Způsoby elektrického měření

     Z praktického hlediska rozlišujeme způsoby měření podle možností, jak odečítat nebo zjistit hodnotu měřené veličiny a jakým způsobem tuto hodnotu udává použitý měřicí přístroj.

     V naprosté většině měření použijeme metodu přímou. Jedná se o způsob, kdy hodnotu měřené veličiny odečítáme přímo ze stupnice nebo displeje měřicího přístroje v obvodu. Tento způsob je samozřejmě pro obsluhu nejsnažší. Není třeba chybějící údaje dopočítávat. Stačí vhodný, s vyhovující přesností, s odpovídajícím rozsahem, měřicí přístroj správně zapojit do obvodu a pak už jen odečítat.

     Jestliže nelze požadovanou veličinu změřit přímo, musíme použít metodu nepřímou. V tomto případě si odvodíme výslednou hodnotu většinou pomocí výpočtu. Nelze tedy měřicí přístroj pro přímé měření zapojit rovnou do obvodu. Je proto nutné si odvodit, které veličiny můžeme v dané konstrukci změřit přímo. Při měření nepřímou metodou je důležitá nejvhodnější dostupná volba měřicích přístrojů, protože výpočtem požadované veličiny se také zhoršuje přesnost měření – vzrůstá chyba. V praxi se většinou jedná o nepřímé měření proudů zapájenými součástkami, různé využití voltampérové metody, měření ztrátových výkonů na součástkách atd.

     Další způsob měření rozlišujeme podle toho, jakým způsobem měří měřicí přístroj, tzn. jakým způsobem získáváme informaci o měřené veličině. Jestliže hodnota měřené veličiny je zobrazována na displeji digitálního přístroje nebo ji zjišťujeme z výchylky ručky analogového přístroje, mluvíme o výchylkové metodě. Jedná se nejpoužívanější způsob odečtu měřených hodnot. Na tomto principu pracuje naprostá většina vyráběných měřicích přístrojů.   

Příklady výchylkových přístrojů

                       Analogový                                                                     Digitální                                                                    Osciloskop

     U některých speciálních měřicích přístrojů se využívá způsob, kdy měřicí přístroj má „0“ uprostřed. Jedná se o využití tohoto typu měřicího přístroje při metodě nulové. Tento způsob měření se používá hlavně tam, kde se části měřených obvodů tzv. „vyvažují“. Např. při vyvažování měřicích můstků pomocí normálových odporových dekád. Požadovaná hodnota se pak odečítá z číselníků dekád a ne ze stupnice měřicího přístroje. Ten při nastavení - vyvážení - zobrazuje „0“.

Příklad přístroje s " 0 " uprostřed



     V praxi samozřejmě tyto metody kombinujeme. Nejčastěji měříme přímou, výchylkovou metodou. Jestliže nelze tento způsob použít, měříme nepřímou, výchylkovou metodou.

Při využití měřicích můstků používáme nulovou metodu.

Principy nepřímých měření
  1. Voltampérová metoda
     Jedná o způsob, kde využíváme pro výpočet konečné veličiny Ohmův zákon. Přímou metodou měříme napětí a proud. Další, požadované, veličiny dopočítáme.

Příklad použití: měření odporu rezistoru, měření výkonové ztráty na rezistoru.
 
                                                                                                   UR1
Použijeme výpočty: např.     PR1 = UR1 • IDC    nebo     R1 = ———
                                                                                                    IDC
  1. Srovnávací metoda  
     Lze využít pro přesné měření odporu rezistoru. Např. pro měření odporů, kde nelze využít běžné multimetry. Pro měření potřebujeme jeden měřicí přístroj a přesně změřený, normálový, rezistor. Můžeme využít zapojení sériové nebo paralelní.


Schéma měřicích obvodů srovnávací metody

                                                                                  Sériové spojení                                              Paralelní spojení

     Při sériovém spojení normálového rezistoru RN a neznámého rezistoru RX teče oběma rezistory stejný proud. Podle Ohmova zákona vznikají na rezistorech ( podle schéma obvodu ) úbytky napětí.
 

