Méréstechnika

A méréstechnika megkülönbözteti a mérést és az egyszerű vizsgálatot. A vizsgálattal egy eszköz működőképességét állapítjuk meg. Például egy lámpával ellenőrizhetjük, hogy egy akkumulátor sarkai között van-e feszültség. De csak egy feszültségmérővel tudjuk a feszültség tényleges nagyságát meghatározni.

Mennyiségek és mértékegységek

A mérés nem más, mint összehasonlítás. Mennyiségi egységeket (mértékegységeket) definiálunk, például az áramerősségnek az 1 ampert (1 A), majd mondjuk 5 A mérésekor megállapítjuk, hogy a mért érték a mennyiségi egységnek éppen ötszöröse.

A mértékegységeket törvény rögzíti. Németországban 1969-óta (Magyarországon 1980-tól) az SI (Systeme International) a törvényes mértékegységrendszer. Ez a rendszer hét alapegységet (hosszúság, tömeg, idő, áramerősség, anyagmennyiség, fényerősség) és a mértékegységeiket definiálja.

Alapegység Mértékegység Jel
hosszúság méter m
tömeg kilogramm kg
idő másodperc s
áramerősség amper A
hőmérséklet kelvin K
anyagmennyiség mól mol
fényerősség kandela cd

Ezekből az alapegységekből vezethetők le a származtatott egységek, mint pl. a felület, sűrűség, frekvencia, energia, teljesítmény, feszültség, ellenállás, stb.

A mérési eredmény lehet a mértékegység többszöröse vagy törtrésze. Legtöbbször tíz egészszámú hatványait használjuk, mint például a kilo (ezerszeres) vagy milli (ezredrész).

Hányados Hatvány Előtag
billiószoros 1012 tera T
milliárdszoros 109 giga G
milliószoros 106 mega M
ezerszeres 103 kilo k
százszoros 102 hekto h
tízszeres 101 deka da
tized 10-1 deci d
század 10-2 centi c
ezred 10-3 milli m
milliomod 10-6 mikro µ
milliárdod 10-9 nano n
billiomod 10-12 piko p

1. feladat:

A következő táblázatban váltsuk át a mért értékeket a megfelelő tízes többszörös ill. törtrész felhasználásával.

U = 1280 volt U = 1,28 kV
I = 0,038 amper I =
f = 3580 hertz f =
P = ______ watt P = 450 mW
R = 27000 ohm R =
U = 0,000001 volt U =
I = 0,000025 amper I =
R = 0,047 megaohm R = ___ kΩ
t = 0,00005 másodperc t =

Analóg kijelzőjű mérőműszerek

A legtöbb analóg kijelzőjű mérőműszer elektrodinamikus vagy elektrosztatikus elven működik. A mért elektromos jellemző forgatónyomatékot hoz létre a mérőmű állórésze és forgórésze között. Általában egy állandó mágneses térbe helyezett áramjárta tekercsre ható nyomatékot használjuk fel.


1.ábra: Különböző forgótekercses műszerek

A műszer jóságát alapvetően a mozgó (forgó) rész csapágyazásának kialakítása határozza meg. A mutató érzékenységét az itt fellépő súrlódások befolyásolják. Üzemi mérőműszerek végkitéréshez kb. 20...100 mikroampert igényelnek kb. 0,2...1,0 volt mellett. Ezek az amatőr gyakorlatban jól használhatók indikátornak és multiméter céljára egyaránt.

2. feladat

Egy 1 volt méréshatárú műszeren teljes kitérés esetén 50 µA áram folyik át. Mekkora a műszer teljesítményfelvétele és belső ellenállása?

Az egy voltra jutó belső ellenállást nevezzük a műszer érzékenységének. Multiméter vásárlásánál a mérési tartományok száma mellett fordítsunk figyelmet az érzékenység értékére is. Egyenfeszültségű tartományokban az érzékenység legalább 20 kΩ/volt legyen.

Az amatőr számára hasonlóan fontos a műszerek pontossági osztályainak ismerete is. A kijelző által mutatott értékek pontossága alapján a műszereket hét pontossági osztályba soroljuk.

Precíziós műszerek Üzemi műszerek
0,1 oszt. 1,0 oszt.
0,2 oszt. 1,5 oszt.
0,5 oszt. 2,5 oszt.
  5,0 oszt.

A fenti számok a műszer legnagyobb megengedhető százalékos hibáját jelzik a skála végkitérésére vonatkoztatva.

Példa

Mekkora egy 1,5 osztályú műszer maximális mérési hibája, ha a végkitérése 300 V, a mért feszültség, pedig 230 V?

Megoldás: A 300 V 1,5 %-a ±4,5 V

A tényleges feszültség tehát 225,5 V és 234,5 V közé esik. A százalékos mérési hiba ezáltal megnövekszik: 4,5 / 230 = 1,95 %.

