Nachádzate sa tu
Kapitola 8
8. Meranie odporov
8.1 Definícia, značky, základné rozdelenie
Elektrický odpor je vlastnosť látok vyjadrujúca schopnosť „odporovať“ prietoku elektrického prúdu cez látku. Jednotka elektrického odporu ako veličiny je ohm (Ω). Súčiastka, ktorej základnou požadovanou vlastnosťou je realizovať určitú veľkosť elektrického odporu, sa nazýva odporník (rezistor, ľudovo odpor). Čiže odpor (rezistancia) je fyzikálna veličina a odporník (resp. rezistor) je technický objekt. Odporník je dvojpólová prípadne trojpólová (s odbočkou), pasívna, lineárna, odporová súčiastka, ktorá realizuje veličinu – elektrický odpor. Odporník nemá mať parazitnú – zvyškovú indukčnosť a kapacitu. Ideálny odporník vytvára pri prechode prúdu tepelné pole, nevytvára elektrické ani magnetické pole. Odporníky s nastaviteľnou hodnotou odporu nazývame trimre, potenciometre a reostaty.
Schématické značky:
Obr. 8.1. Schématické značky
8.2 Rady menovitých hodnôt, odchýlky, výkonové rady, značenie
Je pochopiteľné, že z ekonomických dôvodov nie je možné vyrábať nekonečný (spojitý) počet hodnôt odporu odporníkov. Odporníky sa vyrábajú v radoch s konečným počtom menovitých hodnôt: E6, E12, E24, E48, E96, E192. Číslo udáva počet hodnôt v jednej dekáde. V rade E6 sa vyrábajú hodnoty: 1-1,5-2,2-3,3-4,7-6,8.
Niektoré technologické typy odporníkov sa vyrábajú len v hrubších radoch. V praxi je tiež dôležité vedieť, aká je najmenšia a najväčšia vyrábaná hodnota daného technologického typu, napr. Rmin=2,2 Ω, Rmax=4,7 MΩ.Ďalším dôležitým parametrom odporníka je odchýlka odporu od menovitej hodnoty – tolerancia. Vyjadruje sa v percentách a značí písmenom za hodnotou odporu
Odporníky sa s ohľadom na rôzne prevádzkové výkonové zaťaženie vyrábajú vo výkonových radoch. Obvyklé hodnoty menovitých výkonov odporníkov:
Vrstvové: 0,005; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 5; 10; 25; 50; 100; 250W
Drôtové: 1; 2; 4; 6; 8; 10; 15; 25; 50; 75; 100; 150; 250; 500W.
Značenie odporníkov:symbolické v elektrických schémach, úplne typové značenie v rozpiskách (kusovníkoch) zostáv alebo na telese odporníka, skrátené značenie: napr. 1K2/F v schémach a na telesách miniatúrnych odporníkov, farebný čiarkový kód na telese odporníka.
Symbolické značenie v školských náučných schémach:
Príklady značenia hodnôt odporu:Písmeno v kóde hodnoty plní funkcie násobiteľa a desatinnej čiarky. Kód musí mať aspoň dve platné číslice:
2R2 alebo tiež 2J2= 2,2 Ω, 1k2= 1,2 kΩ = 1200 Ω, 1k0 = 1 kΩ, 4M7= 4,7 MΩ= 4,7.10 Ω, M22= 220 kΩ
Značenie hodnôt odporov farebným čiarkovým kódom:Hodnota odporu a tolerancia sa vyznačuje štyrmi niekedy piatimi farebnými pásikmi (pri tolerancii >± 20% štvrtý pásik chýba). Priradenie hodnôt k farbám udáva tabuľka (Pri piatich, prvé tri značia hodnoty).
8.3 Použitie odporníkov, trimrov a potenciometrov
Odporník je najčastejšie používaná súčiastka v elektronike, či ako samostatná – diskrétna súčiastka, alebo súčasť integrovaných obvodov.
Bez súčinnosti s inými prvkami sa používa na:
- nastavovanie (obmedzovanie) prúdu a napätia v obvodoch
- nastavovanie pracovného bodu nelineárnych zosilňovacích súčiastok
- v deličoch napätia a prúdu: útlmové články a dekády
- zmenu rozsahov meracích prístrojov ako predradníky a bočníky
V súčinnosti s inými prvkami sa odporníky používajú v časovacích a tvarovacích obvodoch, ako súčasť analógových a číslicových integrovaných obvodov, súčasť filtrov (tzv. RC pasívne alebo aktívne filtre), vo frekvenčných clonách a korektoroch, atď.
