SLO - NAVODILO ZA NAMESTITEV IN UPORABO Št. izd. : 192290 www.conrad.si OSNOVNI UČNI PAKET ZA MERJENJE IN TESTIRANJE Št.
KAZALO UVOD ................................................................................................................. 3 GRADBENI DELI – OSNOVE ............................................................................... 3 Baterija ............................................................................................................ 3 Upori ............................................................................................................... 4 Keramičen kondenzator .................
UVOD V trgovinah so na voljo številni multimetri, z katerimi lahko sami izvedete obsežne meritve na elektronskih gradbenih delih in vezjih. To pa vendar zahteva osnovno znanje o upravljanju takšne univerzalne naprave in o gradbenih delih za merjenje. Ta učni paket vam pomaga postopoma razložiti skrivnosti pravilnega merjenja. V zaporedoma izvedenih vajah se boste naučili, kako najdete in pravilno merite različne dele in kako se ti nahajajo v vezjih.
Upori Upori sodijo k najbolj preprostim elektronskim gradbenim delom. Njihova oznaka sledi z eno iz treh obročev sestavljeno barvno kodo, ki jo je potrebno brati od roba k sredini. Četrti, nekoliko odmaknjen obroč poda toleranco gradbenega dela. Barvna koda bo odčitana z obroča, ki leži bliže robu upora. Prva dva obroča pomenita številko, tretji množitelj vrednosti upornosti v Ohm. Četrti obroč poda toleranco. Vrednost upornosti bo navedena v Ohm[Ω]. Barva Obroč 1 1.
Keramičen kondenzator Kondenzator je nadaljnji pomemben elektronski gradbeni del. Obstaja v dveh izvedbah. Preprostejša varianta je majhen, okrogel in plosk keramičen kondenzator. Varen je pred napačno polarnostjo. Kapacitete bodo navedene v Farad (F). Označevanje keramičnega kondenzatorja poteka s številčno kodo. 104 ustreza 10x104, torej 100.000 pF (Picofarad).
Svetilna dioda – LED Pri vgradnji svetilne diode (LED) je načeloma potrebno upoštevati polarnost. LED ima dve različno dolgi priključni žici. Daljša žica je pozitiven pol in se imenuje anoda (A), katoda (K) ima krajšo žico. Polarnosti lahko prepoznate tudi v notranjosti LED. Negativen pol ima obliko velikega trikotnika. Pozitiven pol je v primerjavi s tem zelo drobceno izveden.
Tranzistor Tranzistor ojača manjše toke. Njegovi priključki se imenujejo sevalnik (E), baza (B) in zbiralnik (C). Cilindrično ohišje je na eni strani sploščeno. Tukaj je natisnjena oznaka tipa. Če gledate tranzistor tako, da priključki kažejo navzdol in lahko preberete napis, leži sevalnik levo. Baza je v sredini. Slika 12: Tranzistor s pogledom na sploščeno stran. Priključki z leve proti desni: zbiralnik (C), baza (B) in sevalnik (E).
MOŽNOSTI MULTIMETRA Multimetri se v prvi vrsti razlikujejo po tem, kaj vse lahko z njimi merimo. To seveda ne pomeni, da se takoj spoznate na preprost instrument. Veliko nastavno kolo, z katerim nastavite posamezna merilna območja in merilne veličine, si natančno oglejte. Kateri so ponujeni? Katere sploh potrebujete? To so vprašanja, na katera odgovorite že pred nakupom. Ukvarjajte se tudi z merilnimi kabli. Ti imajo različne barve (rdeča: plus pol; črna: minus pol).
CAT CERTIFICIRANJE ODLOČI O OBMOČJU UPORABE Multimetri morajo izpolnjevati različne varnostne kriterije, ki omogočajo njihovo varno uporabo. Konec koncev merjenje toka in napetosti ni igra, temveč je povezano z nevarnostmi! Multimetri morajo biti narejeni za kombinacijo iz stalnih napetosti in tako imenovanih prehodnih prenapetosti. Ti zaščitni ukrepi so razdeljeni v 4 CAT razrede. Višji kot je CAT razred, tem bolj vsestransko lahko uporabite instrument.
