Transcript USiR wyklad5 pomiary i skutki dzialania pradu

Pomiary wielkości elektrycznych,
skutki działania prądu
Układy sterowania i
regulacji
Mierniki i pomiary
Mierniki i wielkości mierzone

Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki

Do pomiaru różnych wielkości używa się
szeregu mierników.
Do najważniejszych należą:
–
–
–
–
–
–
2
Amperomierz – pomiar natężenia prądu,
Woltomierz – pomiar napięcia,
Omomierz – pomiar rezystancji,
Watomierz – pomiar mocy,
Licznik energii – pomiar energii elektrycznej,
Tester – wykrywanie napięcia, pola elektrycznego.
3
Mierniki i pomiary
Rodzaje mierników

Mierniki dzieli się na:
–
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki
–


3
Analogowe – pomiar polega na odczycie wychylenia
wskazówki na skali,
Cyfrowe – pomiar polega na odczycie wartości na
wyświetlaczu elektronicznym.
Mierniki analogowe mają zwykle ustrój mechaniczny i
są obecnie coraz rzadziej stosowane ze względu na
podatność na uszkodzenia i zachowanie odpowiednich
warunków pomiaru (np. pomiar w pozycji poziomej).
Mierniki cyfrowe oparte są na elektronice, są łatwiejsze
w użyciu, bardziej odporne na uszkodzenie, zwykle
dokładniejsze, mają możliwość współpracy z
komputerem.
Mierniki i pomiary
Amperomierz

Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki


Do pomiaru natężenia prądu
służy amperomierz.
Amperomierz ma dwa zaciski
oraz zwykle przełącznik wyboru
zakresu pomiarowego.
Do pomiaru małych prądów
służy miliamperomierz oraz
mikroamperomierz.
Amperomierz laboratoryjny stołowy
A
μA
4
Mikroamperomierz
Amperomierz przemysłowy tablicowy
Mierniki i pomiary
Amperomierz – pomiar prądu
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki



5
Amperomierz włącza się w gałąź,
w której chcemy zmierzyć prąd
(tzn. szeregowo z elementem,
którego prąd mierzymy).
Amperomierz prądu stałego ma
zaciski oznaczone „+” i „−” i należy
pamiętać, aby podłączyć go tak,
aby prąd wpływał do zacisku „+”.
Wniosek: pomiar prądu za
pomocą amperomierza wymaga
przerwania gałęzi i włączenia w
przerwę amperomierza.
I
Reszta
obwodu
I
Reszta
obwodu
A
Mierniki i pomiary
Amperomierz – rezystancja wewnętrzna
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki


6
Idealny amperomierz ma
rezystancję równą zeru – jego
włączenie nie zakłóca
przepływu prądu.
Rzeczywisty amperomierz
charakteryzuje się pewną
rezystancją wewnętrzną, która
powinna być jak najmniejsza.
I
Reszta
obwodu
I
Reszta
obwodu
A
Mierniki i pomiary
Pomiar amperomierzem
wskazówkowym
Obowiązuje wzór:
6
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki
W
I
Zakres
Wmax
A
gdzie:
–
–
–
7
W – wychylenie
Wmax – maksymalne
wychylenie na skali,
Zakres – zakres pomiarowy.
3,6
I
12  7, 2 A
6
3
Mierniki i pomiary
Woltomierz

Do pomiaru napięcia służy
woltomierz.
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki
V



8
Woltomierz ma dwa zaciski oraz
zwykle przełącznik wyboru
zakresu pomiarowego.
Do pomiaru małych prądów służy
miliawoltomierz oraz
mikrowoltomierz.
Do bardzo dokładnych pomiarów
napięcia służy galwanometr.
Woltomierz laboratoryjny stołowy
Woltomierz przemysłowy tablicowy
Mierniki i pomiary
Woltomierz – pomiar napięcia
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki



9
Woltomierz włącza się równolegle
do elementu, na zaciskach którego
chcemy zmierzyć napięcie.
Woltomierz napięcia stałego ma
zaciski oznaczone „+” i „−” i należy
pamiętać, aby podłączyć go tak,
aby potencjał zacisku „+” był
wyższy od potencjału zacisku „−”.
Wniosek: pomiar napięcia nie
wymaga przerywania obwodu.
Reszta
obwodu
U
Reszta
obwodu
U
V
Mierniki i pomiary
Woltomierz – rezystancja wewnętrzna
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki



10
Idealny woltomierz ma rezystancję
równą nieskończoności – jego
włączenie nie zakłóca przepływu
prądu.
Rzeczywisty woltomierz
charakteryzuje się pewną
rezystancją wewnętrzną, która
powinna być jak największa.
Odczyt wskazań woltomierza
dokonuje się wg takiej samej
zasady, jak w przypadku
amperomierza.
Reszta
obwodu
U
Reszta
obwodu
U
V
Mierniki i pomiary
Woltomierz cyfrowy
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki


