Měření napětí je důležitou operací při práci s elektrickými obvody. Umožňuje určit rozdíl potenciálů mezi dvěma body a odhadnout elektrické napětí. Často však dochází k situacím, kdy přímé měření napětí není možné nebo nepraktické. V těchto případech se používají nepřímé metody měření, které umožňují získat spolehlivé údaje o napětí pomocí jiných veličin.
Jedním z hlavních způsobů nepřímého měření napětí je metoda komparátorů. Je založen na srovnání studovaného napětí se známým napětím, které lze regulovat. Komparátory převádějí analogové signály do digitálního formátu a umožňují určit, zda je napětí vyšší nebo nižší než nastavená prahová hodnota.
Dalším běžným způsobem nepřímého měření napětí je metoda použití proudových transformátorů. Proudové transformátory umožňují měřit proudy, které jimi procházejí, a poté přivádějí získaná data do příslušných hodnot napětí pomocí poměru proudové napětí. Tato metoda se často používá v energetice ke kontrole spotřebované elektřiny.
Metoda dělitelného napětí
Použití metody dělitelného napětí umožňuje měřit napětí bez připojení měřicích zařízení přímo ke zdroji napájení. Místo toho se používá dělič napětí složený z odporů a výsledek měření konečného napětí se provádí na externím spotřebiči, který se připojuje k děliči.
Pro použití metody dělitelných napětí je nutné znát odpor děliče napětí a proud protékající tímto děličem. Podle vzorce U = r × i, kde u-napětí, R-odpor, i-proud, lze určit požadované napětí.
Důležitou výhodou metody dělitelného napětí je jeho univerzálnost. Lze jej použít k měření stejnosměrného a střídavého napětí a k měření různých úrovní napětí. Díky této metodě lze měřit napětí v podmínkách, kdy přímé připojení spotřebičů není možné nebo obtížné.
Je však třeba vzít v úvahu některá omezení metody dělitelného napětí. Jsou spojeny s možnými chybami měření, ke kterým může dojít v důsledku neideálního odporu rezistorů, vlivu teploty na jejich výkon nebo posunutí nuly na měřicích přístrojích. Pro zajištění přesnosti měření je nutné před použitím pečlivě vybrat odpory děliče a zkontrolovat jejich vlastnosti.
Metoda komparátorů
Komparátory jsou speciální elektronická zařízení, která porovnávají dvě vstupní napětí a na výstupu vydávají signál, který z nich je větší. Mohou být implementovány na základě operačních zesilovačů nebo jiných elektronických součástek.
Komparátory umožňují porovnávat napětí s velmi vysokou přesností, díky čemuž je tato metoda nepřímého měření jednou z nejpřesnějších. Komparátory mají navíc rychlou reakční dobu a mohou pracovat s širokým rozsahem napětí.
Princip metody komparátorů je následující: měřené napětí je přiváděno na jeden ze vstupů komparátoru a referenční napětí na druhý. Pokud je měřené napětí větší než referenční, komparátor vydá na výstupu signál "1" a pokud je menší "0". Tímto způsobem lze určit poměr mezi měřeným a referenčním napětím.
Při použití metody komparátorů je třeba vzít v úvahu možné chyby spojené s chybou referenčního napětí, neidealitou komparátoru a dalšími faktory. Pro zlepšení přesnosti měření lze použít další metody kompenzace chyb, jako je kalibrace a oprava škálování.
Metoda komparátorů je široce používána v různých oblastech, kde je vyžadováno přesné měření napětí, jako je výkonová elektronika, automatizace a měřící technika.
Metoda tenzorezistorů
Hlavním principem metody tenzorezistorů je použití speciálních materiálů nazývaných tenzorezistory, které mají schopnost měnit svůj odpor při aplikaci mechanických sil na ně.
V procesu měření napětí pomocí tenzorezistorů je na objekt aplikován tenzorezistivní senzor, který se skládá z jednoho nebo více tenzorezistorů. Při aplikaci na objekt mechanického napětí se tenzorezistory deformují, což způsobuje změnu jejich odporu.
