|
Měření elektrického napětí.
Elektrické napětí se značí U a jednotkou je 1 V. V praxi se běžně používají jednotky vyšší: 1 kV = 103 V a hlavně ve slaboproudé technice jednotky nižší: 1 mV = 10-3 V, 1 µV = 10-6 V.
Elektrické napětí je rozdíl potenciálů mezi dvěma uzly elektrického obvodu. Např. mezi měřícím bodem a zemí, mezi svorkami zdroje, mezi vstupním a výstupním vývodem rezistoru, mezi elektrodami kondenzátoru, polovodičů. K měření elektrického napětí používáme v současné době univerzální měřicí přístroje - multimetry, které jsou vybavené pro měření stejnosměrného a střídavého napětí. V naprosté většině toto měření provádíme přímo, tzn. že velikost napětí odečítáme rovnou ze stupnice nebo displeje multimetru.
Značka voltmetru
Přístroj se vyznačuje velkým vnitřním odporem, musí mít velmi malou vlastní spotřebu a je žádoucí, aby měřený obvod zatěžoval co nejméně.
Postup měření je velmi jednoduchý. Na multimetru předvolíme vhodný rozsah (spíše vyšší), do správných svorek zasuneme měřicí šňůry a přiložíme hroty k měřeným bodům. Pak již jen odečteme zobrazenou hodnotu elektrického napětí. Pro vyšší přesnost můžeme přepnout multimetr (je-li to možné) na citlivější rozsah a získat přesnější údaj.
Elektrické napětí má jako hodnota mnoho druhů. Udává se ve stejnosměrných i střídavých hodnotách, v úrovních nf i vf signálu, atd. Příslušná hodnota elektrického napětí se udává ke značce U příslušným indexem. Např. – efektivní hodnota – UEF.
V současnosti je k použití velký sortiment multimetrů, které měří stejnosměrné i střídavé napětí v dostatečném počtu rozsahů. Např. typ M890G - univerzální digitální multimetr. Patří (a jemu podobní) mezi "levnější" a pro běžné měření je zcela vyhovující.
Přesnost měření je určena výrobcem a musíme si ji odvodit z průvodní dokumentace přístroje. U digitálních multimetrů nemusí být pro všechny rozsahy stejná. Např. u uvedeného typu je přesnost pro stejnosměrné rozsahy 2 - 200 V udaná vztahem 0,5 % + 1 digit, pro střídavé rozsahy 2 - 200 V vztahem 0,8 % + 1 digit. Z těchto hodnot tedy vyplývá: - relativní chyba pro stejnosměrné rozsahy - δ = 0,5 % + (1/1999) . 100 = 0,5 + 0,05 = 0,55 % - relativní chyba pro střídavé rozsahy - δ = 0,8 % + (1/1999) . 100 = 0,8 + 0,05 = 0,85 % Hodnoty absolutní chyby je již nutné odvodit pro každý rozsah zvlášť. Např. pro rozsah 20 V DC (stejnosměrných) je hodnota absolutní chyby - ΔU20V = (20 / 100) . δ = 0,2 . 0,55 = 0,11 V = 100 mV. Tuto chybu musíme brát při přesném vyhodnocení vždy v úvahu. Samozřejmě při běžném dílenském měření se tato "možná" odchylka většinou zanedbává.
Ukázka praktického použití digitálního multimetru pro měření stejnosměrného napětí baterie. Rozsah je předvolený na 20 V=. Na polaritě měřicích šňůr nezáleží. Obrácenou polaritu multimetr indikuje znaménkem " - ".
V tomto případě absolutní chyba měření představuje možný rozdíl ΔU = ± 0,11 V. Při kontrole stavu baterie je to zanedbatelná odchylka.
Schéma zapojení přístroje:
Další příklad měření stejnosměrného napětí baterie, tentokrát analogovým multimetrem - PU 500. Přístroj pracuje ve třídě 2,5, to znamená s relativní chybou δ = 2,5 % ve všech rozsazích. Je předvolený rozsah 10 V=. Polarizace šňůr tentokrát musí být dodržená pro správný směr výchylky ručky. Napětí ze stupnice musíme odvodit z polohy ručky podle vztahu:
U = (rozsah přístroje/počet dílků stupnice) . počet dílků ručky = (10 / 10) . 9,15 = 9,15 V.
Zde je vidět, že odhad polohy ručky vyžaduje určitou obratnost, kolmý pohled a co nejpřesnější odhad polohy ručky vůči dílkům stupnice. V tomto okamžiku se můžeme dopustit chyby největší.
Porovnáme-li údaje digitálního a analogového multimetru, zjistíme, že nejsou stejné. I když jde o měření stejné baterie. Pro posouzení tohoto stavu je nutné stanovit velikost absolutní chyby i pro analogový multimetr: Vycházíme z údaje třídy přesnosti - hodnoty relativní chyby pro tento přístroj a rozsah: δ = 2,5 %. Z odvodíme absolutní chybu pro rozsah 10 V: ΔU10V = (10 / 100) . δ = 0,1 . 2,5 = 0,25 V = 250 mV. Údaj, odečtený ze stupnice, se tedy může ve skutečnosti lišit až o ± 0,25 V, což je pro běžné měření většinou opět zanedbatelné.
Posoudíme-li měření těmito přístroji, musíme konstatovat, že digitální multimetr je v tomto případě přesnější. Všeobecné tvrzení, že tedy všechny digitální multimetry jsou přesnější, je obrovský nesmysl. Samozřejmě že je podstatně pohodlnější odečet měřeného napětí. Mohlo by se tedy zdát, že analogové přístroje úplně ztratily význam. Není to docela pravda. Běžné digitální multimetry jsou omezené hlavně kmitočtem měřeného střídavého napětí. Většina typů měří do kmitočtu 400 Hz, spíše méně. Analogové multimetry mohou měřit až do několika kHz. Přesto v současné době je jejich výroba minimální pro velkou pracnost a mnohonásobně vyšší výrobní náklady.
Na závěr si zopakujeme: - Multimetr nejdříve přepínáme na příslušný rozsah, raději vyšší - důvod: ochrana před přetížením (hlavně u analogového přístroje). Chráníme tím i digitální přístroje před možným zničením - mohou zůstat omylem přepnuty na odporové rozsahy. V této poloze není většina multimetrů chráněna proti přepětí vůbec, může být nebezpečné i napětí několika V.
- Připojíme měřicí šňůry do příslušných zdířek - je doporučeno použít originální - dodané s přístrojem. Jsou zkoušeny podle norem bezpečnosti práce.
- Provedeme vlastní měření - odečteme hodnotu napětí. Pro přesnější měření, je-li to možné, je vhodné přepnout rozsah přístroje na citlivější.
|
