Ostatnio pisałem na temat wyboru pierwszego multimetru w artykule „Multimetr dla początkującego – jaki kupić?”. Dziś skupimy wykorzystaniu sprzętu pomiarowego w praktyce. Zajmiemy się pomiarem napięcia elektrycznego, skoncentrujemy się na prostszym przypadku, czyli na napięciu stałym. Pokażę w jaki sposób poprawnie wykonywać pomiar, a także jak sobie radzić, gdy wykonujemy pomiary np. na płytce stykowej. Jak mierzyć napięcie elektryczne? Na co trzeba uważać? Co się stanie gdy pomylimy przysłowiowy „plus” z „minusem”? Tego dowiesz się w dzisiejszym artykule. Zapraszam do lektury.
Napięcie elektryczne – kilka słów przypomnienia
Zabierając się za pomiary napięcia elektrycznego warto wiedzieć czym ono właściwie jest. Jeśli wiesz czym jest napięcie elektryczne i czym różni się napięcie stałe od przemiennego, to śmiało możesz przejść do następnego akapitu. W przeciwnym wypadku warto byś pochylił się nad lekturą artykułu: „Plus i minus – rzecz o napięciu elektrycznym”.
W tym miejscu małe streszczenie tego, co najważniejsze 🙂
Definicja
Napięcie elektryczne to nic innego jak różnica potencjałów pomiędzy dwoma punktami. Przykładowo pomiędzy dwoma punktami w obwodzie elektronicznym, albo pomiędzy zaciskami (+ i -) baterii czy też akumulatora samochodowego. Nie możemy zmierzyć potencjału pojedynczego punktu, mierzymy zawsze różnicę potencjałów, czyli napięcie elektryczne. Proste.
Dla przypomnienia. Jednostką napięcia elektrycznego jest wolt oznaczany dużą literą „V”. Najczęściej spotykamy się z wartościami napięć od mikrowoltów przez pojedyncze wolty, aż do kilowoltów. Dla ułatwienia zrobiłem małą „ściągę” w postaci poniższej listy.
- mikrowolt (µV), czyli 0.000001V
- miliwolt (mV), czyli 0.001V
- wolt (V), czyli 1V
- kilowolt (kV), czyli 1000V
Jeśli chodzi o oznaczenie literowe samego napięcia (nie jednostki!), to zazwyczaj używana jest duża litera U. W przypadku gdy wartość napięcia elektrycznego wynosi dwadzieścia trzy wolty, możesz to zapisać w ten sposób: U=23V, dla pięciu tysięcy wolt będzie U=5kV, z kolei dla dwóch miliwoltów U=2mV. I tak dalej, i tak dalej.
Kierunek prądu elektrycznego
W którą stronę płynie prąd? Pozwolę sobie zacytować w tym miejscu fragment jednego z poprzednich wpisów:
- umowny kierunek prądu elektrycznego to ten od bieguna dodatniego
do bieguna ujemnego, od „plusa” do „minusa” - rzeczywisty kierunek ruchu elektronów jest przeciwny – od „minusa”
do „plusa” (ma to związek z ujemnym ładunkiem elektrycznym samego elektronu – wiesz, tam gdzie „więcej minusów, tam jest… minus”)
Dziś interesuje nas ta pierwszy punkt, który mówi o „umownym kierunku przepływu prądu elektrycznego”. Od plusa do minusa.
Czym jest napięcie stałe?
Krótko mówiąc napięcie stałe to takie, którego wartość jest stała, nie zmienia się z upływem czasu. Z takim napięciem spotkasz się np. w samochodzie (akumulator samochodowy). Sieć elektryczna 230V to już napięcie przemienne.
Pomiar napięcia elektrycznego – na czym polega?
Pomiar stałego napięcia elektrycznego jest bardzo prosty. Należy pamiętać o kilku rzeczach:
- prąd płynie od plusa do minusa (jest to umowny kierunek)
- czarny przewód pomiarowy zawsze wkładaj do gniazda COM
- czerwony przewód pomiarowy kojarz z „plusem”, wyższym potencjałem
- pamiętaj, że woltomierz podłączasz do obwodu równolegle
- jeśli posiadasz multimetr z ręczną zmianą zakresów pomiarowych ustaw najwyższy dostępny zakres
- nie mierz napięcia przemiennego na zakresie dla napięć stałych
- chroń ręce, sondy pomiarowe są często zakończone ostrymi szpilkami, uważaj, by się nie pokaleczyć
To tak w skrócie, za chwilę rozwinę temat. Jeśli masz coś do dodania, to śmiało, pisz w komentarzu pod artykułem.
Podam teraz mały przepis na pomiar napięcia elektrycznego. Chodzi napięcie stałe. Zaczniemy od multimetru z automatycznie przełączanymi zakresami pomiarowymi.
- Wyjmij multimetr z pudełka i wsadź baterie 🙂
- Podłącz przewody pomiarowe do odpowiednich gniazd. Czarny do gniazda COM, natomiast czerwony do gniazda przeznaczonego na pomiar napięcia.