      Rovnice pro proud:
     URN        URX
 I = ——— = ———
      RN           RX 		Neznámý tedy rezistor určíme podle vztahu:
               UX
RX = RN • ———
                UN
 Protože vyhodnocujeme napětí, kvůli spotřebě voltmetrů je obvod vhodný pro měření malých R. Při měření malých hodnot odporů lze spotřebu digitálních multimetrů pro velkou vstupní impedanci zanedbat.

     Při paralelním spojení normálového rezistoru RN a neznámého rezistoru RX je na obou rezistorech stejné napětí UDC. Měříme tedy postupně proudy oběma rezistory při konstantním napětí. Rezistorem RN teče proud IRN a rezistorem RX teče proud IRX. Pomocí přepínače přepínáme obě větve pro ampérmetr IDC.
 
Protože podle Ohmova zákona platí:
 
UDC = IRN • RN = IRX • RX
 		 bude neznámý rezistor RX:
              IRN
RX = RN • ———
               IRX

Protože zde bereme v úvahu proudy , kvůli spotřebě ampérmetrů je obvod vhodný pro měření velkých R.

  1. Substituční metoda ( náhradní )

Uvedeme si rovněž příklad na měření odporu rezistoru. Při tomto způsobu měření je neznámá součástka přesně nahrazena součástkou známou, o stejné hodnotě.

Schéma měřicích obvodů substituční metody

                                                                                   Sériové spojení                                              Paralelní spojení

     Schéma obou obvodů je podobné jako u srovnávacích způsobů měření. Jen s tím rozdílem, že normálové rezistory RN jsou v obou případech nahrazené normálovými odporovými dekádami. Na jejich přesnosti závisí přesnost celého měření.
     U sériového spojení proud IDC vytváří na obou rezistorech úbytky napětí. Změnou odporu dekády nastavíme na rezistoru RN stejný úbytek napětí jako na rezistoru RX.
Nastane tedy stav, kdy bude platit:
URN = URX		 Protože obvodem teče jeden proud a obě napětí jsou stejná, jsou stejné i oba rezistory.
Bude tak platit, že: RN = RX
Hodnotu neznámého rezistoru si rovnou přečteme z odporové dekády.

     Při paralelním spojení opět počítáme s proudy v obou paralelních větvích obvodu. Normálový rezistor RN i zde tvoří odporová dekáda. Obvod je napájený napětím UDC. Pomocí dekády RN nastavíme v obou větvích stejný proud.
 
Bude tedy platit, že:
IRN = IRX		 Protože napájecí napětí je konstantní, budou stejné i hodnoty rezistorů:
RN = RX
I v tomto případě si velikost neznámého rezistoru přečteme ze stupnice dekády.
  1. Můstková metoda ( nulová )
     Uveďme si opět princip měření odporu. Při tomto způsobu se využívá „nulového“ vyvážení dvou větví odporového můstku. Je-li napětí v měřených vrcholech můstku nulové, jsou i proudy v obou větvích stejné a tím jsou i odpory v daných poměrech. Máme-li 3 rezistory známé, lze dopočítat odpor neznámý. Tento způsob měření je náročnější a používá se např. pro kalibraci ( ověřování ) rozsahů laboratorních přístrojů. Pro tato měření existuje několik typů měřicích můstků. Pro příklad si uvedeme Wheatstoneův můstek pro měření odporu.

Zapojení Wheatstoneova můstku


     V tomto obvodu je jako normálový rezistor RN použitá normálová odporová dekáda. Rezistory R3 a R4 jsou odporové normály. Rezistor RX představuje neznámý odpor. Na pozici měřicího přístroje je zapojený mikroampérmetr s nulou uprostřed. Při vyvážení můstku musí být mezi body A a B nulové napětí.

 

Pak musí platit:
R1 • I1 = R3 • I2 a zároveň R2 • I1 = R4 • I2		 Po úpravě vypočteme velikost RX:
                 R4
RX = RN • ———
                 R3

Jiné typy můstků existují pro měření kapacit i indukčností.
zpět