Zasady wykonywania pomiarów elektrycznych: pomiar napięcia

W związku z częstymi zapytaniami od klientów jak podłączyć miernik lub multimetr opiszemy w artykule ogólne zasady metrologiczne dotyczące pomiarów elektrycznych.

Przystępując do jakiegokolwiek pomiaru musimy wiedzieć co chcemy zmierzyć tj. jaką wielkość fizyczną będziemy mierzyć, oraz mniej więcej jaką wartość uzyskamy w wyniku pomiaru. Większość początkujących młodych elektroników lub elektryków po zakupie miernika cyfrowego natychmiast chce przystąpić do pomiarów w celu choćby przetestowania urządzenia. Jest to oczywiście zupełnie zrozumiałe… jednak należy przestrzegać kilku podstawowych zasad:

• Jeśli urządzenie zostało dostarczone w przesyłce w okresie zimowym, gdy często temperatury spadają poniżej 0°C należy bezwzględnie odczekać aż urządzenie elektroniczne osiągnie temperaturę pokojową. Ta zasada dotyczy wszelakich urządzeń elektronicznych, a nie tylko przyrządów pomiarowych.
• Często klienci dzwoniąc z pytania mylą ampery [A] z woltami [V] itp. W tym jaskrawym przypadku wybór jednostki – wielkości fizycznej jest szalenie ważny! To czy mierzymy napięcie czyli w woltach [V], czy może prąd elektryczny w amperach [A] predyspozycje nam sposób podłączenia miernika do mierzonego obwodu (czy będzie to podłączenie równoległe czy szeregowe). Zasada ta także dotyczy mierników tzw. automatów tj. z automatyczną zmianą zakresów pomiarowych.

1. Pomiar napięcia.

Najczęstszym pomiarem wykonywanym przez elektroników i elektryków jest pomiar napięcia elektrycznego. Jednostką napięcia jest wolt [V]. Dokonując pomiaru napięcia stałego DC lub napięcia przemiennego AC łączymy woltomierz w sposób równoległy.

Czarny przewód łączymy z zaciskiem „COM”, czerwony przewód z zaciskiem opisanym „V”. Następnie na przełączniku obrotowym miernika wybieramy odpowiedni zakres. W przypadku miernika z automatyczną zmianą zakresów pomiarowych musimy wybrać tylko rodzaj pomiaru: Vdc (stałe napięcie) lub Vac (zmienne). W mierniku z ręczną zmianą zakresów pomiarowych: musimy wiedzieć (zaprognozować) mniej więcej jaki rząd wielkości napięcia występuje w mierzonym obwodzie. Jeśli napięcie mierzone przekroczy zakres pomiarowy to możemy spodziewać się uszkodzenia – spalenia miernika np. jeśli na przełączniku obrotowym mamy wybrany zakres pomiarowy do 20V a podłączymy napięcie 250V to z pewnością trwale uszkodzimy przyrząd. Dobrym więc nawykiem jest w przypadku pomiaru nieznanej wartości napięcia wybieranie najwyższego zakresu pomiarowego napięcia i ewentualnie późniejsze zmniejszanie zakresów pomiarowych w dół.

Uwagi praktyczne:

• niedopuszczalne jest zmienianie zakresów pomiarowych woltomierza w przypadku podłączonego napięcia (w trakcie pomiarów) spowoduje to wypalenie się styków na przełączniku obrotowym
• jeśli multimetr ma osobny wyłącznik (nie na przełączniku obrotowym) to dobrym nawykiem jest pozostawienie przełącznika obrotowego w pozycji Vac na najwyższym zakresie. Jest to zakres najbardziej „odporny” na rutynę w pracy 🙂
• niedopuszczalne jest pomiar napięcia z którego jest zasilany woltomierz (multimetry posiadają własne zasilanie bateryjne, więc można pominąć tą uwagę)

Idealny woltomierz powinien posiadać nieskończenie dużą impedancję wejściową. Im większa impedancja wejściowe woltomierza tym lepiej, ponieważ w najmniejszy sposób wpływa on przy podłączeniu na układ pomiarowy. W chwili obecnej uniwersalne mierniki cyfrowe czyli multimetry mają impedancję wejściową rzędu 10MΩ lub większą. Dlatego taki woltomierz możemy podłączyć bezpośrednio do źródła napięcia bez względu czy jest obciążone czy nie.

pomiar napięcia – równoległe podłączenie

pomiar napięcia – równoległe podłączenie do obciążenia

Z dużą wartością impedancji wejściowej związane jest także pewne zjawisko: przy włączonym mierniku i podłączonych przewodach pomiarowych tylko do miernika na wyświetlaczu woltomierza wyświetlane są losowe przebiegi. W niektórych miernikach z automatyczną zmianą zakresów pomiarowych można zaobserwować jakby miernik „zwariował”. Jest to normalny objaw, ponieważ nasze otoczenie zaśmiecone jest różnego rodzaju zakłóceniami elekro-magnetycznymi, falami radiowymi, zakłóceniami od zasilaczy impulsowych… i  te zakłócenia powodują że przewody miernika zamieniają się w „antenę”. Zwarcie przewodów COM z V’ spowoduje zmniejszenie lub zanik tego zjawiska. Po podłączeniu woltomierza do mierzonego napięcia miernik poprawnie zaczyna mierzyć wartość napięcia.