1

Vsebina SPLOŠNO O ELEKTRIČNIH MERJENJIH (1) ................................................................................................ 2

OSNOVNI POJMI IN DEFINICIJE (2) .......................................................................................................... 3

TEORIJA POGREŠKOV (3) ......................................................................................................................... 5

TEHNIKA MERJENJA (4) ........................................................................................................................... 5

SPLOŠNO O ELEKTRIČNIH MERILNIH INSTRUMENTIH (5) ....................................................................... 7

SPLOŠNO O ELEKTRIČNIH MERILNIH INSTRUMENTIH (6) ....................................................................... 8

SPLOŠNO O ELEKTRIČNIH MERILNIH INSTRUMENTIH (7) ..................................................................... 10

SPLOŠNO O MERJENJU NAPETOSTI Z VOLTMETRI (8) ........................................................................... 11

SPLOŠNO O MERJENJU NAPETOSTI Z VOLTMETRI (9) ........................................................................... 13

SPLOŠNO O MERJENJU NAPETOSTI Z VOLTMETRI (10) ......................................................................... 15

SPLOŠNO O MERJENJU TOKA Z AMPERMETRI (11) ............................................................................... 16

SPLOŠNO O MERJENJU TOKA Z AMPERMETRI (12) ............................................................................... 17

SPLOŠNO O MERJENJU TOKA Z AMPERMETRI (13) ............................................................................... 18

ZGRADBA IN OSNOVE DELOVANJA OSCILOSKOPA (14) ........................................................................ 20

ZGRADBA IN OSNOVE DELOVANJA OSCILOSKOPA (15) ........................................................................ 22

ZGRADBA IN OSNOVE DELOVANJA OSCILOSKOPA (16) ........................................................................ 23

MERJENJE AMPLITUDE IN FREKVENCE SIGNALA (17) ........................................................................... 25

MERJENJE MOČI V ENOSMERNIH TOKOKROGIH (18) ........................................................................... 26

OHMSKA UPORNOST Z MERITVIJO NAPETOSTI IN TOKA (19) ............................................................... 28

DIGITALNI ELEKTRONSKI VOLTMETRI - NAČELA (20) ............................................................................ 29

DIGITALNI MULTIMETRI (21) ................................................................................................................. 30

DIGITALNI MULTIMETRI (22) ................................................................................................................. 32

2

SPLOŠNO O ELEKTRIČNIH MERJENJIH (1) Merjenje je postopek ugotavljanja neznane vrednosti neke veličine s pomočjo primerjanja te

vrednosti z neko znano, točno določeno vrednostjo te veličine. Tej znani vrednosti pravimo

tudi enota oziroma merska enota te veličine. Rezultat te primerjave (merjenja) je čisto število,

ki ga imenujemo mersko število.

PRIMER: Merimo dolžino sobe. S pomočjo "metra" ugotovimo, da je soba dolga 7, 39m.

-veličina, katere neznano vrednost ugotavljamo, je dolžina sobe

-dolžino sobe primerjamo z enim metrom in ugotovimo, da gre en meter v dolžino

sobe 7,39krat

-merska enota je torej en meter

-mersko število je 7,39

Kontroliranje je postopek, ki se na videz ne loči od merjenja. Pri kontroli pravzaprav samo

preverjamo, če naša že izmerjena veličina zavzema vrednosti v tolerančnem področju, to je

znotraj postavljenih meja odstopanja.

PRIMER: Dolžina jeklene palice znaša 1m. Dovoljena toleranca (odstopanje) znaša -+1%.

Odstopanje izmerjene dolžine palice od dejanske lahko torej znaša največ en odstotek navzgor

(+) ali navzdol (-). V našem primeru to pomeni 1cm.

Merske enote morajo biti točno definirane, mednarodno priznane, nespremenljive in oprte na

naravne konstante.

SISTEMI ZA ZAGOTAVLJANJE KAKOVOSTI IN ZANESLJIVOSTI

1.METROLOGIJA: Veda, ki se ukvarja s sistematičnim študijem merilnih postopkov,

principov delovanja merilnih instrumentov in pogojev merjenja.

2.ATESTIRANJE: Je preizkus, s katerim dokažemo ustrezno karakteristiko in kakovost

izdelka, ki mu tako pripada izvid oziroma spričevalo o osebni karakteristiki.

3.STANDARDIZACIJA: je določanje stalnih mer ali kriterijev z namenom izločiti napake

zaradi dvoumnosti in doseči racionalizacijo v proizvodnji z zmanjšanjem števila tipov

elementov in sistemov.

1. Kaj je merjenje?

2. Kakšna je razlika med merjenjem in kontrolo?

3. Merimo električno napetost v enofazni omrežni vtičnici. Merilni rezultat znaša 231V?

a. Katero veličino merimo?

b. S čim primerjamo velikost te veličine?

c. Kaj je merska enota te veličine?

d. Kaj je mersko število v tem primeru?

4. V čem je razlika med merjenjem in kontroliranjem?

5. Kakšna naj bo toleranca pri natančnih merjenjih; čim manjša ali čim večja?

Sistemi za zagotavljanje kakovosti in zanesljivosti

6. Čemu je atestiranje po tvojem mišljenju bližje; merjenju ali kontroliranju?

7. Kakšen je smisel standardizacije?

3

OSNOVNI POJMI IN DEFINICIJE (2) Veličina je lastnost pojava, telesa ali snovi, ki jo lahko razlikujemo od ostalih lastnosti po

kakovosti in jo lahko količinsko določamo.

PRIMERI: 1.pojav- električni tok, če je izmenični, lahko razlikujemo različne karakteristične

vrednosti (efektivna, srednja, temenska), lahko pa tudi količinsko določamo njegovo vrednost

in sicer s primerjanjem z enoto amper (A).

2.telo- pri opeki lahko ločimo, denimo, po kakovosti dve lastnosti: maso opeke in izmere

(dimenzije) opeke. Vsako posebej pa lahko tudi količinsko določimo, npr.: m =1kg in l =

0,2m, b = 0,1m, h =0,05m.

3.snov- pri bakru lahko med mnogimi lastnostmi izberemo npr. specifično električno upornost

in specifično težo, ki se med seboj in tudi glede na ostale kakovostno razlikujeta. Prav tako ju

lahko tudi določimo količinsko kot večkratnika osnovne merske enote (mm2/m in kg/m

3)

Osnovne veličine so tiste, ki so v okviru nekega sistema veličin sprejete po dogovoru kot

neodvisne.

Merska enota je z dogovorom sprejeta točno določena vrednost veličine, ki jo uporabljamo

za izražanje količin (vrednosti) iste veličine.

PRIMER: Enota za dolžino je en meter. Ko smo ugotovili, da je naša soba dolga 7,39 m, smo

povedali, da gre en meter v dolžino naše sobe 7 ,39 krat.

Osnovne veličine in njihove merske enote v veljavnem MKSA sistemu so:

dolžina meter m

masa kilogram kg

čas sekunda s

električni tok amper A

termodinamična

temperatura

kelvin K

svetilnost kandela cd

množina snovi mol mol

Detektor je priprava ali snov, ki kaže prisotnost določene veličine, pri tem pa vrednosti te

veličine ne podaja.

PRIMER: Kot preprost detektor lahko razumemo LED diode v elektronskih napravah, kadar

nam sporočajo, da je napajanje priključeno.

Točnost merjenja je skladnost merilnega rezultata s pravo vrednostjo merjene veličine. To

skladnost lahko ugotovimo le pri merjenju vnaprej znane vrednosti veličine, ki jo imenujemo

normala ali referenca.

PRIMER: Z voltmetrom merimo napetost normale, ki je v našem primeru Westonov

galvanski člen. Napetost tega člena znaša 1,01865V. Če bo naš voltmeter pokazal ravno

4

toliko, je naše merjenje točno. Če bo voltmeter odstopal od te vrednosti, bo merjenje manj

točno, saj se rezultat meritve ne sklada z dejansko vrednostjo. Prava vrednost je v tem primeru

napetost Westonovega člena.

Občutljivost instrumenta je razmerje med spremembo odziva merila ali detektorja na

spremembo vhodne veličine.

PRIMER: Vzemimo ponovno voltmeter in sicer dva ter oba priključimo na isto napetost.

Merjeno napetost spremenimo za en volt in opazujemo spremembo odklona kazalcev obeh

voltmetrov. Prvemu se odklon bolj spremeni, drugemu pa manj. Vhodna veličina je v našem

primeru merjena napetost, izhodna veličina pa odklona obeh instrumentov. Bolj občutljiv je

prvi, saj se je na spremembo vhodne napetosti odzval bolj izrazito - z večjo spremembo

odklona kazalca.

Kazalno območje skale instrumenta je območje, kjer je omogočeno odčitavanje vrednosti

merjene veličine.

PRIMER: Kazalno območje skale našega voltmetra je tisti del skale, ki je opremljen z delci in

kjer se lahko giba kazalec.

ETALONI so materializirane mere, merila ali sistemi, katerih namen je definirati oziroma

reproducirati neko enoto izbrane veličine. S pomočjo etalonov umerjamo merila, s katerimi

potem merimo izbrano veličino.

PRIMERI: -etalon napetosti je že enkrat omenjeni Westonov člen

-etalon upornosti je pač upor, katerega upornost pa je izredno točno določena,

neodvisna od časa in zunanjih pogojev

-etalon kapacitivnosti je kondenzator največje možne točnosti

-etalon induktivnosti je tuljava največje možne točnosti

1. Naštej nekaj fizikalnih veličin, ki niso električne veličine! K vsaki pripiši še pripadajočo

mersko enoto!

2. Napiši merske enote za: a.) I, b.)U, c.)P, d.)S, e.)Q, f.)f

3. Napiši pripadajoče fizikalne veličine: a.)F, b.)H, c.)As/V, d.)Vs/A, e.), f.)S, g.)V/A,

h.)A/V

4. Kaj je bistvena lastnost osnovnih veličin?

5. Katera je skupna lastnost osnovnih veličin in osnovnih logičnih funkcij pri digitalnih

sistemih?

6. Kateri sta dve bistveni lastnosti fizikalne veličine?

7. Kaj je točnost merjenja?

8. Kaj je normala ali referenca?

9. Kaj je občutljivost instrumenta?

10. Kateri voltmeter je bolj občutljiv; tisti za merjenje majhnih ali tisti za merjenje velikih

napetosti?

11. Kaj je kazalno območje instrumenta?

12. Kakšna je naloga etalonov?

5

TEORIJA POGREŠKOV (3) Rezultati merjenja so odvisni od: -merilnega instrumenta, -merilne metode, -merilca.

Pogrešek je odstopanje izmerjene vrednosti od prave vrednosti.

Točnost merilnega instrumenta določimo: -s primerjanjem rezultatov tega instrumenta z

rezultati instrumenta z znano točnostjo, -z merjenjem znane etalonske ali referenčne

vrednosti.

Napake pri merjenju so odvisne od: -instrumenta samega, -pogojev merjenja (, vlaga,

toplotna sevanja, elektromagnetna, električna in magnetna polja, vibracije, nihanja napajalne

napetosti, nivo zračnega pritiska in podobno), -merilne metode, nepravilne rabe instrumentov,

-netočnega odčitavanja rezultatov s skale instrumenta, -nepravilno kalibriran instrument.

Pogreške delimo: glede na ZNAČAJ:

a.sistematski pogreški so stalni. Predznak in velikost teh pogreškov lahko določimo in nato

opravimo popravek merilnega rezultata (korekcijo).

b. slučajni pogreški so nedoločljivi; njihove velikosti in predznaka torej ne moremo določiti.

