Pomiary wielkości elektrycznych, skutki działania prądu

Układy sterowania i regulacji

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

2

Mierniki i wielkości mierzone

Do pomiaru różnych wielkości używa się szeregu mierników.

Do najważniejszych należą:– Amperomierz – pomiar natężenia prądu,– Woltomierz – pomiar napięcia,– Omomierz – pomiar rezystancji,– Watomierz – pomiar mocy,– Licznik energii – pomiar energii elektrycznej,– Tester – wykrywanie napięcia, pola elektrycznego.

3Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

3

Rodzaje mierników

Mierniki dzieli się na:– Analogowe – pomiar polega na odczycie wychylenia

wskazówki na skali,– Cyfrowe – pomiar polega na odczycie wartości na

wyświetlaczu elektronicznym. Mierniki analogowe mają zwykle ustrój mechaniczny i

są obecnie coraz rzadziej stosowane ze względu na podatność na uszkodzenia i zachowanie odpowiednich warunków pomiaru (np. pomiar w pozycji poziomej).

Mierniki cyfrowe oparte są na elektronice, są łatwiejsze w użyciu, bardziej odporne na uszkodzenie, zwykle dokładniejsze, mają możliwość współpracy z komputerem.

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

4

Amperomierz

Do pomiaru natężenia prądu służy amperomierz.

Amperomierz ma dwa zaciski oraz zwykle przełącznik wyboru zakresu pomiarowego.

Do pomiaru małych prądów służy miliamperomierz oraz mikroamperomierz.

μA

A

Amperomierz laboratoryjny stołowy

Amperomierz przemysłowy tablicowyMikroamperomierz

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

5

Amperomierz – pomiar prądu

Amperomierz włącza się w gałąź, w której chcemy zmierzyć prąd (tzn. szeregowo z elementem, którego prąd mierzymy).

Amperomierz prądu stałego ma zaciski oznaczone „+” i „−” i należy pamiętać, aby podłączyć go tak, aby prąd wpływał do zacisku „+”.

Wniosek: pomiar prądu za pomocą amperomierza wymaga przerwania gałęzi i włączenia w przerwę amperomierza.

Resztaobwodu

I

Resztaobwodu

A

I

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

6

Amperomierz – rezystancja wewnętrzna

Idealny amperomierz ma rezystancję równą zeru – jego włączenie nie zakłóca przepływu prądu.

Rzeczywisty amperomierz charakteryzuje się pewną rezystancją wewnętrzną, która powinna być jak najmniejsza.

Resztaobwodu

I

Resztaobwodu

A

I

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

7

Pomiar amperomierzem wskazówkowym

Obowiązuje wzór:

gdzie:– W – wychylenie– Wmax – maksymalne

wychylenie na skali,– Zakres – zakres pomiarowy.

ZakresmaxW

WI

0

12 3 4

56

126

3

A

A2,7216

6,3I

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

8

Woltomierz

Do pomiaru napięcia służy woltomierz.

Woltomierz ma dwa zaciski oraz zwykle przełącznik wyboru zakresu pomiarowego.

Do pomiaru małych prądów służy miliawoltomierz oraz mikrowoltomierz.

Do bardzo dokładnych pomiarów napięcia służy galwanometr.

V

Woltomierz laboratoryjny stołowy

Woltomierz przemysłowy tablicowy

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

9

Woltomierz – pomiar napięcia

Woltomierz włącza się równolegle do elementu, na zaciskach którego chcemy zmierzyć napięcie.

Woltomierz napięcia stałego ma zaciski oznaczone „+” i „−” i należy pamiętać, aby podłączyć go tak, aby potencjał zacisku „+” był wyższy od potencjału zacisku „−”.

Wniosek: pomiar napięcia nie wymaga przerywania obwodu.

Resztaobwodu U

VUResztaobwodu

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

10

Woltomierz – rezystancja wewnętrzna

Idealny woltomierz ma rezystancję równą nieskończoności – jego włączenie nie zakłóca przepływu prądu.

Rzeczywisty woltomierz charakteryzuje się pewną rezystancją wewnętrzną, która powinna być jak największa.

Odczyt wskazań woltomierza dokonuje się wg takiej samej zasady, jak w przypadku amperomierza.

Resztaobwodu U

VUResztaobwodu

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

11

Woltomierz cyfrowy

Wadą zwykłych woltomierzy analogowych jest ich niezbyt duża rezystancja (rzędu kilku do kilkunastu kΩ), co sprawia, że w dokładniejszych pomiarach nie można ich traktować jak idealnych.

