Mõõteseadmetega tutvumine (0)

LABORATOORNE TÖÖ NR. 1 
Mõõteseadmetega tutvumine 
 
1.1. Üldalused 
 
Töö eesmärgiks on tutvumine elektrimõõteriistadega ning voolutugevuse, pinge ja võimsuse 
ning takistuse  mõõtmisega . 
 
Mõõteriista konstandi määramine 
Mõõdetava suuruse väärtuse määramiseks tuleb eelnevalt leida mõõteriista konstant ehk ühele 
skaala jaotisele vastav mõõtühikute arv. 
 
Laboratoorsetel  mõõteriistadel  näitavad  skaalajaotiste  juures  olevad   numbrid   jaotiste  arvu, 
mistõttu konstant määratakse valemiga 
 
l
 
 
 
 
 
C
mp
, 
 
 
                   
  (1.1) 
n
 
kus   l  on mõõteriista mõõtepiirkond; 
mp
 
n – osuti tähishälbele vastav skaalajaotiste arv. 
 
Tehnilistel mõõteriistadel on skaala tavaliselt gradueeritud  konkreetsetes mõõtühikutes. 
 
Voolutugevuse  mõõtmiseks  kasutatakse  ampermeetrit,  mis  alati  lülitatakse  vooluringi 
jadamisi (joon. 1.1). 
 
 
Joonis 1.1. Voolu vahetu mõõtmine 
 
Ampermeeter  on väikese sisetakistusega mõõteriist, mistõttu tema lülitamine tarbijaga rööbiti 
põhjustaks vooluringis lühise. Tugev  lühisvool  aga võib rikkuda mõõteriista. 
 
NB! Tingimata jälgida ühendamisel polaarsust, et mitte kahjustada mõõteriista! 
 
Alalisvooluringis  laiendatakse  ampermeetri  mõõtepiirkonda  šundi  abil.  Ampermeeter 
ühendatakse šundiga rööbiti (joon. 1.2). 
7 
 
Mõõdetav  vool  I  tekitab  šundil   pingelangu   U
.  Kuna  šundi  takistus 
š=IRš
Rš=   const ,  siis 
pingelang  U   on  võrdeline  vooluga 
š
I.  Järelikult  kujutab  šundiga  rööbiti  lülitatud  mõõteriist 
endast millivoltmeetrit, millega mõõdetakse šunti läbiva vooluga võrdelist pingelangu. Šundi 
valikul   tuleb  lähtuda  tema  nimivoolust  ja  nimipingelangust,  mis  tööstuslikult  toodetavatel 
universaalšuntidel  on  normeeritud  väärtustega  (levinum  75  mV).  Välise  šundiga 
ühendamiseks   ette  nähtud  ampermeetri   skaalale   on  märgitud  vajaliku  šundi  nimipingelang 
(näit. 75 mV), šundi  nimivool  aga peab võrduma ampermeetri mõõtepiirkonnaga. 
 
 
Joonis 1.2. Ampermeetri mõõtepiirkonna laiendamine šundiga 
 
Vahelduvvooluringis kasutatakse ampermeetri mõõtepiirkonna laiendamiseks voolutrafosid, 
kuna  šuntide  puhul  suureneb  mõõteriista  omatarbevõimsus.   Voolutrafo   primaarmähis 
ühendatakse  mõõdetavasse  vooluringi  jadamisi,  sekundaarmähise  klemmidele  ühendatakse 
mõõteriist, mille mõõtepiirkond peab vastama voolutrafo nimisekundaarvoolule (tavaliselt 5 
A).  Kuna  voolutrafo  normaalseks  töörežiimiks  on  lühis,  siis  ei  tohi  tema  sekundaarmähise 
klemme kunagi jätta lahtiühendatuks, vaid tuleb mõõteriista eemaldamisel lühistada. 
  
Mõõdetav  voolutugevus  avaldub: 
 
 
 
 
 
 
I = I k ,  
 
 
 
 
         (1.2) 
1
2
I
kus I2 on ampermeetri näit, 
      k  –  voolutrafo ülekandearv (märgitud trafo sildile), 
I 
 
 
 
 
 
 
I1n
k =
,    
 
 
 
 
          (1.3)  
I
I2n
kus I1  on voolutrafo nimiprimaarvool A;     
 
n
       I2   –  voolutrafo nimisekundaarvool A (tavaliselt 5 A). 
n
 
Voolutrafoga lülitatud laboratoorse ampermeetri konstant avaldub: 
 
I
 
 
 
 
 
mp
C =
k ,    
 
                 
      (1.4) 
A
I
nA
 
kus I  – ampermeetri mõõtepiirkond e. nimivool voolutrafota lülitamisel; 
mp
      n    – osuti täis hälbele vastav skaalajaotiste arv; 
A
      k    – voolutrafo ülekandearv. 
I
 
8 
 
Voolutrafoga  ühendamiseks  ettenähtud  ampermeetri  skaala  on  gradueeritud   teatava   
standardse  voolu  mõõtepiirkonna  järgi  ning  skaalale  on  märgitud  vajaliku  voolutrafo 
nimivoolude suhe (näit. 50/5). 
 
