Co, jak i czym mierzyć?
advertisement
Wykonał: Sposób Paweł KL 3 „TE” Co, jak i czym mierzyć? Zakresy miernika. Miernik cyfrowy: - napięcie stałe (DCV) w zakresach 200mV, 2V, 20V, 200V , 1000V. - napięcie zmienne (ACV) w zakresach 2V, 20V, 200V, 700V. - prąd stały (DCA) w zakresach 2mA, 20mA, 200mA, 20A. - prąd zmienny (ACA) w zakresie 200mA, 20A. - oporność w zakresach 200Ω, 2kΩ, 20kΩ, 200kΩ, 2MΩ, 20MΩ, 200MΩ. - pojemność w zakresach 2000pF, 20nF, 0,2µF, 2µF, 20µF. - współczynnik wzmocnienia tranzystorów w zakresie od 0 do 1000. - temperatura w zakresie od 0 do 200oC. Mierniki uniwersalne – wskazówkowe: - napięcie stałe (DCV) w zakresie od 0 do 100V. - napięcia zmienne (ACV) w zakresie od 0 do 1000V. - prąd stały (DCA) w zakresach od 0 do 500mA (10V). - prąd zmienny (ACA) w zakresie od 0 do 3A (10A). - oporność w zakresie 0W do 20MΩ . - pojemność w zakresie 2nF do 2µF. Wprowadzenie. Proces pomiarowy polega na porównaniu wielkości mierzonej z odpowiednim wzorem – jednostką miary. Proces pomiarowy ogólnie przedstawiono na rysunku 1a. W celu otrzymania właściwych rezultatów pomiarów, należy wziąć pod uwagę kilka podstawowych zasad: • W zależności od mierzonej wielkości, (jaką wartość na mieć mierzona wielkość oraz z jaką dokładnością należy zmierzyć) należy wybrać typ przyrządy pomiarowego, • Przed przystąpieniem do pomiaru należy dokładnie zapoznać z instrukcja obsługi przyrządu, a następnie postępować ściśle z jej treścią, • W przypadku wykonania pomiarów przyrządem wymagającym kalibracji, należy jej dokonać przed każdym pomiarem, • Pomiar napięć i prądów należy rozpocząć od ustawienia przyrządu pomiarowego na najwyższym zakresie – nie dotyczy przyrządów z automatyczną zmianą zakresu, • Wykonując pomiaru różnymi przyrządami należy uwzględnić ich impedancję wewnętrzną i klasą dokładności, • Przy posługiwaniu się przyrządem magnetoelektrycznym biegun dodatni przyrządu dołącza się do bieguna „+” źródła prądu, natomiast biegun ujemny do bieguna „-”, • Przy zmianie zakresu pomiarowego zmienia się impedancja wewnętrzna przyrządu, a wiec wyniki pomiaru na różnych zakresach przyrządu może się nieznacznie różnić, • Nie należy podłączać przyrządu do badanego układu na czas dłuższy, niż jest to konieczne, Podstawowe uwagi dotyczące pomiarów. W praktyce amatorskiej, najczęściej używanym przyrządem jest miernik uniwersalny (wychyłowy) lub cyfrowy, częściej nazywany multimetrem. Sama nazwa wskazuje, co możemy znaleźć w obudowie z ustrojem lub wyświetlaczem. Zazwyczaj taki miernik jest "kombajnem" wyposażonym w woltomierz, amperomierz, omomierz oraz możemy dokonać pomiaru, pojemności, tranzystorów, częstotliwości, temperatury. Obsługa tych mierników nie jest skomplikowana, najczęściej na obudowie zobaczymy: dwa lub cztery gniazda, przełącznik zakresów, wskaźnik i ewentualnie dodatkowe gniazda do pomiaru kondensatorów, tranzystorów oraz temperatury. Informacje, jakimi parametrami dysponuje nasz miernik, znajdziemy w instrukcji obsługi. Gorzej, kiedy instrukcji nie posiadamy, wtedy musimy nasz przyrząd dokładnie obejrzeć i zorientować się, jakie parametry mierzy, jakie ma zakresy pomiarowe, do czego służy, jakie pokrętło i gniazdo itd. Generalnie należy przyjąć, że nasz przyrząd mierzy: Pomiar napięcia - V - stałego lub zmiennego tą