Črn priključek na multimetru je označen z »20A MAX«. Ta je namenjen za meritve posebno visokih tokov in jih elektroniki, ki merijo v vezjih ne potrebujejo. Podrobnosti o določitvi priključkov in ozadij, npr. kako je potrebno izvesti meritve, preberite v navodilih multimetra. Slika 17: Večina multimetrov je opremljenih z 3-4 priključki, na katere priključite merilne kable, glede na meritve. Slika 18: Črn kabel je potrebno priključiti na priključek COM. Ta ustreza povratnem vodniku (minus polu).
PRAVILNA NASTAVITEV MERILNIKA Multimetri ne merijo preprosto samo napetosti, tokov in upornosti. Ti morajo biti pravilno nastavljeni, ker obstajajo npr. enosmerne in izmenične napetosti in toki. Poleg tega multimetri razpolagajo z več merilnimi območji. Merilnik Voltcraft VC-11 sam razpolaga s 5 merilnimi območji enosmerne napetosti: za zelo nizke napetosti do 200 mili voltov (mV), 2V, 20V, 200V in 250V.
1 KAKO MERIMO UPORNOST? Predpriprave: Priključne žice upora velikosti 330Ω, 1kΩ in 2,2MΩ upognite vsakokrat za 90o tako, da jih lahko vtaknete v preizkusno ploščico (glejte sliko 22). Da imate za meritve obe roki prosti, naredite iz dveh okroglih 7 cm dolgih, popolnoma izoliranih koncev žic testne konice tako, da jih trdno ovijete okoli golih delov merilnih konic. Okoli 1 cm naj ostane raven. S tem pripomočkom lahko merilne konice nataknete direktno na preizkusno ploščico.
Slika 25: V največjem nastavljivem merilnem območju, rezultati merjenja še niso popolnoma točni. 2 PREPREČITEV MERILNIH NAPAK Po meritvah prejšnje vaje bi bila oba upora enako veliko. Napaka merjenja je opazna zaradi napačno nastavljenega merilnega območja. Zaradi tega na izgradnji vezja vsak upor še enkrat zmerite in pri tem merilno območje postopoma zmanjšujte. Iz »1« za 1kΩ v območju 2.000kΩ bo 0,98, torej 980Ω v merilnem območju 20kΩ. Sedaj preklopite na območje 2.000Ω, izmerite vrednost 983Ω.
Slika 26: V merilnem območju 2.000Ω bo izmerjena vrednost upornosti 983Ω. S tem je za ta upor bilo najdeno optimalno merilno območje. Slika 27: Pri pravilni nastavitvi izmerjene vrednosti se drug izkaže kot 330Ω upor.
3 KAKO SE OBNAŠAJO ZAPOREDNO VEZANI UPORI? Upori v vezja ne bodo vgrajeni samo posamezno, temveč tudi v kombinaciji. Ena možnost je zaporedna vezava uporov. Za to vtaknite dva 1kΩ upora zaporedno v preizkusno ploščico. Sedaj priključite merilni kabel na levi konec levega upora in drug merilni kabel na desni konec desnega upora in izmerite vrednost upornosti. Pri naši poskusni izgradnji bi izmerili približno 1970Ω, torej okoli 2kΩ.
4 KAKO SE OBNAŠAJO VZPOREDNO VEZANI UPORI? Upori so lahko tudi vzporedno vezani. Preprosta vzporedna vezava je sestavljena iz najmanj dveh uporov. Seveda je lahko vzporedno vezanih tudi več uporov. Na preizkusno ploščo vtaknite dva 1kΩ upora drugega pod drugim. S tem vzporedno vezana. Sedaj oba merilna kabla položite na konce obeh uporov. Sedaj izmerite skupno upornost. Ta znaša pri našem vezju sedaj 493Ω in s tem še samo polovico posameznega upora. Sedaj k 1kΩ uporu vzporedno vežite 330Ω upor.
Slika 33: Dva vzporedno vezava 1kΩ upora podata skupno upornost 493Ω. Ker to še ni točno 500, je zaradi toleranc pri izdelavi uporov. 5 MERJENJE KONDENZATORJA Za merjenje kapacitete kondenzatorja, potrebujete multimeter, ki dopušča tudi meritve kapacitete (npr. Voltcraft VC840). Na žalost ima zelo malo multimetrov merilna območja kapacitete. Standardni multimetri imajo večinoma samo merilna območja napetosti, amperov in ohmov.
