Fyzikální veličiny a jejich jednotky

7 Měřicí přístroje a zdroje
Měřicí přístroje jsou zařízení určená k měření fyzikálních veličin, které jsou pomocí jiných
přístrojů nebo snímačů převedeny na elektrický signál (napětí nebo proud).
Základní elektrické veličiny, kterými jsou napětí a proud, lze měřit v zásadě dvěma typy
přístrojů, a to ručkovými (analogovými) a číslicovými (digitálními).
Ručkové měřicí přístroje pracují na principu silových působení magnetických polí, která
jsou vyvolaná velikostí procházejícího (měřeného) proudu cívkami přístroje. Základem většiny
ručkových měřících přístrojů je vlastní měřící systém, který má podle způsobu převádění
měřené elektrické veličiny na mechanický pohyb definovanou tzv. vlastní spotřebu. Jedná se
o číselné údaje veličin, které daný systém charakterizují (většinou velikostí vnitřního odporu)
a hodnotu připojené veličiny, která vyvolá maximální výchylku na stupnici. Tyto hodnoty pak
definují nejmenší měřicí rozsah přístroje. Jako příklad uvádíme pro magnetoelektrický měřicí
systém hodnoty 60 mV/10 Ω.
Současně používané ručkové měřicí přístroje využívají většinou stejný měřicí systém
a podle způsobu a velikosti připojených rezistorů pak vytvářejí buď voltmetr nebo ampérmetr.
Ampérmetr
je měřicí přístroj určený k měření procházejícího proudu. Do obvodu se zapojuje sériově
(obr. 7.1). Jeho rozsah je možno zvětšovat paralelně k němu připojeným rezistorem, který
nazýváme bočník (obr. 7.2). Chceme-li rozsah ampérmetru zvětšit n-krát, tj. I = nI A , pak
odpor bočníku je:
Rb =
RA
.
n −1
(7. 1)
Rb
IB
RA
I
I
A
U
RZ
U
Obr. 7.1
IA
A R
A
RZ
Obr. 7.2
Aby ampérmetr minimálně ovlivňoval skutečnou velikost měřeného proudu, je nutné, aby
jeho vnitřní odpor byl co nejmenší.
00-7/1
Voltmetr
je měřicí přístroj určený k měření napětí v elektrických obvodech. K měřenému dvojpólu
se připojuje paralelně (viz obr. 7.3). Jeho rozsah je možno zvětšovat sériově k němu
připojeným rezistorem, který nazýváme předřadník (obr. 7.4). Chceme-li rozsah voltmetru
zvětšit n-krát, tj. U = nUV , pak odpor předřadníku je:
=
R p RV (n − 1)
(7.2)
Obecným požadavkem pro měření voltmetrem je, aby jeho vnitřní odpor RV byl co možná
největší.
I
RV
I
V
RZ
U
RZ
U
V
RP
RV
Obr. 7.3
Obr. 7.4
Velmi často potřebujeme při měření nastavovat v elektrických obvodech napětí nebo
procházející proud, které jsou od hodnoty napájecího zdroje odlišné. Nejjednodušší je použít
k tomu různě zapojený rezistor, který má jezdce tvořícího odbočku – prvek se nazývá
potenciometr.
I
R1
U1
R1
R2
1
U
R2
U2
A
U
RZ
RZ
RA
2
Obr. 7.5
Obr. 7.6
Pro regulaci napětí směrem k nižším hodnotám napětí než má napájecí zdroj použijeme
potenciometr v zapojení napěťového děliče.
Na náhradním elektrickém schématu na obr. 7.5 jsme nastavili jezdce potenciometru tak,
že první část má odpor R1 a druhá R2 . Posunem jezdce se hodnoty R1 a R2 mění.
00-7/2
U nezatíženého děliče napětí je jeho výstupní napětí
U 2 = U1
R2
.
R1 + R2
(7.3)
U napěťového děliče, který je na výstupu zatížen rezistorem RZ je pak výstupní napětí:
R2 RZ
R2 + RZ
.
U2 = U
RR
R1 + 2 Z
R2 + RZ
(7.4)
Pro nastavování proudu obvodem používáme potenciometru zapojeného jako reostat (obr.
7.6.) Část potenciometru R1 , přes níž proud prochází, je proměnná a tedy proud tekoucí
obvodem je ( R2 se neuplatní):
I=
U
.
R1 + RA + RZ
(7.5)
Stabilizovaný zdroj BS 525
je zdroj dvou nezávislých stabilizovaných napětí, z nichž každé je možno plynule regulovat od
0 do 30 V. Každá jednotka je vybavena plynule regulovanou ochranou proti přetížení, která
omezuje výstupní proud na předem nastavenou hodnotu. Rozmezí regulace ochrany je možno
volit od 0,05 A do 1,1 A. Pokud proudová ochrana je ve funkci, svítí LED, která je umístěna
vedle nastavovacího elementu.
Výstupní napětí je měřeno na vestavěném indikačním přístroji, a to zvlášť na každé
jednotce. Po přepnutí horního přepínače umístěného vedle indikátoru je na měřicím přístroji
indikována hodnota výstupního napětí, po stisknutí spodního je pak indikována hodnota
odebíraného proudu.
Pro přesné měření výstupního napětí je třeba použít vnější voltmetr.
Každý ze zdrojů má tři výstupní zdířky, ke kterým se připojuje zátěž. Střední svorka
(zelená) je spojena jen s kostrou přístroje. Využívá se k vytvoření symetrického napětí pomocí
dvou vnějších rezistorů.
Ke zbývajícím dvěma svorkám je připojeno výstupní napětí.
Pokud chceme ze zdroje odebírat vyšší výstupní napětí než 30 V, je možno zdroje spojit do
série. Pak ale musí být některá z výstupních svorek spojena s kostrou přístroje a obě jednotky
musí mít nastaveny stejný omezovací výstupní proud.
Poznámka
Společně s ručkovými měřicími přístroji se v laboratořích objevují i měřicí přístroje
číslicové (digitální) a také další zdroje. Pokud to bude nutné, najdete jejich popis
u jednotlivých úloh.
00-7/3