2. Sähköisiä perusmittauksia. Yleismittari.

Transkriptio

1 TURUN AMMATTKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNKKA FYSKAN LABORATORO Sähköisiä perusmittauksia. Yleismittari. 1. Työn tavoite Tutustutaan tärkeimpään sähköiseen perusmittavälineeseen, yleismittariin, suorittamalla laboratoriossa olevilla erityyppisillä yleismittareilla jännitteen ja virran mittauksia sekä tasa- että vaihtosähköpiireissä. 2. Teoriaa Jännitteen mittaus. Mittaus suoritetaan käyttämällä yleismittaria jännitemittarina. Mittari kytketään niiden kahden pisteen välille, joiden välinen jännite halutaan mitata. olttimittari kytketään siis mitattavan jännitteen rinnalle kuvan mukaisesti: DM DM U x 0 U R R Kuva 1. Jännitteen mittaus. Huomaa tasajännitettä mitattaessa mittarin napaisuus: Tasajännitelähde Kuva 2. Tasajännitteen mittauksen napaisuus. irran mittaus. Mittaus suoritetaan käyttämällä yleismittaria virta- eli ampeerimittarina. Ampeerimittari kytketään aina sarjaan sen piirin kanssa, jonka läpi kulkevaa virtaa halutaan mitata. irtapiiri ikäänkuin katkaistaan ja virtamittari asetetaan väliin. HUOM! Aina kun mitataan virtaa, on varmistuttava parista seikasta: Mitattavassa piirissä on aina oltava ampeerimittarin lisäksi jotain muuta kuormitusta (vastusta), kts. kuvaa. Toiseksi ampeerimittarin mittausalueen on oltava lähes oikea. Ellei etukäteen tiedä edes likimain mitattavan virran suuruutta, on aloitettava käyttämällä suurinta mittausaluetta (3-10A) ja pienentämällä sitten tarpeen mukaan.

2 TURUN AMMATTKORKEAKOULU TYÖOHJE 2 TEKNKKA FYSKAN LABORATORO 2.0 R DM A 0 A 10A Mittareista yleensä Kuva 3. irtamittaus Yleismittari on luonteeltaan joko viisarilla varustettu, osoittava analogiamittari tai numeerinen eli digitaalimittari. Analogiamittarissa muodostuu mitattavaan suuree-seen verrannollinen osoittimen kiertymiskulma. Analogiamittari antaa mittaus-tuloksen suoraan desimaalilukuna. Eräät mittarit voidaan liittää suoraan tietokoneeseen ja tulos käsitellään binaarilukuna. Analogiamittarit. Oppilaitoksen analogiamittarit ovat toimintaperiaatteeltaan kiertokäämimittareita. Kiertokäämimittarin olennaiset osat ovat: kestomagneetti, sen aiheuttamassa magneettikentässä liikkumaan pääsevä johdinkäämi eli kiertokäämi ja vastajousi. Kestomagnetti on yleensä sijoitettu käämin ulkopuolelle, mutta myös käämin sisällä olevaa sydänmagneettia voidaan käyttää. F S B N F Kuva 4. Kiertokäämimittarin periaatekuva. Käämiin vaikuttavan vääntömomentin suunta on riippuvainen virran suunnasta ja mittari on tämän vuoksi luonteeltaan tasavirtamittari. Työssä käytettävät kiertokäämimittarit soveltuvat silti myös vaihtosähkömittauksiin, sillä niissä on sisäänrakennettu tasasuuntaustoiminta. Mittarien rakenteesta johtuen magneettivuon tiheys on käämin koko liikkuma-alueella itseisarvoltaan vakio ja kohtisuorassa käämin magneettimomenttia vastaan. Tämän seurauksena vääntömomentti on suo-