Premenné(nastaviteľné, regulovateľné) odporníky: trimre, potenciometre, reostaty
Odporníky s premennou hodnotou odporu umožňujú spojitú zmenu odporu a tým reguláciu napätia alebo prúdu v obvode. Budeme sa zaoberať iba prvkami so zmenou odporu mechanickým ovládaním regulačného prvku.
Trimer – je nastaviteľný odporník, ktorého odpor sa nastavuje zriedkavo (napr. pri výrobe, oživovaní, meraní) pomocou nástroja – skrutkovača, jeho ovládací prvok nie je vyvedený na panel (nie je prístupný pre užívateľa), má jednoduchú – nezakrytovanú konštrukciu. Trimre sa vyrábajú iba otočné a s lineárnym priebehom odporovej dráhy.
Potenciometer – je nastaviteľný odporník vybavený ovládacím prvkom – hriadeľom alebo posuvným jazdcom, ktoré sú vyvedené na ovládací panel výrobku a sú doplnené ovládacím gombíkom vhodným na priame ručné ovládanie.Používa sa na časté – rutinné ovládacie funkcie napr. ako prvok regulácie hlasitosti, jasu a podobne. Má zložitejšiu a zakrytovanú konštrukciu. Sú dva typy potenciometrov: posuvné a otočné. Priebehy odporovej dráhy: lineárny, exponenciálny, logaritmický a iné.Pod pojmom reostat sa všeobecne rozumie regulovateľný odporník. Niekedy sa ním rozumie robustná – výkonová konštrukcia nastaviteľného odporníka, používaná v elektrolaboratóriach ako bežné prístrojové vybavenie alebo ako regulačný prvok vo výkonových elektrotechnických zapojeniach. Dve základné zapojenia nastaviteľných odporníkov:
- reostatové, využíva iba dva vývody (v ľavej polohe jazdca je odporová dráha vyradená: R= 0, v pravej je medzi svorkami L a J úplná hodnota odporu R)
- potenciometrický delič napätia (v hornej polohe jazdca , v dolnej )
8.4 Meranie odporu
Odpory strednej veľkosti meriame priamo ohmetrami, ktoré sa nevyznačujú veľkou presnosťou. Používajú sa hlavne pri prevádzkových a montážnych prácach. Práca s nimi je pomerne jednoduchá a rýchla. Ohmetre bývajú tiež súčasťou univerzálnych meracích prístrojov.
Výchylkové metódy:Hodnota meraného odporu sa určuje z výchyliek meracích prístrojov. Najjednoduchší príklad výchylkovej metódy je Ohmová metóda.
Ohmova metódaHodnota neznámeho odporu sa určuje z Ohmovho zákona meraním prúdu prechádzajúceho neznámym odporníkom a meraním úbytku napätia, ktorý na ňom vzniká. Zapojenie ampérmetra a voltmetra do obvodu s neznámym odporom sa môže realizovať dvojakým spôsobom. Ak je voltmeter zapojený podľa (obr. a) je jeho údaj Uv rovnako veľký s napätím na neznámom odpore Ux. Ampérmeter ale udáva súčet prúdov Ia tečúcich odporníkom s neznámym odporom Ix a voltmetrom Iv. Neznámy odpor potom vypočítame z údajov meracích prístrojov ako
R´x=Uv/Ia
Porovnácia metóda:Meraný odpor Rx porovnávame s odporom známej veľkosti. Porovnávame buď úbytky napätí na oboch odporníkov (ak sú zapojené sériovo) alebo veľkosti prúdov tečúcich oboma odporníkmi (ak sú zapojené paralelne). Pripojením voltmetra raz na neznámy odpor Rx a druhý raz na známy odpor Rn zmeriame úbytky Ux a Un .
