3.M. 2. L. 1, Bevezetés 3.M. 2. L. 1.1, A mérés, mint szakmai tevékenység szerepe a villamos szakmák gyakorlatában A villamos szakember munkatevékenységének szinte minden fázisában van valamilyen célú és funkciójú mérés. Úgy a munka megkezdésekor, a folyamat közben, mint a tevékenység végén. Mérni annyit jelent, mint meghatározni, hogy a mérendő mennyiségben hányszor van meg az adott paraméter mértékegysége. A mérés során a mért mennyiséget jellemző mérőszám meghatározása a cél, melyhez megfelelő mérőeszköz megválasztása szükséges. A mérésnél előzetesen egyeztetni kell a számérték kifejezéséhez alapul vett mértékegységet. Milyen fontosabb paraméterek mérései a leggyakoribbak? Csak felsorolás jelleggel: áramerősség, feszültség, ellenállás, villamos teljesítmény, villamos munka, teljesítménytényező, fordulatszám, áttétel, erősítés, fázisforgatás, jelalakok stb. 3.M. 2. L. 1.2, A mérés, mint tanulói tevékenység és jellemzői a villamos szakmák tanításában. A mérés tanítása alapos szakmai és pedagógiai felkészülést igényel. Először is tisztában kell lennünk a mérési alapelvekkel, fogalmakkal (mérés, hiba, leolvasás, becslés, pontosság, érzékenység, stb.), a mérőberendezésekkel/eszközökkel (mérők, kalibrátorok, műszerek) ezek szerkezeti felépítésével, működési elvével, pontosságával és alkalmazási lehetőségeivel. Másodsorban a mérés elvégzésének, kiértékelésének technikai-adminisztrációs hátterével (feljegyzés, leolvasás, jegyzőkönyvkészítés stb.) Pedagógiai didaktikai szempontból a mérés lehet: - az ismeretek forrásai (tapasztalásos tanulás) - a tanultak igazolása, ellenőrzése (deduktív módszerű tanítás-tanulás, illetve gyakorlat szerzése - alkalmazás összetett tevékenységben (pl. összeszerelés), ahol már jártassággal kell bírni, hogy képes legyen a diagnosztizálás, probléma megoldásos feladatot elvégezni. - szakmai tevékenység, ahol a mérési jártasság teszi lehetővé a diagnosztizálás, problémamegoldás feladatainak teljesítését, mint pl. összeszerelés, üzembe helyezés, hibakeresés, hibaelhárítás) Az elsőnél nem követelhetjük meg a pontos, precíz leolvasást és műszerhasználatot, csupán a mért értékekből vonhatunk le következtetést stb. Az alapozó elektrotechnika órák tanári demonstrációs mérései, valamint a hozzá kapcsolódó alap villamos laboratóriumi tanulói mérések tartoznak ide elsősorban. Az alap villamos mérési laborgyakorlatok adnak lehetőséget az elméletben tanultak igazolására. Az elméletet igazoló mérések során tapasztalatot szereznek a diákoka múszerhasználatban, annak leolvasásában.
Lehet ezt a gyakorlatot megszerezni a különböző tanműhelyekben is egy-egy szerelés, áramkör elkészítése kapcsán. Egy önálló munkával készített termék esetében viszont a mérési képesség szintje meghatározó, hiszen itt már nincs idő és lehetőség a mérési rutin, a jártasság megszerzésére, itt már nagy biztonsággal kell tudni a mérőeszközt (műszer, kalibrátor, stb.) használni, az eredményeket értékelni és további műveleteket elindítani. A hibák behatárolásához, a szisztematikus ellenőrzésekhez nagy biztonsággal kell bírni a műszerek kiválasztása, használata és az eredmények felhasználása terén. Az önálló munka a már megszerzett mérési jártasságra épül, bár minden munkavégzéshozzájárul a rutin elmélyítéséhez. 3.M. 2. L. 2, Mérési alapelvek, eljárások alapjai és tanítási módszertana 3.M. 2. L. 2.1, A mérés fogalma, metrológiai alapjai A mérési alapfogalmakkal a tanulóknak is tisztában kell lennie. A méréssel összefüggő tevékenységek, eljárások, elvek és egységek, mértékegységek rendszerével a metrológia foglalkozik. A mérhető mennyiség lehet jelenség, tárgy vagy anyag minőségileg megkülönböztethető és mennyiségileg meghatározható tulajdonsága, amelynek egy számérték és egy vonatkozás tulajdonítható. A vonatkozás egy mértékegység vagy egy mérési eljárás. A mennyiségek jelképeit az ISO 31 tartalmazza. A Nemzetközi Mennyiség-rendszerben (ISQ), az alapmennyiségek dimenziói a következők: Alapmennyiség Hosszúság Tömeg Idő Elektromos áramerősség Termodinamikai hőmérséklet Dimenzió L M T I Θ
Anyagmennyiség Fényerősség N J 3. M 2.1. táblázat Főbb alapmennyiségek dimenziói, saját ábra A Nemzetközi Mértékegység-rendszer (Systeme International d'unités, SI) Az SI jelenleg 7 alapegységből, 2 speciális (és egyúttal külön nevű) származtatott egységből és egyéb származtatott egységekből áll, melyek közül további 17 külön névvel rendelkezik. Mérések elvi alapfogalmai Mérés Azoknak az értékeknek a tapasztalati úton történő meghatározási folyamata, amelyek indokoltan tulajdoníthatók valamely mennyiségnek. Mérési eljárás A mérés egy vagy több mérési elvnek és egy mérési módszernek megfelelő részletes leírása, amely egy elméleti modellen alapul, és a mérési eredmény előállításához szükséges mindenfajta számítást tartalmaz. Mérendő mennyiség A villamos szakmában is lehet az anyaghoz, a testhez, annak állapotához kötni a mérendő mennyiséget. A mi szempontunkból meghatározóan fontos mérendő mennyiségek a következők: Villamos feszültség, áramerősség, ellenállás, teljesítmény, fogyasztás/munka, impedancia, kapacitás, induktivitás, egyéb áramköri jellemzők(terhelési állapotok, vezetési-szigetelési értékek, veszteségek stb.) Mérési módszer A méréshez használt műveletek logikai szerveződésének általános leírása. A mérési módszerek többfélék lehetnek, úgymint: behelyettesítéses mérési módszer különbségi (differenciális) mérési módszer nullázó mérési módszer közvetlen mérési módszer közvetett mérési módszer A mérés gyakran több mérőeszköz, vagy reagens példány egymást követő vagy párhuzamos használatát igényelheti. Ekkor a mérési módszer az eljárás szerkezetének rövid bemutatásából áll.