Woltomierze elektroniczne (zwane cyfrowymi) mają bardzo dużą rezystancję wewnętrzną (rzędu MΩ) i w większości przypadków mogą być traktowane jak woltomierze idealne.

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

12

Omomierz – pomiar rezystancji

Do pomiaru rezystancji służy omomierz.

Omomierz ma dwa zaciski oraz zwykle przełącznik wyboru zakresu pomiarowego.

Omomierz wymaga zasilania (zwykle bateryjne).

Dokładniejsze pomiary rezystancji wykonuje się m.in. mostkiem Wheatstone’a lub Kelvina.

Ω

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

13

Multimetr

Przedstawione wyżej mierniki analogowe należą już do rzadkości.

Wszystkie ich funkcje łączą w sobie mierniki zwane multimetrami.

Starsze multimetry są analogowe, nowsze – cyfrowe.

Cyfrowe multimetry oferują dodatkowe funkcje, np. sprawdzanie diody, tranzystora, kolejności faz w układach trójfazowych itp.

Multimetr analogowy

Multimetr cyfrowy

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

14

Multimetry cyfrowe

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

15

Watomierz

Do pomiaru mocy służy watomierz.

Watomierz ma cztery zaciski (dwa prądowe, dwa napięciowe) oraz zwykle dwa przełączniki wyboru zakresu pomiarowego (dla prądu i napięcia).

Początek uzwojeń cewki prądowej i napięciowej zaznaczone są symbolem

Watomierz laboratoryjny stołowy

W*

*

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

16

Watomierz – pomiar mocy

Cewkę prądową watomierza włącza się tak jak amperomierz (w szereg).

Cewkę napięciową watomierza włącza się tak jak woltomierz (równolegle).

Początki uzwojeń obydwu cewek należy zewrzeć (w typowych przypadkach).

Zakres watomierza ustala się jako iloczyn zakresu prądu i napięcia.

Resztaobwodu

Resztaobwodu

W*

*

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

17

Licznik energii

Do pomiaru zużycia energii służy licznik energii.

Dawniejsze konstrukcje są mechaniczne i wykorzystują zjawisko indukowania się pola elektrycznego wskutek czasowych zmian pola magnetycznego (w przypadku prądu zmiennego).

Nowsze konstrukcje są cyfrowe i działają dzięki programowi mnożącemu prąd przez napięcie.

Licznik energii (prąd zmienny)

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

18

Elektroniczny watomierz i licznik energii

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

19

Tester

Tester to urządzenie wskazujące obecność lub brak danej cechy.

Tester napięcia fazowego 220 V (zwany próbnikiem) składa się z lampki neonowej i działa na zasadzie przewodzenia minimalnego prądu, który powoduje świecenie lampki.

Obecnie dostępne są także testery cyfrowe i oferują dodatkowo wykrywanie napięcia stałego, sprawdzanie ciągłości przewodów, wykrywanie przewodów pod tynkiem itp.

Tester analogowy (próbnik)

Tester cyfrowy

Mierniki i pomiary

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

20

Skutki działania prądu

Skutki działania prądu można podzielić na: Termiczne (cieplne), Chemiczne, Magnetyczne, Dynamiczne, Indukcyjne, Fizjologiczne.

4Skutki działania prądu

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

21

Ilość ciepła wydzielonego w przewodniku podczas przepływu prądu elektrycznego wynosi (prawo Joule’a-Lenza)

Przykłady zastosowania:– Elektryczne urządzenia grzejne (piecyki, grzałki, żelazka, suszarki),– Bezpieczniki topikowe,– Lutowanie i spawanie.

Zjawiska niepożądane:– nagrzewanie: przewodów zasilających, urządzeń elektrycznych,

układów elektronicznych, żarówek, styków.

Termiczne działania prądu

tR

UtRIPtQ

22

Skutki działania prądu

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

22

Chemiczne działania prądu

Przepływ prądu przez roztwory wodne kwasów, zasad i soli (elektrolity) wywołuje w nich zmiany chemiczne.

Przykłady zastosowania to głównie elektroliza, którą wykorzystuje się do:

– uzyskiwania niektórych pierwiastków (prawo Faradaya),– galwanizacji.

Działania niepożądane:– korodowanie metali.