Tudi stalni niso, temveč se od meritve do meritve spreminjajo. Zato jih imenujemo slučajni

pogreški, pri njihovi obdelavi pa si pomagamo s statističnimi metodami.

c. grobi pogreški ali grobe merilne napake. O teh govorimo takrat, ko rezultati merjenja

očitno in zelo odstopajo od pravih rezultatov.

Glede na VZROKE NASTANKA: 1.pogrešek zaradi merilnega izvora, 2.pogrešek merilne

metode, 3.pogrešek pri odčitavanju, 4.pogrešek zaradi vpliva fizikalnih veličin.

Glede na ČAS: a.statične napake, ki se pojavijo zaradi nelinearnih prenosnih karakteristik

instrumentov, premajhne občutljivosti instrumentov in podobno. Statične napake so

pravzaprav podane s točnostjo merilnega instrumenta in pribora.

b.dinamične napake, o katerih govorimo takrat, ko se merjena - vhodna veličina spreminja s

časom.

1. Od česa so odvisni rezultati merjenja?

2. Kaj je pogrešek?

3. Glede na kaj delimo pogreške?

4. Kakšna je bistvena razlika med sistematskimi in slučajnimi pogreški?

5. Katere pogreške v merilnem rezultatu laže upoštevamo?

6. Kako lahko določimo velikost statične napake?

7. Merimo enosmerni konstantni električni tok. Do katere napake v tem primeru gotovo ne

more priti; statične ali dinamične?

TEHNIKA MERJENJA (4) Elementi tehnike merjenja: -izbira merilne metode ali postopka, -izbor merilnega

instrumenta in pribora, -izvajanje meritev z upoštevanjem vseh pogojev merjenja in vplivnih

motilnih veličin, vrednotenje merilnih rezultatov, -verifikacija merilne opreme, -usposabljanje

merilcev.

Osnovna načela in koraki izvajanja merilnega postopka: 1. Na podlagi proučitve

problema se odločimo za izbor merilne metode. S pomočjo izkušenj poskusimo približno

oceniti velikost merjene veličine in na podlagi te ocene se odločimo za merilne dosege

6

instrumentov. 2.Narišemo vezalni načrt. Tokovne kroge narišemo z odebeljenimi črtami.

3.Delovna miza mora biti zaščitena (ne kovinska). Tokokrog zaščitimo z varovalkami in

zaščitnim stikalom za izkop v sili. Instrumente smiselno razporedimo. Pri povezovanju najprej

naredimo glavne (tokovne) tokokroge in nato pomožne ali napetostne veje. Pazimo na preseke

vodnikov. Pazljivo in pravilno priključimo merilne instrumente. Preverimo začetne nastavitve

(napajalne napetosti , merilne dosege instrumentov, položaje spremenljivih uporov in

podobno). 4.Pred vklopom še enkrat pregledamo povezave in vezje. Ampermeter ob vklopu

kratko vežemo s stikali. Pred vsakim spreminjanjem vezja izključimo napajalno napetost.

Glavno stikalo vedno vklopimo zadnje in izklopimo prvo.

Navodila ob izvedbi meritve: 1.Meritev začnemo z vklopom glavnega stikala. Rezultate

vpisujemo v pripravljeno tabelo. 2.Pri več merilnih območjih vpisujemo le odklone in

konstante. 3.Rezultate izračunamo takoj po meritvi, da opazimo morebitne grobe napake.

4.Rezultatov ne popravljamo. V primeru napak opravimo novo meritev. 5.Pazimo na

obremenilne pogoje ter porabo instrumentov in pribora. 5. Meritev zaključimo z izdelavo

zapisnika.

MERILNE METODE IN POSTOPKI

1. Direktna merilna metoda: Merilni rezultat je na voljo takoj in sicer kot odčitek na skali

ali številčnici instrumenta brez kakršnegakoli preračunavanja.

PRIMER: Merimo električni tok s pomočjo ampermetra. Naš instrument meri veličino,

katere vrednost nas zanima, zato gre za neposredno (direktno) metodo, rezultat pa odčitamo

"direktno" s skale ampermetra.

2. Indirektna merilna metoda: Neko veličino merimo posredno (indirektno) preko merjenja

neke druge, vendar z našo izbrano veličino tesno povezane veličine. Ta metoda je neizogibna,

kadar nimamo na razpolago neposrednega merilnika naše izbrane veličine.

PRIMER: Merilnik hitrosti v avtomobilu je pravzaprav merilnik napetosti. Meri napetost

majhnega generatorja, ki se vrti z enako hitrostjo kot kolesa avtomobila. Napetost generatorja

je torej odvisna od hitrosti avtomobila in zato lahko merimo hitrost avtomobila "indirektno"

preko merjenja napetosti.

3. Zamenjalna merilna metoda: Neznano vrednost izbrane merjene veličine primerjamo z

znano vrednostjo, ki jo spreminjamo toliko časa, dokler nista med seboj enaki. V tem trenutku

postane tudi neznana vrednost merjene veličine znana.

PRIMER: Naš avto ima pokvarjen merilnik hitrosti, mi bi pa radi izvedeli, kolikšna je njegova

največja hitrost. Prosimo prijatelja, ki ima hitrejši avto z zelo točnim merilnikom hitrosti, da

pelje za nami. Peljal bo torej z enako hitrostjo kot mi. Ko dosežemo največjo hitrost, mu

damo znak in on odčita hitrost na svojem merilniku hitrosti. V tem trenutku je znana tudi

hitrost našega avtomobila, saj vozimo enako hitro kot prijatelj.

4. Kompenzacijska merilna metoda: Načeloma je podobna zamenjalni metodi. Pravzaprav

se od zamenjalne metode razlikuje le v tem, da v trenutku izenačenosti merjene in referenčne

veličine merilno mesto ni obremenjeno.

5.Primerjalna merilna metoda: Temelji na primerjanju merjene vrednosti z neko referenčno

vrednostjo. Ta referenčna vrednost nastopa v meritvi v enaki obliki kot merjena neznana

vrednost.

1. Kaj je osnovna značilnost direktne merilne metode?

7

2. Kaj je osnovna značilnost indirektne merilne metode?

3. Kdaj moramo uporabiti direktno merilno metodo?

4. Poišči tudi sam kakšen primer direktne merilne metode in ga opiši!

5. Poišči tudi sam kakšen primer indirektne merilne metode in ga opiši!

6. Ali bi lahko rekli, da je direktna metoda tudi primerjalna metoda? Zakaj?

7. Ali bi lahko rekli, da je indirektna metoda tudi primerjalna metoda? Zakaj?

SPLOŠNO O ELEKTRIČNIH MERILNIH INSTRUMENTIH (5) Tokovna in napetostna občutljivost instrumenta: Občutljivost instrumenta je podana z

velikostjo kota (), za katerega se kazalec odkloni, če se merjena (vhodna) veličina (x)

spremeni (za x).

Sx = ()/(X)

(enačba 1)

Če je skala linearna, je občutljivost vzdolž cele skale enaka. Razdelki so namreč povsod

enaki, to pa pomeni, da je tudi sprememba odklona () ob stalni spremembi merjene

veličine (x) enaka.

Pri kvadratični (nelinearni) skali pa so razdelki z večanjem odklona vedno večji! Občutljivost

instrumentov s kvadratično skalo se zato spreminja; sprememba odklona () se ob stalni

spremembi merjene veličine (x) veča.

Konstanta instrumenta je obratna vrednost občutljivosti instrumenta. (kx = konstanta

instrumenta)

kx = merilno območje / število razdelkov = X/n

(enačba 2)

PRIMER: Instrument s skalo, ki ima 150 razdelkov, bomo uporabili kot ampermeter z

merilnim območjem 0-15A. Konstanta instrumenta znaša: kI = Imax /n = 15A/150del ==

0,1A/del.

Ko kasneje s tem instrumentom merimo tok, se odkloni kazalec, denimo, za 90 delcev.

Merjeni tok torej znaša: I = kI *n = 0,1A/del * 90del = 9A.

Točnost merjenja je odvisna od: -natančnosti (preciznosti) merilnih instrumentov in ostalih

naprav,

-izbrane merilne metode, -vestnosti in izkušenosti merilcev.

Pogreške pri merjenju lahko razvrstimo v naslednje osnovne skupine: -sistematski pogreški, -

slučajni pogreški, -grobe napake.

Sistematski pogreški: lahko jim določimo velikost in predznak in jih nato odpravimo s

korekcijo.

Slučajnim pogreškom velikosti in predznaka ne moremo določiti, saj se neprestano

spreminjajo. Njihov vpliv zmanjšamo tako, da opravimo več meritev, kot rezultat pa

vzamemo aritmetično srednjo vrednost vseh rezultatov.

8

Grobe napake so običajno očitne, ker v takih primerih rezultati zelo odstopajo od

pričakovanih vrednosti.

Slika 4: Prikaz rezultatov streljanja v tarčo in razsipanje rezultatov zaradi različnih vzrokov.

1. Kaj je vhodna veličina analognega: a. ampermetra b. voltmetra c. ohmmetra.

2. Kaj je izhodna veličina analognega: a. ampermetra b. voltmetra c. ohmmetra.

3. Koliko znaša občutljivost voltmetra, če se ta sploh ne odkloni, ko na vhodu spreminjamo

napetost?

4. Kako se spreminja občutljivost EMI s kvadratično skalo pri večanju odklona; se veča ali

manjša. Zakaj?

5. Ampermeter iz primera v tekstu (glej PRIMER) se odkloni na 76 delcev. Kolikšen tok teče

skozi instrument?

6. Kakšna je bistvena razlika med sistematskimi in slučajnimi pogreški?

7. Kaj je po tvojem mišljenju glavni razlog grobih merilnih napak?

8. Zakaj se slučajni pogreški tako imenujejo?

9. Ali lahko slučajne pogreške popolnoma odpravimo?

10. Zapiši formulo za merilni doseg instrumenta s pomočjo enačbe za občutljivost

instrumenta!

SPLOŠNO O ELEKTRIČNIH MERILNIH INSTRUMENTIH (6) Pogrešek in preciznost EMI: Razlikujemo tri vrste pogreška:

1.Absolutni pogrešek: razlika med pokazano vrednostjo veličine na instrumentu in njeno

pravo vrednostjo.

X = Xizm-Xp ; (Xizm ...izmerjena vrednost veličine X, Xp...prava vrednost iste veličine

X) (enačba 1)

9

2.Relativni pogrešek: razmerje med absolutnim pogreškom in pravo vrednostjo merjene

veličine.

X = X/ Xp

(enačba 2)

POMEMBNO: Prave vrednosti pravzaprav nikoli ne moremo poznati, zato v praksi vzamemo

za pravo vrednost tisti rezultat, ki ga dobimo z bolj točnim instrumentom ali metodo, kot pa je

naš instrument oziroma metoda. To "pravo" vrednost imenujemo dogovorna vrednost. Kadar

torej govorimo o pravi vrednosti, se pravzaprav sklicujemo na dogovorno vrednost, saj prave

dejansko sploh ne poznamo.

3.Procentualni (odstotni) pogrešek je razmerje med absolutnim pogreškom in dogovorno

vrednostjo, vendar je še pomnoženo s sto, tako da dobimo rezultat v odstotkih.