Befolyásoló mennyiség A mérendő mennyiségtől különböző olyan mennyiség, amely hatással van a mérési eredményre. Mérési eredmény A mérendő mennyiségnek tulajdonított, méréssel kapott érték. A mérési eredmény megadásakor egyértelművé kell tenni, hogy az értékmutatásra, a korrigálatlan eredményre, a korrigált eredményre vagy több érték átlagára vonatkozik-e. Mérési pontosság A mérési eredménynek és a mérendő mennyiség valódi értékének az egymáshoz való közelisége. Mérési eredmények reprodukálhatósága Azonos mérendő mennyiség megváltoztatott feltételek mellett megismételt mérései során kapott eredmények. Egymáshoz való közelisége. Mérési hiba A mérési eredmény mínusz a mérendő mennyiség valódi értéke. Mivel a valódi értéket méréssel nem lehet tökéletesen pontosan meghatározni, a mérési hiba sem határozható meg pontosan. A valódi érték helyett ezért a konvencionális valódi értéket kell használni. Eltérés Az érték, mínusz a referenciaértéke. A referenciaérték lehet például a használati etalon mérték névleges értéke, a kalibráláshoz alkalmazott használati etalonnal (például alapjel-generátorral) előállított érték stb. Véletlen hiba A mérési eredmény mínusz az az átlagérték, amely ugyanazon mérendő mennyiség megismételhetőségi feltételek között végzett végtelenül sok mérésének eredményéül adódna. A véletlen hiba = a hiba mínusz a rendszeres hiba. Mivel a gyakorlatban végtelenül sok mérést nem lehet elvégezni, a véletlen hiba értéke csak becsülhető. Rendszeres hiba Az az átlagérték, amely ugyanazon mérendő mennyiség megismételhetőségi feltételek között végzett végtelenül sok mérésének eredményéül adódna, mínusz a mérendő mennyiség valódi értéke. A rendszeres hiba = a hiba mínusz a véletlen hiba. A valódi értékhez hasonlóan a rendszeres hiba és annak okai sem lehetnek teljesen ismertek. A mérőeszköz rendszeres hibáját torzításnak is nevezik.
3.M 2.1. ábra: Mérési eredmény összetevői (Bodnár I/1) 3.M. 2. L. 2.2, A villamos mérések fajtái, jellemzői A mérés célja szerint megkülönböztethetünk: minőségellenőrző hitelesítő, üzemviteli, elszámolási, diagnosztizáló, hiba-meghatározó termék(gyártmány, szerelés, komplett automatika) ellenőrző, biztonsági(határérték) méréseket Rendszeres monitorozó A villamos szakmában ezek közül a hitelesítő, az üzemviteli, az elszámolási, a diagnosztizáló méréseknek van a legnagyobb előfordulása. Az u.n termék ellenőrző mérések is nagyon meghatározóak az előállítási folyamat végén, amelyeknek egy sajátos alfaja lehet az egységek működési próbája, illesztése, élesztése, vagyis feszültség alá helyezése stb. Nyilvánvaló, hogy ezek a mérési fajták nem egyforma fontossággal bírnak az energetikei(erősáramú) és az elektronikai(gyengeáramú) szakterületeken, illetve villamos szakmai tevékenységeknél. A vázlatos áttekintés során is kell hangsúlyozni, hogy vannak fontos közös jellemzők. A villamos szakember nagy körültekintéssel, a biztonsági, munkavédelmi előírások betartásával végzi önállóan, vagy szakember társával ezeket a méréseket. A mérések előkészítést, felkészülést és odafigyelést igényelnek a képzés során, amire a hallgatót és idákot fel kell készíteni.
3.M. 2. L. 3, Mérőműszerek és tanítási módszerük. 3.M. 2. L. 3.1, Villamos mérőműszerek felosztása, közös szerkezeti elemei Műszerek alatt értjük mindazon készülékeket, berendezéseket, amelyek közvetlenül, vagy közvetetten érzékelnek különböző fizikai, kémiai, biológiai és környezeti paramétereket és valamilyen módon kijelzik, mutatják azt. Megkülönböztetjük a műszereket és az u.n. mérő átalakítókat. Ez utóbbiak a nem villamos mennyiségeket alakítják át villamos mennyiséggé, illetve a villamos mennyiségeket kisebb villamos mennyiséggé. A műszereket többféle szempontból osztályozhatjuk. Az osztályozás szempontjai többek között a következők lehetnek: - A műszer érzékelt jellemzői - A működés fizikai alapelvei - A szerkezeti felépítés és kivitel szempontjai - Méréshatár - Érzékenység - Pontosság(osztálypontosság) - Önfogyasztás Az osztálypontosság alapján az alábbi kategóriákba sorolhatók a mérőműszerek: 3.M 2.2. ábra: Mérőműszerek besorolása osztálypontosság alapján (Forrás: Thodosy Cs., 2008) Az érzékelt jellemzők (jelek) lehetnek analóg jelek, vagy digitális jelek. Felosztjuk a műszereket villamos műszerekre és nem villamos elven működő műszerekre.
Ebben az alfejezetben a villamos elven működő műszerekkel, azok fontosabb fajtáival, szerkezetükkel, működési elvükkel és a fontosabb villamos mennyiségek mérési alapelvével, azok módszertani vonatkozásaival foglalkozunk. Nézzük először a villamos műszerek felosztását. Alapvetően analóg és digitális villamos műszerek csoportját különböztetjük meg. A működési alapelvek ezekhez a csoportokhoz tartozóan a következő két csoportra bontható tovább: Villamos műszerek Elektromechanikus műszerek - Állandó mágnesű műszer - Elektrodinamikus műszer - Lágyvasas műszer - Indukciós műszer - Hőhuzalos műszer - Hőelemes műszer - Rezgőnyelves műszer Elektronikus műszerek Analóg műszerek Oszcilloszkóp Digitális műszerek Digitális multiméter Frekvencia és időmérők Tárolós oszcilloszkóp - Regisztrációs műszer A digitális kijelzésű műszerek közül a multiméterek lehetnek hordozható és laboratóriumi kivitelűek. A tárolós oszcilloszkópokban sajátos áramkör biztosítja a jelek alak és paraméter (frekvencia) vizsgálatát (tárolását) Ezeket a műszereket a 9/4. és 9/5. ábrák mutatják. 3.M 2.3. ábra: Hordozható(kézi) és laboratóriumi multiméter (Forrás:Thodosy Cs., 2008)
3.M 2.4. ábra: Tárolós oszcilloszkóp (Forrás: INTER ST., 2008) Sajátos ötvözetet jelent a mérőváltók és a digitális kijelzésű műszerek területéről a lakatfogós multiméter. Amint a III M 1.5. ábrán látható, a köríves fogó szerkezet a mérendő nagy erősségű áramvezetőt fogja körül és a mágneses indukció révén a mérőműben ezzel arányos áramerősséggé transzformálja le, illetve ezzel arányos feszültséggé, amit a multiméter számkijelzője digitális jelként mutat. 3.M 2.5. ábra: Lakatfogós multiméter (Forrás: Thodosy Cs., 2008) Ezen felosztás után a műszereken található jelzések alapján is beazonosíthatjuk a műszereket és a jellemzőiket. A műszerek által mért és mutatott értékekkel együtt ezeket a szimbolikus jeleket egy táblázatba szerkesztették az NSZFI munka anyagában, amelyet most az alábbiakban bemutatunk.(hegedűs J., 2008)
3.M 2.6. ábra: Elektromechanikus műszerek mért és mutatott értékei (Forrás:Hegedűs J., 2008) Az elektromechanikus mérőműszerek közös szerkezeti elemei: mérőmű, csillapító mű, műszertok, mutató, kiegészítők (áram és feszültség bevezetések, csatlakozók, előtét ellenállások, méréshatár váltó kapcsolók stb. A mérőműre három erő hat: Kitérítő nyomaték, amely a mérendő mennyiséggel arányos Visszatérítő nyomaték, amely a kitérítő nyomaték ellen hat és a mutató nyugalmi állapotát biztosítja Csillapító nyomaték, amely a keletkezett rezgések csillapítására szolgál. Ennek a témának a szemléltető bemutatásánál vagy az egyes műszerek típusánál térünk ki és a magyarázó elvi ábrák mellé az elektrotechnika alap jelenségeinek és törvényeinek alkalmazását adjuk meg képletek formájában. Erre mutatunk példát az állandó mágneses amper, és voltmérő esetben a III.6.7. ábrán. ( Füvesi V., 2010)
3.M 2.7. ábra: Állandó mágnesű műszer kitérítő és visszatérítő nyomatéka A csillapítási nyomatékot és a szerkezeti kialakítás megoldásait is többféle módon lehet szemléltetni. Itt is célszerű legalább két színnel szemléletesebbé tenni a bemutatást. Amint azt az alábbi ábrán is láthatjuk az NSZFI központi, letölthető anyagában kétféle mechanikus szerkezeti kialakítást mutatunk be. Ezen az ábrán a mutató nemlineáris skálája is megfigyelhető. 3.M 2.8. ábra: Kör és téglalap dugattyús légcsillapítás (Forrás: Hegedűs J., 2008) A műszerek működési elvének, szerkezeti felépítésének és jellemzőinek ismertetése szervesen összetartozó tematikus feldolgozást igényel és ezt minden egyes műszerfajtánál kövessük. A szerkezeti felépítés bemutatását a valódi példánnyal, és ahhoz közel álló állóképes (rajzos) megoldásokkal együtt végezzük. A szerkezeti felépítést és a működési alapelv együttes bemutatását vázlatrajz segítségével tudjuk szemléltetni lehetőleg színes ábrákkal.
