UNIMER Za servisiranje raznih električnih uređaja u domaćinstvu, u radionici, ili za održavanje el. mašina u proizvodnim pogonima potrebno je meriti struje, napone i otpore. Pošto je nepraktično nositi više instrumenata konstruisan je univerzalni merni instrument unimer ( naziva se i multimetar ). On je lako prenosiv, mehanički otporan i dovoljno tačan za rad na terenu, a njime se mogu meriti jednosmerni i naizmenični naponi i struje, i električni otpor. U prvom delu lekcije biće obrađen analogni instrument ( instrument sa kazaljkom) a zatim i digitalni instrument koji rezultat ispisuje u obliku brojki na LCD displeju. U unimere se ugrađuje instrument sa kretnim kalemom. Između polova stalnog magneta ugrađen je kalem na kome je učvršćena kazaljka. Proticanje struje kroz kalem stvara magnetno polje. Uzajamno dejstvo ovog magnetnog polja i polja stalnog magneta dovodi do zakretanja kazaljke. Protivmoment stvaraju spiralne opruge i po prestanku struje vraćaju kazaljku na nulu. Detaljnije o ovoj vrsti instrumenta se uči na časovima iz predmeta " električna merenja ". Ovakvim instrumentom mogu se meriti samo jednosmerne struje i naponi. Da bi unimer mogao da meri i naizmenične veličine u njega se ugrađuje ispravljač sa dve ili četiri diode koji naizmeničnu struju i napon pretvori u jednosmernu. Kada se mere naizmenične veličine instrument pokazuje efektivnu vrednost struje i napona. Šema unimera i njeno kraće objašnjenje dati su u dodatku lekcije. slika 1 Pre nego što počnemo da koristimo unimer i vežbamo rad sa njime na časovima praktične nastave, moramo ponoviti neke važne pojmove koji su nam poznati iz predmeta " električna merenja". Domašaj ( naziva se i merni opseg ) je najveća vrednost merene veličine koju instrument može izmeriti. Domašaj određujemo mi postavljanjem preklopnika u odgovarajući položaj. Konstanta instrumenta je broj koji se dobije kada se domašaj podeli sa brojem podeoka na skali u koju će mo gledati. Do rezultata merenja se dolazi tako što se broj podeoka koji očitamo pomnoži sa konstantom. Podeok na skali je rastojanje između bilo koje dve oznake na skali. NAPOMENA: Ovo je definicija iz knjige koja može dovesti do različitih tumačenja koliko zapravo skala sa slike 1 ima podeoka? U ovom primeru broj podeoka je četiri ( kazaljka pokazuje 3,2 podeoka ), a crtice između napisanih brojeva samo olakšavaju očitavanje rezultata. Ako međutim svaku označenu crticu shvatimo kao podeok onda je broj podeoka 20 a kazaljka pokazuje 16 podeoka. Vaš nastavnik ovaj drugi način koji neki primenjuju ( iako komplikuje stvari ) smatra smešnim čemu onda služi napisana trojka i četvorka ako se mora brojati 16 crtica? Da bi imali tačno očitavanje u kazaljku se mora gledati pod pravim uglom. U ovome nam pomaže malo ogledelo ( kazaljka i njen lik u ogledalu se poklope ). U školi će mo najviše koristiti instrument "unimer 33" proizvođača "Iskra". Ovaj instrument ima više crnih i crvenih skala. Crvene skale se koriste za merenje naizmeničnih struja i napona, a crne skale su za jednosmerne veličine. Za merenje otpora se koristi posebna crna skala. Izgled ovog instrumenta je na slici 2.
