Az elektromos áram és feszültség mérése

Gyakorlati alkalmazásokban áramokat és feszültségeket kell mérjünk. Ahhoz, hogy ne kelljen e két mennyiség mérésére külön készülékeket használjunk, a mérésre szolgáló áramköröket e 858i83i gy műszerbe építik be, ezt alapműszernek nevezzük. Típusukat tekintve többfélé lehetnek. Alapfelépítésüket tekintve a műszerek egy maximális áram () és egy maximális feszültség () mérése alkalmasak. Innen kiszámíthatjuk az alapműszer saját ellenállását (továbbiakban belső ellenállás).

Ez azonban nem megfelelő a gyakorlati alkalmazásoknál, mivel áramok és feszültségek széles határok között változhatnak egyazon áramkörön belül is. Célszerű tehát olyan mérőeszköz készítése, amely széles határok között alkalmazható legyen feszültség- illetve árammérésre. Ehhez szükséges az alapműszer méréshatárának kiterjesztése, melyet az áram- illetve feszültségmérés esetében külön-külön megvizsgálunk a továbbiakban.

1. Az elektromos áram mérése. A méréshatár kiterjesztése (söntölés)

Az elektromos áramot ampermérők segítségével mérjük, melyeket mindig sorba kötünk be abba az áramköri ágba, amelyben az áram értékét szeretnénk megmérni. Természetesen ezzel megváltoztatjuk az áramkörben folyó áramokat, illetve feszültségeket, hiszen nem tudunk olyan mérőeszközt készíteni, amely egyáltalán nem rendelkezik ellenállással. Ideális esetben az ampermérő belső ellenállás nulla, ezt az esetet tekintjük az alábbiakban, a valóságban pedig a lehető legkisebb belső ellenállású műszer használatára kell törekednünk.

A feladat megoldásához egy áramosztót kell készítenünk, melyet a 3.33.a ábra szemléltet. A méréshatár kiterjesztéséhez olyan ellenállást kell párhuzamosan kössünk az ampermérővel, amely a leosztás után azon maximálisan áram áthaladást teszi lehetővé.

a) b)

3.33 ábra

A Kirchhoff-törvényekkel meghatározhatjuk a söntellenállás értékét:

ahol n a mérendő és az alapműszerrel mérhető maximális áram erősségének hányadosa (). Az analóg multiméterekben a 3.33.b ábrán láthatóhoz hasonló kapcsolást alkalmaznak a méréshatár kézi kapcsolóval történő változtatásához.

2. Az elektromos feszültség mérése. Előtét ellenállás használata. Voltonkénti belső ellenállás

Feszültséget voltmérőkkel mérünk. Általában a feszültségmérő egységet ugyanabba a tartóba szerelik, mint az ampermérőket, és egy kapcsoló segítségével változtatjuk a mérőműszer üzemmódját (digitális műszereknél a kapcsolás automatikusan történik). A voltmérőket mindig párhuzamosan kötjük annak az áramköri résznek a sarkaira ahol a feszültséget kell meghatározzuk. Ideális esetben a voltmérő belső ellenállása végtelen nagy kell legyen ahhoz, hogy rajta ne folyjon át áram, amely a mérés meghamisításához vezet. Természetesen ilyen mérőműszert nem tudunk készíteni, viszont az alkalmazásokkor törekednünk kell arra, hogy minél nagyobb belső ellenállású műszerrel mérjünk feszültségeket. Ugyanúgy, mint az árammérésnél, az alapműszer méréshatárát ki kell terjesszük ahhoz, hogy minél használhatóbb készüléket állítsunk elő.

a) b)

3.34 ábra