11
Wadą zwykłych woltomierzy
analogowych jest ich niezbyt duża
rezystancja (rzędu kilku do
kilkunastu kΩ), co sprawia, że w
dokładniejszych pomiarach nie
można ich traktować jak idealnych.
Woltomierze elektroniczne (zwane
cyfrowymi) mają bardzo dużą
rezystancję wewnętrzną (rzędu
MΩ) i w większości przypadków
mogą być traktowane jak
woltomierze idealne.
Mierniki i pomiary
Omomierz – pomiar rezystancji

Do pomiaru rezystancji służy
omomierz.
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki
Ω



12
Omomierz ma dwa zaciski oraz
zwykle przełącznik wyboru
zakresu pomiarowego.
Omomierz wymaga zasilania
(zwykle bateryjne).
Dokładniejsze pomiary
rezystancji wykonuje się m.in.
mostkiem Wheatstone’a lub
Kelvina.
Mierniki i pomiary
Multimetr
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki




13
Przedstawione wyżej mierniki
analogowe należą już do
rzadkości.
Wszystkie ich funkcje łączą w
sobie mierniki zwane
multimetrami.
Starsze multimetry są
analogowe, nowsze – cyfrowe.
Cyfrowe multimetry oferują
dodatkowe funkcje, np.
sprawdzanie diody,
tranzystora, kolejności faz w
układach trójfazowych itp.
Multimetr analogowy
Multimetr cyfrowy
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki
Mierniki i pomiary
Multimetry cyfrowe
14
Mierniki i pomiary
Watomierz

Do pomiaru mocy służy
watomierz.
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki
*
* W


15
Watomierz ma cztery zaciski
(dwa prądowe, dwa napięciowe)
oraz zwykle dwa przełączniki
wyboru zakresu pomiarowego
(dla prądu i napięcia).
Początek uzwojeń cewki
prądowej i napięciowej
zaznaczone są symbolem 
Watomierz laboratoryjny stołowy
Mierniki i pomiary
Watomierz – pomiar mocy
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki




16
Cewkę prądową watomierza
włącza się tak jak amperomierz
(w szereg).
Cewkę napięciową watomierza
włącza się tak jak woltomierz
(równolegle).
Początki uzwojeń obydwu
cewek należy zewrzeć (w
typowych przypadkach).
Zakres watomierza ustala się
jako iloczyn zakresu prądu i
napięcia.
Reszta
obwodu
*
* W
Reszta
obwodu
Mierniki i pomiary
Licznik energii

Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki


17
Do pomiaru zużycia energii służy
licznik energii.
Dawniejsze konstrukcje są
mechaniczne i wykorzystują
zjawisko indukowania się pola
elektrycznego wskutek
czasowych zmian pola
magnetycznego (w przypadku
prądu zmiennego).
Nowsze konstrukcje są cyfrowe i
działają dzięki programowi
mnożącemu prąd przez napięcie.
Licznik energii (prąd zmienny)
Mierniki i pomiary
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki
Elektroniczny watomierz i licznik energii
18
Mierniki i pomiary
Tester

Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki


19
Tester to urządzenie wskazujące
obecność lub brak danej cechy.
Tester napięcia fazowego 220 V
(zwany próbnikiem) składa się z
lampki neonowej i działa na
zasadzie przewodzenia
minimalnego prądu, który
powoduje świecenie lampki.
Obecnie dostępne są także testery
cyfrowe i oferują dodatkowo
wykrywanie napięcia stałego,
sprawdzanie ciągłości przewodów,
wykrywanie przewodów pod
tynkiem itp.
Tester analogowy (próbnik)
Tester cyfrowy
Skutki działania prądu
Skutki działania prądu
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki
Skutki działania prądu można podzielić na:
 Termiczne (cieplne),
 Chemiczne,
 Magnetyczne,
 Dynamiczne,
 Indukcyjne,
 Fizjologiczne.
20
4
Skutki działania prądu
Termiczne działania prądu

Ilość ciepła wydzielonego w przewodniku podczas przepływu
prądu elektrycznego wynosi (prawo Joule’a-Lenza)
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki
U2
Q  Pt  RI t 
t
R
2

Przykłady zastosowania:
–
–
–

Zjawiska niepożądane:
–
21
Elektryczne urządzenia grzejne (piecyki, grzałki, żelazka, suszarki),
Bezpieczniki topikowe,
Lutowanie i spawanie.
nagrzewanie: przewodów zasilających, urządzeń elektrycznych,
układów elektronicznych, żarówek, styków.
Skutki działania prądu
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki
Chemiczne działania prądu

Przepływ prądu przez roztwory wodne kwasów, zasad
i soli (elektrolity) wywołuje w nich zmiany chemiczne.

