Innehåll. Mätuppgift Belastningseffekter...30 Allmänt om belastning vid spänningsmätning

Transkript

1 Innehåll Studietipps...1 Mätövningar.2 Hur man mäter, material för mätövningar Multimetern...4 Allmänt om användning och inställning Mätuppgift Resistorer, resistansmätning...6 Begreppet resistans, färgkod, standardvärden, potentiometern, resistansmätning Mätuppgift Ledningsresistans... 8 Ledare, isolatorer, resistivitet Mätuppgift Spänning och spänningsmätning... Begreppet spänning, batterier, spänningmätning Mätuppgift Spänningsaggregat...12 Allmänt om användning och inställning Mätuppgift Ström och strömmätning...14 Strömbegreppet, strömriktning, strömmätning Mätuppgift Ohms lag...16 Referenspilar, beteckningar, Ohms lag, enheter, I / U-grafer Mätuppgift Övningsuppgifter...18 Seriekretsar...2 Seriekopplade resistorer, ersättningsresistans Mätuppgift Spänningsdelning...22 Delspänningar, justerbara spänningsdelare Mätuppgift Strömgrening...24 Strömmar i parallellkretsar, Kirchhoffs strömlag, spänning över parallellkretsar Mätuppgift Övningsuppgifter Parallellkretar...28 Ersättningsresistans, specialfall Mätuppgift Belastningseffekter...3 Allmänt om belastning vid spänningsmätning Mätuppgift Energi och effekt...32 Energi, effekt, gränsvärden Mätuppgift Övningsuppgifter...34 Spänningskällor...36 Ideala och verkliga spänningskällor, kortslutning, inre resistans, emk Mätuppgift Effektanpassning...38 Effektmätning, anpassning Mätuppgift Övningsuppgifter...4 Kondensatorn...42 Kapacitans, märkning, RC-kretsars upp- och urladdning, tidskonstant Mätuppgift Magnetiska grundbegrepp...46 Permanentmagneter, fältlinjer, fältbilder, elektromagnetism, den magnetiska kretsen, elektriska - magnetiska likheter Reläer och reläkopplingar...48 Funktion, reläsymbolen, användning av reläer, huvud- och styrkrets Mätuppgift Induktion... Inducerad emk, transformatorprincipen, induktans, motemk, generatorprincipen Mätuppgift äxelspänning...52 Generering av växelspänning, vågdiagram, polaritet och strömriktning, definitioner, växelström i resistiva kretsar, mätvärden Övningsuppgifter...54 Transformatorn...56 Transformatorns spännings- och strömomsättning, förluster, impedanstransformering Övningsuppgifter...58 Facit till övningsupgifterna...59

2 Studietips Författaren har ordet Detta är i första hand ett läromedel för likströmslära, men det ingår även en introduktion till växelströmsläran. De flesta av bokens avsnitt omfattar ett mittuppslag. En sida teori och en sida praktiska mätuppgifter som bekräftar teorisidans innehåll. Teorisida Ett avsnitt Mätuppgift Mätuppgifterna är i form av steg-för-steganvisningar samtidigt som de är mätprotokoll för mätresultaten. Det går naturligtvis att läsa enbart teorisidorna, men det är både roligt att koppla och mäta. Dessutom aktiveras flera minnesfunktioner. I de första avsnitten introduceras ämnesbegrepp och vokabulär med ett minimum av matematik, medan det i övriga avsnitt ingår beräkningsexempel. Övningsuppgifter för analys och beräkning finns i avpassad mängd som komplement till teoriavsnitten. Hur man studerar ellära Flera av ellärans viktigare samband åskådliggörs med matematik, men också med korta verbala satser. Särskilt viktiga ord eller meningar är därför understrukna för att visa deras betydelse. Det är t ex viktigt att säga att: spänning finns över komponenter eller mellan två punkter och att ström flyter genom komponenter. Det kan tyckas trivialt, men det är ett mycket vanligt nybörjarfel att blanda samman orden över och genom när man talar om spänning och ström. Det gör att man tänker fel. Ett inslag i alvarligt menade studier bör vara att lära sig de kursivt skrivna satserna i kombination med grundliga genomgångar av visade beräkningar. Övningsuppgifter Kopieringsförbud Det är förbjudet att helt eller delvis kopiera och sprida detta verk utan författarens skriftliga medgivande.

