Strona 1 z 5

Podstawy pomiarów

: poniedziałek 28 gru 2009, 22:51
autor: Pyra
Witam Wszystkich
W związku z licznymi zapytaniami i prośbami początkujących Światełkowców, postanowiłem napisać swego rodzaju ABC, czy też "oślą łączkę", przydatną dla latarkowców.

Na początek troszkę BHP
Napięcia bezpieczne!
Przyjmuje się, że napięciem bezpiecznym prądu przemiennego (50Hz, sieć) jest 24V, a prądu stałego 60V (jest kilka wariantów w zależności od warunków środowiskowych, ale na tym poprzestańmy).
Różnice dla napięcia stałego i przemiennego wynikają ze zróżnicowanego oddziaływania na organizm ludzki. Prąd przemienny przepływając przez organizm ludzki może doprowadzić do śmierci przez zatrzymanie akcji serca, powodując migotanie komór, prąd stały natomiast doprowadza do destrukcji tkanek przez elektrolizę płynów ustrojowych.
De facto, nie szkodzi nam samo napięcie, lecz prąd płynący przez organizm ludzki, który to został określony na 25mA, przy założeniu rezystancji ludzkiego ciała na poziomie 1000Ω. Tak więc np. porażenie napięciem 20 000V z cewki zapłonowej nie jest niebezpieczne, a tylko bardzo bolesne.

Teraz podstawy
1. Napięcie się utrzymuje, oznaczamy jako U a określamy w woltach [V]
2. Prąd płynie, oznaczamy I (duże i) a jego natężenie mierzymy w amperach [A]

Z powyższego wynikają podstawowe cechy obu parametrów. Napięcie występuje nawet na samej bateryjce, czy akumulatorze bądź zasilaczu i jest identyczne (nie biorąc pod uwagę przewodów połączeniowych) na wszystkich elementach obwodu połączonych równolegle.
Obrazek

Natomiast prąd płynie w obwodzie zamkniętym przez wszystkie elementy i jeśli jest to obwód pojedynczy (jak np.: bateria, wyłącznik i żarówka) to przez wszystkie elementy tego obwodu płynie ten sam prąd.
Obrazek

Rezystancja.
Parametr, wielu odbiorników, ale też źródeł napięcia, określany R i wyrażany w omach [Ω]
Jest on podstawową cechą rezystorów (oporników), ale również źródeł napięcia (opór wewnętrzny, określający spadek napięcia znamionowego pod obciążeniem, im mniejszy tym lepiej). Czasem jest pożądany (ograniczenie napięcia lub prądu w określonym celu), a czasem szkodliwy (wyłączniki, przewody... powoduje straty energii). Bywa też złudny. Pomiar rezystancji żarówki, daje nam tylko możliwość określenia czy jest sprawna, gdyż zimne włókno żarówki, ma dużo niższą rezystancję niż włókno gorące, czyli świecące. Warto o tym pamiętać, gdyż można się nieźle zamotać.....

Moc
Moc, oznaczamy P dla prądu stałego mierzymy w watach [W]
Moc jest parametrem prądu określanym przez iloczyn napięcia i prądu, tak więc zależy od obu wartości w równym stopniu i np.
2V x 8A = 8V x 2A = 4V x 4A = 16W

Pojemność ogniw
Parametr ten wyrażamy (w naszych zastosowaniach) w miliamperogodzinach [mAh]. Parametr ten określa nam ile prądu możemy z danego źródła pobrać w ciągu godziny, doprowadzając do wyczerpania energii.
Rozpatrzmy akumulator o pojemności 2000mAh
2000mAh określa nam, że:
akumulator przy poborze prądu przez odbiornik:
2A - rozładuje się przez 1 godzinę,
1A - rozładuje się przez 2 godziny,
0,5A - rozładuje się przez 4 godziny

Ważnym parametrem ogniw jest też energia, wyrażana w watogodzinach [Wh]
Weźmy na przykład dwa akumulatory NiMH 2000mAh i LiIon 2000mAh, wydawało by się, że z obu możemy wyciągnąć tyle samo energii, nic bardziej mylnego, otóż ma tu też znaczenie wartość napięcia. Akumulatory NiMH maja znamionowe napięcie 1,2V a LiIon 3,7V. Możemy więc, w przybliżeniu, powiedzieć, że z 1 ogniwa LiIon możemy dostarczyć tyle samo energii co z 3 ogniw NiMH.
Jest to ważny parametr, bo to on nam określa jak długo będzie nam latarka na danym ogniwie świecić.