Slika 34: Kondenzatorje lahko merite samo izven vezij ali delov vezij. Kondenzator za merjenje nataknite na preizkusno ploščo. Oba merilna kabla je potrebno na kondenzator priključiti glede na pravilno polarnost. Slika 35: Na multimetru je potrebno nastaviti merilno območje kapacitete. Traja nekaj sekund, da lahko odčitate izmerjeno vrednost.
6 KONDENZATORJI V ZAPOREDNI VEZAVI Pri vaji »kako se obnašajo zaporedno vezani upori?« ste ugotovili,da skupna upornost ustreza vsoti zaporedno vezanih uporov. Na preizkusni ploščici naredite zaporedno vezavo dveh kondenzatorjev (npr. z kapaciteto 10µF). Pri gradnji obeh kondenzatorjev pazite na pravilno polarnost. Pri elektrolitskih kondenzatorjih mora biti tu minus priključna žica prvega kondenzatorja povezana s plus priključno žico drugega kondenzatorja.
Slika 38: Pri dveh zaporedoma vezanih 10µF kondenzatorjih merite polovico posamezne kapacitete kondenzatorja. 7 KONDENZATORJI V VZPOREDNI VEZAVI Pri vaji »Kako se obnašajo vzporedno vezani upori?« ste ugotovili, da je skupna upornost vzporedno vezanih uporov manjša kot najmanjši posamezen upor. Na preizkusni ploščici naredite vzporedno vezavo dveh kondenzatorjev (npr. z kapaciteto 10µF). Pri gradnji obeh kondenzatorjev pazite na pravilno polarnost.
Slika 40: Pri vgradnji obeh vzporedno vezanih elektrolitskih kondenzatorjev pazite na polarnost obeh kondenzatorjev. Tudi merilne kable je potrebno priključiti glede na pravilno polarnost. Slika 41: Pri dveh vzporedno vezanih 10µF kondenzatorji merite vsoto posameznih kapacitet obeh kondenzatorjev.
8 KAKO MERIMO ENOSMERNE NAPETOSTI? Najprej naredite preprosto LED vezje na preizkusni ploščici. Za to vzporedno vežite 1kΩ upor k LED. Za povratni vodnik z LED k minus polu baterije predvidite žico. Za merjenje enosmernih napetosti morate multimeter preklopiti v območje enosmerne napetosti. Napetosti lahko merite direktno na bateriji tako, da rdeč merilni kabel držite na plus in črn merilni kabel na minus pol.
Slika 43: Izgradnja preprostega LED vezja Slika 44: Kot skupna napetost bo izmerjeno 8,2V. Slika 45: Na 1kΩ uporu pade napetost 5,59V. Za natančno merjenje napetosti je vedno postaviti optimalno merilno območje.
9 KAKO MERIMO IZMENIČNE NAPETOSTI? Merjenje izmeničnih napetosti načeloma poteka tako kot merjenje enosmernih napetosti. Paziti morate zgolj na to, da na multimetru nastavite merilno območje izmenične napetosti. Drugače ne boste merili napetosti, čeprav je ta prisotna. Multimeter preklopite na območje izmenične napetosti 200V in še enkrat pričnite obratovati pred narejeno LED vezje. Sedaj izmerite posamezne napetosti na uporu in LED ter skupno napetost.
10 KAKO MERIMO TOKE? Naučili ste se že, da se v zaporedni vezavi več porabnikov (kot preprosto LED vezje) na vsakem gradbenem delu pojavi padec napetosti. Vsota teh posameznih napetosti poda skupno napetost. Vezje opazujte še bolj podrobno. Ugotovili boste, da pri njem vsi porabniki ležijo v enem samem kablu. Skozi te vse teče potemtakem isti tok. S tem je skupni tok enak jakosti toka, ki teče skozi vsak posamezen porabnik. Za merjenje tokov, mora biti multimeter zaporedno vezan k enem ali več porabnikov.
Slika 48: Multimeter je potrebno, namesto žičnega mostička, vgraditi v vezje. S tem je multimeter zaporedno vezan k drugim porabnikom. Slika 49: Skozi multimeter teče isti tok kot skozi druge porabnike vezja.
11 KAKO MERIMO PREVODNOST KABLOV? Merjenje prevodnosti kablov je lahko večkrat zanimivo. Npr. ko želite iz večžilnega kabla najti določeno žilo ali ko boste preverili delovanje kabla ali lom kabla. Veliko multimetrov ima za to lastno merilno območje, ki rezultatov meritev ne prikazuje samo na zaslonu, temveč ima vgrajen tudi piskač, ki pri prevodnosti odda akustičen signal. Prevodnosti kablov so lahko zelo preprosto ugotovljene tudi z funkcijo Ohm metra (funkcija upornosti).
