Pomiary wielkości elektrycznych, skutki działania prądu

1. Pomiary wielkości elektrycznych, skutki działania prądu Układy sterowania i regulacji

2. Mierniki i pomiary 3 Mierniki i wielkości mierzone • Do pomiaru różnych wielkości używa się szeregu mierników. • Do najważniejszych należą: • Amperomierz – pomiar natężenia prądu, • Woltomierz – pomiar napięcia, • Omomierz – pomiar rezystancji, • Watomierz – pomiar mocy, • Licznik energii – pomiar energii elektrycznej, • Tester – wykrywanie napięcia, pola elektrycznego.

3. Mierniki i pomiary Rodzaje mierników • Mierniki dzieli się na: • Analogowe – pomiar polega na odczycie wychylenia wskazówki na skali, • Cyfrowe – pomiar polega na odczycie wartości na wyświetlaczu elektronicznym. • Mierniki analogowe mają zwykle ustrój mechaniczny i są obecnie coraz rzadziej stosowane ze względu na podatność na uszkodzenia i zachowanie odpowiednich warunków pomiaru (np. pomiar w pozycji poziomej). • Mierniki cyfrowe oparte są na elektronice, są łatwiejsze w użyciu, bardziej odporne na uszkodzenie, zwykle dokładniejsze, mają możliwość współpracy z komputerem.

4. Mierniki i pomiary μA A Amperomierz • Do pomiaru natężenia prądu służy amperomierz. • Amperomierz ma dwa zaciski oraz zwykle przełącznik wyboru zakresu pomiarowego. • Do pomiaru małych prądów służy miliamperomierz oraz mikroamperomierz. Amperomierz laboratoryjny stołowy Mikroamperomierz Amperomierz przemysłowy tablicowy

5. Mierniki i pomiary I I Reszta obwodu Reszta obwodu A Amperomierz – pomiar prądu • Amperomierz włącza się w gałąź, w której chcemy zmierzyć prąd (tzn. szeregowo z elementem, którego prąd mierzymy). • Amperomierz prądu stałego ma zaciski oznaczone „+” i „−” i należy pamiętać, aby podłączyć go tak, aby prąd wpływał do zacisku „+”. • Wniosek: pomiar prądu za pomocą amperomierza wymaga przerwania gałęzi i włączenia w przerwę amperomierza.

6. Mierniki i pomiary I I Reszta obwodu Reszta obwodu A Amperomierz – rezystancja wewnętrzna • Idealny amperomierz ma rezystancję równą zeru – jego włączenie nie zakłóca przepływu prądu. • Rzeczywisty amperomierz charakteryzuje się pewną rezystancją wewnętrzną, która powinna być jak najmniejsza.

7. Mierniki i pomiary 6 12 3 3 4 2 5 1 A 6 0 Pomiar amperomierzem wskazówkowym Obowiązuje wzór: gdzie: • W – wychylenie • Wmax – maksymalne wychylenie na skali, • Zakres – zakres pomiarowy.

8. Mierniki i pomiary V Woltomierz • Do pomiaru napięcia służy woltomierz. • Woltomierz ma dwa zaciski oraz zwykle przełącznik wyboru zakresu pomiarowego. • Do pomiaru małych prądów służy miliawoltomierz oraz mikrowoltomierz. • Do bardzo dokładnych pomiarów napięcia służy galwanometr. Woltomierz laboratoryjny stołowy Woltomierz przemysłowy tablicowy

9. Mierniki i pomiary Reszta obwodu U V Reszta obwodu U Woltomierz – pomiar napięcia • Woltomierz włącza się równolegle do elementu, na zaciskach którego chcemy zmierzyć napięcie. • Woltomierz napięcia stałego ma zaciski oznaczone „+” i „−” i należy pamiętać, aby podłączyć go tak, aby potencjał zacisku „+” był wyższy od potencjału zacisku „−”. • Wniosek: pomiar napięcia nie wymaga przerywania obwodu.

10. Mierniki i pomiary Reszta obwodu U V Reszta obwodu U Woltomierz – rezystancja wewnętrzna • Idealny woltomierz ma rezystancję równą nieskończoności – jego włączenie nie zakłóca przepływu prądu. • Rzeczywisty woltomierz charakteryzuje się pewną rezystancją wewnętrzną, która powinna być jak największa. • Odczyt wskazań woltomierza dokonuje się wg takiej samej zasady, jak w przypadku amperomierza.