Joonis 1.3. Ampermeetri mõõtepiirkonna laiendamine voolutrafoga 
 
Voolu  mõõtmiseks    kasutatakse  laialdaselt  ka  voolutange  (ampertange),  mille  abil  saab 
mõõta   voolutugevust   juhtmeid  katkestamata,  Voolutangidega  mõõtmisel  tuleb  jälgida,  et 
mõõteriista   toiteallika   pinge  oleks  normikohane  (seda  näitab  vastav  indikaator  mõõteriista 
displeil), et mõõteriist oleks nullitud (eriti alalisvoolutangide puhul, millel puudub  automaatne  
nullimine) ja et mõõtepiirkond oleks õige. 
 
Pinge  mõõtmiseks  kasutatakse  voltmeetrit,  mis  alati  lülitatakse  mõõdetava  vooluringiga 
rööbiti  (joon. 1.4).  Voltmeeter  on suhteliselt suure sisetakistusega mõõteriist, mistõttu sobiva 
mõõtepiirkonnaga  voltmeetri  lülitamine  jadamisi  pole  ohtlik,  küll  aga  põhjustab  vooluringi 
kogutakistuse  suurenemine voolu märgatava nõrgenemise tarbijas. 
 
 
Joonis 1.4. Pinge vahetu mõõtmine 
 
Eeltakistiga  laiendatakse  voltmeetri  mõõtepiirkonda  alalisvooluringis  ning  vahelduv-
vooluringis  kuni  pingeteni  660  V.  Eeltakisti  ühendatakse  mõõteriistaga  jadamisi  (joon.  1.5) 
ning see võib olla mõõteriistale sisse ehitatud või juurde ühendatav. 
 
 
Joonis 1.5. Voltmeetri mõõtepiirkonna laiendamine eeltakistiga 
 
9 
 
 
Mõõdetav pinge avaldub: 
U
U k
1 =
,   
 
 
     
    (1.5) 
2 U
kus U2 on voltmeetri näit V;  
       kU  – mõõtepiirkonna laiendustegur. 
 
Et  eeltakisti  moodustab  mõõteriista  sisetakistusega  pingejaguri,  siis  mõõtepiirkonna 
laiendustegur avaldub: 
 
 
 
 
 
R + R
e
v
k =
, 
 
 
 
       
  (1.6) 
U
Rv
 
kus R  on eeltakisti takistus 
e
Ω; 
       R  – mõõteriista sisetakistus 
v
Ω. 
 
Eeltakistiga lülitatud laboratoorse voltmeetri  konstant avaldub: 
 
U
 
 
 
 
mp
C =
k ,   
 
 
 
         (1.7) 
v
U
nv
 
kus U  on voltmeetri mõõtepiirkond (eeltakistita lülitamisel); 
mp
         n   – osuti  täishälbele vastav skaalajaotiste arv; 
v
         k   – mõõtepiirkonna laiendustegur. 
U
 
Kõrgepingelises 
(harvem 
ka 
madalpingelises) 
vahelduvvooluringis 
laiendatakse  
mõõtepiirkonna  pingetrafo  abil (joon. 1.6). 
 
 
Joonis 1.6. Voltmeetri mõõtepiirkonna laiendamine pingetrafoga 
 
 
Mõõdetav pinge avaldub 
 
 
 
 
 
U
U k
1 =
,   
 
 
 
        (1.8) 
2 U
 
kus U2 on voltmeetri näit V; 
       k  – pingetrafo ülekandearv. 
U
 
 
 
 
 
U1n
k =
, 
 
 
 
 
        (1.9) 
U
U2n
10 
 
 
kus U1n on pingetrafo nimiprimaarpinge V; 
       U2  –  pingetrafo nimisekundaarpinge V (tavaliselt 100 V). 
n
 
Pingetrafoga  lülitamiseks  ettenähtud  voltmeetri  skaala  on  gradueeritud  vastava  standardse 
pinge  mõõtepiirkonna  järgi  ning  skaalale  on  märgitud  vajaliku  pingetrafo  nimipingete  suhe 
(näit. 6000/100). 
 
Võimsuse mõõtmine 
Vahelduvvoolu  aktiivvõimsust  ja  alalisvoolu  võimsust  mõõdetakse  elektro-ja   ferro –
dünaamilise vattmeetriga. Alalisvoolu võimsuse võib arvutada vattides (W) valemiga: 
 
 
 
 
 
 
P = UI , 
 
 
 
 
        (1.10) 
 
kus U on pinge tarbija  klemmidel  V; 
       I – voolutugevus tarbijas A. 
 