3.M. 2. L. 3.2, A Deprez műszer szerkezete, működése, alkalmazása A szerkezeti elemek számozását a tanulókkal lehet azonosítatni, megneveztetni és elmondatni velük azok funkcióját, szerkezeti anyagát. Nagyszerűen lehet integrálni az anyagismeret, az elektrotechnika és a műszerek és mérések tantárgy ismeretköreit. 3.M 2.9. ábra: Az állandó mágnesű műszer szerkezeti felépítése (Forrás: Hegedűs J.,2008) Az állandómágnesű műszer működési elve egy állandó mágnes és egy elektromágnes között fellépő erőhatáson alapszik. Az állandó mágnes (4) az állórész, amelynek pólusai közé helyezett, finom csapágyazott tengelyre szerelt elektromágnes (2) a lengőrész. A mérendő villamos mennyiséget az elektromágnes tekercsébe vezetik, ami egy mágneses mezőt hoz létre. Az így kialakult mágneses mező és az állandó mágnes mezeje között egy erőhatás lép fel, amely az elektromágnest, azzal együtt a műszer mutatója (10) kitér, és az alatta elhelyezett skálán (11) leolvasható a mért érték. A mutató kitérése (α) a bevezetett villamos jel nagyságával arányos: α= k*i, vagy α= k*u ahol a k, a műszerre jellemző állandó
Az állandó mágnesű műszer jellemzői, alkalmazása Elsősorban áramerősség és feszültség mérésére alkalmazzák a nagy pontossága, jó csillapító tulajdonsága és érzékenysége miatt. Tehát laboratóriumi és üzemi műszerként alkalmazzák. A szerkezeti felépítés, a működési alapelv és az alkalmazás szöveges megjelenítésének egybefoglalt megoldását láthatjuk a III.M 1.10. ábrán. 3.M 2.10. ábra A műszer szerkezeti felépítése, működési alapelve, forrás: saját szerkesztés A III.M 1.10. ábrán látható szerkezeti elemek közül az állandó mágnes és a lengő tekercs közötti mágneses erőtérben keletkezik a kitérítő erő, amely arányos a tekercsen folyó árammal. Viszzatérítő erőt a rúgó ad, csillapítást az örvényáram, amely az alumínium keretben keletkezik. Amper és voltmérőként alkalmazzák elsősorban egyenáramú áramkörökben. A mérőműszer belső ellenállását a mérőművel párhuzamosan kapcsolt ellenálláson keresztül söntöljük le, vagyis eltereljük az áramot. A sönt ellenállás kiszámítását a Kirchhoff törvények alkalmazásával levezett képlettel végezzük. A Feszültségmérő érzékenységét, vagyis a méréshatárát egy vele sorba kapcsolt ellenállással növeljük. 3.M. 2. L. 3.3, Elektrodinamikus műszerek fajtái, szerkezete, működése, jellemzői és alkalmazása Az elektrodinamikus műszer (3.M 2.11. ábra)
3.M 2.11. ábra: Vasmagos és vasmentes elektrodinamikus műszer szerkezete és működése (Forrás: Hegedűs J., 2008) A bal oldali vasmagos kivitelben a vasmagon elhelyezett egyik tekercsben folyó áram mágneses tere és a lengőtekercsben folyó másik áram mágneses tere hat egymásra és téríti ki a mutatót. A jobb oldali kivitelben nincs vasmag, csak két légmagos tekercs, amelyben folyó áramok dinamikus terei hatnak egymásra és okozzák a kitérítő nyomatékot. Lehet árammérőként, de a két tekercs megfelelő kialakításával wattmérőként is alkalmazzák. 3.M. 2. L. 3.4, Vasmagos műszerek fajtái, szerkezete, működése, tulajdonságai és alkalmazása A lágyvasas műszerek működése egy mágneslemez és a mérendő árammal átjárt vezető mágneses terének kölcsönhatásán alapszik. Viszonylag kisebb az érzékenységük és a pontosságuk, ezért inkább üzemi, hordozható és táblaműszerként alkalmazzák.( III.M 1.12. ábra) 3.M 2.12. ábra: Lágyvasas műszer felépítése és működési elve (Forrás: Hegedűs J., 2008)
3.M. 2. L. 3.5, Indukciós műszer szerkezete, működése, jellemzői és alkalmazása Az energiafogyasztás, tehát a villamos munka mérésére alkalmas szerkezetű műszer az u.n. indukciós műszer. A tárcsás kivitelű szerkezetét és működési alapelvét a III.6.13. ábrán szemléltetjük. Látható, hogy a középen lévő vékony alumínium tárcsát(3) közrefogja két U és E mágnes, amelyeknek egyikén az áramtekercs(2), másikon a feszültségtekercs(1) helyezkedik el. A középen lévő tengelyre(4) fűzött tárcsára egyrészt hat a két tekercs fluxusa által a tárcsában indukált áram nyomatéka, másrészt a tárcsa szélén elhelyezett fékező mágnes(6) örvényáramának(lenz törvénye értelmében) nyomatéka. A számlálómű (6) a tárcsa forgásával arányos fordulatokat számolja. 3.M 2.13. ábra: Tárcsás indukciós műszer szerkezet és működési elve (Forrás: Hegedűs J., 2008) 3.M. 2. L. 3.6, Elektronikus műszerek közös elemei, feszültségmérők, oszcilloszkópok Az alábbiakban néhány kép erejéig tanszéki műszert és mérőpanelt mutatunk be, amely segíti a hallgatóinkat az elméeltben megtanultak igazolsására illetve ezek módszertani használatára.
3.M 2.14. ábra: Multiméterés a hozzátartozó műszerzsinórok, saját kép 3.M 2.15. ábra: Passzív mérőpanel, saját kép
3.M 2.16. ábra: Digitális oszcilloszkóp, saját kép 3.M. 2. L. 4, Méréshatár bővítés tanítási módszertana 3.M. 2. L. 4.1, A feszültségmérők és árammérők méréshatár bővítése sönttel és előtét ellenállással A méréshatárbővítést egy műszernél általában a feszültség, vagy áramméréséhez használt amper, vagy voltmérőknél alkalmazzák. Az elektrotechnikai elvek, vagyis az ellenállások soros és párhuzamos kapcsolásának áram és feszültségviszonyainak magyarázatára, illetve konkrét sönt és előtét ellenállások, méréshatárbővítő kapcsolásokra kell kitérni a tanításkor.