wielkość mierzymy woltomierzem. Przyrząd ( woltomierz) włączamy do układu, zawsze równolegle do elementu, na którym mierzymy napięcie. A następnie ustawiamy zakres pomiarowy przy napięciu stałym (DCV) i obieramy zakres liczbowy w przypadku miernika cyfrowego 20V a mamy do zmierzenia baterie 9V. Miernik ma jedno skale od 0 do 100V. Przy pomiarze napięcia zmiennego multimetr ustawiamy na zakres (ACV) i zakres liczbowy 700V mierzone napięcie z sieci, które ma wartość 230V. Przykłady włączenia woltomierza przy pomiarze napięcia stałego i zmiennego pokazane są na rys. 1 i 2. Pomiar prądu - A - stałego lub zmiennego tą wielkość mierzymy amperomierzem. Przyrząd ( amperomierz) włączamy do układu, zawsze szeregowo z elementem, przez który płynie mierzony prąd. Przystępując do pomiary prądu musimy oszacować, jaki popłynie prąd w obwodzie. A następnie ustawić zakres na mierniku. Prąd stały (DCA) a prąd przemienny (ACA). Przykłady włączenia amperomierza przy pomiarze prądu stałego i zmiennego pokazane są na rys. 3 i 4. Pomiar rezystancji - Ω - czyli badanie rezystorów przeprowadza się poprzez pomiar ich rezystancji, zgodnie z rysunkiem 5. Pomiaru dokonujemy bezpośrednio na elemencie (rezystorze)- pamiętając, że pomiar rezystora wlutowanego w płytkę razem z innymi elementami może dawać wskazania odbiegające od faktycznej wartości. Musimy ten rezystor wylutować z obwody. Przystępujemy do badania bierzemy nasz rezystor odczytujemy jego wartość z kodu paskowego a następnie ustawiamy zakres na multimetrze tak by wskazał nam wartość tego rezystora wiec ustawiamy 200Ω przykładamy przewody do końców rezystora i odczytujemy wartość wskazania miernika. Wynosi ona 199,8Ω stwierdzamy, że rezystor jest sprawny. Pomiar pojemności - C - tą wielkość mierzymy miernikiem pojemności. Pomiaru dokonujemy bezpośrednio na elemencie - kondensatorze (rys. 6). Zmierzymy pojemność kondensatora. Kiedy mamy multimetr z gniazdo do pomiaru pojemności to badanie jest bardzo proste, odczytujemy wskazanie miernika. Pojawia się problem, kiedy naszym miernikiem nie da się zmierzyć pojemności, ale na to też jest rada. Stosujemy do badania omomierz. Przykładamy końcówki do wyprowadzeń kondensatora i widzimy, że na wskaźniku nie ma żadnego wskazania to wtedy stwierdzamy, że nasz kondensator nie ma zwarcia. Kondensator nie przepuszcza prądu stałego, ale przepuszcza prąd zmienny przy okazji stanowiąc dla niego pewną oporność. Mamy rozwiązanie, do pomiaru kondensatora zastosować miliamperomierz prądu zmiennego i źródło napięcia zmiennego, transformator (napięcie źródła nie może być większe od 24V - napięcie bezpieczne). Podpinamy nasz kondensator i miliamperomierz do źródła napięcia jak na rysunku 7. Odczytujemy prąd jaki nam wskazuje miernik. Pojemność obliczamy z wzoru : Niestety ta metoda nie zdaje egzaminu przy małych pojemnościach . Zwracajmy uwagę na jakie napięcie pracy jest badany kondensator, aby go nie zniszczyć już w trakcie badania. Kondensator ładuje się do wartości maksymalnej napięcia, czyli 1,41 (pierwiastek z 2) razy większej od wartości skutecznej, którą to wartość zmierzy nasz woltomierz gdy będziemy mierzyli napięcie zmienne, musimy o tym pamiętać. Pomiar diody - wiadomo że dioda jest elementem prostowniczym dla prądu zmiennego. Najczęściej sprawdzenia jej