K měření napětí vyplývajícího z deformace tenzorů se používá vnější elektrický obvod. Změna odporu tenzorů je převedena na příslušný elektrický signál, který je poté analyzován a převeden na velikost napětí.
Metoda tenzorezistorů je široce používána v různých oblastech, kde je vyžadováno měření napětí. Používá se například ve strojírenství, stavebnictví, automobilovém průmyslu, ale také ve vědeckém výzkumu a experimentech.
| Výhody metody tenzorezistorů: | Nevýhody metody tenzorezistorů: |
|---|---|
| Vysoká přesnost měření | Citlivost na vnější vlivy |
| Široký rozsah měřených napětí | Vysoké náklady na senzory |
| Možnost opakovaného použití | Vyžaduje kalibraci |
Hallova Metoda
Základním principem Hallovy metody je použití Hallova efektu, který se projevuje tím, že ve vodiči s proudem umístěným v magnetickém poli dochází k příčnému (kolmému proudu) elektrickému poli. Velikost tohoto elektrického pole se nazývá Hallovo napětí.
Pro měření Hallova napětí je nutné znát proud v vodiči, magnetické pole a geometrické parametry vodiče. K tomu se používají speciální zařízení-Hallové senzory nebo Hallovy efekty založené na Hallově efektu.
Hallova metoda je široce používána v elektronice, fyzice i průmyslu. Umožňuje měřit napětí a vodivost materiálů a také určovat značku a typ nosičů náboje.
Metoda potenciometrů
Základní myšlenkou metody je, že podle známých hodnot odporu a naměřené hodnoty napětí na nich je určena neznámá hodnota napětí.
K tomu se používá speciální zařízení zvané potenciometr. Zvenku je potenciometr dlouhý vodič s rovnoměrně rozloženým odporem. Jeden konec vodiče se připojuje ke zdroji napětí a druhý konec k zemi nebo jinému přesnému potenciálu. Na vodiče je aplikována stupnice, která umožňuje určit bod na vodiči, na kterém je zvykem měřit potenciál.
K měření napětí metodou potenciometrů se používají dva body na vodiči: měřený bod a bod připojení sítě s nízkým potenciálem. Potenciálový rozdíl mezi těmito dvěma body je úměrný poměru jejich vzdáleností ke zdroji napětí a zemi.
K měření napětí pomocí potenciometru je zapotřebí určitá sada zásad a pravidel:
- Vodič potenciometru musí mít konstantní odpor. V opačném případě mohou být měření nepřesná nebo neudržitelná.
- Vzdálenost mezi bodem měření a zdrojem napětí by měla být dostatečně velká, aby byl jejich vliv na měření minimální.
- Měřené napětí by mělo být srovnatelné s napětím na potenciometru. V opačném případě mohou být měření nepřesná nebo nemožná.
- Měření musí být provedeno pomocí zařízení s dostatečnou přesností a rozlišením.
Metoda potenciometrů je široce používána v různých oblastech vědy a techniky pro měření napětí. Je to univerzální a přesný způsob, jak získat výsledky s vysokou mírou přesnosti a spolehlivosti.
Metoda termorezistorů
Metoda termorezistorů je založena na měření změny odporu polovodičových termorezistorů při změně teploty.
Měření napětí pomocí termorezistorů lze provést následovně:
- Nejprve se měří odpor termorezistoru při známé teplotě.
- Poté, když je termorezistor připojen ke zkoumanému elektrickému zařízení, je provedeno nové měření odporu termorezistoru.
- Změna odporu se promítá do změny teploty, podle kalibrační křivky, která popisuje závislost odporu na teplotě.
Metoda termorezistorů je široce používána v různých oblastech, včetně elektroniky, medicíny, průmyslu. Má vysokou přesnost a spolehlivost měření a také umožňuje získávat údaje o teplotě vysokou rychlostí a bez kontaktu se zkoumaným objektem.