Az alapműszer Feszültségmérő előtétellenállással 3.M 2.17. ábra A méréshatár bővítése előtétellenállással, Forrás: saját szerkesztés Árammérő műszereknél a műszerrel párhuzamosan kötött sönt ellenállás(ok)al lehet a méréshatárt bővíteni. Ezekre mutat kapcsolási példát a III.6.15. ábra Söntellenállás és számítása Többméréshatárú ampermérő sönökkel 3.M 2.18. ábra Az ampermérő méréshatár bővítés eleve és kapcsolásai, Forrás: saját szerkesztés 3.M. 2. L. 4.2, Áram és feszültségváltók alkalmazása Az elektrotechnikai (erősáramú) szakmákban gyakran mérőváltókon keresztül csatlakoztatják a műszereket a mérendő mennyiség rendszereihez. A mérőváltók lényegében transzformátorok. Alapvető alkalmazásukat, különböző kivitelüket és a hitelesítés vizsgálóasztalát az alábbi ábrán foglaljuk össze: Magyarázzuk meg a képeket! Mutassunk be valós példányt mérőváltók közül és olvastassuk le a fontosabb adatokat!
3.M 2.19. ábra Feszültségváltók (Forrása:Hollenczer L., 2010) A feszültségváltó a nagy váltakozófeszültséget alakítja át közvetlenül mérhető értékre, általában 100 vagy 200 V-ra. Működése egy üresjárásban dolgozó transzformátoréhoz hasonlít. A primer tekercset a mérendő nagyfeszültségű hálózatra kapcsolják, míg a szekunder tekercsre kötik a feszültségmérőt. A feszültségváltó legfontosabb jellemzője az áttétel pontossága és a leképzés hűsége. Ideális esetben: A feszültség abszolút értékek közötti eltérést a primer feszültségre vonatkoztatva kapjuk az ún. áttételi hibát, míg a fáziseltérés esetén az ún. szöghibát. 3.M 2.20. ábra Feszültségváltó elvi kapcsolási rajza, Forrás: saját szerkesztés feszültséghiba:
szöghiba: Áramváltók Az áramváltó a nagy váltakozóáramot alakítja át közvetlenül mérhető értékre, általában 1 vagy 5 A-ra. Működése kissé eltér a hagyományos transzformátorétól. A primer tekercset a mérendő nagy áram útjába sorosan kötik, míg a szekunder tekercsre kötik az árammérőt. A primer és a szekunder oldali gerjesztések egyensúlya alapján: Az áramváltó esetén is a legfontosabb jellemző az áttétel pontossága és a leképzés hűsége. 3.M 2.21. ábra Áramváltó elvi kapcsolási rajza, Forrás: saját szerkesztés az áramhiba: a szöghiba: A mérési célú áramváltók jellemző értékei: 3.M. 2. L. 5, Villamos alapáramkörök méréseinek tanítási módszertana
Az áramkörben való gondolkodáshoz az áramköri elemek (feszültségforrás, fogyasztó, vezeték, kapcsoló/megszakító, műszerek) valós fizikai képéhez társuljon az elvonatkozatott kapcsolási rajz, illetve áramköri kialakítás. Ezt szisztematikusan leginkább a képzési szakasz elején, az alapozó tantárgyak (Elektrotechnika, Műszerek és mérések stb.) és témaköreinél kell elkezdeni, illetve alkalmazni. Milyen fontosabb módszertani javaslat vonatkozhat ide? A helyes áramkör kialakítás sorrendjét mutassuk be, majd ennek alapján végezzék el a tanulók is a kapcsolás összeállítását. Vagyis a sorrend: feszültségforrás egyik pólusa- kapcsoló-fogyasztók- műszerek- feszültségforrás másik pólusa. A sorosan kapcsolódó áramköri elemeket vastagabb és más színű, vezetékkel, a párhuzamosan kapcsolódó elemeket, műszereket vékony hajlékony vezetékkel csatlakoztassuk. Különböztessük meg a soros és a párhuzamos körök vezetékeit más-más színnel is. Ha nincsenek olyan összetett szemléltető áramköri elemkészletek, amelyek a valós áramköri elemeket és azok szimbolikus rajzi megjelenítését egy egységben tartalmazzák, akkor először rajzoljuk fel táblára lépésekre bontva a soros és a párhuzamos köröket, ezeket végeztessük is el, a mérőasztalnál tanulókkal. Ha vannak ilyen egységesített mérőrendszerek, akkor ezeket mutassuk meg, rakjuk össze belőlük a köröket. Az alábbiakban bemutatunk néhány példát az egyszerű elektrotechnikai-elektronikai elemekből összeállított kapcsolásokra. 3.M 2.21. ábra Építőkocka elv egyszerű áramkör kialakítására (Forrás: CONSULT EXIM Bt.)
Egy másik fajta megoldásnál műanyag dobozt alkalmaznak, amely átlátszó, és így látható a valós alkatrész is. Az áramköri kapcsolások, illetve mérések közül az áramerősség és a feszültség mérése a leg egyszerűbb és leggyakoribb. (III. M 1.20. ábra) Ennek megvalósítását is az áramkör kialakításának lépésein keresztül lehet jól bemutatni. A műszereknél tanultak alkalmazásával egy soros és egy párhuzamos kört alakítunk ki. 3.M 2.22. ábra Villamos áramerősség és feszültség mérése (Forrás: Hegedűs J., 2008) A kapcsolás összeállítása után elvégeztetjük a feszültségforrás feszültségének változtatásával legalább öt mérési adat felvételét, amit a jegyzőkönyvben fel kell tüntetni. Másik megoldás, hogy a feszültség állandósága mellett egy változtatható ellenálláson keresztülfolyó áramerősség értékeket méretünk és ezt rögzíttetjük. Lényegében az ellenállás mérések egyik fajtájánál, az u.n. nagy ellenállás mérésénél is ezt az elvet, illetve kapcsolást használhatjuk. Az ellenállások(fogyasztók) soros, illetve párhuzamos kapcsolásával igazolhatjuk Kirchhoff I. és II. az az a csomóponti és a hurok törvényt is. Itt egy tanári demonstrációs rendszerrel mutatjuk be a törvények igazolását, amely rendszerben fix és hajlékony vezeték csatlakozásokkal lehet az áramkört kialakítani, illetve a műszereket csatlakoztatni.
Tudjuk azonban, hogy a legtöbb villamos parameter mérésénél legalább öt mérési értéket kell felvenni, hogy a jellegzetességet, az igazolást bizonyítani tudjuk. 3.M 2.23. ábra Fogyasztók soros kapcsolásának áram és feszültségviszonyainak mérése Forrás: www.szereted.hu A váltakozóáramú áramkörökben az ohmos, az induktív és kapcitív elemek soros, illetve párhuzamosan kapcsolhatók. A soros, illetve párhuzamos hálózatok áram, illetve feszültségviszonyainál is igazolhatjuk Kirchhoff törvényeit, de cask vektorosan. Az áram és feszültség vektorok és fázisszögek mérése, a soros, illetve párhuzamos rezgőkörök vizsgálata sajátos eszközrendszerrel történik. Ennek a mérésnek az eszközrendszerét és a kapcsolást mutatják az alábbi képek, illetve ábrák.
