Transcript Meranie napätia

Meranie napätia
Marián Danko
Napätie – čo všetko pomocou neho meriame
Napätie je základná veličina v elektronike a elektroinžinierstve
– od elektrických sietí po jemnú elektroniku (čipy,...). Je
potrebné poznať napätie siete či obvodu, aby sme vedeli podľa
potreby udržiavať jeho hodnotu.
Napätie – čo všetko pomocou neho meriame
Tlak
Rýchlosť
Vyžitie
Mechanické
Teplotav biológii
pH
a zrýchlenie
pnutie a deformácie
Tlakový
Elektrické
Napríklad
Senzor
Teplomer
Senzor
senzor
zaznamenávajúci
pH,
meranie
tachometre
soktorý
vytvárajúci
senzorom
produkuje
napätia
a akcelerometre.
vytvárajúcim
rôzne
deformácie
napätie. To
napätie, ktorého
napätie
produkovaného
pomocou
hodnota
sa
meria
napríklad
sa
azmien
prevádza
meria
vneurónmi.
produkovaného
závislosti
aveľmi
prevádza
na stupnicu
od na používaný
teplotné
pH.
stupne.
Meranie
napätia
je
široko
spôsob, ako merať
deformácie
napätia.
To
membrány.
saveličiny.
meria To
a Hodnotu
prevádza
sa merianapätia
na
a
iné
fyzikálne
potom merací prístroj
prevádza
konkrétne
nana
konkrétne
jednotky.
jednotky.
prevedie
zvolenú veličinu.
Napätie – čo a ako vlastne meriame
- Napätie - elektromotorická sila spôsobujúca pohyb elektrónov
- rozdiel elektrických potenciálov
-U=I.R
- Prístroj merajúci napätie má vždy dva kontakty (meria rozdiel
potenciálov)
- Po pripojení voltmetra (paralelne!) sú jeho kontakty na
potenciáloch takých, aké majú body pripojenia v obvode
- Voltmeter meria rozdiel potenciálov medzi jeho kladným a
záporným kontaktom (pri opačnom pripojení ukazuje záporné
hodnoty)
- Rozsah voltmetra sa kvôli presnosti nastaví čo najbližšie k
meranej hodnote, no nesmie byť nižší (hrozí poškodenie
prístroja)
Ideálny voltmeter
Zapojením voltmetra do obvodu zmeníme pôvodný obvod
a meriame už zmenené napätie. Napríklad:
=> Odpor ideálneho voltmetra je
nekonečný
=
Obvod bez voltmetra
V výst 
V vstup R b
R a  Rb
Obvod s voltmetrom
V výst 
V vstup R eq
R a  R eq
R eq