Wszystkie podane jednostki mogą posiadać przedrostki określające zmniejszenie, lub zwiększenie parametru.
p - piko (1/1 000 000 000 000)
n - nano, jedna miliardowa
μ - mikro, jedna milionowa
m - mili, jedna tysięczna
k - kilo, tysiąc
M - mega, milion

(zamiast µ można stosować literkę "u", np. w wielu programach z dziedziny elektroniki jest to normalna praktyka)

1A = 1 000mA = 1 000 000μA
1V = 1 000mV
1kV = 1 000V = 1 000 000mV
1MΩ = 1 000kΩ = 1 000 000Ω

Oto dalsza część serialu.
Obrazek
Oto są najczęściej spotykane symbole podstawowych elementów elektronicznych.
Rezystory, zwane też opornikami stosowane są np. do ograniczenia prądu płynącego przez jakiś odbiornik. Można spotkać opisane w różnoraki sposób (poza oczywiście kodem z kolorowych pasków)
Przykłady:
R22 = 0,22Ω
0R1 = 0,10Ω;
1R2 = 1,2Ω; lub 1Ω2
22R = 22Ω
100R lub k100 = 100Ω
4k7 = 4 700Ω
33k = 33 000Ω
100k lub M100 = 100 000Ω

Elementy SMD są opisywane inaczej. Pierwsze dwie cyfry oznaczają wartość charakterystyczną a trzecia określa ile „zer” trzeba dodać, jeśli występują cztery cyfry w opisie, to pierwsze trzy oznaczają wartość charakterystyczną, a czwarta ilość zer.
0R1 = 0,1Ω
1R2 = 1,2Ω
100 = 10Ω
101 = 100Ω
221 = 220Ω
302 = 3k, 3000Ω czyli 30 + 00
474 = 470k, 470 000Ω czyli 47 + 0000

1001 = 1k czyli 1 000, bo 100 + 0
3342 = 33,4k ; 33k4; 33 400Ω bo 334 + 00, czyli 33400

A tutaj strona do kalkulator kodów rezystorów SMD, podrzucona mi przez greg Dzięki :)

Prawda, że proste ;)

Podobne oznaczenia występują na kondensatorach, lecz tutaj podstawową jednostka jest pF, czyli piko Farad (1/ 1 000 000 000 000)
102 = 1000pF = 1nF (nanoFarad)
223 = 22 000pF = 22nF
334 = 33 0 000pF = 330nF = u33
475 = 47 00 000pF = 4700nF = 4,7uF = 4u7
106 = 10uF bo 10 + 000 000
227 = 220uF bo 22 + 0 000 000

Diody, jak powszechnie wiadomo przewodzą prąd w jedną stronę, którą pokazuje strzałka, a prąd płynie od plusa baterii do minusa baterii.
Na elementach, kierunek przewodzenia prądu jest zaznaczony paskiem po jednej stronie obudowy, określający katodę. W diodach prąd płynie od anody do katody.. Podłączając diodę do plusa baterii, dołączamy stronę bez paska, a po stronie z paskiem mamy wtedy +.
LED również włączamy w kierunku przewodzenia, należy też zwrócić szczególną uwagę przy łączeniu szeregowym wielu LEDów, gdyż mają one stosunkowo niskie napięcie zaporowe, z reguły około 5V, wyższe napięcie przyłożone w odwrotnym kierunku może diodę nieodwracalnie zniszczyć!!!
W LEDach w obudowach 5mm i podobnych końcówka dołączana do plusa zasilania (anoda) jest dłuższa.