Slika 2 Instrument "UNIMER 43" ISKRA Kranj Na instrumentu se nalazi više oznaka. Neke od njih su : - Instrument je konstruisan za rad u horizontalnom položaju. Ako se postavi pod uglom, ili se uspravi radiće, ali verovatno pokazivanje neće biti tačno. - Ova oznaka se može naći na instrumentima koji su predviđeni za rad u uspravnom položaju i koji se montiraju npr. na radne stolove. - Instrument sa ovakvom oznakom može da meri i jednosmerne i naizmenične veličine 2,5 - Ovo je oznaka za klasu tačnosti, odnosno maksimalnu procentualnu grešku koju pravi instrument pri punom skretanju kazaljke. Najčešće klase tačnosti su: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5. Vidimo da naš unimer ne spada u tačne instrumente. - Instrument sa obrtnim kalemom i igrađenim ispravljačem sa diodama. - Ispitni napon 3 kv
DODATAK: IZBOR SKALE Kada imamo više skala postavlja se pitanje u koju gledati? U ovom primeru videćemo da pravilan izbor skale olakšava merenje a gledanje u pogrešnu skalu ga nepotrebno zakomplikuje. Pošto broj očitanih podeoka na izabranoj skali treba pomnožiti sa konstantom, skalu treba birati tako da konstanta bude broj lak za množenje - dakle da bude 0,1; 1; 10 ili 100. Lošim izborom skale konstanta će biti dva, pet ili naprimer 3,3. Na slikama je prikazano pokazivanje instrumenta "unimer 45" prilikom merenja jednosmernog napona od 170 V. Na slici 3 preklopnik je postavljen u položaj 600 V =. To znači da je domašaj 600 V, tj. pri punom skretanju kazaljke instrumenta napon je 600 V, na polovini skale je 300 V itd... Naponi veći od 600 V se ne mogu meriti. Na skali označenoj slovima V, A na kojoj se očitava napon i struja imamo dve skale gornju, koja ide od 0 do 6 podeoka, i donju od 0 do 30 podeoka. Ako je naš izbor gornja skala konstanta će biti K = 600V / 6 podeoka = 100 volti po podeoku. Očitavamo 1,7 podeoka, α = 1,7. Rezultat merenja je K * α = 170 V. Ako međutim izaberemo donju skalu konstanta će biti 600 / 30 = 20. Očitavamo 8,5 podeoka pa je rezultat 20 * 8,5 = 170 V. Rezultat je isti, možemo dakle gledati i donju skalu. Ipak, posle merenja će ostati dilema da li smo dobro procenili 8,5 podeoka? Možda je ipak procena pogrešna, možda je tačna procena 8,4 ili 8,6 podeoka? slika 3 slika 4 Pošto je mereni napon 170 V to znači da možemo smanjiti domašaj i prebaciti preklopnik u položaj 300 V. Dobićemo veće skretanje kazaljke i verovatno tačnije merenje. Dakle, na sledećoj slici ( slika 4 ) domašaj je 300 V. Naravno da će mo gledati u donju skalu sa 30 podeoka pa će konstanta biti 300 V / 30 pod = 10 V/pod. Očitavamo 17 podeoka, što pomnoženo sa konstantom 10 daje 170 V. Ako smo skloni komplikovanju stvari možemo izabrati i gornju skalu sa 6 podeoka. Tada konstanta neće biti 10, nego 300 / 6 = 50. Broj podeoka koji instrument pokazuje na ovoj skali je 3,4 pa da bi došli do rezultata treba pomnožiti 50 * 3,4 = 170 V.
MERENJE NAPONA UNIMEROM Instrument se pretvara u voltmetar tako što se veliku kružni preklopnik postavi na područje označeno slovom V. Zavisno od toga da li merimo jednosmerni ili naizmenični napon mali preklopnik se postavi levo ili desno na odgovarajuću oznaku ( = ili ). Merenje se obavezno počinje sa najvećeg domašaja. Na taj način se sprečava uništenje instrumenta koje je lako moguće ako se merenje počne na malom domašaju a napon bude veći od očekivanog. U tom slučaju kazaljka naglo skreće, može da se iskrivi ili ispadne iz ležišta a u opasnosti je kalem u kretnom sistemu. Osigurač (ako postoji) i zaštitne diode nisu uvek dovoljno sigurna zaštita. Ako je skretanje kazaljke malo, ili se uopšte ne primeti, može se postepeno i vrlo oprezno smanjivati domašaj dok kazaljka ne skrene toliko da omogući normalno očitavanje. Biramo skalu u koju će mo