. 3.M 2.24. ábra Sorors RLC kör vizsgálatának eszközei, elvi kapcsolási rajza és vektorábrája Forrás: Füvesi 2010 Mivel mind a villamos ellenállás, mind a villamos teljesítmény és a villamos munka mérése is a feszültség és áramviszonyokra vezethető vissza, ezért a soros és párhuzamos áramkörök kialakítása hasonló módon történik. A teljesítmény és munka (fogyasztás) mérése egyenáramú és válatkozó áramú hálózatokban (mérőkörökben) történhet. A váltakozó áramú körök is lehetnek egy és háromfázisúak, és mérhetünk hatásos, meddő, és látszólagos teljesítményeket, illetve munkát. Tehát a teljesítmény mérését a Wattmérők belső szerkezeti és alkalmazási tulajdonságai ismertetésével (felelevenítésével kezdjék a tanárjelöltek, majd a műszer bekötését, az adatok leolvastatását végeztessék el a szokásos laboratóriumi mérési eljárások algoritmusa szerint. A Wattmérők bekötésére néhány rajzi példa a III.M 1.23. ábrán látható. (Hegedűs J., 2008)
3.M 2.25. ábra Egyfázisú hatásos teljesítmény mérése elektrodinamikus wattmérővel (Forrás: Hegedűs J., 2008) Amint a kapcsoláshoz tartozó vektorábrán látható, az áramerősség és a feszültség vektorai közötti fázisszög van, amelynek cosinusával arányos lesz a Wattmérő kitérése. Háromfázisú rendszerben gyakran mérünk két W mérővel. Az u.n Áron kapcsolással a fogyasztó teljesítménytényezőit is meg tudjuk határozni. Itt a W mérők feszültségtekercseit saját és közös vonali feszültségeire kötjük. A P= P1 P2 képlet azt jelzi, hogy a két műszer kitérését előjel helyesen kell összeadni, ha a P1 nagyobb, mint a P2. a + előjel a cos fi > 0.5 esetében érvényes
3.M 2.26. ábra Áron kapcsolás Háromfázisú teljesítmény mérése két W mérővel, Forrás: saját szerkesztés A teljesítmény mérések gyakori formája a négyvezetékes, u.n aszimetrikus terhelésű hálózatokban történik. Ezen belül is lehet direkt, vagy indirekt módszerrel mérni. Utóbbi azt jelenti, hogy a műszerek áram és feszültségtekercseit mérőváltókon keresztül csatlakoztatjuk. A III.M 1.25. ábrán u.n gyűrűs áramváltókon keresztül kötjük be az A és a Var mérőműszerek áramtekercseit. A gyűrűs áramváltó primertekercse maga a mérendő fázisvezető. A meddőteljesítményt mérő műszer feszültségtekercsei vonali feszültségre vannak kapcsolva, a saját fázisán kívüli másik kettő fazes közé. Módszertanilag lépésekre bontva mutassuk/szemléltessük fázistranszparenssel a soros és a párhuzamos körök kilalakítását, vagyis a mérőváltókon keresztüli Amper és Var mérők, valamint a V és Var mérő feszültségtekercseinek a bekötését. Alkalmazhatjuk az ábrán is és a valóságban is a különböző keresztmetszetű és színű vezetékeket.
3.M 2.27. ábra Háromfázisú meddőteljesítmény mérése áramváltókkal (Forrás: Hollenzer Lajos: Energiagazdálkodással összefüggő méréselk NSZFI) Az u.n teljesítménytényező, vagy másképpen cos fi mérésére az elektrodinamikus hányadosmérők alkalmasak. A laboratóriumi műszer formátumának képét és az elvi kapcsolását a III.M 1.26. ábrán láthatjuk.
3.M 2.28.ábra Egyfázisú teljesítmény és teljesítmény tényező mérése és műszere Forrás: Hollenzer Lajos: Energiagazdálkodással összefüggő méréselk NSZFI) A kapcsolási rajzon látható a hatásos teljesítményt mérő W mérő, a fázisáramot, illetve fázisfeszültséget mérő V és A mérők, valamint a cos fi értéket közvetlenül mérő műszer. Az egyedi V és A mérők, valamint a W mérő állásából számítással ellenőrizhetjük a cos fi mérő által mutatott értéket. Az eletromechanikus műszerekkel történő mérések közül még az indukciós fogyasztásmérő bekötését ismertetjük a III.M 1.27. ábrán. Látható, hogy az 1-es sorkapocshoz érkezik az áram, majd a mérőtekercsen keresztül a 3-as kapcson keresztül folyik tovább az áram a Z impedanciájú fogyasztóhoz. A fogyasztótól a 6-os és a 4-es kapcsokon át záródik az áramkör a betáplálás felé(hálózat). A műszer feszültségtekercse a 2-es és a 4-6-os sorkapocsról kap táplálást. Ez az utóbbi két kapcsolás az üzemi és háztartási mérések legáltalánosabb fajtája, ezért ebből a szempontból is hasznosnak tartjuk az ismertetésüket. 3.M 2.29. ábra Egyfázisú fogyasztás mérése indukciós műszer bekötésével (Forrás: Hegedűs J., 2008)
3.M. 2. L. 6. Mit és hogyan ellenőrizzünk a mérések során? Pedagógiaididaktikai alapvetések A pedagógiai visszacsatolás, vagyis az ellenőrzés és az értékelés fontos didaktikai-módszertani feladat a villamos mérések során a tanulóknak és a pedagógusoknak egyaránt. Itt most mellőzzük az általános pedagógiai- módszertani alapösszefüggések ismertetését, csupán utalunk arra, hogy ezek felelevenítése szükséges a konkrét mérési gyakorlatok ellenőrzési- értékelési tevékenységénél. Tehát tisztában kell lennünk a pedagógiai mérés, a becslés és az ellenőrzés és értékelés fogalmával, jelentéstartalmával és fajtáival. A méréses tevékenység a villamos szakmák területén különösen összetett, sokféle elv, módszer, gyakorlati eljárás jellemzi. A mérések helyszínei is rendkívül differenciáltak, amit most megkísérlünk valahogy csoportosítani azzal a céllal, hogy érzékeltessük: a villamos mérések és értékelésük módszertanát nagyon sokféle körülmény befolyásolja. Tehát a mérési helyszínek és formák: Iskolai villamos, elektronikai, villamos gép, mechatronikai, informatikai, impulzustechnikai stb.laboratórium Iskolai tanműhely, gyakorló tér, gépterem egyéb szerelő műhely terem Külsőtéri kapcsoló, vezénylő stb. terek és termek Lakott(épített) környezet szerelései terei Ipari termelő- szolgáltató vállalati környezet Ezek még tovább differenciálhatók, azonban nekünk az a fontos, hogy az ellenőrzés és értékelést befolyásoló hatásukat kifejtsük. A gyakorlati mérések kapcsán a mérési eredményeket is tartalmazó írásos dokumentációt, a jegyzőkönyvet kell ellenőrizni és értékelni. Ezeknek a jegyzőkönyveknek a formai és tartalmi értékelési szempontjait az adott iskolafokozat (középiskola, felsőoktatás, felnőttképzés stb.) a mérés helyszínei, fajtái határozzák meg. Fontosnak tartjuk, hogy a jegyzőkönyvet készítők lássanak valós, a gyakorlati életből vett példányokat, illetve az adott iskolafokozat tanulói által készített mintákat. Különösen a felsőoktatásban megvalósuló méréseknél a gyakorlati mérési feladatok előtt komplexen kerül sor a műszer és méréselméleti, illetve a konkrét mérési feladat elvi-elméleti és biztonságtechnikai vonatkozásainak az ellenőrzésére egy-egy hosszabb terjedelmű írásbeli munka kapcsán. Nagyon lényeges, hogy a könyv elején is megemlített tanulói tevékenység didaktikai jellemzőinek kapcsán differenciált ellenőrzési és értékelési követelményt támasszunk: a képzési kurzus elején lévő mérési- műszerhasználati fázisban az egyszerűbb kapcsolások és műszerhasználatok, a leolvasás és értékbecslés álljon a középpontban