dokonujemy omomierzem mierząc oporność złącza w obu kierunkach jak na rys. 8. Podczas pomiaru raz mamy małą oporność, a raz dużą to zależy jak podłączymy miernik do diody. Rysunek 8 dobrze nam to przedstawia. Dioda jest dobra i możemy śmiało ją zastosować. Inaczej sprawa wygląda gdy mamy już gotowy układ a dioda jest wlutowana i nie za bardzo chce się nam ją wylutowywać. Wtedy zaczynamy mierzyć spadek napięcia na diodzie. Pamiętamy że na złączu diody krzemowej występuje spadek napięcia ok. 0,5 do 0,7V , a na diodzie germanowej 0,2 do 0,5V. Z reguły zakładamy 0,7V Si oraz 0,2V Ge. Ale są przypadki ( pomijam diody Zenera ) kiedy pomiar spadku napięcia daje inne wyniki. Dla przykładu, badamy mostek prostowniczy w układzie Gretza, wiadomo, że w trakcie półokresu napięcia zmiennego w procesie prostowania prądu, pracują dwie diody szeregowo, czyli sumarycznie, nasz spadek napięcia na diodach powinien wynosić ok. 1,5V, a wynosi np. 2V i w dodatku wszystko działa. Wszystko zależy też od prądu, jaki płynie przez diody. Wraz ze zmianami prądu, zmienia się również oporność złącza diody i stąd zmienia się też spadek napięcia na diodzie. Pomiar tranzystorów - Najprostsza i zarazem najpopularniejsza metodą badania tranzystora jest sprawdzanie oporności złącz za pomocą omomierza. Sama metoda ma zalety i wady. Zalety to, szybkie zorientowanie się o poprawności złącz, określenie typu przewodności i możliwość, orientacyjnego, pomiaru w układzie. Wady, brak 100% pewności że tranzystor jest naprawdę dobry, niemożność określenia poprawności złącza tranzystorów wysokonapięciowych brak możliwości określenia współczynnika h21e. Badanie omomierzem przebiega w określony sposób i dokładnie pokazuje to rys. 9 i tabelka. Tabelka K + + - E + + B + + - NPN duża duża duża mała mała duża PNP duża duża mała duża duża mała Podobnie możemy badać tranzystory polowe. Rzecz jest trochę prostsza, bo omomierz podpinamy do złącz D - dren, S - źródło (A) i dotykamy palcem bramki G tranzystora (B) rys.10. Omomierz powinien wskazywać spadek oporności złącza. Pamiętajmy przy okazji o bardzo ważnej rzeczy, ładunek elektrostatyczny, wędrujący na nas ( może osiągać wartość kilku kV) bardzo lubi gdzieś "uciekać" do miejsc o niższym potencjale, w momencie sprawdzania tranzystora ma wprost wymarzone warunki ku temu, aby przeskoczyć do bramki tranzystora. Skutek będzie tragiczny dla tranzystora, praktycznie możemy go już wyrzucić do śmieci. Ta metoda nie jest najlepsza. Pomiar bezpieczników -Bezpiecznik ulegnie przepaleniu, kiedy już prąd przez niego przepłynie, nigdy wcześniej. Występują jako bezpieczniki zwłoczne i bezzwłoczne. Najczęściej spotykane, są bezpieczniki topikowe w szklanej rurce, bezpieczniki wykonane w formie rezystorów i elementów półprzewodnikowych, bezpieczniki termiczne oraz bezpieczniki polimerowe. Bezpieczniki zawsze powinniśmy sprawdzać omomierzem. Stosujemy bezpieczniki wszędzie tam gdzie musi zostać wymuszone przerwanie obwodu prądu z powodu zwarcia lub przekroczenia krytycznie jego wartości. Przede wszystkim mają one na celu ochronę. Jakiego typu stosujemy bezpieczniki, to zależy od układu, bezzwłoczne wszędzie tam gdzie pobór prądu jest mniej więcej stały na średnim poziomie i muszą one pewnie i szybko zadziałać w momencie gwałtownego wzrostu