gledati, određujemo konstantu instrumenta i očitamo skretanje kazaljke. Broj podeoka koji smo očitali množimo sa konstantom i dobili smo mereni napon. Na osnovu dobijenog rezultata videćemo da li se može još smanjiti merni opseg. Ako se meri jednosmerni napon tačka većeg potencijala ( ili npr. + baterije ) mora se dovesti na priključak +VAΩ. Ako se ovde pogreši kazaljka će skretati na pogrešnu stranu ( levo ). Kada se meri naizmenični napon ne mora se voditi računa o priključcima, ispravljač u instrumentu obezbeđuje da kazaljka uvek skreće udesno. Voltmetar se vezuje paralelno elementiu na kome merimo napon. Unutrašnji otpor voltmetra je veoma veliki ( u idealnom slučaju beskonačan ) tako da kroz voltmetar praktično ne protiče struja. PRIMER : VEŽBA 1 Merenje napona akumulatora U nekoliko narednih slika biće objašnjen način i rezultati merenja napona akumulatora. slika 5
Slika 6 Domašaj je smanjen na 500 V ali skretanje kazaljke je i dalje malo. Ako izaberemo skalu sa pet podeoka konstanta je 100 V / pod. Očitavamo nešto više od 0,1 podeok ali teško je proceniti da li je to 0,11 0,12 ili 0,13. Kada to pomnožimo sa 100 rezultat može biti između 11 V i 13 V, što zavisi od subjektivne procene. Očigledno je da se na ovom području ne može izvršiti tačno merenje pa ponovo smanjujemo domašaj. Slika 7 Na domašaju 150 V logično je gledati u crnu skalu sa 15 podeoka da bi rezultat očitavanja pomnožili sa konstantom 10. Očitavamo nešto više od 1,2 podeoka, recimo da je procena 1,25 što znači da je napon oko 12,5 V. PAŽNJA!!! Najčešća đačka greška je da ovde očitaju 1,1 podeok previdi se činjenica da ovde između jedinice i dvojke nema devet crtica nego samo četiri!! Naravno sledeći logičan potez je novo smanjenje domašaja. Sledeći domašaj na instrumentu je 50 V, veći je od merenog napona, što znači da bez bojazni prebacujemo preklopnik na belu brojku 50.
Slika 8 Na domašaju 50 V izborom skale sa pet podeoka konstanta je 50 / 5 = 10. Sada već sa mnogo većom sigurnošću očitavamo 1,25 podeoka odnosno 12,5 volti. Slika 9 Na domašaju 15 V na crnoj skali od 0 do 15 podeoka praktično direktno očitavamo napon. Na ovom području vidi se da je mereni napon zapravo 12,6 V. Ovo merenje je očigledno i najtačnije, kao što se vidi uopšte nije teško izvršiti dobre procene sa tačnošću od 0,1 volt. S obzirom da je sledeći raspoloživi domašaj 5 V a mereni napon je veći od njega smanjenje domašaja na 5 V ne dolazi u obzir! Mora se reći na kraju da je preporučljivo napone akumulatora i baterija meriti kada su oni opterećeni. Ponekad zbog tzv. memorijskog efekta izmereni napon je sasvim u redu ali sledi neprijatno iznenađenje kada uključimo potrošač izvor je zapravo prazan. Konkretno, dok merimo napon akumulatora treba ga opteretiti nekim potrošačem, npr. uključiti svetla na automobilu.
VEŽBA 2: Merenje naizmeničnog napona u kućnoj priključnici slika 10 Priključni kablovi ( pipalice ) su dobro izolovani tako da nema opasnosti od strujnog udara naravno, ako ne dodirujemo metalne vrhove pipalica. Napon u priključnici je naizmenični pa mali preklopnik mora biti prebačen ulevo. I sama oznaka je crvena, što znači da se pri merenju naizmeničnih veličina koriste crvene skale a najveći domašaj je crvena 1000. Na crvenoj skali sa 10 podeoka ( konstanta je 100 V/pod ) očitavamo 2,2 podeoka, tj. 220 V. Mereni napon je manji od sledećeg domašaja od 300 V, pa će mo za tačniji rezultat prebaciti preklopnik na položaj 300. Na slici 11 vidimo da na skali sa 30 podeoka ( konstanta 10 ) kazaljka stoji na dvadeset trećem podeoku, što znači da je napon ustvari 230 V. S obzirom da su dozvoljena odstupanja napona gradske mreže do 10 %, izmereni napon je sasvim o.k. Kada se mere naizmenične struje i naponi kazaljka će uvek skretati u pravom smeru bez obzira gde se stavi koja pipalica, što je zasluga ispravljača u instrumentu. slika 11
