TARVIKKEET JA MATERIAALIT
- Multimittari, digitaalinen tai analoginen
- Valikoima paristoja
- Yksittäinen valodiodi (Radio Shackin luettelon nro 276-026 tai vastaava)
- Pieni harrastusmoottori, kestomagneettityyppi (Radio Shackin luettelo # 273-223 tai vastaava)
- Kaksi hyppyjohtoa, joissa on ”alligaattoriklipsin” päät (Radio Shackin luettelo # 278-1156, 278-1157 tai vastaava)
Yleistarkkuusmittari on sähköinen mittalaite, jolla voidaan mitata jännitettä, virtaa ja vastusta.
Digitaalisissa yleismittareissa on digitaalisten kellojen tapaan numeeriset näytöt jännitteen, virran tai resistanssin määrän ilmoittamiseksi.
Analogiset yleismittarit ilmoittavat nämä suureet painetun asteikon päällä liikkuvan osoittimen avulla.
Analogiyleismittarit ovat yleensä edullisempia kuin digitaaliset yleismittarit, ja ne ovat hyödyllisempiä oppimisvälineinä sähköä aloittelevalle opiskelijalle.
Suosittelen vahvasti analogisen yleismittarin hankkimista ennen digitaalisen yleismittarin hankkimista, mutta että sinulla olisi lopulta molemmat työkalupakissasi näitä kokeita varten.
LÄHTEET
Lessons In Electric Circuits, Volume 1, luku 1: ”Basic Concepts of Electricity”
Lessons In Electric Circuits, Volume 1, luku 8: ”DC Metering Circuits”
OPPIMISTAVOITTEET
- Jännitteen mittaaminen
- Jännitteen ominaisuudet: Kahden pisteen välillä olemassa oleva
- Oikean mittausalueen valinta
ILLUSTROINTI
OHJEET
Kaikkiin tämän kirjan kokeisiin käytät jonkinlaista koelaitteistoa mittaamaan sähkön osa-alueita, joita et voi suoranaisesti nähdä, tuntea, kuulla, maistaa tai haistaa.
Sähkö – ainakin pieninä, turvallisina määrinä – on ihmiskehomme tuntematon.
Perusteellisin ”silmäsi” sähkön ja elektroniikan maailmassa on laite nimeltä yleismittari.
Monitoimimittarit ilmaisevat sähköisten ominaisuuksien, kuten jännitteen, virran ja resistanssin, olemassaolon ja mittaavat niiden määrää.
Tässä kokeessa perehdyt jännitteen mittaamiseen.
Jännite on sähköisen ”työntövoiman” mitta, joka on valmiina motivoimaan varauksia liikkumaan johtimen läpi.
Tieteellisessä mielessä se on ominaisenergiaa varausyksikköä kohti, matemaattisesti määriteltynä jouleina per coulomb.
Jännite vastaa painetta nestejärjestelmässä: voimaa, joka liikuttaa nestettä putken läpi, ja sitä mitataan yksikössä voltti (V).
Monitoimimittarisi mukana pitäisi olla joitakin perusohjeita.
Lue ne hyvin! Jos yleismittarisi on digitaalinen, se tarvitsee pienen pariston toimiakseen.
Jos se on analoginen, se ei tarvitse paristoa jännitteen mittaamiseen.
Jotkut digitaaliset yleismittarit ovat automaattisia. Autoranging-mittarissa on vain muutama valintakytkimen (valitsimen) asento.
Manuaaliranging-mittareissa on useita eri valintakytkimen asentoja kullekin perussuureelle: useita jännitteelle, useita virralle ja useita resistanssille.
Autoranging-mittareita on yleensä vain kalliimmissa digitaalisissa mittareissa, ja se on manuaaliselle ranging-mittarille sama kuin automaattivaihteisto auton manuaalivaihteistolle.
Autoranging-mittarilla ”vaihdetaan vaihteita” automaattisesti, jotta se voi hakea parhaan mittausalueen, jolla voidaan näyttää mitattava tietty suure.
Säädä yleismittarin valintakytkin suurimman käytettävissä olevan arvon ”DC volt” asentoon.
Autoranging-yleismittareissa voi olla vain yksi asento tasajännitettä varten, jolloin kytkin on asetettava kyseiseen asentoon.
Kosketa punaista testianturia pariston positiiviselle (+) puolelle ja mustaa testianturia saman pariston negatiiviselle (-) puolelle.
Mittarin pitäisi nyt antaa sinulle jonkinlainen näyttö.