X(%) = (X/ Xp)*100

(enačba 3)

Referenčni pogoji merjenja: Isti instrument se lahko pri merjenju istega toka zelo različno

odkloni. To se zgodi, če se pogoji merjenja bistveno spremenijo. Tako lahko povišamo

temperaturo okolice, ustvarimo močno magnetno ali električno polje in podobno. Tudi, če

položimo instrument na neprimeren način (drugače, kot je predpisano), se bo njegovo kazanje

spremenilo. Če torej želimo, da bo naš instrument vedno kazal približno enako, moramo

zagotoviti stalne zunanje pogoje in to takšne, kot jih zahteva proizvajalec instrumenta. Te

zahtevane zunanje pogoje imenujemo referenčni pogoji merjenja.

Temeljni pogrešek: Če bomo EMI uporabljali le v referenčnih pogojih, se bo njegov

pogrešek gibal v določenem območju, ki nam ga zagotavlja proizvajalec EMI. Pogrešek, ki

se giba v zagotovljenih mejah ob uporabi EMI v referenčnih pogojih, imenujemo temeljni

pogrešek. Temeljni pogrešek je izražen v odstotkih dogovorne vrednosti. Če referenčnih

pogojev ne bomo zagotovili, se bo pogrešek zelo verjetno povečal.

Sprememba kazanja: Če referenčnih pogojev ne bomo zagotovili, se bo pogrešek zelo

verjetno povečal. To povečanje pogreška, oziroma spremembo velikosti pogreška

imenujemo sprememba kazanja.

1. Katero aritmetično (matematično) operacijo izvedemo, kadar iščemo razliko dveh

vrednosti?

2. Katero aritmetično (matematično) operacijo izvedemo, kadar iščemo razmerje dveh

vrednosti?

3. Napiši enačbo za absolutni pogrešek: -ampermetra, -voltmetra.

4. Napiši enačbo za relativni pogrešek: -ampermetra, -voltmetra.

5. Napiši enačbo za procentualni pogrešek: -ampermetra, -voltmetra.

6. Kakšna je razlika med relativnim in procentualnim pogreškom?

7. Kakšna je merska enota absolutnega pogreška: -ampermetra, -voltmetra?

8. Kakšna je merska enota relativnega pogreška: -ampermetra, -voltmetra?

9. Kakšna je merska enota procentualnega pogreška: -ampermetra, -voltmetra?

10. Kaj so referenčni pogoji uporabe instrumenta?

11. Kaj je temeljni pogrešek?

12. Kakšen pogrešek je dejansko temeljni pogrešek:-absolutni, -relativni, -procentualni.

10

SPLOŠNO O ELEKTRIČNIH MERILNIH INSTRUMENTIH (7) Preciznost merilnega instrumenta je določena z mejama (zgornjo in spodnjo) temeljnega

pogreška in spremembe kazanja.

Razred preciznosti pa predstavljajo vsi tisti instrumenti, katerih preciznost je označena z

istim številom. Imajo torej enak temeljni pogrešek.

Etalonski instrumenti so instrumenti razredov 0,05 in 0,1. Njihov temeljni pogrešek znaša

torej 0,05% oziroma 0,1% dogovorne vrednosti.

Precizijski instrumenti so instrumenti razredov 0,2 in 0,5.

Obratovni instrumenti so instrumenti razredov 1 do 5.

Referenčni pogoji za uporabo merilnih instrumentov:

Referenčna vrednost vplivne veličine: Na odklon merilnega instrumenta lahko vpliva cela

vrsta veličin in zato jih imenujemo vplivne veličine: temperatura okolja, lega instrumenta,

zemeljsko magnetno polje, zunanja magnetna in električna polja, višina napetosti pri

wattmetrih in tako naprej.

Za instrument zato proizvajalec navede določene vrednosti posameznih vplivnih veličin, pri

katerih instrument kaže s pogreškom, ki je manjši od njegovega razreda. Te vrednosti so

referenčne vrednosti vplivnih veličin.

PRIMER: Temperatura se kot vplivna veličina pojavlja najpogosteje. Običajno je za

temperaturo postavljena referenčna vrednost (20+-1)C za instrumente razredov 0,05 do 0,2

ter (20+-2)C za instrumente razredov 0,5 do 5. Če torej želimo, da bodo instrumenti kazali s

pogreškom, manjšim od razreda točnosti, moramo za prvo skupino zagotoviti temperature

okolice med 19C in 21C in za drugo med 18C in 22C.

Referenčno območje vplivne veličine: Iz gornjega primera vidimo, da je referenčna vrednost

neke vplivne veličine zelo ostra zahteva. V praksi je v večini primerov problematična le ena

od vseh možnih vplivnih veličin. Še posebej velja to za obratovne instrumente. Izdelovalec

instrumentov se zato posveti le tej vplivni veličini, tako da z različnimi konstrukcijskimi

prijemi njen vpliv na kazanje instrumenta zmanjša. Tako pogrešek tega instrumenta ne

preseže vrednosti razreda preciznosti tudi pri večji spremembi te vplivne veličine. To

razširjeno območje vplivne veličine, v katerem pogrešek instrumenta ne preseže razreda

preciznosti, imenujemo referenčno območje te veličine.

PRIMER: Z instrumente iz gornjega primera se je izdelovalec odločil, da jim bo povečal

temperaturno območje uporabe. Instrument je zato ustrezno predelan in tako ga lahko

uporabljamo v temperaturnem območju od 15C do 25C.

Sprememba kazanja in nazivno območje uporabe: V praksi se pogosto zgodi, da

referenčnim pogojem ne moremo ustreči. Tako ne bomo vedno uspeli zagotoviti temperature

v referenčnem območju, če bomo opravljali meritve v kakšni livarni, pekarni in podobno. Za

take primere predvidevajo predpisi širše območje uporabe, ki ga imenujemo nazivno območje

uporabe. V nazivnem območju uporabe kaže instrument tudi s pogreškom, ki je večji od

razreda preciznosti. Prišlo je torej do spremembe kazanja. Vendar pa tudi pri spremembi

kazanja pogrešek instrumenta ne sme preseči dvakratne vrednosti njegovega razreda

preciznosti.

11

PRIMER: Instrument razreda 1,5 ima referenčno območje temperature od 15C do 25C.

Nazivno območje uporabe znaša 10C do 30C. Temeljni pogrešek instrumenta znaša 1,5%.

Njegov največji dovoljeni pogrešek v območju spremembe kazanja znaša torej 2*1,5% = 3%.

Dušenje gibanja gibalnih organov električnih merilnih instrumentov (EMI): Pri

spremembi vhodne (merjene) veličine se kazalec EMI v novo ravnovesno lego ne postavi kar

v trenutku in tam obmiruje kot pribit. Zaradi mase ima gibljivi organ tudi določeno mehansko

vztrajnost. Zaradi vztrajnosti gibljivi organ preko nove ravnovesne preniha in se šele nato

vrne v to novo ravnovesno lego. Velikost tega prenihanja je s predpisi omejena in zato mora

instrument gibanje gibljivega organa tudi dušiti. Pri EMI srečamo tri vrste dušenja gibanja

gibljivega organa:

1. Elektromagnetno dušenje: Če se v polju trajnega magneta giba kratko sklenjen ovoj,

kovinska plošča ali kos kovine, se v njem inducira napetost, ki požene vrtinčne toke. Vrtinčni

toki pa tvorijo skupaj z magnetnim poljem, ki jih je povzročilo, vrtilni moment. Ta vrtilni

moment nasprotuje gibanju, ki je vse to povzročilo. Nasprotujoči moment je sorazmeren

hitrosti gibanja našega kosa kovine skozi magnetno polje.

2. Zračno ali pnevmatično dušenje: V zaprti cevi se giba lopatica. Lopatica je manjšega

premera kot cev. Cev je napolnjena z zrakom, ki se ob gibanju lopatice (bata) ne more dovolj

hitro seliti na drugo stran lopatice. Ta nekoliko stisnjen zrak pa ovira gibanje lopatice in tudi

gibljivega organa, ki je z lopatico togo povezan.

3. Tekočinsko ali hidravlično dušenje: Ideja je v osnovi enaka kot pri zračnem dušenju, le

da je kot dušilno sredstvo v tem primeru uporabljena tekočina (pravilno rečeno - kapljevina).

Primer: olje, glicerin.

1. Kateri instrumenti so bolj točni; tisti z manjšim ali tisti z večjim temeljnim pogreškom?

2. Katera skupina EMI obsega največ razredov?

3. Katera skupina EMI je bolj precizna; etalonski ali precizijski?

4. Katera skupina EMI je najmanj točna?

5. Katera skupina EMI ima zahtevnejše referenčne pogoje; etalonski ali precizijski?

6. Kakšna je razlika med referenčno vrednostjo in referenčnim območjem?

7. Kaj je sprememba kazanja EMI?

8. Koliko znaša največji dovoljeni pogrešek v območju spremembe kazanja?

9. Koliko znaša največji dovoljeni pogrešek v referenčnem območju?

10. Razred instrumenta je 1! Kolikšen je lahko njegov največji procentualni pogrešek v

nazivnem območju uporabe?

11. Katere vrste dušenja najdemo v EMI?

12. Ali velikost elektromagnetnega dušenja s hitrostjo gibanja kazalca pada ali narašča?

13. Kakšna je razlika med pnevmatičnim in hidravličnim dušenjem?

MERJENJE NAPETOSTI

SPLOŠNO O MERJENJU NAPETOSTI Z VOLTMETRI (8) Električni potencial poljubne točke (oziroma vozlišča) v vezju je lastnost, ki povzroča

delovanje sile na gibljive nosilce naboja v vodnikih. Je torej vzrok gibanja teh nosilcev.

12

Merska enota za električni potencial je enaka tisti za električno napetost. Električni potencial

ozemljene točke je po dogovoru vedno nič voltov.

Električna napetost je razlika električnih potencialov med dvema točkama. V splošnem

lahko govorimo o dveh vrstah napetosti: 1. o napetosti virov in 2. o padcih napetosti na

porabnikih.

Kadar govorimo o električnem potencialu, govorimo o eni točki, kadar pa govorimo o

električni napetosti, govorimo o dveh točkah.

Električno napetost oziroma padec napetosti merimo z voltmetrom. Ker merimo razliko

električnih potencialov med dvema točkama, priklopimo voltmeter na ti dve točki.

Slika 24: Merjenje napetosti vira Slika 25: Merjenje padca napetosti na porabniku

Problem: Ko v vezje, v katerem želimo izmeriti napetosti oziroma padce napetosti, vežemo

voltmeter, s tem vezje spremenimo. Vezju smo dodali še en element - voltmeter. Vezje ni več

isto. Z meritvijo smo vezje spremenili in merilni rezultat bo že samo zaradi tega odstopal od

prave vrednosti.

a) vezje brez voltmetra b) voltmeter z majhno upornostjo c) voltmeter z veliko upornostjo

Slika 26: Merjenje napetosti vira - notranjo upornost vira smo na slikah a, b, c zanemarili

13

a) vezje brez voltmetra b) voltmeter z majhno upornostjo c) voltmeter z veliko upornostjo

Slika 27: Merjenje padca napetosti na porabniku - vpliv prisotnosti ampermetra v vezju

1. Kakšna je razlika med električnim potencialom in električno napetostjo?

2. Kakšna je razlika med napetostjo vira in padcem napetosti ?

3. Kako vežemo voltmeter, kadar merimo napetost vira?

4. Kako vežemo voltmeter, kadar merimo padec napetosti na porabniku?

5. V naslovu pod sliko 26 se skriva napačna informacija! Poišči jo! Zakaj je informacija

napačna?