Trochę o terminologii. Gwoli ścisłości, bateria jest zestawem ogniw, czyli 2, 3, 4 lub więcej.
Rzecz popularnie zwana baterią (R6, AA, R14, czy R20) to ogniwo galwaniczne, tak samo jak pojedynczy element NiCd, NiMH czy LiIon to akumulator, a połączenie kilku sztuk daje baterię akumulatorów. Ale np.: popularna bateria płaska czy 9V, jest jak najbardziej baterią ogniw czyli 3R12 lub 6F22.
Wracając do diod, to jest wśród nich jedna "czarna owca" czyli dioda Zener’a, bo bazuje ona na zjawisku przebicia (powtarzalnego) warstwy zaporowej tzw. zjawisku Zenera, czyli pracuje ona w kierunku zaporowym. Jest jednak jeden pryszcz, niektóre diody o niskim napięciu pracy (z reguły 3,3V i mniej) pracują w kierunku przewodzenia, tak więc analizując schemat, należy przyjrzeć się typom zastosowanych elementów.
Następny rysunek to elementy aktywne:
Obrazek

Tranzystory bipolarne npn i pnp często wykorzystywane jako elementy pomocnicze lub sterujące.
Tranzystory MOS, najczęściej pracują jako elementy wykonawcze mocy, przełączniki w układach PWM, stopnie mocy w przetwornicach, wyłączniki elektroniczne.
Niestety nie ma tutaj ustalonej kolejności wyprowadzeń, a tylko mnogość obudów i rozkładów elektrod, tak wiec po dane dotyczące konkretnego typu trzeba sięgnąć do datasheet'a.
Jako ostatnia pozycja jest symbol diody oraz odpowiadający jej rysunek obudowy najczęściej spotykanych typów. Bywają też diody SMD z zaznaczoną strzałką jak na symbolu.

A teraz zdjęcie rodzinne ;)
Obrazek
Czerwona kreska - diody
Niebieska kreska LEDy
Zielona kreska - kondensatory
Fioletowa kreska - rezystory
Po środku tranzystory, ten 8 nóżkowy to też tranzystor, ale też w takich samych obudowach bywają układy scalone, np druga od dołu - w takiej obudowie występuje popularny AMC7135


Pomiary:
Do pomiarów używamy mierników:
Napięcie - woltomierze.
Prąd - amperomierze.
W praktyce korzystamy jednak z tzw. multimetrów (mierników uniwersalnych), które możemy przełączać pomiędzy możliwościami pomiarów różnych wielkości.
Oto przykłady różnych multimetrów:
Obrazek
Tutaj mamy przykład ustawienia mierników do pomiaru napięcia. kolorem niebieskim zaznaczono prawidłowe położenie pokrętła, a zielonym miejsce wpięcia przewodu pomiarowego, drugi przewód wkładamy w czarny otwór opisany COM.
Najprostszym pomiarem jest pomiar napięcia, gdyż możemy go dokonać metodą bezinwazyjną, czyli bez ingerencji w połączenia.
Miernik włączamy do obwodu "+" do "+" a "-" do "-"
Na miernikach minus oznaczany jest z reguły kolorem czarnym i opisany "COM" od common czyli wspólny, plus jest koloru czerwonego i oznaczony jest jednostkami mierzonymi (V, Ω)
Przy pomiarze napięcia LED, musi on świecić, jeśli zgaśnie przy pomiarze napięcia coś mamy nie tak (niewłaściwy zakres, zwarcie do obudowy itp.)
Przykład:
Obrazek
Tutaj pokazano jak wygląda pomiar napięcia (kiepskiej) baterii dwoma miernikami połączonymi równolegle.

Obrazek
A tutaj pomiar napięcia na LEDzie


Kolejnym jest pomiar prądu, tutaj już musimy ingerować w połączenia elektryczne, ale nie zawsze wiąże się to z używaniem lutownicy, najprostszym przykładem jest pomiar prądu pobieranego z akumulatora. Możemy go dokonać odkręcając wyłącznik (dupkę) i połączyć minus akumulatorka z obudową (UWAGA! Dotyczy to większości latarek, ale nie wszystkich).
Obrazek
Tak powinny być ustawione mierniki do pomiaru natężenia prądu.

