100 kHz lze použít také magnetoelektrické voltmetry s termoelektrickými články, do 10 MHz zvláštní elektrostatické voltmetry.

Ukázky voltmetrů Obr. 4 Obr. 5 Obr. 6 Obr. 7

Kontrolní otázky Napětí UAV je: Napětí při měření audiovizuálních signálů Střední hodnota střídavého napětí Maximální hodnota střídavého napětí Magnetoelektrický měřicí systém je pro měření střídavého napětí: Vhodný jednoznačně Nevhodný Je použitelný, ale musí se mu předřadit usměrňovač Feromagnetický voltmetr: Měří střední a zobrazuje efektivní hodnotu střídavého napětí Měří a zobrazuje efektivní hodnotu střídavého napětí (pouze pro sinus) Měří a zobrazuje efektivní hodnotu střídavého napětí (i nesinus)

Kontrolní otázky – správné odpovědi Napětí UAV je: Napětí při měření audiovizuálních signálů Střední hodnota střídavého napětí Maximální hodnota střídavého napětí Magnetoelektrický měřicí systém je pro měření střídavého napětí: Vhodný jednoznačně Nevhodný Je použitelný, ale musí se mu předřadit usměrňovač Feromagnetický voltmetr: Měří střední a zobrazuje efektivní hodnotu střídavého napětí Měří a zobrazuje efektivní hodnotu střídavého napětí (pouze pro sinus) Měří a zobrazuje efektivní hodnotu střídavého napětí (i nesinus)

Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní, značka magnetoelektrického měřicího systému Obr. 2: vlastní, značka feromagnetického měřicího systému Obr. 3: vlastní, značka elektrostatického měřicího systému Obr. 4: vlastní, foto, panelový voltmetr 60V, střídavý, feromagnetický Obr. 5: vlastní, foto, voltmetr vícerozsahový střídavý Obr. 6: vlastní, foto, multimetr malý digitální Obr. 7: vlastní, foto, multimetr přesný stolní – laboratorní

Seznam použité literatury: [1] Vitejček, E.: „Elektrické měření“, SNTL, Praha, 1974 [2] Fiala, M., Vrožina, M., Hercik, J.: „Elektrotechnická měření I“, SNTL, Praha, 1986

Děkuji za pozornost 