- Jeśli Twój multimetr posiada funkcję „testu ciągłości” (tzw. „brzęczyk”), to ustaw go i zewrzyj ze sobą końcówki sond pomiarowych, by upewnić się czy nie są w jakiś sposób uszkodzone. Jeśli multimetr „zapiszczy” to znak, że wszystko jest ok. Jeśli natomiast nie masz możliwości sprawdzenia w ten sposób… To przejdź do kolejnego punktu. Nie wszystko stracone 😉
- Nie masz „testu ciągłości”? Nie martw się Twój multimetr z pewnością posiada miernik rezystancji, czyli omomierz. Zewrzyj ze sobą końcówki sond. Jeśli multimetr wskazuje ok. 0.00Ω to wszystko jest pod kontrolą (przykładowo Sanwa PC5000a wskazała 0.07Ω, natomiast UNI-T UT20B wskazał 0.1Ω).
- Wszystko pod kontrolą? No to idziemy dalej. o. Jeden – oznaczony mV – przeznaczony jest do pomiaru małych napięć, natomiast drugi – oznaczony V – pozwala na pomiar napięcia stałego o maksymalnej wartości 1000V (1kV).
- Dla przykładu chcę zmierzyć napięcie na wyjściu zasilacza laboratoryjnego – ustawię więc zakres oznaczony „V”.
- Podłączam końcówki przewodów do wyjścia zasilacza. Odpowiednio: czerwona do plusa, czarna do minusa.
- Na zasilaczu ustawiam 12V.
- Multimetr wskazuje 12.007 V. Różnica pomiędzy wskazaniem na wyświetlaczu zasilacza a multimetrem jest w tej chwili nieistotna. Nie przejmuj się tym. Na koniec możesz z uśmiechem powiedzieć, że wykonałeś swój pierwszy pomiar 😀
Żeby tradycji stało się zadość czas na „przepis na pomiar” przy użyciu multimetru z ręcznym przełączaniem zakresów pomiarowych. W sumie robisz to samo, co w punktach 1-4, później jest nieco inaczej. Mała uwaga do punktu „4” – jeśli do sprawdzenia przewodów pomiarowych używasz omomierza, to ustaw zakres pozwalający na pomiar pojedynczych omów. Idziemy zatem dalej…
- Wykonaj opisane wcześniej punkty od 1 do 4. 🙂
- Ustaw miernik na zakres służący do pomiaru napięcia stałego. Dla pewności ustaw najwyższy dostępny zakres – w moim przypadku jest to zakres do 300V.
- Znowu za przykład posłuży nam pomiar napięcia na wyjściu zasilacza laboratoryjnego. Podłączam zatem końcówki przewodów do odpowiednich wyjść zasilacza. Konkretnie: czerwony przewód do plusa, czarny do minusa. Proste.
- Na zasilaczu ustawiam sobie wartość napięcia wynoszącą 9.56 V.
- Na ekranie miernika uniwersalnego odczytuję 9 V. Jako, że ustawiliśmy najwyższy zakres pomiarowy (do 300 V) wartość ta nieco odbiega od tego, co widzimy na zasilaczu. Przełączmy zatem multimetr na niższy zakres. W tym wypadku jest to 200 V.
- Mamy teraz dokładniejszy odczyt, czyli 9.5 V. Zejdźmy jeszcze niżej. Zakres 20 V będzie odpowiedni do pomiaru napięcia rzędu 9.56 V.
- Ok. Wynik 9.54V zgadza się mniej więcej z tym, co widzimy na zasilaczu (9.56V).
Czegoś nie zrozumiałeś? Coś jest niejasne? Pisz w komentarzu pod artykułem. Postaram się pomóc.
Mierzymy napięcie baterii
Przejdziemy teraz do praktycznych, a zarazem prostych przykładów, które pozwolą na „przetrenowanie” tego, co opisałem powyżej. Na pierwszy ogień pójdzie pomiar napięcia zwykłych ogniw elektrycznych, zwanych po prostu – bateriami 🙂 Zmierzymy kilka rodzajów baterii: 9V, 4.5V oraz 1.5V. Dwoma multimetrami rzecz jasna (raz jednym, raz drugim). Tym razem jednak nie będzie zdjęć, tylko materiał filmowy (jak to mówią „pierwsze koty za płoty” 😀 ).
Pomiar napięcia elektrycznego na płytce stykowej
Drugi z przykładów dotyczy pomiaru napięcia, gdy mamy do czynienia z układem zmontowanym na płytce stykowej (z ang. „breadboard”). Dla celów tego artykułu zmontowałem prosty „migacz LED” oparty o popularny układ NE555.
Rzut oka na oscyloskop
Przebieg napięcia na zasilaniu…
Układ zasilamy napięciem stałym, ale na samym zasilaniu widać moment, w którym dioda przygasa.
Przebieg napięcia na diodzie LED…
Na samej diodzie mamy „typowo” zmienne napięcie 🙂 Górny stan, czyli ok. 2V, to chwila, przez którą dioda świeci.
Warto zajrzeć, czyli kilka linków na koniec…
To już prawie koniec. Podrzucam Ci jeszcze dwa linki, warto tam zajrzeć.
Podsumowanie
To tyle na dziś. Podobało Ci się? Masz jakieś uwagi, pytania, albo sugestie? Śmiało, pisz w komentarzu pod artykułem. Już niebawem kolejny wpis dotyczący podstawowych pomiarów w elektronice. Tym razem zajmiemy się pomiarami prądu stałego. Jednocześnie zachęcam Cię do polubienia i śledzenia profilu elektroniczny.eu na Facebooku.
Zdjęcia: nagłówkowe, 1