Vahelduvvoolu  aktiivvõimsus  vattides (W) oleneb ka võimsustegurist 
 
 
 
 
 
P = UI cosϕ ,   
 
 
 
        (1.11) 
 
kus U  on tarbija klemmipinge  efektiivväärtus  V; 
       I    – tarbija voolutugevuse efektiivväärtus A; 
       cosϕ –  võimsustegur . 
 
Järelikult ei saa aktiivvõimsust üldjuhul arvutada volt- ja ampermeetrite näitude põhjal, sest 
nende korrutis väljendab voltamprites (V⋅A) mõõdetavat näivvõimsust  S = UI . 
 
 
U* 
U* 
I* 
I 
I* 
I 
W 
W 
U 
U 
R
~ 
t 
~ 
Re 
Rt 
a) 
b) 
 
Joonis 1.7.  Vattmeetri  lülitusskeemid : a) vahetu lülitamine, b) lülitamine eeltakistiga 
 
Elektro-  ja  ferrodünaamilise  vattmeetri  mõõtesüsteem  koosneb  voolu-  ja  pingemähisest. 
Voolumähis klemmidega I* – I lülitatakse vooluringi jadamisi, pingemähis U* – U aga rööbiti 
(joon.  1.7.  a)  Tärnikesega  tähistatud   klemmid   on  mähiste   algused .  Osuti  pärisuunalise 
pöördemomendi  tekitamiseks  ühendatakse  need  nii,  nagu  on  kujutatud  skeemidel. 
Laboratoorsetel  vattmeetritel  võib  tähiste  „I“  ja  „U“  asemel  olla  märgitud  klemmide  juurde 
vastavate mähiste mõõtepiirkonnad. 
11 
 
 
Vattmeetri  mõõtepiirkonna  valikul  tuleb  jälgida,  et  pingemähise  mõõtepiirkond   vastaks  
võrgupingele,  voolumähise  mõõtepiirkond  aga  tarbija  nimivoolule.  Laboratoorse  vattmeetri 
konstant (vatti jaotise kohta) arvutatakse valemiga: 
 
U I
mp mp
C =
, 
 
 
 
        (1.12) 
W
nW
 
kus U  on pingemähise mõõtepiirkond V; 
mp
       I  – voolumähise mõõtepiirkond A; 
mp
       n  – osuti täishälbele vastav skaalajaotiste arv. 
W
Voltmeetri  voolumähise  mõõtepiirkonda  laiendatakse  analoogiliselt  ampermeetri 
mõõtepiirkonna  laiendamisega,  pingemähise  mõõtepiirkonda  aga  analoogselt  voltmeetri 
mõõtepiirkonna laiendamisega. Vastavad lülitusskeemid on toodud joonistel 1.7.b ja 1.8. 
 
U* 
 
 
P1
P2
I* 
I 
W 
 
 
S
S
1
2
U 
 
U* 
A 
a 
Rt 
~ 
~ 
R
I 
t 
I*  W 
B
b 
 
U 
a)
b)
 
 
 
 
Joonis 1.8. Vattmeetri lülitusskeemid: a) voolutrafoga, b) pingetrafoga 
 
Laiendatud  mõõtepiirkondadega  laboratoorse  voltmeetri  konstant  (vatti  jaotise  kohta) 
arvutatakse valemiga: 
 
U
I
 
 
 
 
mp
mp
C
k k .   
 
 
 
        (1.13) 
W
I
U
nw
 
Mõõtetrafodega lülitamiseks ettenähtud vattmeetri skaala on gradueeritud teatava standardse 
võimsuse mõõtepiirkonna järgi ning skaalale on märgitud vajalike mõõtetrafode nimisuuruste 
suhted.   Võimsuste   mõõtmiseks  kasutatakse  ka  võimsustange,  mis  kujutavad  endast 
voolutangide  kombinatsiooni  pinge  mõõtmise   seadmega .  Võimsustangidega  mõõtmisel  on 
oluline  jälgida,  et  pinge  mõõtmise  testjuhtmed  ühendatakse  alati  selle  faasijuhtmega,  kus 
mõõdetakse voolu. Võimsustangidel võib olla sageli lisafunktsioone (sageduse, takistuse jne. 
mõõtmise võimalused). 
 