Przykłady zastosowania to głównie elektroliza, którą
wykorzystuje się do:
–
–

Działania niepożądane:
–
22
uzyskiwania niektórych pierwiastków (prawo Faradaya),
galwanizacji.
korodowanie metali.
Skutki działania prądu
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki
Fizjologiczne działania prądu

Działania fizjologiczne prądu polegają na
oddziaływaniu energii elektrycznej na
organizmy żywe, w tym człowieka.

Przykłady zastosowania:
–
–

Działania niepożądane:
–
23
Fizjoterapia,
Stymulowanie wzrostu roślin,
Wszelkie szkodliwe oddziaływania, łącznie
porażeniem elektrycznym, utratą zdrowia lub życia.
Skutki działania prądu
Porażenie elektryczne
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki


Porażeniem elektrycznym nazywamy szkodliwe
działania prądu elektrycznego występujące wskutek
jego przepływu przez organizm.
Porażenie może nastąpić wskutek:
–
–

Efekty porażenia mogą być:
–
–
–
24
dotknięcia urządzenia znajdującego się pod napięciem,
uderzenia pioruna.
cieplne (poparzenia skóry, uszkodzenie mięśni, kości, wrzenie
płynów ustrojowych),
chemiczne (zmiany płynów elektrolitycznych),
biologiczne (zaburzenia czynności serca, mięśni).
Skutki działania prądu
Natężenie prądu a stopień rażenia

Najbardziej niebezpieczny jest prąd zmienny o
częstotliwości od 20 do 100 Hz:
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki
–
–

25
częstotliwość ta wywołuje skurcze mięśni, może
zaburzyć czynność serca,
bezpieczna granica prądu wynosi około 10 mA –
powyżej tej granicy człowiek nie jest w stanie
uwolnić się spod napięcia wskutek skurczu mięśni.
Prądy przemienne o innych częstotliwościach
oraz prądy stałe są mniej szkodliwe – granica
wynosi około 25 mA.
Skutki działania prądu
Napięcie a stopień rażenia
Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki


26
Za napięcie bezpieczne uznaje się do 30 V dla
napięcia przemiennego oraz do 60 V dla
napięcia stałego.
Napięcie jest niebezpieczne, jeżeli wynosi
ponad 50 V dla napięcia stałego i ponad 100 V
dla napięcia przemiennego.
Skutki działania prądu
Oporność a stopień rażenia

Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki

Im większy opór, tym mniejszy prąd i mniejszy stopień
rażenia.
Opór ciała człowieka jest zmienny, zależny od wielu
czynników.
–
–
–
–
27
Jeżeli skóra jest sucha i nieuszkodzona, to opór wynosi od 10
do 100 kΩ a nawet 1 MΩ.
Jeżeli skóra jest wilgotna lub uszkodzona, to opór może spaść
do 1,5 kΩ.
Kobiety i dzieci mają cieńszą skórę i są bardziej wrażliwe na
rażenia niż mężczyźni.
Zwierzęta są bardziej wrażliwe na rażenia niż ludzie.
Skutki działania prądu
Inne czynniki

Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki



28
Czas rażenia: im dłuższy, tym gorzej.
Stan fizyczny człowieka: pocenie się,
choroby serca, obecność alkoholu we krwi,
osłabienie stanowią czynnik pogarszający
stopień rażenia.
Warunki zewnętrzne: wilgotność,
temperatura, rodzaj odzieży, podłoża mają
istotny wpływ na stopień rażenia.
Szybka pomoc: im szybciej tym lepiej.
Skutki działania prądu
Wskazówki ratowania porażonego

Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki



29
Jak najszybciej przystąpić do ratowania.
Jak najszybciej odłączyć porażonego spod
działania prądu, np. wyłącznikiem,
bezpiecznikiem (NIE WOLNO dotykać
rażonego gołymi rękami!),
Trzeba się odizolować od podłoża (np. stanąć
na suchej desce, gumie, oponie).
Używać rękawic gumowych lub grubych
suchych ręczników, odzieży itp.
Skutki działania prądu
Wskazówki niesienia pierwszej pomocy

Paweł Jabłoński, Podstawy elektrotechniki i elektroniki





30
W razie utraty przytomności przez rażonego przystąpić
do sztucznego oddychania.
W razie zatrzymania czynności serca zastosować
dodatkowo masaż serca.
Czynności te należy utrzymać aż do przybycia
pogotowia lub odzyskania przytomności przez
rażonego.
Po odzyskaniu przytomności przez rażonego należy go
okryć, podać coś ciepłego do picia, ewentualnie środki
przeciwbólowe, ułożyć go wygodnie na boku.
W razie oparzenia opatrzyć rany.
Porażony musi być poddany badaniu lekarskiemu
BEZWZGLĘDNIE na stopień rażenia.