6. V naslovu pod sliko 27 se skriva napačna informacija! Poišči jo! Zakaj je informacija

napačna?

7. Koliko znaša napetost na sponkah A in B na sliki 26 a? (izračunaj)

8. Ali je vir napetosti na sliki 26 a obremenjen?

9. Koliko znaša napetost na sponkah A in B na sliki 26 b? (izračunaj)

10. Koliko znaša napetost na sponkah A in B na sliki 26 c? (izračunaj)

11. Ali je vir napetosti na sliki 26 b in c obremenjen?

12. Kakšna mora biti upornost voltmetra, da bo rezultat meritve čim bližji napetosti

neobremenjenega vira?

13. Ponovi točke od 7 do 12, le da se tokrat naloga nanaša na padec napetosti na merjenem

uporu R2!

14. Kdaj meri voltmeter električni potencial neke točke?

15. Ali je prikazan na slikah 24 do 27 realni ali idealni napetostni generator? Zakaj si se tako

odločil?

SPLOŠNO O MERJENJU NAPETOSTI Z VOLTMETRI (9) Razširjanje napetostnega merilnega dosega voltmetra v enosmernih tokokrogih:

Ugotovili smo, da mora biti upornost voltmetra čim večja.

Problem: Napetost, ki jo želimo izmeriti, je večja od merilnega dosega voltmetra, ki ga

imamo na razpolago. Voltmeter je IVT, največji dovoljeni tok skozi vrtljivo tuljavico pa je

0,5mA. Upornost vrtljive tuljavice je 1000. S tem instrumentom pa bi radi merili napetosti

do 100V. Največji dovoljen padec napetosti na vrtljivi tuljavici izračunamo s pomočjo

14

OHMOVEGA zakona: UV=IV*RV=0,0005A*1000=0,5V. To je tudi največja napetost, ki jo

lahko instrument izmeri - merilni doseg.

Merili bi radi s tem instrumentom napetosti do 100V, sam instrument pa lahko pokaže največ

0,5V.

Rešitev: Pri danem največjem dovoljenem toku skozi vrtljivo tuljavico (0,5mA) moramo

doseči želen padec napetosti (md3=100V), ki je hkrati naš novi želeni merilni doseg. Na

pomoč nam priskoči dobri stari Georg Simon Ohm, ki nas vedno znova opominja, da lahko

padec napetosti na uporu povečamo tako, da povečamo njegovo upornost. Upornost upora pa

povečamo tako, da mu vežemo zaporedno upor želene vrednosti. Dodamo mu torej predupor.

Najprej tako z Ohmovo pomočjo izračunamo potrebno novo skupno upornost voltmetra

(RV1): RV1=UV1/IV=100V/0,0005A=200k...Skupna upornost vrtljive tuljavice in

potrebnega predupora za merilni doseg 100V je torej 200k. Upornost tuljavice same je 1k.

Vrtljiva tuljavica in predupor pa sta vezana zaporedno. Upornost predupora torej znaša

200k-1k=199k. To je prva možnost izračuna potrebnega predupora.

Slika 28: Razširjanje merilnega dosega voltmetra v enosmernih tokokrogih

a)načelna splošna vezava b)samostojni predupori c) zaporedni predupori

Značilen podatek za voltmeter je njegova karakteristična upornost. Če hočemo namreč

voltmetru povečati merilni doseg, moramo povečati njegovo upornost. Karakteristična

upornost voltmetra (RV0) pa nam pove, koliko mora znašati celotna upornost voltmetra

(tuljavica in predupor skupaj) pri izbranem merilnem dosegu.

Za naš primer velja: RV0= RV /UV=1000/0,5V=2000/V. Skupna upornost tuljavice in

predupora pri (merilnem dosegu) md3=100V znaša torej RV1=

RV0*md=2000/V*100V=200k. Upornost predupora torej znaša 200k-1k=199k. To

je druga možnost izračuna potrebnega predupora.

1. Izračunaj za primer v tekstu predupor za merilne dosege: md1=10V, md2=50V. Uporabi

prvi način.

2. Izračunaj za primer v tekstu predupor za merilne dosege: md4=250V, md5=500V. Uporabi

drugi način.

3. Sliki 28 a in b preriši v zvezek, vpiši ob sponke UV do U5 ustrezne merilne dosege, ob

preduporih R1 do R4 pa izračunane vrednosti. Bodi pazljiv pri sliki b, saj se vrednosti

posameznih preduporov seštevajo.

4. Kako spreminjamo napetostni merilni doseg voltmetra v enosmernih tokokrogih?

15

SPLOŠNO O MERJENJU NAPETOSTI Z VOLTMETRI (10) Razširjanje napetostnega merilnega dosega voltmetra v izmeničnih tokokrogih: V

enosmernih tokokrogih razširimo merilni doseg voltmetra tako, da mu povečamo upornost.

Zaporedno vežemo predupor. V izmeničnih tokokrogih pa lahko merilni doseg voltmetra

povečamo tako, da priključimo voltmeter na nizkonapetostno navitje transformatorja,

visokonapetostno navitje pa priključimo na merjeno napetost.

Slika 37: Razširjanje napetostnega merilnega dosega voltmetra z napetostnim merilnim

transformatorjem

Napetostni merilni transformatorji (NMT) ali napetostniki so malo obremenjeni

transformatorji. Iz osnov elektrotehnike vemo, da omogočajo transformatorji višanje in

nižanje napetosti na preprost način. Napetost na sekundarnem navitju je pri znani primarni

napetosti odvisna od razmerja števila ovojev na primarni in na sekundarni strani. To razmerje

imenujemo tudi prestava transformatorja.

p = Ui1 : Ui2 = N1 : N2

Napetosti v enačbi sta inducirani napetosti v navitjih. Razlika med napetostjo na sponkah

navitij in inducirano napetostjo v navitjih je enaka notranjim padcem napetosti v navitjih.

Notranji padci napetosti morajo biti čim manjši. Tako bo le, če bosta toka skozi navitji

majhna. Toka pa bosta majhna le, če bo transformator kolikor je le mogoče malo obremenjen.

Le v takem primeru bomo lahko zapisali:

p = U1 : U2 = N1 : N2

Napetosti v tej enačbi pa sta napetosti na sponkah NMT. Ti napetosti sta za nas zanimivi, saj

sta edini dosegljivi.

Problem: Pri uporabi NMT moramo računati z dvema dodatnima pogreškoma, za katera je

kriva nepopolnost NMT. Prvi pogrešek smo že opisali: gre za napako prestave.

PRIMER: Prestava NMT znaša 20. Izračunamo jo po prvi enačbi.( p = Ui1 : Ui2 = N1 : N2 ).

Če nato z najbolj natančnim voltmetrom, kar jih imamo, izmerimo napetost na sponkah

primarnega in sekundarnega navitja in ju delimo, kot kaže druga enačba( p = U1 : U2), zelo

verjetno ne bomo dobili gornjega rezultata, to je 20, ampak število, ki bo bolj ali manj blizu

temu rezultatu.

Drugi razlog za nastanek dodatnega pogreška pri uporabi NMT pa je napaka kota.

16

Sponke enofaznih NMT označujemo na primarni strani z U in V, na sekundarni strani pa z u

in v. Sponke trifaznih NMT pa označujemo na primarni strani z U,V in W, na sekundarni

strani pa z u, v in w.

Merjenje napetosti z voltmetrom, ki je priključen na NMT: Denimo, da je merilni doseg

voltmetra na sliki 37 250V (md =250V). S police v shrambi vzamem NMT, ki mi ga je stara

mama (kakšna sreča) kupila za tretji rojstni dan (čez sedem let vse prav pride) in ga jadrno

zvežem, kot to kaže slika 37. Marmelado pustim v shrambi. Na tablici NMT nekako uspem

razbiti varnostno šifro (drzni zmagujejo) in ugotovim, da je prestava mojega darila 20. Ko je

vezje izgotovljeno in priključeno na omrežno vtičnico v naši kuhinji, pokaže kazalec

voltmetra 110V. Čakaj, čakaj, pokazati bi moral 220V. Saj ne živimo v ZDA, tam je omrežna

napetost 110V, pa še frekvenca ni 50Hz ampak 60Hz. Hm, pozabil sem pomnožiti naših 110V

s prestavo NMT, ki znaša, kot rečeno, 20. Voltmeter sem namreč zvezal na sekundarno stran

NMT, napetost, ki jo merim, pa je na primarni strani NMT. Torej 110V*20 = 2200V. Ha,

napetost v naši vtičnici v kuhinji je 2200V!??? Ampak kako, ko bi pa vendar morala biti

220V. Še enkrat vse preverim in ugotovim, da nisem nikjer storil napake.

Aja, zato nam vsaka kura v pečici zgori. Najprej bom poklical Elektro Ljubljana - mesto, naj

kar oni pregledajo napeljave in končni transformator za trgovino, ki sem ga ondan popisal z

grafiti, potem pa nad marmelado, ki je ostala v shrambi. Hm, varovalke, zakrpane z žeblji

moram čim prej zamenjati z novimi, brezhibnimi. Očetu bom pa diplomo skril. Ima srečo, da

mu je ne bom zažgal. Mogoče se je prav on igral okoli končnega transformatorja. Kupil mu

bom razpšilec, bo manj nevarno! Bova skupaj pisala grafite.

1. Zakaj je NMT malo obremenjen?

2. Zakaj mora biti NMT malo obremenjen?

3. Katera dva pogreška se pojavita pri uporabiNMT?

4. Voltmeter iz primera v tekstu pokaže 217V? Koliko znaša merjena napetost?

5. Kdaj uporabimo NMT in kdaj predupor?

6. Od česa je odvisna velikost notranjih padcev napetosti v transformatorju?

7. V čem je razlika pri označevanju sponk primarnega in sekundarnega navitja?

MERJENJE TOKA

SPLOŠNO O MERJENJU TOKA Z AMPERMETRI (11) Električni tok lahko imenujemo vsako gibanje električno nabitih delcev. Običajno pa imamo

pri meritvah opravka z merjenjem tokov v bakrenih vodnikih. V takih primerih tečejo po

vodnikih elektroni. Osnovno načelo uporabe ampermetrov pri merjenju toka v vezju je to,

da moramo vodnik, v katerem želimo izmeriti tok, na tistem mestu, kjer želimo to opraviti,

prekiniti, in nato v to prekinjeno mesto vstaviti ampermeter. Ampermeter je torej vezan

zaporedno s porabnikom, katerega tok želimo izmeriti.

17

a) b) c)

Slika 44: Osnovno načelo uporabe ampermetra

Problem: Na sliki 44 b) pa lahko vidimo tudi to, da smo vezje s samo meritvijo spremenili.

Dodali smo še eno napravo, ki ima tudi svojo notranjo upornost. Ker se tako spremeni

celotna upornost vezja, se spremeni tudi tok skozi vezje, saj je napetost vira ostala

nespremenjena. Če se je tok zaradi vključitve ampermetra v vezje spremenil, potem

ampermeter pač ne meri več tistega toka, ki teče v vezju v običajnih pogojih, namreč v vezju

BREZ ampermetra.

1. Kako vežemo ampermeter glede na porabnik, kateremu želimo izmeriti električni tok?

2. Kako se spremeni skupna upornost vezja, v katerega smo vezali ampermeter; se zveča ali se

zmanjša?

3. V katerem od vezij na sliki 44 teče po zanki električni tok, ki resnično ustreza dani

napetosti vira in dani upornosti bremena? Zakaj je tako?