MERENJE STRUJE UNIMEROM Ampermetar se u strujno kolo vezuje redno. Unutrašnji otpor ampermetra u idealnom sličaju je jednak nuli a i u stvarnosti je vrlo mali, da ne bi menjao stanje u kolu. Unimer se pretvara u ampermetar postavljanjem velikog preklopnika na područje obeleženo slovom A. Merenje se počinje obavezno na najvećem domašaju, koji po potrebi veoma oprezno smanjujemo. Mali preklopnik se postavi na odgovarajuću oznaku za vrstu struje koja se meri. Ako se ukaže potreba za smanjenjem domašaja prvo se struja mora prekinuti na nekom prekidaču ili isključenjem napajanja, pa tek onda se preklopnik postavi u drugi položaj i prekidač se ponovo uključi.. Na ovaj način se sprečava da se struja prekida na kontaktima preklopnika i da on bude oštećen varničenjem. + slika 12 U praksi će biti retke situacije kada će se koristiti ampermetar. Često je nepraktično prekidati strujno kolo i redno u njega ubacivati instrument naime, treba raskačiti postojeću vezu, ponekad se bukvalno mora preseći žica ili odlemiti element iz uređaja. Pri proveri elektronskih sklopova često nam je potreban podatak ima li struje kroz neki element npr. tranzistor ili otpornik, i kolika je ona. Da se ne bi odlemljivao otpornik i lemile dve žice za vezu sa ampermetrom, ( a po završetku merenja sve vraćalo na staro ) mnogo je praktičnije rešenje izmeriti napon na otporniku. Za merenje napona ništa se ne mora raspojiti, pipalice se stave na krajeve otpornika i time je ostvarena paralelna veza voltmetra. Kada se zna napon na krajevima otpornika podelićemo napon sa vrednošću tog otpora ( koja je zahvaljujući obojenim prstenovima poznata ) i tako smo saznali ima li struje kroz njega i kolika je. slika 13
MERENJE OTPORA UNIMEROM Veliki procenat merenja, možda i 90% su merenja otpora. Merenjem otpora grejača, prekidača namotaja motora i transformatora itd.. kao i nekih elektronskih komponenata može se doći do zaključka o ispravnosti delova uređaja bez prisustva napona i bez opasnosti po rukovaoca. Veliki preklopnik treba prebaciti u jedno od područja označenih sa Ω a mali preklopnik udesno. Analognim instrumentima za merenje struje i napona nije potreban sopstveni izvor napajanja. Međutim, za merenje otpora baterija je neophodna. Većina instrumenata koristi jednu ili dve baterije od 1,5 V. Instrument praktično kroz mereni otpor (preko preklopnika i pipalica) propušta struju iz baterije pa će kazaljka više skretati pri merenju manjih otpora. Zbog toga su način merenja otora i omska skala drugačiji nego kada se meri struja i napon. Očitavanje vrednosti otpora vrši se na posebnoj crnoj skali. Ova skala je drukčija od ostalih jer je obrnuta, tj. nula se nalazi na desnoj strani a na levoj strani je. Osim toga razmak između podeoka nije isti, prvi podeoci su dosta razmaknuti a zatim gledajući nalevo razmak je sve manji, da bi pri kraju bili toliko zbijeni da je tačno očitavanje nemoguće. Slika 14 Pre upotrebe ommetra treba priključke instrumenta kratko spojiti. Kazaljka mora skrenuti do kraja, odnosno mora pokazati nulu. Ako nije došla do nule, ili je možda prešla još udesno od nule, njen položaj se koriguje, tj. postavi se na nulu okretanjem okruglog dugmeta. Ovo podešavanje mora da se vrši povremeno zbog starenja i trošenja baterije u instrumentu. Vrednost merenog otpora se dobije kada se očitani broj podeoka pomnoži sa brojem koji pokazuje veliki preklopnik. Merenje otpora se ne mora početi sa najvećeg domašaja. Veliki preklopnik se postavi na više područja, a zadrži se u položaju na kome kazaljka stoji otprilike negde između 1/2 i 2/3 skale jer je u tom delu očitavanje najtačnije. Ovo će se najbolje videti u konkretnom primeru.