a képzés közepén már a mérések összeállításában, a műszerek kiválasztásában és a gyakorlati tevékenységben való jártasság lehet az értékelés, ellenőrzés fókuszában magasabb évfolyamokon, komplex mérési gyakorlatoknál, mérési projektekben a diagnosztizálási képesség, a kreativitás és a hozzá kapcsolódó szakmai és személyes kompetenciák lehetnek a mérvadóak. 3.M. 2. L. 6. 1, Az elvi-elméleti ismeretek ellenőrzése Műszerek felépítéséről, működési elvéről A gyakorlati mérések előtt ellenőrizni szokták a tanulók/hallgatók műszerismeretét. Ezt szóbeli feleltetés, vagy írásbeli dolgozat/feladatlap módszerével végezhetjük szinte mindkét iskolafokozatban. A követelményekhez igazodó szintű és mélységű kérdések, kifejtések az adott és konkrét műszer felépítésére, működési elvére, jellemző tulajdonságaira és alkalmazására vonatkoznak. Az írásbeli ellenőrző-értékelő formánál vázlatrajzok, elvi magyarázatok és képletek, esetleg számítások szerepeljenek a teljesítmény megítélésénél. A szóbeli formánál az egyes szerkezeti részeinek felismerése, funkcióinak ismertetése, a műszeren található jelölések felismertetése és a méréshatárok megválasztása lehet az értékelés témája. Persze ezen kívül számos más szempont is előtérbe kerülhet pl. a terepi műszerek ismeretéről. Az alábbi példánk egy egyszerű elektronikus mérés oszcilloszkóp kezelő szervein és képernyőjén látható állapotok alapján ellenőrzési feladatát mutatja (TAMOP 2.2.4-08/1-2009 Projekt keretében készült kiadvány, Miskolc, Inter Studium- Szemere Bertalan SZKI)
3.M 2.30. ábra Villamos méréshez szükséges kezelőszervek, saját kép A mérés alapelveiről A szóbeli és írásbeli számonkérés során a mérés alapelveinél a műszerhasználathoz kötődően a mutatós műszereknél a műszer leolvasását is ellenőrzik, illetve értékelik u. n. hideg állapotban, vagyis nem bekapcsolt állapotban egy konkrét méréshatár és kitérés megadásával. Ennek elsősorban műszermegóvási és biztonsági okai vannak. A szerteágazó mérések alapelveinél a legfontosabb technikai-műszaki hátteret kell ellenőrizni elsősorban. Itt a szóbeli kifejtés és az írásbeli kifejtés más-más módszertani kivitelezést, kérdéstípusokat és értékelési, rangsorolási kritériumokat tartalmaz. Ezek kapcsán előkerülhetnek az elektronikai, méréstechnikai, metrológiai, elektrotechnikai tudományos alapelvek, összefüggések és természettudományi törvények. Az alapelvek kapcsán számon kell kérni a mérés biztonságtechnikai, balesetvédelmi hátterét, vagyis a szabványok mérési utasítások, szabályok előírásainak az ismeretét. Különösen az ipari méréstechnikában, az érintésvédelemben fontos mérési háttérnek számít a különböző jogszabályok és előírásai, a megengedett és elfogadott határértékek rendszere és adatai. A mérés alapelveihez tartozóan még a mérés megkezdése előtt az alapelvekhez tartozóan ellenőrizni kell a mérés lefolytatásának, lépéseinek a sorrendjére vonatkozó tudást is. 3.M. 2. L. 6. 2, A mérés előkészítésének ellenőrzése, értékelése Ez a tevékenység, illetve ennek az ellenőrzésnek értékelésnek a módszertana is differenciált kell, legyen, hiszen egészen mást kell egy alapozó laboratóriumi mérésnél előkészíteni, mint egy terepi meres esetében. Előbbinél a tanuló ezirányú tevékenysége szinte minimális, mindössze az adatok rögzítésére szolgáló jegyzetfüzet, a mérési táblázatok jelenlétére korlátozódik. A mérési helyszínek technikai előkészítése, az áramköri kialakítások eszközeinek előkészítése a mérésvezető feladata elsősorban. Egy bonyolultabb üzemi, terepi mérésnél már mást is elő kell készíteni, illetve ellenőrizni kell. Mindenek előtt, a biztonságtechnikai ismeretek tudását, az előírt védőfelszerelések, öltözékek, szerszámok stb. jelenlétét és állapotát kell ellenőrizni, illetve ellenőriztetni. 3.M. 2. L. 6. 3, A mérés folyamatáról, technológiájáról
A mérés megvalósulási folyamatánál, a technológiájánál számos didaktikai módszertani sajátosságra szükséges kitérnünk. Mindenek előtt arra, hogy a tanulók/hallgatók mérés közbeni tevékenységét komplexen, a nevelőszemélyiségformáló hatások egészébe ágyazottan kell megfigyelni és értékelni. Talán ez marad el a legtöbbször, ezt nem végzik el a mérést vezető- irányító pedagógusok. Pedig ezek is nagyon fontos információt adnak az egyes személyek, vagy a mérő team tanulási teljesítményéről. Tehát mérés közben megfigyeléssel információt szerzünk a tanulók műszerhasználatáról, a mérés előkészítésétől a befejezéséig tartó műveletekről, a gyors leolvasásokról, az adatok rögzítéséről, a váratlan hibák, szituációk kezeléséről stb. Szorosan hozzátartozik az osztályzatadáshoz ez a tevékenység is. Megint ki kell térni, hogy ez a fajta megfigyelés és értékelés differenciáltan jelentkezik egy laboratóriumi, egy géptermi, vagy tanműhelyi gyakorlat keretében megvalósuló mérés során. A laboratóriumban itt értékelhetjük a tanuló műszerkiválasztását, illetve ennek megvalósítását. Különösen a frontálisan, vagy forgószínpadszerűen megvalósuló mérések során lehet ezt beiktatni, amikor a laboratórium tárgyi felszereltsége lehetővé teszi, hogy a tanuló az adott konkrét méréshez műszert válasszon ki, amivel a műszerismereti a mérés elméleti tudáselemeit, a becslési képességét stb. tudjuk megítélni. Ott, ahol a műszerek sokfélesége, több példányban való rendelkezésre állása korlátozott ott ezt a műszerkiválasztást nem tudjuk ellenőrizni. Nagyon fontos didaktikai-módszertani vonatkozás, hogy a tanulók egyéni munkájának és a csoport együttes munkájának az értékelése megvalósuljon, illetve konkrét értékelési szempontok alapján elkülönüljön. Hiba adódik abból, hogy a két-három esetleg 5-6 fős mérési csoportból csak egy tanuló vesz részt aktívan, a többiek távol maradnak a mérési tevékenységtől, ezért nagyon fontos a mérés közbeni tevékenységük megfigyelése és rögzítése. Mindezekhez hozzátartozik a diákok megfelelő digitális kompetenciájának megléte, enélkül a mai korszerű mérésekről már nem is lehetséges mérési jegyzőkönyvet, útmutatót, hibafeltárást készíteni. Azaz a tanuló képes legyen a számítógép nyújtotta lehetőségek (pl. szövegszerkesztés, táblázatkezelés, prezentációkészítés) igényes, esztétikus, önálló alkalmazására a tanulásban és a mindennapi életben. Nyitott és motivált az IKT nyújtotta lehetőségek kihasználásában.