4. Izračunaj velikost električnega toka v vezju a)?

5. Katera meritev je bolj točna; tista v vezju b) ali tista v vezju c)? Kaj je razlog temu?

6. Kakšna naj bo torej upornost ampermetra, da bo njegov vpliv na merjenca čim manjši?

PONOVITEV: OSNOVNI POJMI IN DEFINICIJE(2)

7. Kaj so osnovne veličine?

8. Katere so osnovne veličine?

9. Kaj je točnost merjenja?

10. Kaj je občutljivost instrumenta?

11. Kaj je normala ali referenca?

12. Kaj je kazalno območje instrumenta?

13. Kaj so etaloni?

SPLOŠNO O MERJENJU TOKA Z AMPERMETRI (12) Razširjanje tokovnega merilnega dosega ampermetra v enosmernih tokokrogih:

Ugotovili smo, da mora biti upornost ampermetra čim manjša.

Problem: Imamo IVT, ki ima vrtljivo tuljavico upornosti 100 (RA = 100), največji

dovoljeni tok skozi tuljavico pa znaša 3mA (IA = 3mA). S tem instrumentom bi radi merili

tokove do vrednosti I1 = 15mA. Osnovna ideja pri razširjanju tokovnega merilnega dosega

ampermetra je ta, da omogočimo toku, ki je večji od največjega dovoljenega toka skozi IVT

(IA = 3mA), da teče mimo IVT po vzporedni poti. Ta vzporedna pot pa mora imeti ravno

pravšnjo upornost za izbrani povečani tokovni merilni doseg, da bo skozi IVT tekel ustrezni

delež merjenega toka. V to našo vzporedno pot vežemo zato upor, katerega velikost je

18

odvisna od izbranega merilnega dosega. Ta vzporedno vezani upor imenujemo soupor.

Soupor izračunamo po enačbi:

RS = (RA*IA) / (I-IA); I je novi, povečani merilni doseg, IA pa je največji dovoljeni tok skozi

vrtljivo tuljavico.

Če torej vstavimo v zgornjo enačbo vse znane in potrebne podatke, dobimo:

RS1 = (100*3mA) / (15mA-3mA) = (300/12) = 25. Upornost potrebnega soupora za

merilni doseg 15mA znaša torej Rs1 = 25.

Slika 45: Razširjanje tokovnega merilnega dosega ampermetra s souporom

Soupore razvrščamo glede na njihove nazivne toke in glede na njihove nazivne padce

napetosti. V praksi uporabljajo največ soupore z nazivnim padcem napetosti U = 60mV.

1. Kakšna naj bo upornost ampermetra, da bo čim manj vplival na merjeni tokokrog; čim

večja ali čim manjša?

2. Kaj se zgodi z upornostjo ampermetra, ko mu dodamo soupor?

3. Izračunaj vrednosti soupora za IVT iz teksta, ki mu želimo razširiti merilni doseg na I2 =

60mA, I3 = 150mA, I4 = 600mA in I5 = 3000mA = 3A!

4. Kaj se dogaja z upornostjo soupora pri večanju tokovnega merilnega dosega ampermetra?

5. Kaj se dogaja z upornostjo predupora pri večanju napetostnega merilnega dosega

voltmetra?

PONOVITEV: TEORIJA POGREŠKOV(3)

6. Kaj je pogrešek?

7. Kaj so sistematski pogreški in kaj je njihova bistvena lastnost?

8. Kaj so slučajni pogreški in kaj je njihova bistvena lastnost?

9. Kaj so grobe merilne napake?

10. Kaj so statične napake?

11. Kaj so dinamične napake?

SPLOŠNO O MERJENJU TOKA Z AMPERMETRI (13) Razširjanje tokovnega merilnega dosega ampermetra v izmeničnih tokokrogih: V

izmeničnih tokokrogih razširjamo tokovni merilni doseg s tokovnim merilnim

transformatorjem (TMT). Ideja je torej enaka tisti pri razširjanju napetostnih merilnih dosegov

voltmetrov v izmeničnih tokokrogih, le da smo tam uporabili napetostni merilni

transformator (NMT).

19

Slika 46: Razširjanje tokovnega merilnega dosega ampermetra s tokovnim merilnim

transformatorjem

Tokovni merilni transformatorji (TMT) ali tokovniki so skoraj kratko sklenjeni

transformatorji.

Osnovne razlike med TMT in NMT: Na primarno navitje NMT (slika 37) je priključena

napetost porabnika (vzporedna vezava). Tok skozi primarno navitje NMT pa je odvisen od

obremenitve NMT na sekundarni strani. Ker običajno vežemo na sekundarno stran NMT

voltmeter, ki ima veliko upornost, je NMT zato malo obremenjen. Tok skozi primarno navitje

je zato majhen. Tokovniku pa je na primarni strani vsiljen tok porabnika, saj je primarno

navitje vezano zaporedno s porabnikom. Velikost toka skozi primarno navitje je torej pri

TMT odvisna od porabnika. Sekundarna stran TMT je običajno skorajda kratko sklenjena, saj

je na sekundarno navitje vezan ampermeter, ki ima majhno upornost.

Opis delovanja TMT: Število ovojev na primarni in sekundarni strani TMT je obratno

sorazmerno tokoma:

p = I1 : I2 = N2 : N1

I1 in I2 sta primarni in sekundarni nazivni tok, N2 in N1 pa sta primarno in sekundarno število

ovojev. Skozi primarno tuljavo teče tok, ki je vsiljen in je odvisen od upornosti porabnika. Ta

tok ustvarja magnetno polje, ki magneti jedro TMT. Skozi sekundar teče velik tok, saj je

upornost ampermetra, ki je priključen na sekundar , majhna. Tudi ta tok magneti jedro TMT,

vendar v nasprotni smeri, saj je ta tok pognala inducirana napetost v sekundarju, ki pa jo je

povzročilo prav magnetno polje toka skozi primar. Magnetno polje sekundarja se upira vzroku

svojega nastanka. Vsota (ali bolje rečeno; razlika, saj si nasprotujeta) obeh magnetnih polj je

zato neko zelo majhno magnetno polje. Gostote magnetnega pretoka so v jedrih TMT zato

zelo majhne.

Problem: Če pustimo sponke sekundarja odprte, ne bo tekel skozi sekundar nikakršen tok. V

jedru torej ne bo magnetnega polja sekundarja, ki bi se upiralo magnetnemu polju primarja. V

jedru bo tako samo magnetno polje primarja. Gostota magnetnega pretoka v jedru TMT bo

zato narasla. Zato narastejo izgube v železu in z izgubami tudi segrevanje jedra. Zaradi velike

gostote magnetnega pretoka v jedru TMT se tudi povečajo inducirane napetosti v obeh

navitjih. Zato se povečajo tudi napetosti med ovoji in v skrajnem primeru lahko to privede do

preboja izolacije navitij.

Rešitev problema in hkratno OPOZORILO: TMT ne sme biti med uporabo (merjenjem)

na sekundarni strani nikoli odprt. Če želiš med merjenjem zamenjati ali odstraniti

ampermeter, mora sponke sekundarja najprej kratko vezati.

20

1. S pomočjo slik 37 in 46 opiši bistveno razliko v priključevanju NMT in TMT!

2. Opiši razliko v odvisnosti velikosti primarnega toka v NMT in TMT! (Od česa sta odvisna

primarna toka?)

3. Opiši razliko v obremenitvi NMT in TMT!

4. Opiši dve razliki v enačbah za prestavo NMT in TMT!

5. Kdaj lahko B v jedru TMT zelo naraste?

6. Naštej možne posledice povečanja B v jedru TMT!

7. Kako se temu problemu izognemo?

PONOVITEV: TEHNIKA MERJENJA(4)

8. Opiši direktno merilno metodo!

9. Opiši indirektno merilno metodo!

10. Kaj je bistvena značilnost kompenzacijske merilne metode?

11. Kaj je skupna značilnost zamenjalne in primerjalne merilne metode?

OSCILOSKOP

ZGRADBA IN OSNOVE DELOVANJA OSCILOSKOPA (14) Čelna plošča osciloskopa, nastavitve in namen nastavitev:

Slika 56: Čelna plošča preprostega osciloskopa z osnovnimi nastavitvami

Na sliki 56 vidimo zaslon osciloskopa in štiri polja nastavitev:1. TIME BASE (časovna baza),

2. TRIGGER (proženje - to pomeni začetek risanja signala), 3. CHANNEL A (kanal A) in 4.

CHANNEL B (kanal B)

Opazimo lahko, da sta polji CHANNEL A in CHANNEL B enaki. Naš osciloskop ima torej

dva kanala, kar pomeni da lahko istočasno opazujemo dva signala.

Poleg štirih polj in zaslona lahko na čelni plošči opazimo tudi štiri priključne sponke. Ena

sponka je označena z napisom GROUND.To sponko priključimo pri vsaki meritvi na zemljo,

maso oziroma neko skupno referenčno točko merjenega vezja. Druga sponka je v polju

TRIGGER, tretja in četrta pa sta v poljih CHANNEL A in CHANNEL B.

Oglejmo si posamezna polja in njihove nastavitve lepo po vrsti:

TIME BASE je oznaka, ki pomeni, da gre za nastavljanje časovne baze. Časovno bazo

predstavlja generator žagaste napetosti. Naloga žagaste napetosti je , da vleče žarek v

21

vodoravni smeri, ko pa prispe do konca zaslona, se mora v trenutku vrniti na začetek, da

začne s ponovnim risanjem signala. Le tako se lahko izriše in nato obnavlja časovni potek

opazovanega signala. Opazovani signal pa je lahko zelo različnih frekvenc, od tehničnih

(50Hz) in še nižjih, pa vse do visokih frekvenc (reda Mhz). Signal, ki je priključen na

vertikalni odklonski sistem (to je opazovani signal) lahko torej niha z zelo različno hitrostjo.

Zato moramo spreminjati tudi frekvenco žagaste napetosti, ki je pravzaprav naša časovna baza

in je priključena na horizontalni sistem.

PRIMER: Opazujemo signal sinusne oblike z amplitudo 1V. Frekvenca opazovanega signala

je sprva 1Hz. Opazovani signal zaniha enkrat v sekundi. Če želimo, da bo na zaslonu samo

ena perioda opazovanega signala (slika 57 a.), bo moral žarek potovati preko zaslona tudi v

vodoravni smeri eno sekundo. Frekvenca žagaste napetosti mora torej v takem primeri biti

tudi 47Hz. Če sedaj povečamo frekvenco opazovanega signala na 10Hz, opazimo, da se slika

signala na zaslonu spremeni. Signal namreč sedaj zaniha desetkrat v sekundi. Ker časovne

baze nismo spremenili, prepotuje žarek zaslon v vodoravni smeri še vedno samo enkrat v

sekundi. Razlika glede na prvi primer je v tem, da sedaj v času ene sekunde nariše periodo

opazovanega signala desetkrat. Slika signala na zaslonu postane zato bolj stlačena, zgoščena

in tako tudi nepregledna (slika 57 b.). Rešitev se skriva v povečanju hitrosti vlečenja žarka v

vodoravni smeri. Povečati moramo frekvenco žagaste napetosti in slika signala se bo

razvlekla. Prav to, namreč spreminjanje frekvence žagaste napetosti je naloga nastavitve v

prvem okencu v polju TIME BASE.

Slika 57 a.) b.)

Naslednja nastavitev X POS (x position) je nastavitev položaja signala v vodoravni smeri.

