Image17 (11)

■ Elektronika dla nieelektronikówflf/?

przyrządu w pewnym stopniu zmienia stan układu.

Problemem jest, czym z elektrycznego punktu widzenia jest miernik: woltomierz i amperomierz. Otóż amperomierz, który jest włączany szeregowo w badany obwód, powinien mieć rezystancję równą zeru, natomiast woltomierz - rezystancję nieskończenie wielką. Podczas pomiaru przez woltomierz nie powinien płynąć żaden prąd W rzeczywistości lak nie jest. Przyrząd pomiarowy z elektrycznego punktu widzenia jest jakąś rezystancją (woltomierz - dużą, amperomierz — małą), jak pokazu-Rys. 7    je rysunek 7.

Dla taniego, popularnego miernika rodziny M830 (i podobnych) la rezystancja wewnętrzna woltomierza na wszystkich zakresach pomiaru napięcia stałego wynosi IMft. Dla droższych, lepszych mierników wynosi ona I0MU.

Oznacza to, że dokonując pomiaru napięcia, zawsze dołączamy do badanego układu rezystancję. Podczas pomiani przez woltomierz płynie więc niewielki prąd „podkradany 7 układu” Przykładowo przy pomiarze napięcia 12V przez woltomierz miernika M830 o rezystancji wewnętrznej 1MU płynie prąd 12 mikroamperów. W większości przypadków taki mały prąd po prostu pomijamy. Warto jednak pamiętać, że dołączenie miernika zawsze w pewnym stopniu zaburza pierwotną sytuację, a wynik pomiaru nie pokazuje precyzyjnie napięcia, które tam panuje w normalnych warunkach pracy (to lak, jakby średnica mierzonego suwmiarką walca zmieniała się podczas pomiaru).

Jeśli jednak oporności w badanym układzie są małe, a prądy duże, to dołączenie dość dużej rezystancji i przepływ przez miernik niewielkiego prądu można śmiało pominąć.

Jeśli jednak w badanym układzie występują duże rezystancje, a prądy są małe, rzędu mikroamperów, to dołączenie woltomierza o rezystancji wewnęirznej 1MU może poważnie zaburzyć wamnki pracy badanego układu, a w skrajnych przypadkach uniemożliwić jego prawidłowe działanie. Tu widać, dlaczego korzystniejsze jest stosowanie droższych mierników o rezystancji wewnętrznej 10MC1

Tak samo dołączenie amperomierza w pewnym stopniu zmienia sytuację w układzie. Teoretycznie amperomierz powinien mieć rezystancję wewnętrzną równą zeru i spadek napięcia na nim tez powinien być równy zeru. W rzeczywistości tak nie jest - multimetr w roli amperomierza to nic innego, jak woltomierz na najniższym zakresie, mierzący napięcie na boczniku Rb, czyli rezystorze pomiarowym o niewielkiej rezystancji - patrz rysunek 8. Ten najniższy zakres woltomierza to z reguły ±199.9mV (w nielicznych miernikach ±399,9mV). Oznacza to, że podczas pomiaru maksymalny spadek napięcia na amperomierzu sięgnie 200mV, czyli 0,2V.

W wielu układach spadek napięcia do 0,2V nie ma znaczenia, alenickiedy, zwłaszcza w urządzeniach zasilanych niskim napięciem, może zmienić pierwotną sytuację Rys. 8    w układzie.

Garść wskazówek praktycznych

Wybór zakresu przy pomiarze prądu. Z powyższych informacji wynika, że o ile to możliwe, podczas pomiarów prądu warto pracować na wyższych zakresach pomiarowych. Na przykład (przy założeniu idealnej dokładności wskazań) prąd o wartości l,724mA na zakresie 2000uA (2mA) da na rezystancji amperomierza spadek napięcia około 172,4mV i wskazanie na wyświetlaczu 1724uA. Ten sam prąd na zakresie pomiarowym 20mA da spadek napięcia tylko 17,24mV i wskazanie l,72mA. Jeśli nie jest potrzebna dokładność, to można zmierzyć ten prąd na zakresie 200mA - wtedy spadek napięcia na amperomierzu będzie pomijalnie mały i wyniesie tylko l,724mV, ale wskazanie będzie dwucyfrowe l,7mA.

Zwiększanie rezystancji wewnętrznej woltomierza. W przypadku woltomierza z cyfrowego multimetru opisana powyżej sztuczka nie jest możliwa, bo w przeciwieństwie do amperomierza (i woltomierzy wskazówkowych), woltomierz cyfrowy ma jednakową rezystancję na wszystkich zakresach pomiarowych. Przy pomiarach napięć stałych w obwodach, gdzie występują duże rezystancje i płyną znikome prądy, możliwe jest jednak znaczne zmniejszenie wpływu dołączenia woltomierza. Wystarczy zastosować zewnętrzny szeregowy rezystor Rd o wartości 10MQ (lub dowolnej innej w zakresie 4,7MU...

100MU) dołączony według rysunku 9. Zastosowanie dodatkowej rezystancji Rd pozwala zmniejszyć „podkradanie” prądu

Rys. 9 z badanego obwodu - czym większa wartość Rd, tym lepiej.

Znając rezystancję wewnętrzną woltomierza Rw i wartość Rd można byłoby obliczyć z prostej zależności:

Ux = (Rd/Rw +l)*Uw W przypadku miernika M830, gdy Rw= 1MU, sposób obliczeń można uprościć: do wartości Rd wyrażonej w mega o much należy dodać 1 i pomnożyć tę liczbę przez wskazanie woltomierza. Przykładowo jeśli Rd=ó,8MU, a wskazanie woltomierza to 342mV (0,342V), to badane napięcie Ux wynosi:

Ux = (6,8 + 1) * 0,342V = 7,8 * 0,342V czyli około 2,7V.

W praktyce może się okazać, że wartość Rw nie jest dokładnie równa I MU (w M830 wynosi dokładnie 1 ,OOMQ), a wartość Rd jest na tyle duża (ponad 20MU), że nie ma jak jej dokładnie zmierzyć. Wtedy można wykorzystać inny sposób, gdzie wcale nie jest potrzebna znajomość rezystancji Rd i Rw.

Porównawcza metoda pomiaru napięcia. W metodzie porównawczej najpierw należy zmierzyć nieznane napięcie Ux według rysunku łOa i zapisać wskazanie woltomie rza. Potem trzeba dołączyć obwód pomiarowy do zasilacza o regulowanej wartości albo potencjometru, według rysunku lOb lub lOc i tak ustawić napięcie między punktami A i B, żeby uzyskać identyczne wskazanie, jak przy wcześniejszym pomiarze nieznanego napięcia Ux. Na koniec woltomierzem należy zmierzyć napięcie U ab według rysunku lOd -odczytana wartość U ab jest równia Ux

Kompensacyjna metoda pomiaru napięcia. Istnieje jeszcze inna, lepsza odmiana metody porównawczej, pozwalająca całkowicie wyeliminować „podkradanie” prądu z mierzonego obwodu. Po prostu pomiar należy przeprowadzić według rysunku II potencjometr Pot należy tak ustawić, żeby woltomierz VI pokazywał zero. Jeśli różnica napięć między punktami X, A wynosi zero, to przez V1 nie płynie prąd tnie ma „podkradania”

Rys. 10

22

Lipiec2005 Elektronika dla Wszystkich