Slika 51: Pri narazen držanih merilnih kablih je upornost neskončno velika, kar bo prikazano z »1«. To bi pomenilo zlom kabla ali ne najdene žile pri večžilnem kablu. Slika 52: Merjenje prevodnosti na kablu.
12 MERJENJE V VEZJU: UGOTOVITEEV POSAMEZNIH NAPETOSTI NA GRADBENIH DELIH Naredite kombinirano vezje, pri katerem boste oba 1kΩ upora vzporedno vezali in dva 330Ω upora zaporedno, preden boste vgradili LED. S tem imate v vezju štiri porabnike, na katerih lahko merite posamezne napetosti. Za to držite oba merilna kabla vsakokrat na obeh priključnih žicah upora in LED. Pri tem boste ugotovili, da se na obeh 330Ω uporih pojavi isti padec napetosti (1,59V).
Slika 55: Vseeno, če padec napetosti merite na vsakem posameznem vzporedno vezanem uporu ali če upora merite skupaj – padec napetosti je vedno enako velik. Slika 56: Na dveh eno velikih zaporedno vezanih uporih vedno vsakokrat pade ista napetost.
13 MERJENJE UPOROV V VEZJU Pri merjenju posameznih uporov v vezju morate vedno paziti na to, če so vzporedno k tem uporom vezani še nadaljnji gradbeni deli, ki jih merite zraven. To se zgodi npr. na vzporedno vezanih uporih. Pri njih lahko merite npr. samo njihovo skupno upornost. Če želite meriti tudi posamezne upore, morate z vezja odstraniti vsaj en priključek vzporedno vezanih uporov. Samo tako lahko preverite vsakega izmed teh posameznih uporov. Merite lahko tudi skupne upornosti, kot je npr.
Slika 59: Merjenje posameznih upornosti v vezju deluje samo, če k njim niso vzporedno vezani drugi gradbeni deli. Slika 60: Merjenje skupne upornosti vezja; če je bila izmerjena neskončno velika upornost, lahko to nakazuje na pokvarjeno vezje.
14 MERJENJE V VEZJU: MERJENJE POSAMEZNIH TOKOV V VEZJU V zaporedni vezavi teče skozi vse porabnike (npr. upore) isti tok. S tem je jakost toka vsepovsod ista. Pri vzporedni vezavi več porabnikov se pa skupni tok razdeli na posamezne toke. Tem bolj kot so posamezni toki večji, tem manjša je upornost porabnika in obratno. Vsota posameznih tokov vzporedne vezave je enako velika kot skupni tok.
Slika 63: Izmerjen skupni tok tega vezja leži pri 4,87mA. To je skupni tok, ki teče skozi vzporedno vezane upore in skozi zaporedno vezan upor ter skozi LED. Slika 64: Skozi zelo visok 2,2MΩ tok skoraj ne teče. Izmerjena vrednost 1mA je razložena samo z visoko napako meritve. Dejansko je bistveno manjša. Slika 65: Skozi oba 330Ω upora teče okoli 2,4mA.
15 PREVERITEV REZULTATOV MERITEV Z nekaj formulami ste bili seznanjeni že v prejšnjih vajah. Najpomembnejši formuli smo posvetili lastno poglavje: ohmski zakon. Ta opisuje zvezo med tokom, napetostjo ter še enkrat po računski poti prikazuje, kar ste že ugotovili pri različnih meritvah: da npr. skozi visoke upore tečejo zelo majhni toki in da so na njih zelo visoki padci napetosti. Ohmski zakon za enosmerne toke / enosmerne napetosti R=U/I I=U/R U=I*R U … napetost v voltih (V) I ….
16 MULTIMETER KOT TESTER BATERIJ Multimetri izpolnjujejo tudi funkcijo testerja baterij. ker multimetri napetosti natančno merijo, dopuščajo natančno izjavo o tem, koliko je baterija ali akumulator še dejansko poln. Za preveritev napetosti baterije preklopite multimeter v območje enosmerne napetosti. Ker že vnaprej veste, kako visoka je lahko maksimalna napetost, lahko nastavite pravilno merilno območje: približno 2V za 1,5V baterije.