Če spreminjamo številko v tem polju, se slika signala pomika desno ali levo v smeri

vodoravne osi, abscise.

V zadnji vrstici polja TIME BASE so razvrščeni trije gumbi. Če izberemo prvi gumb Y/T,

bomo izbrali možnost opazovanja časovnega poteka signala ( Y/T = Y je odvisen od T, T

je čas). V tem primeru je lahko signal (Y) priključen na kanal A ali na kanal B, lahko pa

tudi istočasno opazujemo dva različna signala, ki sta priključena vsak na svoj kanal. Na

vodoravni odklonski sistem je torej priključena časovna baza.

Če izberemo drugi gumb v zadnji vrstici polja TIME BASE z oznako B/A, bomo lahko

opazovali potek odvisnosti signala, ki je priključen na kanal B, od signala, ki je priključen

na kanal A (B/A = B v odvisnosti od A). Na ta način lahko opazujemo karakteristike

elementov.

22

Če izberemo tretji gumb v zadnji vrstici polja TIME BASE z oznako A/B, bomo lahko

opazovali potek odvisnosti signala, ki je priključen na kanal A, od signala, ki je priključen

na kanal B (A/B = A v odvisnosti od B).

1. Kdaj uporabljamo nastavitve v polju TIME BASE; pri opazovanju časovnih potekov

signalov ali pri opazovanju karakteristik elementov?

2. Zakaj je običajno potrebno spreminjati frekvenco žagaste napetosti?

3. Kakšna je razlika med nastavitvama B/A in A/B?

4. Kaj je neodvisna spremenljivka pri nastavitvi Y/T?

5. Kaj je neodvisna spremenljivka pri nastavitvi B/A?

6. Katero nastavitev v polju TIME BASE moraš spremeniti, če je signal na sliki preveč

zgoščen?

ZGRADBA IN OSNOVE DELOVANJA OSCILOSKOPA (15) Čelna plošča osciloskopa, nastavitve in namen nastavitev:

TRIGGER je angleška beseda, ki pomeni proženje. Beseda proženje se v tem primeru nanaša na

začetek risanja signala. Osciloskopu moramo namreč na nek način "sporočiti", kdaj naj prične

z risanjem signala. Pri osciloskopu na sliki 56 lahko to storimo na štiri načine. Proženje

osciloskopa lahko izbiramo s štirimi gumbi, ki se nahajajo v zadnji, tretji vrstici polja. Možne

izbire proženja so: AUTO...s to izbiro prepustimo določitev trenutka začetka risanja signala

osciloskopu (AUTO - avtomatsko proženje), A...določitev trenutka proženja je odvisna od

časovnega poteka signala, ki je priključen na kanal A (če smo izbrali ta gumb, hkrati pa na ta

kanal (torej kanal A) ni priključen noben signal, ne bo osciloskop na zaslonu pokazal ničesar),

B... določitev trenutka proženja je odvisna od časovnega poteka signala, ki je priključen na

kanal B (popolnoma enako kot pri kanalu A), EXT...določitev trenutka proženja je odvisna od

časovnega poteka signala, ki je priključen na sponko, ki se nahaja v polju TRIGGER.

Trenutek začetka risanja torej lahko določimo tudi s signalom, ki ni priključen niti na kanal A,

niti na kanal B, temveč gre za nek zunanji (EXT je okrajšava angleške besede external -

zunanji) signal.

Vrnimo se k prvi vrstici v polju TRIGGER. Tam najdemo besedo EDGE, kar pomeni v splošnem

rob, v tem primeru pa strmina. Če si ogledamo slike 58 a, b in c, vidimo, da vsi trije

periodični signali v eni periodi nekaj časa naraščajo, nekaj časa pa padajo. Strmino signala v

trenutkih naraščanja imenujemo pozitivna strmina, v trenutkih padanja pa negativna strmina.

Če torej izberemo prvi gumb v prvi vrstici polja TRIGGER, bo osciloskop začel risati signal,

ko bo izbrani signal, ki proži osciloskop (A, B, EXT), naraščal.

23

a.) b.) c.)

Slika 58

Preostane nam le še opis nastavitve LEVEL v drugi vrstici polja TRIGGER. Z gumbi A,B in

EXT v tretji vrstici smo izbrali signal, ki bo prožil risanje slike na zaslonu. Z izbiro gumba v

vrstici EDGE določimo, ali se bo risanje začelo v času naraščanja ali padanja signala. Z

nastavitvijo LEVEL, pa izberemo še vrednost prožilnega signala (A,B, EXT), pri kateri

se bo risanje začelo. Beseda LEVEL pomeni nivo, raven ali vrednost signala. Slika 59

kaže sliko signala na zaslonu pri treh različnih nivojih proženja. Signal je na tej sliki

premaknjen v smeri X osi s pomočjo nastavitve X POS. Tako laže odčitamo velikost nivoja

proženja.

a.) nivo proženja je 1delec b.) nivo proženja je -1 delec c.) nivo proženja je 0 delcev

Slika 59

1. Kako izberemo signal,ki bo sprožil risanje slike na zaslonu osciloskopa?

2. Kako določimo točen trenutek proženja osciloskopa?

3. Kako imenujemo signale na sliki 58 glede na obliko?

4. Pri katerem od signalov na sliki 58 sta časa naraščanja in padanja najkrajša?

5. Pri katerem od signalov na sliki 58 se strmini naraščanja in padanja spreminjata?

6. V kakšnem primeru bo izbira gumba A nekoristna in nepravilna?

ZGRADBA IN OSNOVE DELOVANJA OSCILOSKOPA (16) Čelna plošča osciloskopa, nastavitve in namen nastavitev:

Pri opisu čelne plošče osciloskopa sta nam ostali le še polji CHANNEL A in CHANNEL B,

ki sta med seboj popolnoma enaki. V prvi vrstici je okence s podatkom (10V/Div... to pomeni

10 voltov na delec, Div je skrajšana angleška beseda Division, kar pomeni delitev oziroma

delec). Ta podatek imenujemo napetostna konstanta. Napetostna konstanta nam pove, koliko

voltov nam predstavlja en delec na zaslonu osciloskopa.

S pomočjo napetostne konstante osciloskopa lahko torej izračunamo amplitudo opazovanega

signala (AV). To storimo tako, da pomnožimo amplitudo opazovanega signala v delcih (Adel),

ki jo odčitamo na zaslonu osciloskopa, z napetostno konstanto (kUA ali kUB), ki jo odčitamo v

okencu tistega kanala, na katerega je priključena opazovana napetost.

V drugi vrstici polj CHANNEL A oziroma B vidimo nastavitev Y POS. Gre za možnost

pomikanja slike opazovanega signala v smeri navpične, y ali ordinatne osi. Podobno možnost

smo že srečali v polju TIME BASE, le da nam je nastavitev X POS omogočila pomik slike

opazovanega signala v smeri vodoravne, x ali abscisne osi. Začetniki naj pustijo to

nastavitev kar pri miru.

24

Slika 60

V tretji vrstici polj CHANNEL A oziroma B pa nam ostanejo še trije gumbi:

AC je angleška kratica za izmenični tok (Alternating Current = izmenični tok). V našem

primeru pa pomeni, da lahko ob izbiri tega gumba opazujemo na osciloskopu le izmenične

signale oziroma le izmenične komponente signalov, če gre za sestavljene signale. Signali so v

praksi pogosto sestavljeni iz dveh komponent (komponenta = sestavni del). Ena je konstantna

enosmerna komponenta, druga je izmenična komponenta. Tak signal je na sliki 61 a.). Če tak

signal priključimo na kanal, kjer smo izbrali gumb AC, bo osciloskop enosmerno komponento

odrezal in dobili bomo sliko 61b.). Če bomo izbrali gumb 0, bomo s tem kanal izklopili in na

zaslonu ne bo nobenega signala, kot to kaže slika 61 c.). Večinoma izberemo v praksi

nastavitev DC (Direct Current = enosmerni tok), opazovani signal ostane tako neokrnjen

(slika 61 a.)).

a.) b.) c.)

Slika 61

1. V kateri učni temi smo pojem konstante instrumenta že srečali?

2. Kakšna je bila merska enota konstante, ki smo jo v tej učni enoti obravnavali kot primer?

3. Napiši s pomočjo teksta in oznak v oklepajih enačbo za izračun amplitude opazovane

napetosti v voltih!

4. Na sliki 60 odčitaj napetostni konstanti obeh kanalov in ju zapiši!

5. Izračunaj amplitudo opazovanega signala na sliki 60, če je ta signal priključen na kanal A!

6. Izračunaj amplitudo opazovanega signala na sliki 60, če je ta signal priključen na kanal B!

7. Ali sta rezultata enaka? Zakaj je tako?

25

8. Kakšen signal bi se pojavil na zaslonu, če bi opazoval enosmerni konstantni signal pri izbiri

gumba AC?

9. Kateri gumb v vrstici EDGE v polju TRIGGER je vklopljen na sliki 60?

10. Koliko znaša nivo proženja na sliki 60?

MERJENJE AMPLITUDE IN FREKVENCE SIGNALA (17) Na sliki 62 lahko opazujemo dva signala. Denimo, da je večji signal priključen na kanal A.

Slika 62

Postopek računanja temenske vrednosti opazovanega signala, amplitude:

Odčitamo vednost napetostne konstante za opazovani signal. Opazujemo signal na

kanalu A. Napetostna konstanta na kanalu A znaša 1V/del. Zapišemo torej: KuA = 1V/del.

Odčitamo velikost amplitude opazovanega signala v delcih! V našem primeru znaša tri

delce. Aadel = 3del.

Napetostno konstanto pomnožimo z amplitudo opazovanega signala v delcih in

dobimo rezultat; to je amplituda opazovanega signala v voltih! AV = Adel * kuA = 3del

* 1V/del = 3V.

Izračunali smo torej amplitudo večjega od opazovanih signalov na zaslonu osciloskopa ob

predpostavki, da je večji signal priklopljen na kanal A. Izračunajmo še frekvenco

opazovanega večjega signala!

Postopek računanja frekvence opazovanega signala:

Odčitamo velikost časovne konstante, ki je za oba kanala vedno enaka (TIME BASE).

V našem primeru znaša kt = 0,5ms/del.

Odčitamo velikost periode opazovanega signala. Perioda signala je čas, v katerem se

slika signala ponovi. Najlaže ta čas določimo s položajem točk, v katerih signal seka

absciso. V obeh točkah morata biti strmini signala bodisi pozitivni bodisi negativni.

Perioda znaša v našem primeru štiri delce. Tdel = 4del.

Periodo v delcih pomnožimo s časovno konstanto in dobimo periodo v milisekundah. Tms = Tdel * kt . Tms = 4del * 0,5ms/del = 2ms. Perioda opazovanega signala znaša torej

dve milisekundi. To je le vmesni rezultat. Končni rezultat je frekvenca opazovanega

signala. Za to je potreben še en korak.

Frekvenca opazovanega signala je obratna vrednost od periode opazovanega signala.

Z enačbo lahko ta odnos izrazimo takole: f = 1/T = 1/2ms = 0,5 * 103 Hz = 500Hz.

Frekvenca opazovanega signala znaša torej 500Hz.

26

Na sliki 62 lahko opazujemo dva signala, ki pa sta med seboj tudi časovno premaknjena.

Govorimo torej o faznem premiku med dvema opazovanima signaloma. Z osciloskopom

lahko izračunamo tudi fazni premik med dvema signaloma. Postopek izračuna faznega

premika med dvema signaloma je enak postopku izračuna trajanja periode opazovanega

signala.