11. Mierniki i pomiary Woltomierz cyfrowy • Wadą zwykłych woltomierzy analogowych jest ich niezbyt duża rezystancja (rzędu kilku do kilkunastu kΩ), co sprawia, że w dokładniejszych pomiarach nie można ich traktować jak idealnych. • Woltomierze elektroniczne (zwane cyfrowymi) mają bardzo dużą rezystancję wewnętrzną (rzędu MΩ) i w większości przypadków mogą być traktowane jak woltomierze idealne.

12. Mierniki i pomiary Ω Omomierz – pomiar rezystancji • Do pomiaru rezystancji służy omomierz. • Omomierz ma dwa zaciski oraz zwykle przełącznik wyboru zakresu pomiarowego. • Omomierz wymaga zasilania (zwykle bateryjne). • Dokładniejsze pomiary rezystancji wykonuje się m.in. mostkiem Wheatstone’a lub Kelvina.

13. Mierniki i pomiary Multimetr • Przedstawione wyżej mierniki analogowe należą już do rzadkości. • Wszystkie ich funkcje łączą w sobie mierniki zwane multimetrami. • Starsze multimetry są analogowe, nowsze – cyfrowe. • Cyfrowe multimetry oferują dodatkowe funkcje, np. sprawdzanie diody, tranzystora, kolejności faz w układach trójfazowych itp. Multimetr analogowy Multimetr cyfrowy

14. Mierniki i pomiary Multimetry cyfrowe

15. Mierniki i pomiary * * W Watomierz • Do pomiaru mocy służy watomierz. • Watomierz ma cztery zaciski (dwa prądowe, dwa napięciowe) oraz zwykle dwa przełączniki wyboru zakresu pomiarowego (dla prądu i napięcia). • Początek uzwojeń cewki prądowej i napięciowej zaznaczone są symbolem  Watomierz laboratoryjny stołowy

16. Mierniki i pomiary Reszta obwodu * * W Reszta obwodu Watomierz – pomiar mocy • Cewkę prądową watomierza włącza się tak jak amperomierz (w szereg). • Cewkę napięciową watomierza włącza się tak jak woltomierz (równolegle). • Początki uzwojeń obydwu cewek należy zewrzeć (w typowych przypadkach). • Zakres watomierza ustala się jako iloczyn zakresu prądu i napięcia.

17. Mierniki i pomiary Licznik energii • Do pomiaru zużycia energii służy licznik energii. • Dawniejsze konstrukcje są mechaniczne i wykorzystują zjawisko indukowania się pola elektrycznego wskutek czasowych zmian pola magnetycznego (w przypadku prądu zmiennego). • Nowsze konstrukcje są cyfrowe i działają dzięki programowi mnożącemu prąd przez napięcie. Licznik energii (prąd zmienny)

18. Mierniki i pomiary Elektroniczny watomierz i licznik energii

19. Mierniki i pomiary Tester • Tester to urządzenie wskazujące obecność lub brak danej cechy. • Tester napięcia fazowego 220 V (zwany próbnikiem) składa się z lampki neonowej i działa na zasadzie przewodzenia minimalnego prądu, który powoduje świecenie lampki. • Obecnie dostępne są także testery cyfrowe i oferują dodatkowo wykrywanie napięcia stałego, sprawdzanie ciągłości przewodów, wykrywanie przewodów pod tynkiem itp. Tester analogowy (próbnik) Tester cyfrowy

20. Skutki działania prądu 4 Skutki działania prądu Skutki działania prądu można podzielić na: • Termiczne (cieplne), • Chemiczne, • Magnetyczne, • Dynamiczne, • Indukcyjne, • Fizjologiczne.

21. Skutki działania prądu Termiczne działania prądu • Ilość ciepła wydzielonego w przewodniku podczas przepływu prądu elektrycznego wynosi (prawo Joule’a-Lenza) • Przykłady zastosowania: • Elektryczne urządzenia grzejne (piecyki, grzałki, żelazka, suszarki), • Bezpieczniki topikowe, • Lutowanie i spawanie. • Zjawiska niepożądane: • nagrzewanie: przewodów zasilających, urządzeń elektrycznych, układów elektronicznych, żarówek, styków.

22. Skutki działania prądu Chemiczne działania prądu • Przepływ prądu przez roztwory wodne kwasów, zasad i soli (elektrolity) wywołuje w nich zmiany chemiczne. • Przykłady zastosowania to głównie elektroliza, którą wykorzystuje się do: • uzyskiwania niektórych pierwiastków (prawo Faradaya), • galwanizacji. • Działania niepożądane: • korodowanie metali.