Przy pomiarze prądu latarka musi świecić!
A oto przykład pomiaru prądu pobieranego przez latarkę.
Obrazek

A teraz trudniejsze zadanie, pomiar prądu płynącego przez LEDa.
Tutaj niestety nie obejdzie się bez lutownicy, gdyż musimy odlutować jeden z przewodów dochodzących do diody. Najlepiej dolutować w powstałe puste miejsce kawałek innego przewodu.

Oto jak powinno to wyglądać:
Obrazek

A teraz pomiar mocy pobieranej przez LEDa. Niezbędne do wykonania dokładnego pomiaru są tu dwa mierniki, przy czym jeden włączamy w obwód do pomiaru prądu, drugi do napięcia LEDa. Połączenia wykonujemy w następujący sposób:
+ amperomierza do + sterownika
- amperomierza do + LEDa
+ woltomierza do + LEDa
- woltomierza do - LEDa

Obrazek

(6,49mA i 2,52V)

A na koniec, ekwilibrystyka na najwyższym poziomie, pomiar mocy pobieranej z akumulatora.

Połączenia:
+ amperomierza do obudowy
- amperomierza do - aku
- woltomierza do - aku
+ woltomierza do + aku (czyli wkładamy pomiędzy aku a driver)

Obrazek
(0,19A i 3,914V)

W związku z otrzymaniem od Pikom linka do ciekawej stronki, umieszczam tutaj:
Kalkulator do przeliczania kandela x kąt na lumeny


Pozdrawiam

PS: Otwarty na uwagi ;)

: poniedziałek 28 gru 2009, 22:54
autor: Pikom
Dzięki, super temat. Proszę o więcej ;)

: poniedziałek 28 gru 2009, 23:46
autor: Piotrek K.
Pyra, dzięki, nareszcie zagadnienie opisane od początku do końca w jednym składnym temacie :ok: . W razie pytań nowych użytkowników pozostanie tylko link do tego tematu wkleić :mrgreen: .

: wtorek 29 gru 2009, 10:43
autor: freebike
Dzięki, nareszcie coś konkretnego :)

: wtorek 29 gru 2009, 10:58
autor: Calineczka
Pyra, wielkie dzięki!!! :mrgreen:
Przykleiłem ;-)
Zwrócił bym uwagę na jedno, w swoich schematach stosujesz raczej bardzo umowny symbol woltomierza i amperomierza. Przydało by się to opisać na/pod schematem. przydało by się też pokazać oryginalne symbole mierników, skoro już o schematach mowa. Rozumiem, ze twój symbol ma obrazować miernik, czyli to, co na nim ustawiamy by zmierzyć daną wartość ;-)

Jeśli chodzi o przedrostki, to mikro masz po ikonami emocji, wygląda tak:
μ


to tak tylko dla ścisłości, bo nie zawsze można owe mikro μ wpisać i wówczas zamiennie stosuje się u

: wtorek 29 gru 2009, 14:32
autor: Pyra
Dodano fragment o elementach, zaczyna się zielonym tekstem.
Calineczka pisze:
Zwrócił bym uwage na jedno, w swoich schematach stosujesz raczej bardzo umowny symbol woltomierza i amperomierza. Przydało by się to opisać na/pod schematem. przydało by sie też pokazać oryginalne symbole mierników, skoro juz o schematach mowa. Rozumiem, ze twój symbol ma obrazować miernik, czyli to, co na nim ustawiamy by zmierzyc daną wartośc ;-)
Taki obraz miernika daje mój program do rysowania schematów ;) , ale mam zamiar zrobić jeszcze tabelkę z objaśnieniem różnych symboli spotykanych na schematach.
Przedstawione schematy miały mieć takie trochę znaczenie bardziej praktyczne.
Jeśli będzie zainteresowanie będę temat rozwijał.

