Jak se zvětšuje rozsah ampérmetru a voltmetru?

Jak efektivně rozšířit možnosti vašeho multimetru: Zvětšování a zmenšování rozsahu ampérmetrů a voltmetrů

Multimetr, ať už digitální či analogový, je nepostradatelným pomocníkem každého elektronika a elektrotechnika. Jeho schopnost měřit proud, napětí a odpor z něj činí univerzální nástroj pro diagnostiku a opravy. Nicméně, standardní rozsahy měření zabudované v multimetru nemusí vždy vyhovovat všem situacím. Co dělat, když potřebujeme měřit proud podstatně vyšší, než je maximální proudový rozsah ampérmetru, nebo napětí, které přesahuje rozsah voltmetru? A co když naopak potřebujeme měřit velmi slabé signály s větší přesností?

Tento článek se zaměří na elegantní metody, jak rozšířit možnosti vašeho multimetru bez nutnosti investice do nového přístroje. Ukážeme si, jak jednoduše zvětšit a zmenšit měřicí rozsahy ampérmetrů a voltmetrů pomocí promyšleného zapojení externích součástek. Zapomeňte na složité konstrukce – cílem je maximální praktičnost a efektivita.

Zvětšení rozsahu ampérmetru: Bočník – spolehlivý partner pro vysoké proudy

Měření velkých proudů běžným ampérmetrem by mohlo vést k jeho poškození. Klíčem k řešení je bočník, což je rezistor s velmi malým, přesně definovaným odporem. Bočník se zapojuje paralelně k ampérmetru. Většina proudu pak proteče bočníkem a pouze malá, předem určená část proudu proteče ampérmetrem.

Představte si to jako řeku, kde se tok rozdělí na dvě ramena. Bočník představuje širší, snazší cestu, kudy proteče většina vody. Ampérmetr představuje užší, strmější cestu, kudy proteče jen malá část vody.

• Jak funguje výpočet bočníku? Potřebujeme znát maximální proud, který chceme měřit (I_max), rozsah ampérmetru (I_a) a vnitřní odpor ampérmetru (R_a). Hodnotu bočníku (R_b) pak vypočítáme podle vzorce:

  R_b = R_a / ((I_max / I_a) – 1)

  • Příklad: Chceme měřit proud do 10A pomocí ampérmetru s rozsahem 1A a vnitřním odporem 1 Ohm. Pak:
    • R_b = 1 / ((10 / 1) – 1) = 1 / 9 = 0,111 Ohm (přibližně).

• Praktické tipy: Při výběru bočníku je klíčové dbát na jeho výkonovou zatížitelnost. Bočník musí být schopen bezpečně odvádět většinu proudu, aniž by se přehříval. Doporučuje se volit bočníky s dostatečnou rezervou ve výkonu. Dále je důležité zajistit kvalitní a pevné kontakty bočníku, aby nedocházelo k ohřevu vlivem přechodových odporů.

Zvětšení rozsahu voltmetru: Předřadný rezistor – ochrana proti přepětí

Podobně jako u ampérmetru, i u voltmetru můžeme zvětšit rozsah měření pomocí externího prvku. V tomto případě se jedná o předřadný rezistor, který se zapojuje sériově s voltmetrem. Předřadný rezistor snižuje napětí, které na voltmetr přichází, čímž umožňuje měřit vyšší celkové napětí.

• Jak funguje výpočet předřadného rezistoru? Potřebujeme znát maximální napětí, které chceme měřit (U_max), rozsah voltmetru (U_v) a vnitřní odpor voltmetru (R_v). Hodnotu předřadného rezistoru (R_p) pak vypočítáme podle vzorce:

  R_p = R_v * ((U_max / U_v) – 1)

  • Příklad: Chceme měřit napětí do 100V pomocí voltmetru s rozsahem 10V a vnitřním odporem 10 kOhm. Pak:
    • R_p = 10000 ((100 / 10) – 1) = 10000 9 = 90000 Ohm = 90 kOhm.

• Praktické tipy: Volba předřadného rezistoru by měla zohledňovat jeho přesnost a stabilitu. Doporučuje se používat kvalitní rezistory s nízkou teplotní závislostí, aby se minimalizovaly chyby měření vlivem změn teploty okolí. Stejně jako u bočníku, i zde dbejte na bezpečnou izolaci a kvalitní spoje.

Zmenšení rozsahu: Měřicí zesilovač – pro jemné detaily a slabé signály

Zatímco bočník a předřadný rezistor umožňují měřit vyšší hodnoty, opačný problém nastává při měření velmi slabých signálů. Zde přichází na řadu měřicí zesilovač, který zesílí slabý signál na úroveň, kterou je voltmetr schopen přesně měřit.

Měřicí zesilovače jsou často postaveny na bázi operačních zesilovačů (OZ), které nabízejí vysoký zisk, nízký šum a dobrou linearitu. Správným návrhem obvodu s operačním zesilovačem můžeme dosáhnout požadovaného zesílení a tím i efektivně zmenšit měřicí rozsah voltmetru.

• Princip: Zesílením slabého signálu před vstupem do voltmetru dosáhneme lepšího využití rozsahu voltmetru a tím i vyšší přesnosti měření.
• Výhody: Zesílení umožňuje měřit velmi malé napětí a proudy, které by jinak byly neměřitelné, nebo by byly zatíženy velkou chybou.
• Nevýhody: Návrh a kalibrace měřicího zesilovače vyžaduje určité znalosti elektroniky. Také je nutné dbát na minimalizaci šumu a offsetu zesilovače.

Závěr: Kreativní přístup k měření

Úprava rozsahu ampérmetrů a voltmetrů pomocí bočníku, předřadného rezistoru nebo měřicího zesilovače je efektivní a relativně jednoduchý způsob, jak rozšířit možnosti vašeho multimetru. Tyto techniky vám umožní měřit širší spektrum proudů a napětí, a to s dostatečnou přesností pro většinu praktických aplikací. Důležité je vždy dbát na správný výpočet, volbu kvalitních součástek a bezpečnost. S trochou kreativity a základními znalostmi elektroniky se váš multimetr stane ještě mocnějším nástrojem.