Skutki działania prądu

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

23

Fizjologiczne działania prądu

Działania fizjologiczne prądu polegają na oddziaływaniu energii elektrycznej na organizmy żywe, w tym człowieka.

Przykłady zastosowania:– Fizjoterapia,– Stymulowanie wzrostu roślin,

Działania niepożądane:– Wszelkie szkodliwe oddziaływania, łącznie

porażeniem elektrycznym, utratą zdrowia lub życia.

Skutki działania prądu

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

24

Porażenie elektryczne

Porażeniem elektrycznym nazywamy szkodliwe działania prądu elektrycznego występujące wskutek jego przepływu przez organizm.

Porażenie może nastąpić wskutek:– dotknięcia urządzenia znajdującego się pod napięciem,– uderzenia pioruna.

Efekty porażenia mogą być:– cieplne (poparzenia skóry, uszkodzenie mięśni, kości,

wrzenie płynów ustrojowych),– chemiczne (zmiany płynów elektrolitycznych),– biologiczne (zaburzenia czynności serca, mięśni).

Skutki działania prądu

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

25

Natężenie prądu a stopień rażenia

Najbardziej niebezpieczny jest prąd zmienny o częstotliwości od 20 do 100 Hz:– częstotliwość ta wywołuje skurcze mięśni, może

zaburzyć czynność serca,– bezpieczna granica prądu wynosi około 10 mA –

powyżej tej granicy człowiek nie jest w stanie uwolnić się spod napięcia wskutek skurczu mięśni.

Prądy przemienne o innych częstotliwościach oraz prądy stałe są mniej szkodliwe – granica wynosi około 25 mA.

Skutki działania prądu

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

26

Napięcie a stopień rażenia

Za napięcie bezpieczne uznaje się do 30 V dla napięcia przemiennego oraz do 60 V dla napięcia stałego.

Napięcie jest niebezpieczne, jeżeli wynosi ponad 50 V dla napięcia stałego i ponad 100 V dla napięcia przemiennego.

Skutki działania prądu

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

27

Oporność a stopień rażenia

Im większy opór, tym mniejszy prąd i mniejszy stopień rażenia.

Opór ciała człowieka jest zmienny, zależny od wielu czynników.

– Jeżeli skóra jest sucha i nieuszkodzona, to opór wynosi od 10 do 100 kΩ a nawet 1 MΩ.

– Jeżeli skóra jest wilgotna lub uszkodzona, to opór może spaść do 1,5 kΩ.

– Kobiety i dzieci mają cieńszą skórę i są bardziej wrażliwe na rażenia niż mężczyźni.

– Zwierzęta są bardziej wrażliwe na rażenia niż ludzie.

Skutki działania prądu

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

28

Inne czynniki

Czas rażenia: im dłuższy, tym gorzej. Stan fizyczny człowieka: pocenie się,

choroby serca, obecność alkoholu we krwi, osłabienie stanowią czynnik pogarszający stopień rażenia.

Warunki zewnętrzne: wilgotność, temperatura, rodzaj odzieży, podłoża mają istotny wpływ na stopień rażenia.

Szybka pomoc: im szybciej tym lepiej.

Skutki działania prądu

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

29

Wskazówki ratowania porażonego

Jak najszybciej przystąpić do ratowania. Jak najszybciej odłączyć porażonego spod

działania prądu, np. wyłącznikiem, bezpiecznikiem (NIE WOLNO dotykać rażonego gołymi rękami!),

Trzeba się odizolować od podłoża (np. stanąć na suchej desce, gumie, oponie).

Używać rękawic gumowych lub grubych suchych ręczników, odzieży itp.

Skutki działania prądu

Paw

eł J

abło

ński

, Pod

staw

y el

ektr

otec

hnik

i i e

lekt

roni

ki

30

Wskazówki niesienia pierwszej pomocy

W razie utraty przytomności przez rażonego przystąpić do sztucznego oddychania.

W razie zatrzymania czynności serca zastosować dodatkowo masaż serca.

Czynności te należy utrzymać aż do przybycia pogotowia lub odzyskania przytomności przez rażonego.

Po odzyskaniu przytomności przez rażonego należy go okryć, podać coś ciepłego do picia, ewentualnie środki przeciwbólowe, ułożyć go wygodnie na boku.

W razie oparzenia opatrzyć rany. Porażony musi być poddany badaniu lekarskiemu

BEZWZGLĘDNIE na stopień rażenia.

Skutki działania prądu