3.M. 2. L. 6. 4, A mérési eredmények (adatok feldolgozásának) ellenőrzése, értékelése. A jegyzőkönyvek, értékelő táblázatok, diagramok kiértékelése A mérési gyakorlatok egyik legfontosabb ellenőrzési-értékelési részeleme a mérési adatok rögzítése, feldolgozása és annak dokumentálása. A mérési adatok alatt elsősorban a mért mennyiségek adatait, értékeit értjük, de ide tartoznak a mérés azonosításához szükséges személyes és tárgyi felszerelésekre (műszerek, berendezések stb.), valamint a mérés helyszínére és időpontjára vonatkozó adatok is. Mindezeket a mérési jegyzőkönyvek tartalmazzák, amelyek formai kialakítása intézményenként változik. Minden esetre ezeket a fenti adatokat kell ellenőrizni és értékelni. Milyen formában tartalmazza a mérés körülményeit, lefolyását, van- e kapcsolási rajz, annak milyen a kivitele, milyen táblázatban szerepelnek a műszerek és a mért értékek adatai? Ezeket kell megítélni a jegyzőkönyvek értékelésénél. Nagyobb jelentőségű ellenőrzési-értékelési feladat a mért adatok feldolgozásának, a mérési eredménynek az ellenőrzése. Lépésről lépésre kell ellenőrizni a megfelelő algoritmusos adatfeldolgozást, a számítási részleteket, valamint az eredményeket ábrázoló diagramokat. Ez utóbbiakat is kell tartalmaznia a jegyzőkönyvnek. Az adatfeldolgozás, azok ellenőrzésének módszerét, technikai megvalósítását sokféleképpen lehet elvégezni, egészen az SPSS adatfeldolgozásig, vagyis valamilyen szoftveres támogatás segítségével. Csak az egészen alapméréseknél maradt meg a kézi számításos módszer és ábrázolás. Az alábbiakban egy lehetséges Jegyzőkönyv részletet mutatunk be. 3.M. 2. L. 7. Elektronikai alapmérések tanítási módszertana 3.M. 2. L. 7.1. Erősítő alapkapcsolások mérése, vizsgálata A alappanel bemutatása Az alappanel kapcsolási rajzát következő ábrán láthatjuk. A kapcsolási rajzból kiderül, hogy könnyedén kialakítható a panelen bármelyik tranzisztoros alapkapcsolás. Különböző kollektor ellenállásokat illetve különböző terhelő-ellenállásokat lehet bekötni az alapkapcsolásba. Ennek nagy jelentősége van a műszaki paraméterek mérésénél. Különösen szembetűnő például akkor, ha a tanulók a földelt emitteres alapkapcsolás és a földelt bázisú alapkapcsolás erősítését mérik. A különböző kollektor ellenállások és terhelő ellenállások bekötésével jól kimutatható az erősítés megváltozása. A több lehetőséget biztosító áramkör mérése egyértelműen rávilágít arra, hogy mennyiben befolyásolják ezen alkatrészek az alapkapcsolások üzemi paramétereit.
A csatlakozási pontok alkalmasak nem csak a különböző alapkapcsolások kialakítására, hanem egyben lehetőséget is biztosítanak a munkaponti áramok és feszültségek mérésére. A báziskörben alkalmazott P 1 -es potenciométer lehetőséget nyújt a megfelelő munkapont beállítására. 3.M 2.31. ábra Erősítő alapkapcsolási alappanelének rajza (Pinczési Ferenc) R 1 : 47,0 kω R t1 : 10,0 kω C E : 10,0µF R 2 : 22,0 kω R t2 : 2,2kΩ P 1 : 100,0kΩ R C1 : 4,7 kω C CS1 : 1,0µF T: BC 548 R C2 : 2,2 kω C Cs2 : 22,0µF R E : 1,0 kω C CS3 : 10,0µF Az elméleti felkészültség ellenőrzése A munkapont-beállítás méréséhez szükséges elméleti alapok ellenőrzése. 1. Mit értünk a tranzisztor munkapont-beállítása alatt? 2. Rajzoljon fel egy földelt emitteres alapkapcsolást! 3. Ebben az alapkapcsolásban melyek a munkapont-beállító elemek? 4. Mi a szerepe a kollektor ellenállásnak? 5. A bázisosztó kimenő feszültségének és munkaponti áramának mennyinek kell lennie?
6. Alakítsa át ezt a kapcsolást földelt bázisú alapkapcsolássá! 7. Van-e különbség a két alapkapcsolás munkapont beállításánál? 8. Alakítsa át földelt kollektoros alapkapcsolássá! 9. Kell-e változtatni a bázisosztót alkotó ellenállások értékén? Az erősítés és fázisviszonyok méréséhez szükséges elméleti alapok ellenőrzése. 10. Mit nevezünk feszültségerősítésnek? 11. Mit nevezünk áramerősítésnek? 12. Mikor értelmezhetjük az áramerősítést? 13. Mi a mértékegysége ezen erősítéseknek? 14. Hogyan lehet e két erősítésjellemzőt db-ben kifejezni? 15. Hogyan lehet a feszültségerősítést kiszámolni az alkatrészek adatai ismeretében? 16. Hogyan lehet az áramerősítést kiszámolni az alkatrészek adatai ismeretében? 17. Mit értünk fázisfordítás alatt? 18. Mi az oka a fázisfordításnak az alapkapcsolások esetében? A sávszélesség és a frekvenciamenet méréséhez szükséges elméleti alapok ellenőrzése. 19. Értelmezze az alsó határfrekvenciát! 20. Értelmezze az felső határfrekvenciát! 21. Mi a sávszélesség fogalma, hogyan lehet meghatározni? 22. Milyen koordináta rendszerben kell az átviteli karakterisztikát ábrázolni? A bemeneti ellenállás méréséhez szükséges elméleti alapok ellenőrzése. 23. Ismertesse a bemeneti ellenállás általános definícióját? 24. Alapkapcsolások esetén fogalmazza meg a bemeneti ellenállás fogalmát! 25. Az elméletben tanultak alapján melyik a legkisebb bemeneti ellenállással rendelkező alapkapcsolás? 26. Rajzolja fel a táblára a földelt emitteres alapkapcsolás közepes frekvencián értelmezett váltakozó áramú helyettesítő képét! 27. Mi okozza a különböző alapkapcsolásokban a bemeneti ellenállást, miért nem végtelen? A kimeneti ellenállás méréséhez szükséges elméleti alapok ellenőrzése. 28. Ismertesse a kimeneti ellenállás általános definícióját? 29. Alapkapcsolások esetén fogalmazza meg a kimeneti ellenállás fogalmát! 30. Az elméletben tanultak alapján melyik a legkisebb kimeneti ellenállással rendelkező alapkapcsolás? 31. Rajzolja fel a táblára a földelt emitteres alapkapcsolás közepes frekvencián értelmezett váltakozó áramú helyettesítő képét! 32. Mi okozza a különböző alapkapcsolásokban a kimeneti ellenállást, miért nem nulla? Mérési utasítás az alapkapcsolások munkaponti adatainak méréséhez A mérés célja: Az alapkapcsolások munkaponti adatainak felvétele. 1. Az alappanelen alakítson ki egy földelt emitteres alapkapcsolást a következő ábra szerint.
3.M 2.32. ábra Földelt emitteres alapkapcsolás (Pinczési Ferenc) 2. A kollektor áramot (I C ) állítsa be a P 1 potenciométer segítségével 1 ma-re. 3. Mérje meg: a bázisosztó áramát (I 1 ) a bázisáramot (I B ) a bázisfeszültséget (U B ) a kollektor feszültséget (U C ) és a bázis-emitter feszültséget (U BE ) A méréseket úgy végezze el, hogy egyszerre csak egy áramot mérjen, a megfelelő mérési pontokra kötött árammérő segítségével, a többi árammérő helyére rövidzárt tegyen. A feszültségméréseket az árammérések után hajtsa végre. 4. Alakítsa át az áramkört földelt kollektorosra a következő ábra szerint.