17 MERJENJE DIOD Dioda pušča tok samo v eni smeri. Za ugotovitev smeri pretoka imajo multimetri pogosto vgrajeno funkcijo testa diod. Ta funkcija večinoma izpolnjuje tudi funkcijo testerja prevodnosti in tudi piskač, ki pri pretoku toka odda akustičen signal. Diode lahko merite tudi z funkcijo upornosti multimetra. Pri zelo majhni ugotovljeni upornosti bo merjeno v prevodni smeri pri zelo visoki upornosti. Najprej naredi preprosto LED vezje. To je sestavljeno iz ene LED z 1kΩ uporom.
Slika 59: Pri izgradnji vezja je bilo dvakrat realizirano preprosto LED vezje. V obeh gredah je bilo realizirano LED vezje. V obe gredi je bila vgrajena dioda – ena v prevodni in ena v zaporni smeri. Slika 70: Tukaj bo dioda obratovala v zaporni smeri. Izmerjena upornost je neskončno velika. Slika 71: Če boste rdeč merilni kabel držali na z obročem označeni strani diodi, bo merjenja prevodna smer.
Slika 72: Drugo možnost ponuja funkcija testa diod merilnika Voltcraft VC-11. Pri prikazani izmerjeni vrednosti, bo dioda merjena v prevodni smeri. 18 PREVERITEV TRANZISTORJEV Samo nekaj multimetrov ima možnost priključitve za natančno meritev tranzistorjev. Kljub temu je tudi možno, da njihovo načelno delovanje preverite s preprostim multimetrom. Vendar pa se morate pri tem omejiti na izjavo »deluje« ali »ne deluje«.
Slika 74: V obeh primerih naj bi zaslon sedaj prikazoval približno iste vrednosti. 19 PREVERITEV SVETILNIH DIOD Zelo preprosta metoda za testiranje svetilnih diod je lahko izvedena z vsakim multimetrom. Za to naredite preprosto LED vezje na preizkusni ploščici. Za to pred LED priključite 1kΩ upor in priključite 9V baterijo tako, da LED sveti. Sedaj izmerite padec napetosti na LED. Za to priključite oba merilna kabla na oba priključka LED. S čimer je multimeter vzporedno vezan k porabniku.
20 MERJENJE TEMPERATUR Različni multimetri obvladajo tudi merjenje temperatur. Za to je potrebno ločeno tipalo temperature. Npr. pri multimetru Voltcraft VC840 je potrebno uporabi tako imenovan NiCrNi senzor (nikelj-krom-nikelj tip K). Multimetru priloženo žično temperaturno tipalo je narejeno za temperature do +400oC. Na multimetru najprej nastavite merilno območje »oC«. Ta simbolizira merjenje temperature. Vi boste ugotovili, da lahko temperaturo okolja merite že brez priključnega temperaturnega tipala.
Slika 78: Za merjenje uporabite tako imenovan NiCrNi (nikelj-krom-nikelj tip K) senzor. Narejen je za temperature do +400oC. Slika 79: Črn merilni kabel morate povezati s priključkom COM instrumenta. Rdeč merilni kabel priključite na priključek »ΩAmAoC«. Slika 80: Tukaj bo izmerjena temperatura zraka v bližini halogenskega reflektorja. Visokim temperaturam je lahko izpostavljena samo merilna konica žičnega temperaturnega tipala.
DODATEK: MOČ IN DELO Z multimetrom lahko indirektno izračunate tudi porabo moči in delo, ki ga v njem povzroči električna energija. Za to morate najprej izmerite porabo moči. To zahteva meritev toka in napetosti. Pri tem morate vsakokrat izmeriti skupni tok Iges in skupno napetost Uges. Po formuli: P = U * I P … električna moč v vatih (W) U … napetost v voltih (V) I … tok v amperih (A) lahko sedaj izračunate porabo moči vezja. Če želite poleg tega vedeti, kako visoka je poraba električne energije, npr.
Conrad Electronic d.o.o. k.d. Ljubljanska c. 66, 1290 Grosuplje Fax: 01/78 11 250, Tel: 01/78 11 248 www.conrad.si, info@conrad.si GARANCIJSKI LIST Izdelek: Kat. št.: Garancijska Izjava: Proizvajalec jamči za kakovost oziroma brezhibno delovanje v garancijskem roku, ki začne teči z izročitvijo blaga potrošniku. Garancija velja na območju Republike Slovenije. Garancija za izdelek je 1 leto.
