Fyzika - Elektřina V.
Měřidla a měření
Základními měřicími přístroji v elektrotechnice jsou voltmetr pro měření napětí a ampérmetr pro měření proudu. Podle principu se elektrické měřicí přístroje dělí na dvě základní skupiny - analogové a číslicové (digitální).
ANALOGOVÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE
Tyto přístroje jsou opatřeny pohyblivým ukazatelem (ručkou), který na stupnici ukazuje hodnotu naměřené veličiny. Přesnost měření závisí na citlivosti přístroje, jemnosti dělení stupnice a také na správném odečítání polohy ukazatele.
Podle principu se analogové přístroje dělí na několik skupin, nejrozšířenější jsou
- magnetoelektrické - otočná cívka spojená s ukazatelem je umístěna v magnetickém poli podkovového magnetu. Prochází-li cívkou měřený proud, je magnetickým polem vychylována
- elektromagnetické - měřicí cívka vytváří magnetické pole, které zmagnetuje pohyblivé segmenty spojené s ukazatelem
- elektrodynamické - skládají se z pohyblivé a nepohyblivé cívky, kterými prochází měřený proud. Pohyblivá cívka spojená s ukazatelem je vzniklým magnetickým polem vychylována
Princip přístroje je založen na známém jevu - magnetické pole působí na vodič (cívku), kterou prochází elektrický proud. Působící síla závisí na charakteru magnetického pole, počtu závitů a tvaru cívky a na velikosti procházejícího proudu. V magnetoelektrickém přístroji se nemění vlastnosti magnetu ani cívky a proto síla působící na cívku závisí jen na velikosti proudu. Přístroj se skládá z trvalého magnetu obvykle ve tvaru podkovy a otočné cívky navinuté na hliníkovém rámečku. Proud se do cívky přivádí dvojicí spirálových pružin. Prochází-li cívkou měřený proud, natáčí se cívka v magnetickém poli tím víc, čím větší je proud. Proti otáčení cívky působí přívodní spirálové pružiny a cívka se ustálí v rovnovážné poloze.
S otočnou cívkou je spojen ukazatel, jehož výchylka je přímo úměrná procházejícímu proudu, stupnice přístroje je rovnoměrná (lineární). Protože při změně směru proudu se mění i směr otáčení cívky, mohou se tyto přístroje používat jen k měření stejnosměrného proudu. Pro měření střídavého proudu musí být do obvodu zapojen usměrňovač nebo se použije přístroj elektromagnetický.
K výhodám magnetoelektrických přístrojů patří možnost měřit proud a napětí ve velkém rozsahu hodnot, nevýhodou je choulostivost na hrubé mechanické zacházení a nebezpečí nesprávného zapojení (přepólování).
ČÍSLICOVÉ (DIGITÁLNÍ) MĚŘICÍ PŘÍSTROJE
Měření těmito přístroji je založeno na zcela jiném principu než u přístrojů analogových. Základní částí číslicového měřidla je analogově číslicový převodník. Je to elektronický obvod, který převede hodnotu elektrické veličiny (např. proudu nebo napětí) na číselnou hodnotu ve dvojkové soustavě. Tento údaj je přístrojem zpracován a výsledek, převedený z dvojkové soustavy do číslicové formy, se zobrazí na displeji. Konstrukce číslicových přístrojů obsahuje řadu integrovaných obvodů. Složitější přístroje jsou často řízeny mikroprocesorem a dovedou veličiny nejen změřit, ale i připravit data pro počítačové zpracování a grafické znázornění výsledků.
Voltmetr je přístroj pro měření elektrického napětí, zapojuje se paralelně k měřené části obvodu. Aby voltmetr nezatěžoval měřený obvod, musí jím procházet co nejmenší proud. Vnitřní odpor voltmetru musí být co největší. Ampérmetrem se měří velikost elektrického proudu. Přístroj se zapojuje do série se spotřebičem a musí mít co nejmenší vnitřní odpor, aby co nejméně ovlivnil výsledky měření.
ZMĚNA ROZSAHU MĚŘICÍCH PŘÍSTROJŮ
Potřebujeme-li změřit větší napětí než pro které je voltmetr určen, musíme k němu do série zapojit tzv. předřadný odpor Rp takové velikosti, aby se měřené napětí U rozdělilo ve vhodném poměru na napětí na předřadném odporu Up a napětí na voltmetru Uv. Přitom platí, že U = Up + Uv.
Při měření větších proudů se musí k ampérmetru zapojit paralelně tzv. bočník RB. Jeho odpor musí být takový, aby ampérmetrem procházel jen proud povolené velikosti. Pro měřený proud platí, že I = IB + IA.
U univerzálních přístrojů pro měření proudu, napětí a případně i jiných veličin se bočníky a předřadné odpory pro jednotlivé měřicí rozsahy připojují k měřidlu přepínačem.