Mérő és teszt áramkörök; Elektronikai alapismeretek
Feszültségmérés¶
Feszültségmérő eszközöket ("voltmérőket") használnak a feszültség mérésére; ezek analóg és digitális kivitelben egyaránt rendelkezésre állnak. A szokásos multiméterek feszültségmérő eszközként is használhatók, ha a forgókapcsolót szükség szerint DC vagy AC feszültségre állítják.
Ha egy alkatrész két csatlakozását a bekapcsolt áramkörben lévő két tesztszondával érinti, a voltmérő és az alkatrész belső ellenállása két ellenállás párhuzamos csatlakozását képezi. A voltmérőre és az alkatrészre alkalmazott két feszültség ebben az esetben megegyezik.
Áramkör a feszültség mérésére voltmérővel.
A mérésből adódó mérési hiba kisebb, annál nagyobb a voltmérő belső ellenállása; A feszültségmérők ezért mindig nagyon nagy elektromos ellenállással rendelkeznek.
Analóg feszültségmérőknél a mérési tartományt elvileg a skála vége korlátozza; Ha a mérőeszközön nagyobb a feszültség, egyrészt a mérőeszköz mutatója nem térhet vissza, másrészt a mérőeszköz akár meg is sérülhet. A mérési tartomány felfelé való bővítése érdekében megfelelő áramkört kell használni annak biztosítására, hogy a mérendő feszültségnek csak egy részét alkalmazzák a voltmérőre.
Ez úgy érhető el, hogy a voltmérőt egy soros ellenállással kombinálják. Ha például egy voltmérő, amelynek mérési tartománya például belső ellenállással rendelkezik, akkor a sorozatméretű ellenállás nagysága azt eredményezi, hogy csak a voltmérőn lévő feszültség csökken. A mérési tartományt így megnöveli a tényező, így a maximális feszültségek most megmérhetők a voltmérővel.
A mérési tartomány tágulásának alig vannak felső határai. Ha a soros ellenállás értéke a fenti példában szerepel, akkor a teljes ellenállás az, és csak a feszültség csökken a voltmérőn. Ennek megfelelően meg lehet mérni a feszültséget, amely nagyobb, azaz maximum.
Digitális mérőeszközökkel a mérést elektronikusan hajtják végre, és digitálisan mutatják a kijelzőn. Ugyanakkor a mérési hibák problémája és a mérési tartomány bővítésének elve azonos az analóg és a digitális mérőeszközök esetében.
Árammérés¶
Az áram mérésére árammérő eszközöket ("ampermérőket") használnak; ezek analóg és digitális kivitelben is rendelkezésre állnak. A szokásos multiméterek árammérő eszközként is használhatók, ha a forgókapcsolót árammérésre állítják.
Az áram méréséhez az ampermérőt sorba kell kötni a mérendő alkatrésszel. [1] Ebben az esetben az ampermérő és az alkatrész belső ellenállása két ellenállás soros kapcsolatát képezi. Ezért ugyanennek az áramnak kell áramolnia az ampermérőn és az alkatrészen.
Áramkör az áramméréshez ampermérővel.
A mérésből adódó mérési hiba kisebb, annál kisebb az ampermérő belső ellenállása; Az ampermérők ezért mindig nagyon alacsony elektromos ellenállással rendelkeznek.
Analóg ampermérőknél a mérési tartományt a skála vége is korlátozza; Ha egy nagyobb áram folyik át a mérőeszközön, akkor a mérőeszköz mutatója ismét nem tud elhajlani, vagy akár a mérőeszköz is megsérülhet. A mérési tartomány felfelé történő kiterjesztése érdekében ebben az esetben azt is el kell érni, hogy az ampermérőn a mérendő áramnak csak egy része folyjon át.
Ez akkor lehetséges, ha az ampermérőt párhuzamosan kapcsolt ellenállással kombinálják. Ha például egy ampermérő, amelynek mérési tartománya például belső ellenállása van, akkor a párhuzamosan kapcsolt ellenállásnak is az a hatása, hogy az ampermérőn csak az áram fele áramlik át. A mérési tartományt kibővítik a tényezővel, így az ampermérő mostantól meg tudja mérni az áramokat.
Az ampermérők mérési tartományának tágulásának alig vannak felső határai. A párhuzamos ellenállások általában már beépítettek az ampermérőbe, és forgókapcsolóval bekapcsolhatók.
Ellenállásmérés¶
Az ellenállás nagysága az Ohm törvénye szerint határozható meg, ha ismert, hogy milyen feszültséget alkalmaznak az ellenállásra, és milyen áramerősség folyik át az ellenálláson.
Áramkör az ellenállások mérésére voltmérővel és ampermérővel.
Az alkatrész ellenállásának ezen módszerrel történő meghatározása ezért áram- és feszültségmérést igényel. Amint azt a fenti ábra mutatja, alapvetően két lehetőség van: A változatban a voltmérő túl magas értéket mutat ("feszültséghiba áramkör"), mert a voltmérőre alkalmazott feszültség egy része az ampermérő belső ellenállása esetén csökken. A változatban az ampermérő túl magas értéket mutat ("áramhiba áramkör"), mivel az ampermérőn átfolyó áram egy része azután átfolyik a voltmérőn.
Egy alkatrész ellenállása csak egyetlen mérőeszközzel határozható meg, feltéve, hogy az alkalmazott feszültség ismert. Egy ilyen mérés feltételezi, hogy a mérendő alkatrészt eltávolítják, vagy legalább nem zárja le az alkatrészt körülvevő áramkört. A mérőeszköz, általában multiméter, ezután ismert feszültségértékű feszültségforrásként szolgálhat, feltéve, hogy akkumulátor van beépítve. Az ellenállásmérés tehát megfelel az áramerősség mérésének, de ennek megfelelően adaptált skálával.
A Wheatstone mérőhíd
Az ellenállás mérésének másik lehetősége a Charles Wheatstone nevét viselő „Wheatstone mérőhíd” használata. Ez a következőképpen épül fel:
A Wheatstone híd áramköre ellenállásméréshez ampermérővel.
- A mérendő ellenállást ismert ellenállással sorba kapcsolják.
- Ugyanakkor egy állítható ellenállást (potenciométert) mozgatható áramkollektorral rögzítenek; Ez a potenciométer teljes ellenállását két részleges ellenállásra osztja (sorban helyezkednek el egymással), ezáltal a két ellenállás arányát az áramkollektor helyzetén keresztül lehet beállítani.
- Egy érzékeny ampermérő van felszerelve az áramgyűjtő és a két ellenállás közé.
Az ellenállás mérésére ezzel a módszerrel az áramszedőt addig tolják előre-hátra, amíg az ampermérő már nem mutat áramáramot. Ebben a helyzetben a Wheatstone mérőhíd feszültsége megoszlik a két áramágon belül (és vagy ugyanabban az arányban. Ebben az esetben a következők érvényesek:
Mivel ismert és az aránya leolvasható a potenciométer skálájának segítségével, a kívánt ellenállás közvetlenül meghatározható a fenti ellenállási arány segítségével:
Mivel a potenciométer végül egy hosszú tekercsbe tekert ellenállási huzalból áll, és egy homogén vezető ellenállása egyenesen arányos a hosszával, az ellenállások numerikus aránya megegyezik az áramszedő bal és jobb két tekercshosszának arányával. Ezért egy egyszerű milliméteres skála elegendő, mint a potenciométer skálája.