3 Mätövningar Hur man mäter Experimentkretsarna kopplas med lösa komponenter på en kopplingsplatta (Bread Board) för lödfria anslutningar. De komponenter som ska kopplas samman (förbindas) i en experimentkrets ansluts till varandra genom att de sticks ner i hålen. Alla hål som är förbundna med en linje är en kopplingspunkt, t ex rad 1 (ABCDE). Anslutning av spänningsmatning görs med labsladdar med 4 mm:s banankontakter till kortets labhylsor, som i sin tur ansluts med enkeltråd (EKUX,28mm 2 ) till kortets kopplingspunkter. Rad 1 (FGHIJ) är en annan helt separat kopplingspunkt. Räknar man hålen i de vertikala kopplingspunkterna ser man att det går att koppla samman 5 komponenter eller ledningar i varje kopplingspunkt. På samma sätt har de 8 horisontala kopplingspunkterna plats för 25 anslutningar. För direkt anslutning av mätinstrument rekommenderas lätta mätkablar och testpinnar så att komponenterna inte lossnar från plattans anslutningspunkter.

4 Material för mätuppgifter För alla mätuppgifter 1 Kopplingsplatta för lödfri anslutning 2 Multimetrar 1 Spänningsaggregat eller 12 nätadapter Mätuppgift nummer: 1: 1 Multimeter 2: Resistorer Ω, 12, 1, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82Ω 3: Ledning m / 1,5mm 2 4: 3 x 1,5 batterier 5: 1 Likspänningsaggregat 1 resistor 1kΩ 6: Resistorer 47Ω, 56Ω, 68Ω 7: Resistorer 56Ω, Ω, Ω 8: Resistorer Ω, Ω, 18Ω, Ω, 33Ω, 47Ω 9: Resistorer 12Ω, 18Ω, 22Ω, 33Ω, 47Ω, 82Ω Potentiometer Ω 12: Resistorer 3 x MΩ, 3 x kω, 3 x 1kΩ 13: Resistorer 1kΩ, Ω, 47kΩ, Ω 14: 1 batteri 1,5, 1 resistor Ω 15: Resistorer Ω, 22, 33, 47, 56, 68, 82,, 12, 1, 18, 22, 47, 82, Ω 16: 1 Resistor 22kΩ, 1 kondensator µf 17: 1Relä 12 eller 24, 3 kontakter 2 Lampor 12 eller 24 Strömställare: 1 slutande och 1brytande (går att ersätta med kopplingssladd som kopplas till och från på kopplingsplattan) 18: 1 P-rör 3 4cm långt 1 Stavmagnet som kan falla genom Pröret 2 Järnstång x mm eller skruvar och/eller spikar 1 Provmagnet (liten kompass) 1 Transformator 23/12 Inköpsställen Detaljister inom elektronikområdet, t ex Elfa, Kjell & Company, Clas Ohlson med flera. : Resistorer 1kΩ, 1,2kΩ, 1,8kΩ 11: Resistorer 1kΩ, 1,8kΩ, 3,3kΩ

5 Multimetern Allmänt Multimetern är det vanligaste och mest använda instrumentet i elektriska mätsammanhang. Mätfunktioner Oavsett fabrikat har multimetrar minst tre mätfunktioner i samma instrument; spännings-, ström- och resistansmätning. En del modeller har även mätfunktioner för kapacitans, induktans och frekvensmätning. Omkoppling till de olika mätfunktionerna och mätområdena görs med en funktionsomkopplare. Avläsning av mätresultat Inställningen av funktionsomkopplaren bestämmer vad som ska mätas och vad som är högsta möjliga mätvärde. Är funktionsomkopplaren ställd så att den pekar mot 2 på DC olt-området kan man mäta likspänningar på högst 2 (volt). Hade funktionsomkopplaren istället pekat på hade det inneburit att det gått att mäta högst. Är man osäker på vilket mätområde som skall användas, bör mätningen påbörjas på det högsta mätområdet. Därefter justeras till lägre mätområde, det ger större noggrannhet. Polaritet Multimetern bör också anslutas med rätt polaritet, dvs att rätt mätsladd kopplas till mätobjektets plus-och minussida. Blir det fel är indikeras detta med ett minustecken eller på annat sätt i sifferfönstret. anligt nybörjarfel Ett vanligt nybörjarfel, som är värt att lägga på minnet, är att inte använda multimetern för spänningsmätning då den är inställd för strömmätning. Det brukar resultera i att en inbyggd säkring brinner av. Instrumentet skyddas, men det är förargligt att behöva skruva isär multimetern för att byta säkringen.