3.M 2.33. ábra Földelt kollektoros alapkapcsolás (Pinczési Ferenc) 5. Állítsa be az emitteren 2 V-t a P 1 potenciométer segítségével. 6. Mérje meg: a bázisosztó áramát (I 1 ) a bázisáramot (I B ) a bázisfeszültséget (U B ) a bázis-emitter feszültséget (U BE ) kollektoráramot (I C ) A méréseket a földelt emitteres alapkapcsoláséhoz hasonlóan végezze el. A mért eredményeket az alábbi táblázatban rögzítse. A mért eredmények felhasználásával készítsen mérési jegyzőkönyvet. Az értékelésben indokolja, hogy a földelt bázisú alapkapcsolás munkaponti adatait miért nem szükséges külön lemérni. A mért munkaponti áram, feszültség bázisosztó árama (I 1 ) bázisáram (I B ) bázisfeszültség (U B ) kollektor feszültség (U C ) Földelt emitteres alapkapcsolás Földelt kollektoros alapkapcsolás
bázis-emitter feszültség (U BE ) Kollektor áram (I C ) 1 ma Emitter feszültség (U E ) 2 V
Mérési utasítás az alapkapcsolások erősítéseinek és fázisviszonyainak méréséhez A mérés célja: Az alapkapcsolások erősítéseinek és fázisviszonyainak mérése. 1. Az alappanelen alakítson ki egy földelt emitteres alapkapcsolást a következő ábra szerint. 3.M 2.34. ábra Földelt emitteres alapkapcsolás (Pinczési Ferenc) 2. Adjon a bemenetre 40mV pp, 1kHz szinuszjelet. 3. A munkapontot úgy állítsa be a P 1 potenciométer segítségével, hogy a kimeneti jel torzítatlanul jelenjen meg az oszcilloszkópon. 4. Mérje meg az alapkapcsolás feszültségerősítését az alábbi táblázat szerint: R t1 R t2 Rt=végtelen R E nélkül R C1 Au=? Au=? Au=? Au=? R C2 Au=? Au=? Au=? Au=? 5. Mérje meg az alapkapcsolás áramerősítését az alábbi táblázat szerint! A bemeneti áramot közvetett módszerrel mérje meg! A bemenettel kössön sorba egy hiteles ellenállást, melyen mérje a bemenő áram által okozott feszültségesést! A bemeneti áramot Ohm-törvényével számolja ki! R t1 R t2
R C1 Ai=? Ai=? R C2 Ai=? Ai=? 6. Oszcilloszkóppal mérje meg az alapkapcsolás fázisfordítását! A feszültségeket és áramokat digitális feszültségmérővel mérje meg! Az erősítéseket db-ben adja meg! 7. Az alappanelt alakítsa át földelt bázisú alapkapcsolássá és mérje meg a földelt emitteres alapkapcsoláshoz hasonlóan a feszültségerősítéseket és áramerősítéseket. Szükség esetén növelje a bemeneti feszültséget a munkapont beállítása mellett. 8. Az alappanelt alakítsa át földelt kollektoros alapkapcsolássá és mérje meg a földelt emitteres alapkapcsoláshoz hasonlóan a feszültségerősítéseket és áramerősítéseket. Szükség esetén növelje a bemeneti feszültséget a munkapont beállítása mellett. Az eredményeket foglalja táblázatba, majd rögzítse mérési jegyzőkönyvben! Az értékélésről ne feledkezzen el! Mérési utasítás az alapkapcsolások bemeneti ellenállásának méréséhez. A mérés célja: Az alapkapcsolások bemeneti ellenállásának mérése. 1. Az alappanelen alakítson ki egy földelt emitteres alapkapcsolást a következő ábra szerint. 3.M 2.35. ábra Földelt emitteres alapkapcsolás (Pinczési Ferenc)
2. Adjon a bemenetre 40mV pp, 1kHz szinuszjelet. 3. A munkapontot úgy állítsa be a P 1 potenciométer segítségével, hogy a kimeneti jel torzítatlanul jelenjen meg az oszcilloszkópon. 4. Kössön a bemenettel sorba egy változtatható ellenállást (dekádellenállás), melynek ellenállása 0 Ω! 5. Mérje meg a kimenőfeszültséget, és rögzítse! 6. Növelje a dekád ellenállását addig, míg a kimenőfeszültség fele nem lesz az 5. feladatban mértnek! A bemeneti és kimeneti feszültségeket digitális feszültségmérővel mérje meg! 7. Olvassa le a dekád ellenállását és rögzítse, mint az alapkapcsolás bemeneti ellenállását! 9. Az alappanelt alakítsa át földelt bázisú alapkapcsolássá és mérje meg a földelt emitteres alapkapcsoláshoz hasonlóan a bemeneti ellenállását. Szükség esetén növelje a bemeneti feszültséget a munkapont beállítása mellett. 10. Az alappanelt alakítsa át földelt kollektoros alapkapcsolássá és mérje meg a földelt emitteres alapkapcsoláshoz hasonlóan a bemeneti ellenállását. Szükség esetén növelje a bemeneti feszültséget a munkapont beállítása mellett. Az eredményeket rögzítse mérési jegyzőkönyvben! Az értékélésről ne feledkezzen el! Mérési utasítás az alapkapcsolások kimeneti ellenállásának méréséhez A mérés célja: Az alapkapcsolások kimeneti ellenállásának mérése. 1. Az alappanelen alakítson ki egy földelt emitteres alapkapcsolást a következő ábra szerint.
3.M 2.36. ábra Földelt emitteres alapkapcsolás (Pinczési Ferenc) 2. Adjon a bemenetre 40mV pp, 1kHz szinuszjelet. 3. A munkapontot úgy állítsa be a P 1 potenciométer segítségével, hogy a kimeneti jel torzítatlanul jelenjen meg az oszcilloszkópon. 4. Kössön a kimenettel párhuzamosan egy változtatható ellenállást (dekádellenállás), melynek ellenállása végtelen! 5. Mérje meg a kimenőfeszültséget, és rögzítse! 6. Csökkentse a dekád ellenállását addig, míg a kimenőfeszültség fele nem lesz az 5. feladatban mértnek! A bemeneti és kimeneti feszültségeket digitális feszültségmérővel mérje meg! 7. Olvassa le a dekád ellenállását és rögzítse, mint az alapkapcsolás kimeneti ellenállását! 9. Az alappanelt alakítsa át földelt bázisú alapkapcsolássá és mérje meg a földelt emitteres alapkapcsoláshoz hasonlóan a kimeneti ellenállását. Szükség esetén növelje a bemeneti feszültséget a munkapont beállítása mellett. 10. Az alappanelt alakítsa át földelt kollektoros alapkapcsolássá és mérje meg a földelt emitteres alapkapcsoláshoz hasonlóan a kimeneti ellenállását. Szükség esetén növelje a bemeneti feszültséget a munkapont beállítása mellett. Az eredményeket rögzítse mérési jegyzőkönyvben! Az értékélésről ne feledkezzen el! Mérési jegyzőkönyv
Készült: X.Y Szakképző Iskolában A mérés helye:. Laboratórium A mérés időpontja:..év.hónap..nap A mérést végző tanuló neve:. Szakja.., évfolyama,/ osztálya:. A mérés címe/tárgya:.. A mérésnél alkalmazott műszerek adatai: A műszer megnevezése Típusa Gyártási száma Méréshatára/ osztálypontossága A mérés elve, elmélete, elvi alapjai: Kapcsolási vázlat: A mérés leírása: A mérés adatai: Mért érték jele Végkitérés Mutató kitérés(0 Mért érték Számított érték