Postopek računanja faznega premika med opazovanima signaloma:

Odčitamo časovno konstanto. V našem primeru znaša 0,5ms/del. kt = 0,5ms/del.

Ugotovimo, kateri signal prehiteva in kateri zaostaja. V našem primeru prehiteva

manjši signal.

Odčitamo čas prehitevanja v delcih. Tako kot pri odčitavanju periode v delcih, je tudi v

tem primeru najlaže določiti ta čas med prehodoma obeh signalov skozi ničlo, to je med

točkama, kjer sekata signala abscisno os. Strmini obeh signalov morata biti bodisi pozitivni

bodisi negativni. V našem primeru znaša ta čas v delcih 0,8 delca. tfpdel = 0,8del.( indeks fp

pomeni fazni premik)

Časovno konstanto pomnožimo s časom prehitevanja. tfpms = tfpdel * kt = 0,8del *

0,5ms/del = 0,4ms.

Večji signal zaostaja za manjšim za 0,4 ms. S sklepnim računom lahko izračunamo še kot

zaostajanja: FAZNI KOT.

0,4ms : 2ms = : 360

= 0,4ms * 360 / 2ms

= 72

1. Izračunaj amplitudo večjega signala ob predpostavki, da je signal priključen na kanal B.

2. Izračunaj amplitudo manjšega signala ob predpostavki, da je signal priključen na kanal A.

3. Izračunaj amplitudo manjšega signala ob predpostavki, da je signal priključen na kanal B.

4. Izračunaj frekvenco manjšega signala.

5. Kakšna je razlika med izračunom periode in frekvence opazovanega signala?

6. Na katero strmino se proži risanje signalov na sliki 62?

7. Ali nam osciloskop na sliki 62 "odreže" enosmerne komponente opazovanih signalov ali

ne?

8. Na kateri kanal mora biti signal priključen, da bo proženje osciloskopa sploh delovalo?

9. Ali so slike signalov na zaslonu osciloskopa na sliki 62 premaknjene v smeri abscise

oziroma ordinate?

10. Koliko kotnih stopinj znaša čas ene periode sinusnega signala?

11. Koliko kotnih stopinj bi znašal fazni premik med dvema signaloma na sliki 62, če bi bil

čas faznega premika 10ms?

MERJENJE MOČI

MERJENJE MOČI V ENOSMERNIH TOKOKROGIH (18) Moč porabnika v enosmernih tokokrogih izračunamo enostavno : Pb=U'*I'. Za izračun moči

moramo izmeriti torej tok skozi breme (I') in napetost na bremenu (U'). Možni sta dve vezavi,

ki ju kaže slika 64. Na eni od slik 64 a in b tok skozi ampermeter ni enak toku skozi breme, na

drugi pa napetost na voltmetru ni enaka napetosti na bremenu. V prvem primeru se torej

27

"moti" voltmeter, v drugem pa se moti ampermeter. Eden od podatkov v zgornji enačbi torej v

vsakem primeru ne bo točen.

Slika 64 a.) b.)

To je torej merjenje moči v enosmernih tokokrogih z merjenjem napetosti in toka. Ta način je

ustrezen le takrat, ko je napetost na bremenu konstantna - nespremenljiva, spreminja pa se le

tok skozi breme. če se spreminja tudi napetost, moramo za merjenje moči uporabljati

wattmeter. Tudi pri tem načinu merjenja moči obstojata dva načina priključitve instrumenta,

ki ju prikazuje slika 65.

Slika 65 a.) b.)

1. Na kateri sliki je tok skozi breme enak toku skozi ampermeter; 64 a ali 64 b?

2. Zapiši drugi Kirchoffov zakon za zanko, v kateri sta voltmeter in breme na sliki 64 a!

3. Zapiši drugi Kirchoffov zakon za zanko, v kateri so voltmeter, ampermeter in breme na

sliki 64 b!

4. Na kateri sliki je torej napetost bremena enaka napetosti voltmetra?

5. S pomočjo prvih štirih vprašanj ugotovi, kateri instrument se "moti" na sliki 64 a in kateri

na sliki 64 b!

6. Zapiši prvi Kirchoffov zakon za obe vezji na sliki 64 in sicer za vozlišče nad voltmetrom!

7. S pomočjo ustreznega Kirchoffovega zakona izračunaj za obe vezji velikost napake

instrumenta, ki se v posameznem vezju "moti"! POMOČ: Napaka instrumenta je razlika med

vrednostjo veličine, ki jo izmeri instrument (izmerjena vrednost) in vrednostjo veličine na

bremenu (prava vrednost).

8. Kakšen pogrešek si izračunal v točki 7; absolutni, relativni ali procentualni?

9. Oglej si vezje na sliki 64, v katerem se "moti" ampermeter! Kakšna naj bo upornost

bremena, da bo vpliv voltmetra na rezultat meritve čim manjši; čim manjša ali čim večja?

28

10. Oglej si vezje na sliki 64, v katerem se "moti" voltmeter! Kakšna naj bo upornost

bremena, da bo vpliv ampermetra na rezultat meritve čim manjši; čim manjša ali čim večja?

11. V čem se vezavi na sliki 64 na videz bistveno razlikujeta?

12. Katera vezava na sliki 64 je primerna za merjenje moči na bremenu z majhno upornostjo?

13. Katera vezava na sliki 64 je primerna za merjenje moči na bremenu z veliko upornostjo?

14. Kateri merilni instrument je uporabljen v vezavah na sliki 65 a in b?

15. Katera tuljavica opravlja nalogo voltmetra?

16. Katera tuljavica opravlja nalogo ampermetra?

17. V čem se bistveno razlikujeta vezavi na slikah 65 a in b?

18. Katero od vezav na slikah 65 a in b kaže priključitev wattmetra na sliki 65 c? Primerjaj

slike med seboj!

19. Kateri od vezav na sliki 64 ustreza vezava na sliki 65 a?

20. Kateri od vezav na sliki 64 ustreza vezava na sliki 65 b?

21. Katera vezava na sliki 65 je primerna za merjenje moči na bremenu z majhno upornostjo?

22. Katera vezava na sliki 65 je primerna za merjenje moči na bremenu z veliko upornostjo?

23. Ali smo mogli izračunati velikost pogreška v vezavah na slikah 64 a in b?

24. Ali je možno upoštevati pogrešek pri popravku merilnega rezultata - korekciji?

25. Za kakšen pogrešek glede na značaj torej gre?

26. Kakšen je potek skale instrumenta na sliki 65?

MERJENJE UPORNOSTI

OHMSKA UPORNOST Z MERITVIJO NAPETOSTI IN TOKA (19) Merimo torej tok skozi neznani upor in napetost na tem istem neznanem uporu. Obstojata dve

možnosti priključitve instrumentov, ki ju kaže slika 80 a in b. Tudi tukaj kaže eden od

instrumentov v vsakem primeru napačno. Velikost napake lahko izračunamo. Prav tako lahko

določimo tudi njen predznak. Rezultat lahko torej popravimo. Gre torej za sistematski

pogrešek.

Slika 80:a.) b.)

1. Na kateri sliki je tok skozi breme enak toku skozi ampermeter; 80 a ali 80 b?

2. Zapiši drugi Kirchoffov zakon za zanko, v kateri sta voltmeter in breme na sliki 80 a!

3. Zapiši drugi Kirchoffov zakon za zanko, v kateri so voltmeter, ampermeter in breme na

sliki 80 b!

4. Na kateri sliki je torej napetost bremena enaka napetosti voltmetra?

29

5. S pomočjo prvih štirih vprašanj ugotovi, kateri instrument se "moti" na sliki 80 a in kateri

na sliki 80 b!

6.Zapiši prvi Kirchoffov zakon za obe vezji na sliki 80 in sicer za vozlišče nad voltmetrom!

7. S pomočjo ustreznega Kirchoffovega zakona izračunaj za obe vezji velikost napake

instrumenta, ki se v posameznem vezju "moti"! POMOČ: Napaka instrumenta je razlika med

vrednostjo veličine, ki jo izmeri instrument (izmerjena vrednost) in vrednostjo veličine na

bremenu (prava vrednost).

8. Kakšen pogrešek si izračunal v točki 7; absolutni, relativni ali procentualni?

9. Oglej si vezje na sliki 80, v katerem se "moti" ampermeter! Kakšna naj bo upornost

bremena, da bo vpliv voltmetra na rezultat meritve čim manjši; čim manjša ali čim večja?

10. Oglej si vezje na sliki 80, v katerem se "moti" voltmeter! Kakšna naj bo upornost

bremena, da bo vpliv ampermetra na rezultat meritve čim manjši; čim manjša ali čim večja?

11. V čem se vezavi na sliki 80 na videz bistveno razlikujeta?

12. Katera vezava na sliki 80 je primerna za merjenje majhnih upornosti?

13. Katera vezava na sliki 80 je primerna za merjenje velikih upornosti?

14. Kje smo tako vezje že srečali?

DIGITALNI ELEKTRONSKI VOLTMETRI - NAČELA (20) Primerjava analognih in digitalnih instrumentov:

Analogni instrumenti: Za instrumente, ki smo jih obravnavali do sedaj, je značilno, da

kažejo vrednost merjene veličine z odklonom kazalca. Odklon kazalca je tem večji, čim večja

je merjena veličina. Merjeno vrednost določimo tako, da preštejemo število delcev, ki so

zajeti v odklon, oziroma ga odčitamo, nato pa število delcev pomnožimo s konstanto

instrumenta. Če se nahaja kazalec med dvema črticama graduacije, pokušamo odklon čim bolj

natančno oceniti! Tak način kazanja instrumentov imenujemo analogno kazanje. Take

instrumente imenujemo analogni instrumenti.

Digitalni instrumenti: Nasprotno pa kaže instrument digitalno oziroma številčno, če kaže

vrednosti merjene veličine neposredno kot številčne vrednosti. To je primerno zlasti za

točnejša merjenja, kjer imamo opravka z večmestnimi števili.

Osnovna ideja: V osnovi digitalni merilniki merjeno veličino najprej razdelijo na enake

delce. Število teh delcev je odvisno od velikosti posameznega delca in od velikosti merjene

veličine. Te delce imenujemo kvanti, postopek delitve veličine pa zato kvantizacija. Nato

instrument te delce še prešteje. V tem trenutku imamo že na voljo nekakšen številčni rezultat,

ki pa ni nujno in tudi ne običajno že mersko število našega rezultata. Instrument bo namreč

moral izvesti še pretvorbo, ki bo upoštevala razmerje med kvantom in enoto merjene veličine.

Šele po tej pretvorbi nam bo instrument posredoval pravo mersko število.

PRIMER: Merimo, denimo, električno napetost, ki sicer znaša 8,76V. Naš digitalni voltmeter

pa deli napetost na kvante velikosti, denimo, 0,1V. V naslednjem koraku prešteje število

delcev, ki jih merjena napetost zajame. Teh delcev našteje v našem primeru 8,76 : 0,1 = 87,6.

Ker šteje samo cele delce, znaša rezultat okroglih 87 delcev. Toda to še ni mersko število, saj

naša napetost vendar ne znaša 87V. Izvesti moramo še pretvorbo, to je pomnožiti moramo

dobljeno število delcev z velikostjo enega kvanta. Torej: 87*0,1V = 8,7V. Rezultat, ki se

pojavi na številčnici našega voltmetra, torej znaša 8,7V.