Ha ugyanazon a méréshatáron 30 voltot mérünk, akkor a százalékos hiba tovább nő: 4,5 V / 30 V = 15 %.

Ebből az következik, hogy méréseket lehetőleg úgy kell végezni, hogy a mutatott érték a mérési tartomány felső harmadában legyen.

A forgótekercses műszer csak egyenáram mérésére alkalmas. Ha váltakozófeszültséget kapcsolunk a műszerre, akkor a mutató mindkét irányban kileng és nulla átlagos értéket mutat. Ezen úgy segítünk, hogy a műszerrel mérőegyenirányítót kapcsolunk sorba. Konkrét kapcsolások a tankönyv német nyelvű változatának 2. kötetében találhatók.

Amennyiben egy egyenirányítóval rendelkező forgótekercses műszerrel váltófeszültséget mérünk, akkor a skála beosztása csak szinuszos feszültség esetén lesz pontos. Más alakú váltakozófeszültség esetén a műszer nem a helyes értéket mutatja.

Váltakozófeszültség (nem feltétlenül szinuszos) mérésére alkalmas a lágyvasas műszer. Ennek kitérése független a rajta átfolyó áram irányától. Ezáltal nincs szükség egyenirányítóra. Ennek a műszertípusnak hátránya, hogy viszonylag nagy a teljesítményfelvétele.


2. ábra: Feszültség- és árammérés

Feszültség mérésekor a mérőműszert a mérendő feszültséggel párhuzamosan kapcsoljuk. Áram mérésekor a műszer az áramkörbe sorosan csatlakozik. Sokszor ezt nehéz kivitelezni, mert nem lehet az áramutat megszakítani. Ekkor egy ellenálláson a rajta átfolyó áram miatt fellépő feszültséget mérjük, és ebből számítjuk ki az áram értékét. Ezt nevezzük indirekt (közvetett) árammérésnek.

Digitális kijelzőjű mérőműszerek

Manapság legtöbbször digitális kijelzőjű műszereket használunk. Miután ezek eleve elektronikus áramkörökkel épülnek fel, ezért általában multiméter funkciókat is tartalmaznak. Feszültségen és áramon kívül mérhetünk velük ellenállást, diódát, de sok esetben akár kapacitást, induktivitást, teljesítményt és frekvenciát is.


3. ábra: Egy digitális feszültségmérő blokkvázlata

A 3. ábrán látható egy digitális feszültségmérő elvi felépítése. A bemeneti osztó után található az analóg-digitális (A/D) átalakító. A digitális impulzusokat egy számláló dolgozza fel, majd a dekóderen keresztül kerül kijelzésre.

A digitális műszerek előnye, hogy kiküszöbölik a leolvasási hibát. Mindemellett az olcsó digitális multiméterek mérési pontossága sokszor kisebb, mint egy jó minőségű analóg műszeré. A digitális feszültségmérők esetében a pontossági osztályon kívül megadják még a kijelző utolsó jegyéhez tartozó mérési bizonytalanságot is.

Az oszcilloszkóp

Az oszcilloszkóp feszültségek időbeli változását jeleníti meg. A képernyője katódsugárcső vagy LCD kijelző.


4. ábra: Szinuszos feszültség az oszcilloszkóp képernyőjén

Oszcilloszkóppal az eltérítési tényező ismeretében tudunk feszültséget mérni. Az eltérítési tényező az a bemeneti feszültség, amelyhez a sugár egy skálaosztásnyi elmozdulása tartozik. Az eltérítési tényezőt (érzékenységet) a bemeneti osztásarány határozza meg, ezt egy előlapra kivezetett kezelőszervvel állíthatjuk be.

Példa

a) Mekkora a fenti váltófeszültség csúcstól csúcsig mért amplitúdója, ha az Y csatorna érzékenysége 20 mV/osztás?

b) Mekkora a rezgés periódusideje, ha az X csatorna beállítása 1 µs/osztás?

Megoldás

a) Uss = 6 × 20 mV = 120 mV

b) T = 8 × 1 µs = 8 µs

Oszcilloszkóppal mérhetünk egyenfeszültséget és váltófeszültséget egyaránt. Váltófeszültségnél a csúcstól csúcsig feszültséget állapítjuk meg, és ebből számítjuk ki az effektív értéket.

Az adó PEP-teljesítménye

SSB adók jellemzésére többnyire a kimeneti burkológörbe teljesítményt használják. Ez a kimenő jel burkolójának legmagasabb pontjához tartozó teljesítmény, mielőtt az adó túlvezérlődne. Ezt a teljesítményt úgy mérjük, hogy a mikrofon bemenetre kéthangú jelet adunk majd a kimeneten egy 50 ohmos lezáráson (műterhelésen) voltmérővel vagy oszcilloszkóppal megmérjük a jel csúcsértékét. Az amatőr gyakorlatban használt további műszerekről (zajhíd, dipmérő, spektrumanalizátor) a német nyelvű Klasse 2 tankönyvben olvashatunk.