23. Skutki działania prądu Fizjologiczne działania prądu • Działania fizjologiczne prądu polegają na oddziaływaniu energii elektrycznej na organizmy żywe, w tym człowieka. • Przykłady zastosowania: • Fizjoterapia, • Stymulowanie wzrostu roślin, • Działania niepożądane: • Wszelkie szkodliwe oddziaływania, łącznie porażeniem elektrycznym, utratą zdrowia lub życia.

24. Skutki działania prądu Porażenie elektryczne • Porażeniem elektrycznym nazywamy szkodliwe działania prądu elektrycznego występujące wskutek jego przepływu przez organizm. • Porażenie może nastąpić wskutek: • dotknięcia urządzenia znajdującego się pod napięciem, • uderzenia pioruna. • Efekty porażenia mogą być: • cieplne (poparzenia skóry, uszkodzenie mięśni, kości, wrzenie płynów ustrojowych), • chemiczne (zmiany płynów elektrolitycznych), • biologiczne (zaburzenia czynności serca, mięśni).

25. Skutki działania prądu Natężenie prądu a stopień rażenia • Najbardziej niebezpieczny jest prąd zmienny o częstotliwości od 20 do 100 Hz: • częstotliwość ta wywołuje skurcze mięśni, może zaburzyć czynność serca, • bezpieczna granica prądu wynosi około 10 mA – powyżej tej granicy człowiek nie jest w stanie uwolnić się spod napięcia wskutek skurczu mięśni. • Prądy przemienne o innych częstotliwościach oraz prądy stałe są mniej szkodliwe – granica wynosi około 25 mA.

26. Skutki działania prądu Napięcie a stopień rażenia • Za napięcie bezpieczne uznaje się do 30 V dla napięcia przemiennego oraz do 60 V dla napięcia stałego. • Napięcie jest niebezpieczne, jeżeli wynosi ponad 50 V dla napięcia stałego i ponad 100 V dla napięcia przemiennego.

27. Skutki działania prądu Oporność a stopień rażenia • Im większy opór, tym mniejszy prąd i mniejszy stopień rażenia. • Opór ciała człowieka jest zmienny, zależny od wielu czynników. • Jeżeli skóra jest sucha i nieuszkodzona, to opór wynosi od 10 do 100 kΩ a nawet 1 MΩ. • Jeżeli skóra jest wilgotna lub uszkodzona, to opór może spaść do 1,5 kΩ. • Kobiety i dzieci mają cieńszą skórę i są bardziej wrażliwe na rażenia niż mężczyźni. • Zwierzęta są bardziej wrażliwe na rażenia niż ludzie.

28. Skutki działania prądu Inne czynniki • Czas rażenia: im dłuższy, tym gorzej. • Stan fizyczny człowieka: pocenie się, choroby serca, obecność alkoholu we krwi, osłabienie stanowią czynnik pogarszający stopień rażenia. • Warunki zewnętrzne: wilgotność, temperatura, rodzaj odzieży, podłoża mają istotny wpływ na stopień rażenia. • Szybka pomoc: im szybciej tym lepiej.

29. Skutki działania prądu Wskazówki ratowania porażonego • Jak najszybciej przystąpić do ratowania. • Jak najszybciej odłączyć porażonego spod działania prądu, np. wyłącznikiem, bezpiecznikiem (NIE WOLNO dotykać rażonego gołymi rękami!), • Trzeba się odizolować od podłoża (np. stanąć na suchej desce, gumie, oponie). • Używać rękawic gumowych lub grubych suchych ręczników, odzieży itp.

30. Skutki działania prądu Wskazówki niesienia pierwszej pomocy • W razie utraty przytomności przez rażonego przystąpić do sztucznego oddychania. • W razie zatrzymania czynności serca zastosować dodatkowo masaż serca. • Czynności te należy utrzymać aż do przybycia pogotowia lub odzyskania przytomności przez rażonego. • Po odzyskaniu przytomności przez rażonego należy go okryć, podać coś ciepłego do picia, ewentualnie środki przeciwbólowe, ułożyć go wygodnie na boku. • W razie oparzenia opatrzyć rany. • Porażony musi być poddany badaniu lekarskiemu BEZWZGLĘDNIE na stopień rażenia.