Calineczka pisze:Jeśli chodzi o przedrostki, to mikro masz po ikonami emocji, wygląda tak:
µ


to tak tylko dla ścisłości, bo nie zawsze mozna owe mikro µ wpisać i wówczas zamiennie stosuje sie u
Zapomniałem poprawić, tekst pisałem w edytorze :oops:

Pozdrawiam

: wtorek 29 gru 2009, 18:42
autor: bartex
Witam, bardzo fajny poradnik :) mam pytanie jakim programem rysujesz schematy?

: wtorek 29 gru 2009, 18:50
autor: Pyra
bartex pisze:Witam, bardzo fajny poradnik :) mam pytanie jakim programem rysujesz schematy?
Dzięki :)

Program to CircuitMaker, umożliwia on też symulację wielu układów elektronicznych, "na sucho"

: wtorek 29 gru 2009, 21:04
autor: Bocian
Piękna robota Pyra. Prosto i klarownie :wink:

: wtorek 29 gru 2009, 22:49
autor: Serkules
Witam!

Świetny temat i profesjonalne wykonanie. :)
Dodałbym jeszcze jedną istotną uwagę. Pomiar prądu w większości multimetrów robimy poprzez osobny zacisk. Na zdjęciu jest widoczne właściwe podłączenie. Niejednemu elektronikowi zdarzyło się robiąc pomiary w pośpiechu nie przełożyć przewodu pomiarowego do gniazda na pomiar prądu. Tutaj najczęściej skończy się to wynikiem zerowym.

Problem natomiast zaczyna się, gdy ktoś przed chwilą mierzył prąd, będzie mierzył teraz napięcie i zapomni przełożyć przewodu pomiarowego. Przy próbie pomiaru zrobi zwyczajnie zwarcie :o

W większości mierników może się to skończyć przepaleniem bezpiecznika w obwodzie pomiarowym, lub nawet przepaleniem rezystora bocznikowego w amperomierzu.

Łatwo to przeoczyć, o czym można się przekonać czytając posty wielu osób na elektrodzie, które szukają bezpieczników do multimetrów lub próbują multimetr naprawić.

Pozdrawiam
Seba

: środa 30 gru 2009, 00:36
autor: Bocian
Racja Serkules. Sam przepaliłem w ten sposób ze dwa tanie mierniki (mierząc napięcie w gniazdku a wcześniej prąd). Co by nie mówić fajerwerki były a tanie miarki do kosza niestety :mrgreen:

: środa 30 gru 2009, 07:36
autor: Pyra
Witam
No ja mam szczęście posiadać mierniki "antydebilne" i podnoszą straszny raban, gdy się kabli nie przełoży. ;) To mnie kilka razy uratowało przed sporymi wydatkami....
Pozdrawiam

: piątek 01 sty 2010, 00:59
autor: Volt
Bocian pisze:(mierząc napięcie w gniazdku a wcześniej prąd). Co by nie mówić fajerwerki były
Ja zrobiłem mniej-więcej podobnie, tylko w moim przypadku był głównie huk. Między innymi stąd wzięła się moja ksywa "Volt" :mrgreen:
Co ciekawe - miernik przeżył, ale nie mierzy prądów na niskich zakresach (tj. działa tylko na najwyższym - 10A)

: piątek 01 sty 2010, 19:06
autor: Pyra
Ja miałem wpadkę z pomiarem przejścia, sprawdzałem bezpiecznik, a potem automatycznie buch na fazę..... wywaliło bezpiecznik w domu, i w mierniku, po wymianie bezpiecznika, służy mi wiernie od 7 lat. To ten żółty ;)

: piątek 01 sty 2010, 19:57
autor: Piotrek K.
Ja pare lat temu chciałem zmierzyć mierniczkiem z bazarku ile amperów jest w akumulatorku od wiertarki ;) (dobrze że nie próbowałem tego z aku samochodowym :mrgreen: ). Pomiar zakończyłem kiedy zorientowałem się że izolacja z kabelków już chciała zacząć spływać - miernik to przeżył i służył jeszcze wiele lat (jakiś czas temu zaczął jakoś dziwnie szybko baterie rozładowywać więc kupiłem sobie inny).