Az állóhullámarány-mérő

Az állóhullámarány-mérőt (SWR-mérő) az adó és az antenna illesztettségének mérésére használjuk. Azt, hogy mik az állóhullámok és mi az SWR jelentése már a 15. leckében részletesen tárgyaltuk. Mindenesetre álljon itt egy példa.

Az SWR-t a következő képlettel számítjuk ki


Példa

Iránycsatolóval (állóhullámarány-mérő híddal) a haladó hullám amplitúdóját 1 V-nak, a visszavertét pedig 0,5 V-nak mértük. Mekkora az állóhullám-arány?

Megoldás


Ha a feszültség fele verődik vissza, akkor az állóhullám-arány éppen 3.

Abban a különleges esetben, amikor nincs visszaverődés, a következő adódik:


Ha az állóhullám-arány 1, akkor az illesztés tökéletes.

3. feladat

Mekkora az állóhullám-arány, ha a haladó irányban a mért érték 100 (µA), a visszavert hullámra pedig 33,3 adódott?

Amennyiben az SWR értékeket felvisszük az állóhullámarány-mérő skálájára, akkor az SWR közvetlenül, számítás nélkül leolvasható.


5. ábra: Egy állóhullámarány-mérő skálája

Leolvasási gyakorlat

Mekkora az SWR, ha a mutató a a) 10, b) 20, c) 33, d) 50 e) 66 (µA) osztásnál áll?

Megoldás: a) 1,22, b) 1,5, c) 2, d) 3, e) 4,9


6. ábra: SWR1 és SWR2 jelöli azokat a helyeket, ahol az állóhullám-arányt mérhetjük.

Az állóhullámarány-mérőt mindig egy antenna helyére csatlakoztatjuk, ott ahol az SWR-t meg akarjuk határozni. Ha magát az antennát akarjuk ellenőrizni, akkor az SWR mérőt az antennakábel és az antenna bemenete közé csatlakoztatjuk (SWR2). Ha az akarjuk megmérni, hogy milyen jól illeszkedik az adó az antennakábelhez, akkor az SWR1 jelű helyre kapcsoljuk a műszert.

Vizsgakérdések

A TJ501 feladathoz az elméleti alapok a 9. leckében találhatók (ellenállások soros kapcsolása).

TJ500*) Hogyan kapcsoljuk a feszültségmérőt a mérendő áramkörbe, és milyen kívánalmaknak kell a műszernek eleget tennie ahhoz, hogy a mérési hiba a lehető legkisebb legyen?

a) a mérendő feszültséggel párhuzamosan kapcsoljuk és lehetőleg kis ellenállású legyen.
b) a mérendő áramútba sorosan kapcsoljuk és lehetőleg kis ellenállású legyen.
c) a mérendő feszültséggel párhuzamosan kapcsoljuk és lehetőleg nagy ellenállású legyen.
d) a mérendő áramútba sorosan kapcsoljuk és lehetőleg nagy kis ellenállású legyen.

TJ501 Mekkora Re előtét-ellenállás szükséges egy 2 V végkitérésű műszer 20 V való kiterjesztéséhez? Teljes kitérés esetén a műszeren 2 mA folyik át.

a) Re = 9 kΩ
b) Re = 10 kΩ
c) Re = 90 kΩ
d) Re = 0,1 MΩ

TJ502 Egy oszcilloszkóp időalapját úgy állítottuk be, hogy egy skálaosztásnak 0,5 ms felel meg. Mekkora az ábrán látható jel periódusideje?



a) 0,4 ms
b) 2 ms
c) 1,5 ms
d) 4 ms

TJ503 Milyen célt szolgál az állóhullámarány-mérő híd?
a) az adónak az antennához való illesztettségének ellenőrzése.
b) a frekvencia ellenőrzése.
c) a moduláció ellenőrzése.
d) az adó lezárása.

TJ504 Abban az esetben, ha az SWR mérő egyik csatlakozását az antennához kapcsoljuk, mit kell a mérő másik csatlakozásához kapcsolni?
a) antennakapcsoló
b) hálózati egység
c) műterhelés
d) rádióadó készülék

TJ505 Milyen eszközzel mérjük egy adó frekvenciáját?
a) frekvenciamérővel
b) állóhullámarány-mérő híddal
c) RF voltmérővel
d) frekvenciamultiplexerrel

A helyes megoldások részletei a következő linken találhatók: Függelék


Creative Commons License © http://tankonyv.ham.hu, utolsó módosítás: 2006.02.26. 01:02
Eredeti mű: © Eckart Moltrecht DJ4UF, http://www.amateurfunkpruefung.de