www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Grondbeginselen

Spannings- en stroommetingen

RL

Figuur 1: Basiscircuit voor spanningsmeting

RL

Figuur 1: Basiscircuit voor spanningsmeting

Spannings- en stroommetingen

Bij het meten van een spanning of een stroom wordt de te meten hoeveelheid omgezet in een verhouding tot de betreffende meeteenheid. De spanning wordt dus weergegeven als een veelvoud (of zelfs fracties van) één volt. De stroom wordt gemeten in ampère.

Spanningsmeting

Bij een spanningsmeting wordt het meetapparaat parallel aan een belasting (bijvoorbeeld een weerstand) of een spanningsbron aangesloten. De interne weerstand van het meetapparaat moet zo hoog mogelijk zijn, zodat het meetapparaat deze meting niet onnodig vervalst. Dit komt omdat het meetapparaat nu parallel aan de weerstand staat en ook wat stroom trekt. Voor de spanningsbron betekent dit dat deze wordt belast met de totale stroom (weerstand en meetinstrument) en dus de spanningswaarde verandert, al is het soms maar een beetje.

In de praktijk geldt dat hoe kleiner de te meten spanning, hoe groter de verstorende invloed van het meetinstrument.

Voor bepaalde spanningswaarden die worden gemeten is de meetnauwkeurigheid echter van ondergeschikt belang. Dit geldt meestal voor bedrijfsspanningen: het maakt de elektronica bijvoorbeeld niet uit of de bedrijfsspanning slechts 4,95 of 5,05 volt is in plaats van 5 volt. Er zijn echter ook spanningen die zo precies mogelijk moeten worden aangepast. Dit geldt met name voor referentiespanningen, bijvoorbeeld voor analoge/digitale omzetters, die tot op een duizendste van een volt nauwkeurig moeten worden ingesteld.

Bij oudere, analoge meetinstrumenten moet ervoor worden gezorgd dat het meetbereik correct wordt gekozen voor het verwachte resultaat. Als de spanningen onbekend zijn, begin dan met het grootste meetbereik en verminder dit tot het analoge display tot ongeveer 2/3 van de volle schaal weergeeft. Pas nu is het meetresultaat accuraat!

Meetbussen voor
spanningen

Fig. 2: De R&S® Scope Rider is een handige oscilloscoop met directe meting van stroom, spanning en weerstand.
(Met dank aan Rohde & Schwarz)

Meetbussen voor
spanningen

Fig. 2: De R&S® Scope Rider is een handige oscilloscoop met directe meting van stroom, spanning en weerstand.
(Met dank aan Rohde & Schwarz)

Moderne meetinstrumenten hebben meestal een digitale weergave van het meetresultaat. Ze schakelen ook automatisch het meetbereik om als de te meten spanning dat vereist. Hoewel dit handig is, heeft het ook een nadeel: zelfs als er helemaal geen spanning op het meetpunt staat, zal de meter iets laten zien: meestal een spanning in het onderste millivoltbereik, veroorzaakt door de kleinste kruipstroom. Helaas is het symbool dat het meetbereik (mV) aangeeft vaak ook erg klein. Dus je moet beter kijken naar wat de meter laat zien.

Spanningsmeting met een oscilloscoop

Elke oscilloscoop is ook geschikt voor het meten van DC- of AC-spanningen direct op het scherm. De oscilloscoop moet worden omgeschakeld naar de modus waarin ook de DC-spanningen worden weergegeven. Hiervoor wordt een geschikte schaal gekozen waarbij deze DC-spanning een horizontale lijn trekt op het scherm. De schaal (bijvoorbeeld 1 Volt per schaallijn) is dan de maat voor de grootte van de spanning: 5 schaallijnen zijn dan precies 5 Volt. Bij het meten van de wisselspanning wordt echter op deze manier de piekspanning Upiek gemeten. De effectieve spanning Ueff zou dan moeten worden berekend. Voor een sinusoïdale spanning geldt een benadering:

Ueff ≈ 0,707· Upiek (1)

Er zijn ook multifunctionele meettoestellen die bijvoorbeeld ook de analoge/digitale omvormer, die sowieso in het toestel nodig is, kunnen gebruiken voor de gelijkspanningsmeting (zie figuur 2). Dit is erg praktisch, want als je met het instrument meet, bijvoorbeeld op de draaischijf van een radarantenne op een hoge toren, bespaar je jezelf misschien de moeite om naar beneden te klimmen om een ander instrument te bemachtigen.

RL

Figuur 3: Basiscircuit voor stroommeting

RL

Figuur 3: Basiscircuit voor stroommeting

Meten van de stroomsterkte

Bij het meten van stroom wordt het meetinstrument meestal in serie geschakeld in het circuit. Dit betekent dat het circuit wordt geopend en dat het meetapparaat op dit punt wordt geplaatst. Hier moet het meetapparaat de laagst mogelijke interne weerstand hebben om de totale weerstand zo min mogelijk te beïnvloeden, d.w.z. om het meetresultaat niet te vervalsen.

Daarom wordt in het meettoestel meestal een extreem kleine seriematige meetweerstand gebruikt. Het meetapparaat meet dan eigenlijk alleen de spanningsval over deze kleine weerstand en zet het resultaat om in een stroom volgens de wet van Ohm.

Voor zeer grote stromen kan ook een ander meetprincipe worden gebruikt: de zogenaamde stroomtang. Het meet ook slechts indirect de stroom, omdat het in feite het magnetische veld meet dat door de stroomstroming in de geleider wordt opgewekt en dit omzet in een stroomsterkte. Hij kan echter alleen worden gebruikt als een enkele geleider met de klem kan worden afgedekt. Een meeraderige kabel veroorzaakt een onjuiste meting.

Weerstandsmetingen

Het meten van een ohmse weerstand is een mogelijkheid van de meeste multimeters. Er zijn twee manieren om het te meten:

  1. De weerstand wordt geladen met een constante stroom van bekende omvang uit een constante stroombron. Het meetresultaat is evenredig met de spanningsval over de weerstand (zoals weergegeven in figuur 1). Hieruit kan de grootte van de weerstand worden berekend.
  2. De weerstand wordt belast met een constante, geregelde spanning van bekende omvang. Het meetresultaat is evenredig met de stroom door de weerstand (zoals weergegeven in figuur 3). Hieruit kan de grootte van de weerstand worden berekend.
Capaciteitsmetingen

Eigenlijk is deze meting vergelijkbaar met de weerstandsmeting, behalve dat in plaats van gelijkstroom een wisselstroom met een bekende frequentie wordt gebruikt. Zo wordt de zogenaamde reactantie (wisselstroomweerstand) van de condensator gemeten en wordt de capaciteit ervan berekend met de bekende frequentie.

Dit doen met een multimeter is echter meer een schatting dan een meting. Maar met deze meting kan men wel een uitspraak doen of de condensator nog functioneel is of niet.