Obr. 8.7. Porovnávacia metóda merania odporov
Substitučná metóda:Substitučná metóda merania neznámych odporov je v podstate špeciálny prípad porovnávacej metódy. V zapojeniach nahradíme odporový normál odporovou dekádou a merania prevádzame tak, že prepínaním rozsahov odporovej dekády dosiahneme rovnaké výchylky na voltmetri, resp. na ampérmetri. Hodnota neznámeho odporu sa odčíta z odporovej dekády. Substitučná metóda je zdĺhavejšia ako metóda porovnávacia, ale je i presnejšia. Absolútna (i relatívna) chyba metódy je v oboch zapojeniach nulová, pretože Rx = Rn . Taktiež je nulová i chyba použitého voltmetra (ampérmetra), pretože odčítanie sa robí pri rovnakých výchylkách. Potom celková chyba meracej metódy je daná iba chybou odporovej dekády.
Mostíkové metódy:Tieto meracie metódy sú presnejšie ako výchylkové. Merací prístroj v mostíkovej metóde slúži k indikácii určitého stavu (najčastejšie nulového) a nie k odčítaniu hodnoty elektrickej veličiny potrebnej na vypočítanie neznámeho odporu. Neznámy odpor sa vypočíta z hodnôt jednotlivých odporníkov zapojených do jednotlivých vetiev mostíka v tzv. vyváženom stave.
Wheatstoneov mostík:Na meranie odporov strednej veľkosti sa najčastejšie používa Wheatstoneov mostík. Medzi uzly A-C, ktoré tvoria tzv. napájaciu diagonálu je zapojený zdroj jednosmerného napätia. Do meracej diagonály medzi uzly B-D je zapojený nulový indikátor, ktorým býva najčastejšie magnetoelektrický galvanometer. Vo vyváženom stave majú uzly B a D rovnaký potenciál a Ig = 0 (meracou diagonálou nepreteká žiaden prúd).
Obr. 8.10. Wheatstoneov mostík
8.6 Meranie malých odporov
Malé odpory patria do skupiny, u ktorých by mohla byt’ presnosť merania ovplyvnená prechodovými odpormi na svorkách, odpormi prívodov a termoelektrickými napätiami. Sem budeme zaraďovať odpory v rozsahu od 10-6 do 1Ω.
Obr. 8.11. Náhradné zapojenie k meraniu malých odporov
Výchylkové metódy:Sú to v podstate niektoré metódy vhodne prispôsobené pre meranie stredných odporov.
Ohmova metóda:Vzhladom na to, že ide o meranie malých odporov, treba aby mal meraný odporník prúdové a potenciálové svorky. Úbytky na meranom odporníku bývajú obyčajne veľmi malé, používa sa k meraniu milivoltmeter pre hodnoty asi do 10-3 Ω (pri prúdovom zaťažení meraného odporníka asi do 10 A),prípadne magnetoelektrický galvanometer pre hodnoty rádovo až 10-5
Obr. 8.12. Ohmova metóda
Porovnávacia metóda:Pre meranie malých odporov sa použiva sériové zapojenie, ktorého modifikácia predpokladá použitie prúdových a potenciálových svoriek a pre meranie úbytkov napätí použitie milivoltmetra, resp. vhodného magnetoelektrického galvanometra.
Obr. 8.13. Porovnávacia metóda
8.7 Meranie veľkých odporov
Pod meraním veľkých odporov budeme rozumieť meranie odporov väčších ako 1 MΩ. Sú to najčastejšie merania izolačných odporov káblov meranie povrchových odporov izolantov, meranie merných odporov izolantov, meranie zvodových odporov medzi elektródami a pod. Tieto merania sú ovplyvnené rôznymi činiteľmi ako sú teplota a vlhkosť vzduchu, veľkosť skúšobného napätia a doba jeho pôsobenia. druh prúdu a iné.
Ohmova metóda:Spôsob zapojenia meracích prístrojov je analogický ako pri meraní stredných odporov. Pretože ide o meranie veľkých odporov obyčajne sa zapájajú do obvodu namiesto ampérmetra galvanometer so známou prúdovou konštantou Ki. Aby sa odstránil vplyv zvodových prúdov na výchylku galvanometra, odporúča sa použiť pre zapojenie galvanometer s meraným neznámym odporom tienený vodič. Neznámy odpor sa určí z Ohmovho zákona Rx=U/I=U/Ki
U - úbytok napätia na odporníku Rx
α - výchylka galvanometra
Ki - prúdová konštanta galvanometra
Porovnávacia metóda:Pre meranie veľkých odporov je možné použiť aj porovnávaciu metódu s paralelným zapojením odporníkov. Keďže ide o meranie veľkých odporov, je výhodnejšie namiesto ampérmetra použiť galvanometer.