prądu. Zwłoczne w układach, gdzie w momencie rozruchu występuje gwałtowny pobór prądu, a następnie prąd maleje (np. w obwodzie uzwojenia pierwotnego transformatorów dużej mocy, autotransformatorów czy silników). Bezpieczniki półprzewodnikowe w układach o małym ale bardzo szybkim, impulsowym poborze prądu, gdzie prąd narasta do bardzo dużej wartości w bardzo krótkim czasie (np. takie bezpieczniki są stosowane w dyskach twardych komputerów), zaletą ich jest to, że są małe gabarytowo i bardzo szybko działające. Wreszcie bezpieczniki termiczne, te maja na celu ochronę urządzenia np. transformatora w przypadku wzrostu jego temperatury. Musimy sobie uświadomić, że przepalenie bezpiecznika to nic innego jak przerwanie drucika pod wpływem wzrostu jego temperatury na wskutek przepływu prądu. Często na bezpieczniku widzimy napis np. 1A/250V. Oznacza to, że bezpiecznik zadziała przy prądzie powyżej 1A ale niezawodnie przy napięciu 250V. Pomiar transformatorów - Teraz zajmiemy się transformatorami. Jest to element niezastąpiony i sprawiający często wiele problemów, pomijam te mechaniczne. Na wstępie należy dokładnie oglądnąć transformator i z grubsza określić gdzie ma końcówki. Teraz bierzemy omomierz i badamy pomiędzy którymi końcówkami jest pokazywana oporność uzwojeń, jednym słowem znajdujemy obwody. Wiemy, że uzwojenia pierwotne oraz wtórne anodowe, mają duże oporności rzędu od kilkudziesięciu Ω do kilku kΩ z racji dużej ilości zwojów, małej średnicy drutu, wymuszonych przez moc transformatora. Może wydawać się niektórym dziwne, ale transformatory o małej mocy mają duże oporności uzwojeń. Uzwojenia wtórne, nisko napięciowe maja małe oporności, w zależności od ilości zwojów i średnicy drutu, od kilku Ω do kilku dziesięciu Ω.Mając rozpoznane wyprowadzenia uzwojeń, możemy podłączyć nasz transformator do napięcia zmiennego. Wymarzonym sposobem i zarazem bezpiecznym, jest podłączenia przez autotransformator lub trafo separujące. Po podłączeniu, badamy woltomierzem napięcia zmiennego, napięcia na poszczególnych uzwojeniach. Moc można określić, w przybliżeniu, na podstawie wyliczenia przekroju rdzenia z wzoru: P = 0,69·S2 P - moc transformatora w [W] ; S - przekrój rdzenia [cm2] Prąd jaki możemy pobrać z naszego transformatora wstępnie można określić na podstawie grubości, przekroju drutu jakim nawinięte jest uzwojenie. Niezbędne są w tym przypadku tablice z parametrami drutów nawojowych. Pomiar częstotliwości – najpopularniejszą metodą pomiaru częstotliwości jest pomiar z zastosowaniem elektrycznego częstościomierza cyfrowego, umożliwiającego bezpośredni jej odczyt na cyfrowym wyświetlaczy. Poza tym stosowane bywają następujące metody: • Pomiar metodą absorpcyjną. • Pomiar metodo porównawczo. Pomiary oscyloskopowe – podczas kontroli toru wizji, a także obwodów impulsowych odbiorników znaczącą rolę odgrywa oscyloskop. Jego przydatność wynika z faktu, że oprócz pomiaru amplitudy napięcia pozwala obejrzeć kształt wykresu przebiegu zmienności tego napięcia. Znajomość kształtu funkcji napięcia w czasie, umożliwia uzyskanie dodatkowych informacji o prawidłowym lub nieprawidłowym działaniu układów wytwarzających mierzone przebiegi. Oscyloskop może służyć również do pomiarów wartości napięć, natężeń prądów, częstotliwości oraz przesunięć fazowych.