Käännä testianturin liitännät takaisin paristoon, jos mittarin näyttö on negatiivinen (analogisessa mittarissa negatiivinen arvo ilmaistaan siten, että osoitin taipuu oikean sijasta vasemmalle).
Jos mittarisi on käsikäyttöinen ja valintakytkin on asetettu korkeamman vaihteluvälin asentoon, näyttö on pieni.
Siirrä valintakytkin seuraavaan alempaan tasavirtajännitteen vaihteluvälialueasentoon ja liitä se uudelleen paristoon.
Merkinnän pitäisi nyt olla voimakkaampi, mikä näkyy analogisen mittarin osoittimen (neulan) suurempana taipumana tai useampina aktiivisina numeroina digitaalisen mittarin näytössä.
Parhaan tuloksen saamiseksi siirrä valintakytkin alimmalle vaihteluväliasetukselle, joka ei ”ylitä” mittaria.
Ylialueistetun analogisen mittarin sanotaan olevan ”pegged”, koska neula pakotetaan kokonaan asteikon oikealle puolelle, ohi koko asteikon arvon.
Ylialueistettu digitaalinen mittari näyttää joskus kirjaimet ”OL” tai sarjan katkoviivoja. Tämä merkintä on valmistajakohtainen.
Mitä tapahtuu, jos kosketat vain yhtä mittarin testianturia pariston toiseen päähän?
Miten mittarin on kytkeydyttävä paristoon, jotta se antaa merkinnän?
Mitä tämä kertoo jännitemittarin käytöstä ja jännitteen luonteesta?
Onko olemassa sellaista asiaa kuin jännite ”yhdessä pisteessä”?
Muista mitata useampaa kuin yhtä paristokokoa ja opettele valitsemaan yleismittarista paras jännitealue, joka antaa maksimi-indikaation ilman, että jännite on liian suuri.
Vaihda nyt yleismittari alimmalle käytettävissä olevalle tasajännitealueelle ja kosketa mittarin testisondit valoa säteilevän diodin (LED) liittimiin (johdinjohtimiin).
LED on suunniteltu tuottamaan valoa, kun se saa virtaa pienestä määrästä sähköä, mutta LEDit sattuvat myös synnyttämään tasajännitettä, kun ne joutuvat alttiiksi valolle, jokseenkin kuten aurinkokenno.
Kohdista LED kirkasta valonlähdettä kohti, kun yleismittari on kytketty siihen, ja huomioi mittarin näyttö:
Akut kehittävät sähköjännitettä kemiallisten reaktioiden kautta. Kun paristo ”tyhjenee”, se on kuluttanut loppuun alkuperäisen kemiallisen ”polttoainevarastonsa”.
LED ei kuitenkaan luota sisäiseen ”polttoaineeseen” jännitteen luomiseksi, vaan se muuntaa optisen energian sähköenergiaksi.
Sikäli kuin LEDissä on valoa, joka valaisee sitä, se tuottaa jännitteen.
Toinen jännitteen lähde energian muuntamisen kautta on generaattori.
”Osat ja materiaalit” -luettelossa mainittu pieni sähkömoottori toimii sähkögeneraattorina, jos sen akselia käännetään mekaanisella voimalla.
Kytke jännitemittari (yleismittari, joka on asetettu ”voltti”-toimintoon) moottorin liittimiin samalla tavalla kuin kytkit sen ledin liittimiin ja pyöritä akselia sormillasi.
Mittarin pitäisi näyttää jännite neulan taipumisen (analoginen) tai numeerisen lukeman (digitaalinen) avulla.
Jos sinun on vaikea pitää molemmat mittarin testianturit yhteydessä moottorin liittimiin samalla kun pyörität akselia sormillasi, voit käyttää alligaattoriliittimillä varustettuja ”hyppyjohtoja” seuraavasti:
Määritä jännitteen ja generaattorin akselin kierrosluvun välinen suhde? Käännä generaattorin pyörimissuunta ja huomaa mittarin näyttämän muutos.
Kun käännät akselin pyörimissuunnan, muutat generaattorin luoman jännitteen napaisuutta.
Jännitemittari ilmaisee napaisuuden neulan suunnan (analoginen) tai numeerisen näyttämän merkin (digitaalinen) suunnan perusteella.
Kun punainen mittausjohto on positiivinen (+) ja musta mittausjohto negatiivinen (-), mittari rekisteröi jännitteen normaaliin suuntaan.
Jos syötetty jännite on päinvastaista napaisuutta (negatiivinen punaisella ja positiivinen mustalla), mittari ilmaisee ”väärin päin”.