R voltmeter
 R b 
 R b  R voltmeter




≈1
Voltmetre a multimetre
Elektrónkový
Schéma
Multimeter:
voltmeter:
ampérmetra:
Voltmeter je
zložený zo sériovo
zapojeného
rezistoru a mili- či
mikroampérmetra
-Taktiež obsahuje
- Využíva elektónku
-Prúd
prechádza
voltmeter
alebo
obvod s
cievkou,
čo vytvára
-magnetické
Ďalšiatranzistorom
jehopole.
obvyklána
výbavazosilnenie
je ohmmeter,
vstupného
-ampérmeter
Mechanizmus
s
a obvody
na
napätia
(zvýšená
ručičkou
má
snahu
testovanie
kondenzátorov
citlivosť
a/alebo zvýšená
otočiť
v poli
a diód sa
vstupná impedancia)
permanentného
-magnetu.
typický
odpor odpor
- typický
multimetra
pri meraní
elektrónkového
-napätia
Pružinka
pôsobí10MW
je okolo
voltmetra
je okolo 10-20
proti tejto snahe.
MW
Digitálne voltmetre
Prečo
- Namiesto
4,5 číslicové?
ručičky zobrazuje hodnotu
napätia na LCD alebo LED displeji
-Toto číslo je log10 počtu krokov delenia
- typické rozsahy: 0-3V, 0-30V, 0-300V,
- napr. pre delenie 0,001V je v rozsahu 0...
10V počet krokov 10 000 a teda počet
platných
- počet platných
číslic 4 (log
číslic:
bežne =3;4)4,5; 5
1010000
...každá číslica znamená citeľný cenový
- pre delenie 0,001V a rozsah 0-30V je
nárast (počet závisí od A/D prevodníka)
počet krokov 30 000 a log1030000≈4,5
- dôležitá súčasť je A/D prevodník
- delenie: bežne 10-12 bitové (?)
- Pod takouto katalogizáciou sa digitálne
voltmetre predávajú
A/D prevodníky, PC karty
A/D prevodníky (analog-to-digital) sa využívajú
ako v-digitálnych
voltmetroch,
takanalógový
v PC kartách
Vstupný signál
je väščinou
určených
na meranie
napäťový
signál,napätia.
výnimočne prúdový
12bit A/D prevodník
- Výstup je binárny kód pretransformovaný
znamená
#-bitový prevodík?
doČo
podoby
konkrétneho
čísla, ktoré sa nám
zobrazí
- napr. 10bit = 210 = 1024 častí na ktoré sa
rozdelí
rozsah voltmetra
- A/D
prevodník
má taktiež ako analógové
voltmetre
obmedzený
rozsah, ktorý
dokáže
- určuje rozlíšenie
voltmetra...
napr.
v
binárne
kódovať
rozsahu
0-30V 10bitový voltmeter
zobrazuje hodnoty po 30V/1024 ≈ 0,0293V
Meranie nízkych napätí. Nanovoltmetre.
Voltmeter merajúci
nízke napätia.
Pre zaujímavosť, nanovoltmeter – pre svoju
veľkosť (guľa s priemerom 30nm). Funguje
na základe na napätie citlivého farbiva, ktoré
reaguje na modré svetlo emitovaním
červeného a zeleného svetla v pomere
zodpovedajúcom sile okolitého elektrického
poľa. Vyvinutý na výskum elektrických polí
buniek. Môžu sa ním napr. detekovať
rakovinové bunky.
Vysoké napätie. Delič napätia.
V výst 
V výst 
V vstup R bt
R a  R bt
V vstup R b
Rt  Rb
Zapojenie
deliča sa dá
Meranie teploty:
použiť
meraní iných
Deličpri
napätia
- Termistor
R
fyzikálnych
veličín
môžeme použiť
t so ak
vzrastajúcou
teplotou
(teplota,
svetla,
chcemeintenzita
merať
znižuje
odpor
pnutie,...),
alebo
ak
napätiesvoj
pomocou
jeden
rezistor
nahradíme
voltmetra,
ktorého
- Tým
sa mení
potenciometrom,
rozsahvýstupné
je menšína
merané
zmenu
nekajej
ako toto
napätie.
napätie
(hore
–vlastnosti
klesá;
obvodu
(hlasitosť,
dole – rastie)
intenzita obrazu či
svetla,...)
Voltmetre pre vysoké napätie
Príklad prístroja používaného
na meranie vysokého napätia
Voltmetre pre vysoké napätie
VN
-
+
Po privedení vysokého
napätia do voltmetra sa
platničky elektrostaticky
nabijú a podľa veľkosti
elektrostatickej sily
(závislej na veľkosti
privedeného napätia) sa k
sebe pritiahnu, čím sa
docieli pohyb ručičky.
(uzemnená platnička je pripevnená na podložku, platnička s vysokým
napätím spojená s ručičkou je pohyblivá, umiestnená na jemnom kĺbe)
Meranie striedavého napätia
Voltmeter merajúci striedavé
napätie ukáže hodnotu
ekvivalentnú konštantnému
napätiu, to je
V eq 
V max
2
kde Vmax je amplitúda striedavého signálu,
Veq – tiež RMS (root-mean-square)
Ak signál nie je sínusový, môže nastať problém získať
správnu hodnotu.
Striedavé napätie. Osciloskop.
Možnosti, ktoré poskytuje:
- funguje podobne ako TV, ale
-namiesto
zobrazenie
časového
priebehu
zobrazuje
priebeh
napätia
na
elektromagnetického
napaťového
signálu
CRT
obrazovke
vychyľovania
elektrónov
používa
elektrostatickéa
- zmeranie
nastaveniefrekvencie
časovej základne
(rýchlejšia
reakcia)
amplitúdy signálu
- nastavenie rozsahu
-- horizontálne
vychyľovanie
–
niekedy výpočet
RMS
-napätia,
možnosť
pripojenia
dvoch
časová
základňa
(rovnomerný
strednej
hodnoty,
signálov
(porovnanie)
nárast
napätia,
potom
peak-to-peak
napätia,
vynulovanie)
frekvencie
signálu
- ...
Vhodným vstupom môžeme
- vertikálne
vychyľovanie
– k
možnosti
po pripojení
vytvoriť -narôzne
osciloskope
vstupný
signál;
vysoký
odpor
PC
(trebárs
merať
teplotu
az
pekné efekty :o)
(~1MW)
aby
neovplyvnil
príliš
priebehu
napätia
zistiť
za
aký
(www.youtube.com – „youscope“)
obvod
čas sa ustáli)
Komparátor
1-bitový prevodník
- keď napätie V+ je väčšie ako V-, výstup je 1
(prúd prejde)
- keď napätie V+ je menšie ako V-, výstup je 0
(prúd neprejde)
Využíva sa tam, kde treba vykonávať binárnu
akciu – napr. otvor/zatvor, vypni/zapni (keď
teplota klesne pod určitú hranicu, zapni
kúrenie,...), ...
Bežne dostupný
komparátor
Zaujímavé adresy
http://www.facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/StartEE.html
http://books.google.com/books?id=vmg1UKsTntAC&pg=PT129&lpg=
PT129&dq=how+voltmeterworks&source=web&ots=BqzeNuVlRX&sig=GaammYve1IOBGBm4
D_vLVsgtoZM#PPT131,M1 (kniha Van Valkenburgh - Basic
Electricity (1995))