Stroom- en spanningsmetingen in elektrische schakelingen

In elektrische- en elektronische schakelingen zal je dikwijls op een correcte manier stroom, spanning en weerstand moeten kunnen meten.

Wat onthoud je best?

• Hoe je op een correcte wijze spanning meet in een schakeling.

• Hoe je op een correcte wijze stroom meet in een schakeling.

• Hoe je op een correcte wijze weerstand meet.
• Hoe je een multimeter gebruikt.

Figuur 2-47: voorbeeld van een typische multimeter

In elektronicajobs worden vaak spanning-, stroom- en weerstandsmetingen vereist. Een voltmeter is het meetinstrument dat gebruikt wordt om spanning te meten. De ampèremeter wordt gebruikt om stroom te meten en een Ohmmeter voor weerstandsmeting. Meestal zijn deze drie meetinstrumenten vervat in een enkel meetinstrument dat bekend staat als multimeter. De stroom-, spannings- en weerstandsmeting kan dan uitgevoerd worden via het selecteren van de juiste functie met een schakelaar. Een voorbeeld van een typische multimeter is weergegeven in figuur 2-47.

Meten van stroom

Figuur 2-48 toont het principe hoe stroom in een schakeling kan worden gemeten. De schakeling waarvan de stroom gemeten moet worden in voorgesteld in figuur 2-48 (a). Om de stroom die door de weerstand R vloeit te kunnen meten, moet de schakeling opengebroken worden. Dit is te zien in figuur 2-48 (b). Daarin is te zien dat het stroompad tussen de positieve pool van de voeding en de weerstand wordt onderbroken. De volgende stap is dat de stroommeter (ampèremeter of A-meter) geplaatst wordt tussen de positieve pool van de voeding en de weerstand. Om de meter correct aan te sluiten moet de Ampère-ingang van de meter (rode draad te zien in figuur 2-47) verbonden worden met de positieve klem van de voeding en de gemeenschappelijke klem (zwart meetsnoer figuur 2-47) van de meter met de weerstand. De stroom kan gemeten worden door de draaischakelaar van de multimeter te verdraaien naar het regiogebied van de gelijkstroom, meestal voorgesteld door A $\stackrel{-}{--}$ . Kies eerst de grootste schaal voor de stroom te meten en schakel vervolgens door tot de geschiktste schaal voor de meting bekomen wordt. Op deze wijze wordt voorkomen dat de meter beschadigt wordt door te sterke stroomsterkte op een kleine meetschaal van de meter. Figuur 2-48 (c) toont de schakeling met de stroommeter ingesloten om de stroom te meten.

Figuur 2-48: om stroom te meten moet de schakeling onderbroken worden om de A-meter te kunnen plaatsen.

Meten van spanning

Om spanning te meten hoeft de schakeling niet onderbroken te worden. Dit is een belangrijk voordeel. De spanning wordt gemeten door de twee meetsnoeren elk langs één zijde te plaatsen van de component (of deelschakeling) waarvan de spanning gemeten dient te worden. Hierdoor staat de spanningsmeter (voltmeter of V-meter) als het ware “parallel” over de te meten component. Dit is in figuur 2-49 weergegeven. In de praktijk wordt het rode meetsnoer van de meter geplaatst langs de positieve zijde van de schakeling. De draaischakelaar van de multimeter wordt verdraaid naar het gebied V $\stackrel{-}{--}$ .

Figuur 2-49: om spanning te meten plaatst men de V-meter parallel met de component waarvan men de spanning wil weten.

Meten van weerstand

Om de weerstand te meten van een component in een schakeling, moet deze component eerst los gemaakt worden (of op zijn minst één van de twee aansluitdraden). Wordt dit niet gedaan dan wordt een weerstandswaarde gemeten die gelijk is aan de vervangingsweerstand van de schakeling gezien vanaf deze component. Dit is bijna steeds een andere waarde dan de werkelijke weerstandswaarde van de te meten component. De procedure om de weerstand te meten is weergegeven in figuur 2-50. Eerst wordt de weerstand losgemaakt en pas daarna wordt de weerstandswaarde gemeten met de weerstandsmeter of Ohmmeter ( Ω -meter).

Figuur 2-50 : om de weerstandswaarde te kunnen meten moet de betreffende component eerst los van de schakeling gemaakt worden.

Digitale multimeters

De basisfuncties van digitale multimeters is zoals reeds vermeld het meten van spanning, stroom en weerstand. Een LED-display of een LCD-display toont het gemeten resultaat. LED-displays hebben het voordeel dat ze beter zichtbaar zijn in het donker en sneller reageren ten opzichte van LCD-displays. LCD-displays hebben dan weer het voordeel dat ze veel minder energie verbruiken. Dit maakt hun vooral interessant bij op batterij werkende toestellen.

Resolutie van een digitale multimeter (DMM)

De resolutie van een DMM is de kleinste maat van een grootheid die de DMM kan meten. Hoe kleiner de stapgrootte, hoe beter de resolutie. Een factor die bepalend is voor de resolutie van een DMM is het aantal cijfers in het display. Veel DMM’s hebben 3 ½ cijfers in hun scherm. Het cijfer ½ slaagt op het feit dat enkel het cijfer 1 ermee zichtbaar kan worden gemaakt. Dit houdt bijgevolg in dat een DMM met 3 ½ display drie posities met cijfers 0 tot en met 9 kan weergeven en één positie met het cijfer 1 . Dit laatste cijfer is het zogenaamde halfdigit en is steeds het meest significante cijfer in het display.

Stel dat een DMM de waarde “ .999 V” weergeeft. Wanneer de spanning nu met 0,001 V stijgt blijft de spanningsweergave correct vermits op het scherm nu “1.000 V” wordt weergegeven. De “1” vooraan op het scherm wordt weergegeven door de halfdigit. Dit betekent dat met 3 ½ digits een variatie tot op 0,001 V of 1 mV kan worden waargenomen. Dit is ook de resolutie van het meettoestel die op dat moment kan worden waargenomen.

Stel dat de spanning stijgt van 1,999 V naar 2,00 V . Ook nu stijgt de spanning met 0,001 V maar de halfdigit blijft gedoofd en het getal wordt enkel nog met de drie digits weergegeven. In deze situatie is de resolutie gedaald naar 0,01 V (twee cijfers nu na de komma in plaats van drie). Op analoge wijze kan men dan inzien dat de resolutie tussen 20,0V en 199,9 V gelijk aan 0.1 V en vanaf 200 V wordt de resolutie 1 V.

Test jezelf aangaande stroom- en spanningsmetingen aangaande elektrische schakelingen

1. Noem de multimeterfuncties op om stroom, spanning en weerstand te meten.

2. Toon aan hoe je twee ampèremeters in de schakeling van figuur 2-51 kan plaatsen om de stroom te meten door iedere lamp (let op de polariteiten). Hoe kan je dezelfde meting uitvoeren met slechts één ampèremeter?

Figuur 2-51

1. Toon aan hoe je een voltmeter moet aansluiten om de spanning van lamp L2 te meten.

2. Noem twee typen DMM-displays en bespreek de voor- en nadelen van elk type display.

3. Definieer de resolutie in een DMM.