3 TURUN AMMATTKORKEAKOULU TYÖOHJE 3 TEKNKKA FYSKAN LABORATORO 2.0 raan verrannollinen virtaan ja osoittimen kiertymiskulma on täten muotoa: Φ = k, (1) missä on sähkövirta ja k mittarille ominainen kerroin. Näin mittarin asteikko on tasajakoinen. Yleisohjeita analogiamittareille: varmista mittarin oikea käyttöasento (useimmat vaakasuorassa pöydällä) tarkista, että mittari on nollattu päätä, onko kyseessä tasa- vai vaihtosähkömittaus: merkinnät DC ja tarkoittavat tasasähköä sekä AC ja ~ vaihtosähköä tarkista erityisesti, onko tarkoitus mitata jännitettä vai virtaa sekä arvioi samalla suureen suuruusluokka. Mikäli sitä ei ole mahdollista arvioida, valitse aina riittävän suuri mittausalue (300 tai 10A). Lukemat tarkoittavat aina suurinta näyttämää varmista, mihin napoihin johtimet kytketään. Tasasähkökytkennöissä kannattaa käyttää erivärisiä johtimia katso lukema oikeasta suunnasta: viisarin ja sen peilikuvan on oltava samassa tasossa, muuten syntyy ns. parallaksivirhettä lue oikealta asteikolta ja havaitse oikea kertaluku Digitaalimittarit. Digitaalisen yleismittarin periaate lyhyesti: Tutkittavalla jännitteellä varataan ja puretaan muokkauksen jälkeen määrätty kondensaattori ja siihen kuluva aika mitataan tarkalla oskillaattoripiirillä. Kulunut aika on verrannollinen tutkittavaan jännitteeseen ja sen arvo ilmoitetaan näytöllä numeroina. C Sisäänmeno Muokkaus ntegrointi Laskenta Oskillaattori ja ohjaus Näyttö Kuva 5. Digitaalimittarin blockikaavio aikka digitaalimittarilla mittaaminen on tietyssä mielessä helpompaa laitteen itse osoittaessa napaisuuden ja joskus valitsemalla jopa sopivan mittausalueen, kannattaa silti suhtautua tietyllä vakavuudella ja kriittisyydellä sen antamiin tuloksiin.

4 TURUN AMMATTKORKEAKOULU TYÖOHJE 4 TEKNKKA FYSKAN LABORATORO Työn suoritus 4. Lisäkirjallisuus Tutustutaan valvojien antamiin kahteen erilaiseen analogiseen ja kahteen erilaiseen digitaalimittariin, ellei toisin ilmoiteta. Kaikilla neljällä mittarilla, joiden tyyppi- ym. tiedot on merkittävä muistiin, mitataan kaksi erisuurta tasajännitettä, yksi vaihtojännite ja yksi tasavirran arvo. Tulokset voidaan merkitä sivulla 4 olevaan taulukkoon. On otettava selvää, mitä valmistajat ilmoittavat mittarien tarkkuudeksi eri tyyppisissä mittauksissa. Erityisesti vertaa eri mittarien antamia tuloksia toisiinsa. Pohdi tulosten luotettavuutta ja eroavaisuuksien syitä. arsinaista matemaattista virhetarkastelua ei tehdä. Lisätietoja sähkömittaustekniikasta haluaville suositellaan esim. kirjoja Tapaninen, Sähkömittaustekniikka, WSOY oipio, Sähkömittaustekniikka, Otakustantamo

5 TURUN AMMATTKORKEAKOULU TYÖOHJE 5 TEKNKKA FYSKAN LABORATORO 2.0 Luokka: Ryhmän jäsenet Fysiikan laboratoriotyö Pvm: Ryhmä no. alvojat: Työ no Sähköisiä perusmittauksia. Yleismittari. Taulukko 1. Havaintotulokset. Mittari no Tasajännite 1 Tasajännite 2 Tarkkuus DCjänn.alueella irheen max. arvo (tasaj.1) aihtojännite Tarkkuus ACjänn.alueella irheen max. arvo Tasavirta (Muista kuormitusvastus) Tarkkuus DCvirta-alueella irheen max. arvo Tiedot mittarista Omat päätelmät: (kääntöpuolelle)