6 Mätuppgift 1 Undersök den eller de multimetrar du har tillgång till. Anteckna vilka mätområden som finns för resistans-, spännings- och strömmätning. Notera också om det finns andra mätmöjligheter, t ex frekvens, kapacitans och induktans. Resistansmätning Strömmätning Spänningsmätning Andra mätfunktioner

7 Resistorer och resistansmätning Resistorn som är en vanlig komponent i elektriska kretsar är ett hinder för ström. Egenskapen kallas resistans, har storhetsbeteckningen R och mäts i enheten ohm (. För att ange resistor-och toleransvärdet används en färgkod. Den består antingen av fyra eller fem färgband. Placering och färg hos respektive band avgör betydelsen så som illustreras nedan. Exempel: Brun = 1, Grön = 5, Svart = x 1, Guld = +/- 5% E6-serien: -Ω, 15, 22, 33, 47 och 68Ω. E6-serien:-Ω, 1, 22, 33, 47 och 68Ω E12-serien: -Ω, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82Ω E12-serien:-Ω, 12, 1, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82Ω Potentiometern Potentiometrar är resistorer med tre anslutningar. Mellan de två sidanslutningarna, A och C, finns ett fast resistansvärde. Mittuttaget B, är anslutet till en glidkontakt som flyttas då potentiometeraxeln vrids. Ändras glidkontaktens läge ändras resistansvärdena mellan mittuttaget och sidanslutningarna. Är t ex värdet mellan A-C och 3 mellan A-B, är värdet 7 mellan B-C. Resistorvärden på och därutöver anges med beteckningen k (kilo = ), t ex 47 = 4,7 k. 1 och mer anges som M (Mega = ) t ex 39 = 3,9M Resistorer tillverkas i så kallade E-serier. E6-serien har 6 värden mellan och, dvs en dekad. Samma värden upprepas därefter gånger större i nästa dekad, mellan och Ω och så vidare. Resistansmätning Resistansmätning görs indirekt genom strömmätning. Multimetern har ett batteri som driver en ström genom mätobjektets resistans. Mätströmmen är proportionell mot mätobjektets resistans och multimetern kan därigenom visa mätresultatet som ett Ω-värde.

8 Mätuppgift J C D- CD Am M X1 5 D Am C Mät resistansen mellan mittuttaget och ett av sidouttagen. Anteckna mätvärdet i displayen. CD- 25 O MOC OC 2 1 X 1 X X1 2 CA O F F 5, 2, , 2 I/ CD C A-I MOC X 1 1 X C A FF, 5 2, , 2 C D I/ CA-I H I F G E D B C A Montera 12 resistorer ur E12-serien, tex - 82 eller Mät resistorerna och ordna dem i storleksordning från vänster till höger. Anteckna de uppmätta värdena och färgen i deras färgkod. R( ) Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 rid potentiometeraxeln till båda sidolägena och ställ den därefter ungefär i mitten.. C A-I 2 CD 1 2 5, , Am CD 5 2, I/ C D- O 1 F F 1 X 1 X Skriv det förväntade mätresultatet mellan potentiometerns mittuttag och det andra sidouttaget i displayen. Kontrollmät därefter om du angett rätt värde. CA X1 Mät värdet mellan sidoanslutningarna hos en potentiometer på (eller annat värde). Anteckna det uppmätta värdet direkt i instrumentdisplayen.