PRIMER: VEŽBA 4 Merenje otpora od 180 Ω na različitim položajima preklopnika slika A slika B slika C slika D Na slici 15 A je položaj kazaljke pri merenju otpora 180 oma kada je preklopnik na položaju X1. Tačan broj podeoka je teško odrediti jer na malom rastojanju je čak 100 podeoka. Broj podeoka koji procenimo ( dakle, oko 180 ) množi se sa 1 pa je rezultat merenja oko 180 Ω. Ako se preklopnik pomeri u položaj X10 ( slika B ) kazaljka pokazuje 18 podeoka, vidi se da ne postoji dilema da li je broj podeoka 17, 18, 19 ili možda 17,5... Ovih 18 podeoka pomnoži se sa deset kao što pokazuje preklopnik, dakle rezultat je 180 Ω. Ako bi isti otpor pokušali izmeriti na području X100 bio bi veliki problem proceniti da li kazaljka pokazuje 1,7 1,8 ili 1,9 podeoka. Naprimer ako procenimo da je u pitanju 1,7 podeoka, kada se to pomnoži sa 100 pravi se greška od 10 oma iako procena uopšte nije bila loša. Na slici D se vidi da je merenje ovog otpora na području X1k praktično nemoguće. Biće dobro ako uopšte primetimo da rezultat nije 0 oma, a kamo li očitati 0,18 podeoka koje pokazuje kazaljka. Moguća greška prilikom merenja otpora nastaje kada se rukama pridržava otpornik koji se meri. Tako se paralelno merenom otporu dodaje otpor sopstvenog tela i rezultat je manji od prave vrednosti. Ovo je naročito izraženo na području X1k. Greška je takođe moguća ako se meri vrednost otpornika koji je zalemljen na štampanu ploču. Uticaj drugih elemenata vezanih paralelno tom otporu takođe smanjuje rezultat merenja. VEŽBE: Izmeriti otpore više otpornika i uporediti rezultat merenja sa vrednošću dobijenom čitanjem obojenih prstenova. Izmeriti otor grejača i prekidača. Izmeriti a zatim proračunati otpor sijalice snage 100 W. Objasniti neslaganje rezultata.
DIGITALNI INSTRUMENTI Sve što je rečeno o analognim instrumentima u vezi načina priljučenja u kolo, unutrašnjeg otpora i načina merenja (početak merenja se najvećeg domašaja) važi i za digitalne instrumente. Kod digitalnog instrumenta očitavanje merene veličine je mnogo lakše i tačnije. Vrednost se direktno očita na displeju, dakle nema dilema oko izbora skale, određivanja konstante instrumenta i množenja sa njom, i nema subjektivnih grešaka pri očitavanju broja podeoka. Ako je merena veličina veća od domašaja instrument će to verovatno "preživeti" a grešku će signalizirati ispisivanjem cifre "1" na prvom mestu. Nije osetljiv ni na zamenu priključaka "+" i "-", pokazaće tačnu vrednost uz ispisivanje minusa ispred rezultata merenja. Ipak, zbog načina indikacije ovaj instrument nije pogodan za praćenje promene merene veličine. Na slici je instrument koji se kod nas može lako nabaviti. Ima sasvim zadovoljavajuću tačnost i kvalitet s obzirom na neverovatno nisku cenu, ispod 5 eura. Brojevima su obeleženi: 1.) PREKLOPNIK U zavisnosti od njegovog položaja, ovim instrumentom se može meriti: DCV jednosmerni napon ACV naizmenični napon DCA jednosmerna struja 10A jednosm. struje do 10 A Ω - merenje otpora - provera dioda hfe - područje koje omogućava da se proveri tranzistor koji se postavi u odgovarajuće podnožje OFF isključen instrument 2.) DISPLEJ - Ovaj instrument ima 3 1 / 2 cifre, što znači da prva cifra, ako je ispisana, može biti samo jedinica. Na njemu postoji indikacija negativnog polariteta, istrošenosti baterije i visokog napona. Bolji instrumenti ispisuju i merenu veličinu ( V, mv, ma... ), imaju pozadinsko osvetljenje displeja, a neki imaju i "traku" koja imitira skalu analognog instrumenta. Znak na displeju signalizira da je merena veličina veća od domašaja. To je i oznaka za beskonačan otpor. slika 16 3.) PRIKLJUČAK COM masa, tj. minus ampermetra, voltmetra i ommetra. 4.) Priključak za merenje napona, otpora i struje do 200 ma. 5.) Priključak koji se koristi za merenje velikih jednosmernih struja do 10 A. 6.) Podnožje za testiranje pojačanja tranzistora h fe.
VEŽBE Primeri merenja koja se mogu obaviti na časovima praktične nastave u pripremi Dakle, posve svega može se reći samo: MERENJE UNIMEROM UOPŠTE NIJE TEŠKO!!!