Měření stejnosměrného napětí Střední odborná škola Otrokovice Měření stejnosměrného 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 /3 Autor Ing. Miloš Zatloukal Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-El-EM/3-EL-1/9 Název DUM Měření stejnosměrného 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: seznámení s měřením stejnosměrného napětí, zapojením voltmetru, změnou rozsahu voltmetru Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Měřicí přístroj, měření napětí, stejnosměrný, voltmetr, paralelní, vnitřní odpor, předřadník Datum 10. 8. 2013

Měření stejnosměrného napětí Náplň výuky - měření napětí - zapojení voltmetru - typy voltmetrů - analogové voltmetry - číslicové voltmetry - změna rozsahu voltmetru - použití voltmetru při měření jiných veličin

Měření stejnosměrného napětí Postup při měření - volba měřicí metody - volba vhodných měřicích přístrojů (třída přesnosti, rozsah, vlastní spotřeba, typ zobrazení) - propojení měřicích přístrojů s měřeným objektem - nastavení nejvyšších rozsahů - kontrola zapojení - připojení zdrojů (napájecích, případně signálových) - zmenšení rozsahů, tak aby přístroje ukazovaly cca 66 % max. hodnoty - záznam naměřených hodnot - zpracování měření – výpočty, grafy - zpráva o měření – protokol

Měření stejnosměrného napětí - ke zjištění hodnoty elektrického napětí slouží měřicí přístroj nazvaný voltmetr. - k objektu (prvku elektrického obvodu), jehož napětí chceme měřit, se připojuje PARALELNĚ - je tak zajištěna možnost jak - pevného připojení, tak i - dočasného připojení – dotykového – měření pomocí měřicích hrotů - připojení voltmetru má co nejméně ovlivnit měřený obvod – proto: - má jím téci co nejmenší proud - musí mít tedy co největší odpor - abychom voltmetr nepřetížili – nastavíme nejprve nejvyšší rozsah, který postupně snižujeme, abychom měřili co nejpřesněji (tj. na nejbližším vyšším rozsahu než je měřená hodnota)

Připojení voltmetru do měřeného obvodu Obr. 1 Měříme napětí na odporech R1, R2, R3

Analogové stejnosměrné voltmetry Přehled voltmetrů Analogové stejnosměrné voltmetry 1) S měřicím ústrojím magnetoelektrickým – nejběžnější 2) S měřicím ústrojím feromagnetickým – modernější typy 3) S měřicím ústrojím elektrostatickým – pouze pro vysoká napětí 4) Galvanometr – velmi citlivý, velmi malá napětí Typ Měří od Měří do Třída přesn. Vnitřní odpor Magnetoelektrický 50 μV 1000 V Od 0,1 Od 5 kΩ/V – malá spotřeba Feromagnetický 1 V 600 V Od 0,5 menší – větší spotřeba Elektrostatický 600 kV Od 1 Galvanometr nV Vyrábějí se jako - panelová měřidla – se základním rozsahem - voltmetry – vícerozsahové - multimetry – měří několik veličin s více rozsahy

Číslicové voltmetry - 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)

Změna rozsahu voltmetru - každý voltmetr má nějaký základní (jmenovitý) rozsah a jemu úměrnou citlivost - základní rozsah je poměrně malý - ručkové voltmetry mají např. 100 μV, 1 mV, 10 mV - číslicové voltmetry např. 999 mV (1 V), 1999 mV (2 V) při potřebě měření většího napětí je nutné rozsah zvětšit JAK? - pomocným odporem – zvaným předřadník Rp (platí hlavně pro magnetoelektrický a feromagnetický systém) - pro elektrostatický systém se používají tyto způsoby zvětšení rozsahu: - odporový dělič - předřadný kondenzátor - kapacitní dělič

Změna rozsahu voltmetru předřadným odporem – předřadníkem Princip je jednoduchý: jestliže základní rozsah voltmetru je malé napětí (100 μV až 100 mV), dáme před voltmetr do série pomocný odpor (předřadíme ho), tak velký, že se na něm objeví téměř celé měřené velké napětí. Odpor se nazývá předřadník Rp. Vypočítáme ho tak, že od poměru napětí měřeného (velkého) a napětí základního (malého) odečteme 1 a výsledek vynásobíme odporem měřicí cívky voltmetru. Rm = Ri = celkový vnitřní odpor voltmetru

Předřadník – schéma Obr. 2

Výpočet předřadníku – příklad Pro magnetoelektrický panelový voltmetr se základním rozsahem 10 mV navrhněte předřadný odpor, aby bylo možno měřit napětí 50 V. Vnitřní odpor tohoto voltmetru je 400 Ω. Řešení: U = 50 V Um = 10 mV = 0,01 V Rm = 400 Ω

Přepínání rozsahů - voltmetr má jednu společnou svorku a tolik dalších, kolik je rozsahů (rozsah se tedy mění volbou svorky). - voltmetr má 2 vstupní svorky a rozsahy se přepínají voličem – přepínačem – tento je umístěn na boku přístroje nebo pod číselníkem. Použití voltmetru při měření jiných veličin Voltmetr se používá například: - pro přesné měření el. proudu pomocí normálu odporu - při měření odporu Ohmovou či jinou metodou - při měření výkonu stejnosměrného proudu - tam, kde je jiná měřená veličina (např. teplota) na napětí převedena

Ukázky voltmetrů Obr. 3 Obr. 4 Obr. 5 Obr. 6

Kontrolní otázky Voltmetr má mít: Co nejmenší vnitřní odpor Co největší vnitřní odpor Nulový vnitřní odpor K měřenému objektu připojíme voltmetr: Podle polarity Sériově Paralelně Pro změnu základního rozsahu voltmetru se použije: Předřadník s co nejmenším odporem Bočník s co největším odporem Předřadník s co největším odporem

Kontrolní otázky – řešení Voltmetr má mít: Co nejmenší vnitřní odpor Co největší vnitřní odpor Nulový vnitřní odpor K měřenému objektu připojíme voltmetr: Podle polarity Sériově Paralelně Pro změnu základního rozsahu voltmetru se použije: Předřadník s co nejmenším odporem Bočník s co největším odporem Předřadník s co největším odporem

Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní, připojení voltmetru do obvodu Obr. 2: vlastní, výpočet předřadníku Obr. 3: vlastní, panelový voltmetr 10 mV Obr. 4: vlastní, voltmetr vícerozsahový Obr. 5: vlastní, voltmetr malý digitální Obr. 6: vlastní, voltmetr 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 