Mõõtmine multimeetriga 
Tüüpilise  multimeetriga  on  võimalik  mõõta  nii   alalis -  kui  ka  vahelduvpinget  ja  voolu  ning 
takistust,  erinevatel  mudelitel  võib  olla  veel  lisavõimalusi  nagu  näiteks  mahtuvuse    ja 
induktiivsuse,  transistoride  h-parameetrite,  temperatuuri  mõõtmine  jm.  Mõõtepiirkondade 
12 
 
valik võib olla kas automaatne või manuaalne. Tihti on kasutusel kas blokeering või  akustiline  
signalisatsioon  testjuhtmete  vale  ühendamise  puhuks,  paljud  multimeetrid  lülituvad 
automaatselt välja, kui mingi aja jooksul ei tehta mõõtmisoperatsioone. Enne mõõtmisi tuleb 
kindlasti  läbi  lugeda  seadmega  kaasas  olevad  ohutusnõuded.  Üks  väga  oluline  nõue,  mis 
kehtib  kõikidele  multimeetritele,  on  järgnev:  ära  ületa  kunagi  mõõtepiirkonna 
piirväärtust. Enamusel  multimeetritel on veel nõue, et ei tohi mõõta takistusi kui ahel, kus 
need  takistid  asuvad,  on  pingestatud.  Kui  ei  teata  mõõdetava  parameetri  suurust,  tuleb 
multimeetril  mõõtepiirkond  seada  maksimumile  ja  seda  järjest  vähendada  kuni  väärtus  on 
täpne. Suuremate voolude mõõtmisel mitte ületada mõõtmiseks maksimaalselt lubatud aega. 
Takistuste,  mahtuvuste  ja  induktiivsuste  mõõtmisel  ei  tohi  teha  seda  pingestatud  olukorras 
ning  mõõdetava  objekti  üks  väljastus  (vähemalt)  peab  olema  skeemist  lahti  ühendatud 
rööpahelate  mõju  kõrvaldamiseks.  Enne  mõõtmist  kontrollida  mõõteriista  nullimist. 
Kondensaatorid  enne mahtuvuse mõõtmist tühjaks laadida! 
 
1.2. Töö ülesanne ja tegevuskäik 
 
1.2.1. Iseloomustada kasutatavaid mõõteriistu,  kandes  nende andmed tabelisse 1.1. 
 
Tabel 1.1. Mõõteriistade iseloomustus 
 
Mõõte-
Täpsus-
Lisaseadised 
Nimetus 
Tüüp 
Tööasend 
piirkond 
klass 
ja märkused 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.2.2.  Mõõta  alalisvooluringis  voolu,  pinget  ja  võimsust,  valides  sobivad   mõõteriistad   ja 
vahendid 
mõõtepiirkondade 
laiendamiseks. 
Kasutada 
erinevaid 
mõõtevahendeid 
( laboratoorsed  analoogmõõteriistad, digitaalsed multimeetrid, voolutangid) ja võrrelda saadud 
tulemusi. 
 
1.2.3.  Valida  sobivad  mõõteriistad  vahelduvvooluringis  voolude,  pingete  ja  võimsuste 
mõõtmiseks. Võrrelda erinevate mõõtevahenditega mõõtmistel saadud tulemusi. 
 
1.2.4.  Mõõta  juhendaja  poolt  antud  takistite  takistusi   multimeetri   ja  alalisvoolusillaga. 
Võrrelda saadud mõõtetulemusi. 
 
1.2.5. Anda tehtud tööle hinnang. 
 
13 
 
Kontrollküsimused 
1.  Kirjeldada magnetelektrilise, elektromagnetilise ja elektrodünaamilise mõõteriista ehitust 
ning tööpõhimõtet. 
2.  Milline  on  volt-  ja  ampermeetri  sisetakistus  ning  kuidas  ühendatakse  need  mõõteriistad 
vooluringi? 
3.  Kirjeldada ampermeetri lülitust voolutrafoga ja -šundiga. 
200
4.  Mida  tähendab  ampermeetrile  märgitud  tingtähis 
  ja  mille  poolest  erineb  selle 
5
ampermeetri  lülitus  ilma sellise tähistuseta mõõteriista omast? Missuguseks kujuneb selle 
ampermeetri mõõtepiirkond voolutrafota lülitamisel? 
5.  Kuidas muutub ampermeetri mõõtepiirkond, kui valida talle teistsuguse nimivooluga  šunt , 
kuid  millel  on  endine  nimipingelang?  Missuguseid  mähiseid  sisaldab  vattmeetri 
mõõtesüsteem ning kuidas need lülitatakse vooluringi? 
6.  Mida  tähendavad  vattmeetril  tärnikestega  tähistatud  klemmid  ja  kuidas  neid  arvestada 
vattmeetri lülituse koostamisel? 
7.  Kuidas laiendatakse vattmeetri voolumõõtepiirkonda? 
8.  Missugusel tingimusel saab vahelduvvoolu aktiivvõimsuse määrata volt- ja ampermeetri 
näituse põhjal? 
14