30

Točnost digitalnih instrumentov: V zgornjem primeru lahko ugotovimo, da naš digitalni

instrument v rezultatu "pozabi" 0,06V. Absolutni pogrešek znaša torej -0,06V. To se je

zgodilo pri štetju kvantov. Poglejmo, kaj se zgodi, če znaša kvant 0,01V: Naš digitalni

voltmeter deli napetost tokrat na kvante velikosti 0,01V. V naslednjem koraku prešteje

število delcev, ki jih merjena napetost zajame. Teh delcev našteje v našem primeru 8,76 : 0,01

= 876. Ker šteje samo cele delce, znaša rezultat okroglih 876 delcev. Toda to še ni mersko

število, saj naša napetost vendar ne znaša 876V. Izvesti moramo še pretvorbo, to je pomnožiti

moramo dobljeno število delcev z velikostjo enega kvanta. Torej: 876*0,01V = 8,76V.

Rezultat, ki se pojavi na številčnici našega voltmetra, torej znaša 8,76V. To pot smo dobili

točen rezultat. Točnost digitalnih instrumentov povečamo tako, da zmanjšamo velikost kvanta

in hkrati povečamo število desetiških mest desno od decimalne vejice. Točnost oziroma

pogrešek sta tako podana kot 1 digit. Digit je v tem primeru zadnje številsko mesto.

PRIMER: Dokler je kvant našega voltmetra iz gornjega primera znašal 0,1V, torej eno

desetinko volta, s tem instrumentom nismo mogli izmeriti stotink volta (0,06V je šest stotink

volta). Rezultat je znašal 8,7V. V tem primeru je vrednost zadnjega številskega mesta ena

desetinka volta. To je torej en digit. Toliko znaša tudi največji možni pogrešek tega

instrumenta.

Ko pa zmanjšamo kvant na eno stotinko volta, lahko naš instrument zazna in prešteje tudi

tistih šest stotink in jih prikaže v rezultatu. Rezultat je znašal 8,76V. V tem primeru pa je

vrednost zadnjega številskega mesta ena stotinka volta. To je torej en digit. Toliko znaša tudi

največji možni pogrešek tega instrumenta.

Na podlagi teh razmišljanj pridemo do sklepa, da lahko povečamo točnost digitalnih

instrumentov tako, da povečamo število številskih mest na številčnici instrumenta in hkrati

zmanjšamo velikost kvanta. Pogrešek digitalnih instrumentov pa je enak vrednosti zadnjega,

torej najmanjšega številskega mesta.

1. Kakšna je razlika med digitalnim in analognim instrumentom?

2. Opiši dva osnovna koraka delovanja digitalnih instrumentov!

3. Kaj je kvant?

4. Kakšen naj bo kvant, da bo digitalni instrument čim bolj točen; velik ali majhen?

5. Kaj je digit?

6. Kaj moramo storiti, če želimo povečati točnost digitalnih instrumentov?

DIGITALNI MULTIMETRI (21) Kaj je multimeter? Multimeter je v osnovi merilni instrument, s katerim lahko merimo

napetost, tok in upornost. Sodobni digitalni multimetri pa omogočajo tudi merjenje frekvence,

kapacitivnosti, induktivnosti, tokovnega ojačanja tranzistorja, temperature, električne

prevodnosti itd. Prednost digitalnih multimetrov pred analognimi je predvsem ta, da nimajo

očutljivih gibljivih delov in so zato bolj primerni za delo na terenu.

Kako izbrati in kateri multimeter izbrati? Pri nakupu instrumenta moramo misliti na tri

kriterije izbire.

31

1.Zanesljivost delovanja: Izkušnje kažejo, da so mehanske poškodbe še vedno najpogostejši

vzroki okvar multimetrov. Te instrumente običajno nosimo s seboj na teren in podobno. Zato

kaže izbrati instrument, ki ima zaščitni etui iz poltrde gume, ki varuje instrument pred udarci

in padci.

2.Varnost merilca: Izberemo tisti instrument, ki ustreza mednarodnim zaščitnim standardom

in ne tistega, ki je najcenejši.

3.Uporabnost instrumenta: Ob izbiranju instrumenta se vprašamo, katere veličine bomo sploh

merili in kako pogosto bomo merili. Glede na ta razmislek izberemo instrument, ki omogoča

merjenje želenih veličin. Ni najbolj smiselno izbrati na vrat na nos kar multimeter, ki meri

"vse".

Nekateri osnovni pojmi:

1.Resolution: Ta beseda pomeni ločljivost (resolucija) in pove, katero najmanjšo spremembo

merjene je multimeter še zmožen izmeriti in prikazati na zaslonu. Če je ločljivost instrumenta

npr. 1V, to pomeni, da s tem instrumentom ne bomo mogli meriti napetosti, manjših od enega

volta. Pravzaprav je ločljivost običajno odvisna od velikosti uteži zadnjega številskega mesta

na zaslonu multimetra.

2.Digits in Counts: Podatek "digits" podaja največje število številskih mest, ki jih ima zaslon

instrumenta. Podatek "counts" pa podaja največje možno število, ki ga zaslon lahko prikaže.

PRIMER: Podatki multimetra so: Digits = 3 1/2 in Counts = 1999. Prvi podatek pomeni, da

ima zaslon na razpolago tri polna mesta, kjer se številke lahko gibajo od 1 do 9, četrto,

najtežje mesto (torej tisto mesto na skrajni levi) pa ne more zavzeti vseh vrednosti od 1 do 9,

pač pa je to odvisno od vrednosti "counts". Ker znaša "counts" v našem primeru 1999, je

očitno največje število na najtežjem mestu lahko le 1. N desetinko volta natančno lahko

merimo napetosti le do 199,9V. Ta multimeter torej ni primeren za merjenje omrežne

napetosti na desetinko volta natančno. Na en volt natančno je to možno, saj se decimalna

vejica v tem primeru premakne za eno mesto v desno, na najtežjem mestu pa se izpiše številka

nič (Primer:0231V). Če želimo z multimetrom meriti omrežno napetost na desetinko volta

natančno, moramo izbrati instrument z večjim podatkom "counts. PRIMER: Counts = 3200, v

takem primeru lahko zavzame številka na najtežjem mestu vrednosti do 3, torej lahko

instrument meri napetosti do 320,0V.

3.Accuracy: Ta beseda pomeni točnost oziroma natančnost. Običajno je pri digitalnih

instrumentih izražena v odstotkih (%) od prikazane vrednosti. PRIMER: Točnost 1% od

prikazane vrednosti pomeni, da je lahko dejanska vrednost pri rezultatu 100,0V kjerkoli med

99,0V in 101,0V.

Včasih pa je območje, v katerem se lahko giba merilni rezultat, podano kar s številko, ki jo

prištejemo in odštejemo številki na zadnjem mestu na zaslonu.

1. Kakšna je prednost digitalnih multimetrov pred analognimi multimetri?

2. Kateri trije kriteriji so pri izbiri multimetra pomembni?

3. Kaj nam pove ločljivost instrumenta?

4. Kaj povesta podatka digits in counts?

5. Na kakšna načina je lahko podana točnost digitalnega multimetra?

6. Kaj pomenita podatka: digits = 3 1/2 in counts = 4000?

7. Za kakšen pogrešek glede na način podajanja gre v primeru točke 3.Accuracy?

32

DIGITALNI MULTIMETRI (22) Posebne funkcije digitalnih multimetrov: Razložili bomo še nekaj posebnih funkcij, ki jih

lahko izvajajo digitalni multimetri.

Data hold: je funkcija, ki omogoča "zamrznitev" prikazanega rezultata na zaslonu (data =

podatki, hold = zadržati). Prikazana številka se na zaslonu ohrani, gre torej za nekakšen

spomin.

Min/max/average recording: Ta funkcija omogoča, da si instrument v primeru merjenja

veličine, ki se spreminja, zapomni oziroma posname (recording = snemanje, beleženje,

zapisovanje) najmanjšo vrednost (min = minimum), največjo vrednost (max = maksimum) ali

pa povprečno vrednost (average = povprečje) merjene veličine v določenem časovnem

intervalu.

Relative mode (), tolerance (/r) in Zoom: so funkcije, ki so si zelo podobne. Če jih

izberemo v trenutku, ko merimo neko napetost, se pojavi na zaslonu vrednost nič. Vrednost

izmerjene napetosti se ohrani v spominu kot referenčna napetost. Od tega trenutka naprej

instrument pri merjenju napetosti ne kaže njene vrednosti glede na "maso" (0V), ampak kaže

razliko nove merjene napetosti glede na vrednost, ki jo ima shranjeno v spominu (referenčo

vrednost). (relative = relativni, odnosni, mode = modus, način, oblika)

Logic detection: je funkcija, ki omogoča detekcijo logičnih napetostnih nivojev. Običajno

instrumenti detektirajo TTL logične nivoje, nekateri pa imajo nastavljiv nivo napetosti in

omogočajo detekcijo logičnih nivojev ostalih tehnologij (CMOS).

Načini zaščite digitalnih instrumentov:

-avtomatsko zaznavanje prevelikih signalov s funkcijo obnovitve delovanja (automatic

recovery), ki blokira vhode v instrument toliko časa, dokler je signal prevelik.

-avtomatsko zaznavanje prevelikih signalov brez funkcije obnovitve delovanja, ki deluje

podobno kot prejšnja oblika zaščite, le da se instrument sam ne vklopi ponovno, ko prevelikih

signalov na vhodu ni več.

Pri izbiri instrumenta je dobro preveriti, če ima:

-tokovno zaščito (varovalko na vhodih za merjenje toka)

-napetostno zaščito v področju merjenja upornosti (500V in več)

-zaščito pred prehodnimi pojavi (do 6kV ali več)

-potrdila mednarodnih varnostnih institutov, ki zagotavljajo varnost v predpisanih pogojih

delovanja

Digitalni multimetri kot merilniki napetosti: Rezultat meritve napetosti je najpogosteje

njena efektivna vrednost. Efektivna vrednost izmeničnega signala je v angleščini označena z

RMS (RMS = Root Mean Square).Velika večina digitalnih multimetrov prikaže točen rezultat

efektivne vrednosti merjene napetosti le, če je ta lepe sinusne oblike. Tako je zato, ker

pravzaprav merijo srednjo vrednost napetosti, ki jo nato pomnožijo s faktorjem oblike

sinusnega signala. Digitalni multimetri, ki merijo efektivno vrednost napetosti ne glede na

njeno obliko, imajo oznako "True RMS" ali "TRMS".

Če se torej v praksi velikokrat srečamo z izmeničnimi napetostmi, ki niso sinusne oblike,

bomo izbrali digitalni multimeter z oznako TRMS.

33

1. Kaj omogoča funkcija "data hold"? Kaj ta angleški izraz pomeni?

2. Kaj omogoča funkcija "average recording"? Kaj ta angleški izraz pomeni?

3. Kaj omogoča funkcija "maximum recording"? Kaj ta angleški izraz pomeni?

4. Kaj omogoča funkcija "minimum recording"? Kaj ta angleški izraz pomeni?

5. Kakšna je bistvena razlika med relativnim načinom merjenja in običajnim načinom

merjenja?

6. Pri katerem instrumentu smo že naleteli na problem nepravega merilnika efektivne

vrednosti?

7. Kakšna je bistvena razlika med pravim in nepravim merilnikom efektivne vrednosti?

8. Kaj je faktor oblike? Kako je definiran?

9. Koliko znaša faktor oblike za sinusno napetost?

10. Zakaj so nepravi merilniki primerni le za merjenje efektivne vrednosti napetosti, ki je

sinusne oblike?