Koppling och mätteknik

Koppling och mätteknik

Det första kapitlet behandlade de olika begreppen inom grundläggande ellära. Detta kapitel kommer att tillämpa kunskapen och visa hur komponenter kopplas in och vad som då händer med spänningen och strömmen. Kapitlet visar även hur en multimeter används.

Inkoppling

Nedan visas en enkel krets bestående av strömförsörjning på 12 V tillsammans med en 12 V, 5 W glödlampa.

Symbol för batteri
Symbol för glödlampa

Det går att räkna ut strömmen som går genom kretsen.

I = P / U = 5 / 12 = 0,417 A ≈ 400 mA

Seriekoppling

Seriekoppling innebär att flera komponenter ligger efter varandra i samma ­elektriska ­ledning. Genom varje komponent går samma ström (ampere) men de får inte nödvändigt­vis samma spänning (volt) över sig. Spänningen över varje komponent är nämligen ­beroende av resistansen. En komponent med högre resistans får högre spänning över sig än en med lägre resistans. Strömstyrkan baseras sedan på den totala resistansen i serien.

En lampas resistans påverkas av tjockleken på glödtråden. Lampor med hög effekt (grövre glödtråd) har låg resistans, medan de med låg effekt (fin glödtråd) har hög resistans.

Bilden illustrerar schemat till en sjuarmad ljusstake

I exemplet fördelar sig spänningen jämnt över lamporna med 33 V över vardera.

Den totala effekten i slingan blir 7 ∙ 3 = 21 W. Strömmen som flyter genom slingan kan räknas ut på följande sätt:

I = P / U = 21 / 230 ≈ 0,091 A ≈ 90 mA

Nackdelen med seriekoppling är att om en lampa slutar att fungera, kommer övriga lampor i kedjan att sluta lysa även om de inte är trasiga. Tänk på de elektriska adventsljusstakarna.

Parallellkoppling

Vid parallellkoppling fortsätter de andra lamporna att lysa även om en av dem skulle gå sönder.

I dessa sammanhang måste ofta strömförbrukningen räknas ut för att kunna välja rätt säkring eller en tillräckligt kraftfull nätadapter. I exemplet nedan parallellkopplas tre 12 V-lampor med olika effekt. Alla de tre lamporna kommer att lysa med sin fulla styrka.

En beräkning visar hur mycket ström som krävs:

I = P / U = (5 + 12 + 55) / 12 = 72 / 12 = 6 A

Multimeter

Med ett mätinstrument går det att mäta sig fram till varför en elektrisk krets eller en komponent inte fungerar. Det finns flera olika typer av instrument och vilket som passar bäst beror på vad som ska mätas.

Multimetern är ett användbart verktyg att ha tillhands i hemmet. Med en sådan går det att göra egna felsökningar innan elektriker eller servicetekniker behöver anlitas. Det finns både analoga och digitala multimetrar, men i det här kapitlet kommer vi att koncentrera oss på den digitala varianten. Mätningen görs med två mätprober, där den ena är röd och den andra är svart. De symboliserar plus respektive minus där röd alltid ska vara plus.

DMM - Digital multimeter med mätprober

En vanlig multimeter har fyra anslutningar dit mätproberna kan kopplas. Hur de kopplas beror på vad som ska mätas. Oavsett vad ska alltid den svarta (minus) kopplas till COM (jord). Det är viktigt att färgerna kopplas rätt, framförallt när polaritet ska avgöras. Det som händer om kablarna kopplats omvänt är att mätvärdet får ett minustecken framför sig och eventuellt tolkas fel.

Att det heter digital multimeter beror på att instrumentet omvandlar mätvärdet till digital data för visning på display. Det digitala mätinstrumentet använder en egen ­intern referensspänning som jämförs med inkommande mätdata. Denna konstruktion gör att en digital multimeter är noggrannare i sitt mätresultat än ett analogt instrument, men något långsammare på grund av att mätningen måste omvandlas innan den visas i ­displayen (mätningar med snabba förändringar syns bättre på ett analogt än ett digitalt instrument). En digital multimeter har ett fast antal siffror att visa mätresultatet med. ­Antalet siffror står i proportion till instrumentets upplösning.

Förutom att mäta spänning, ström och resistans kan digitalmultimetern konstrueras för mätning av isolation, frekvens, slagvinkel, kapacitans (kondensatorer), induktans (spolar), transistorer, dioder, temperatur med mera.

VARNING! Använd inte instrumentet för mätning av spänning och ström över mät­områdes­gränserna. Mätning av högspänning från en tändspole eller ett elstängsel kan snabbt bränna instrumentet. Garantier gäller av naturliga skäl inte vid felaktigt användande.

Onoggrannhet

Onoggrannheten beskriver den största avvikelsen på mätvärdet som multimetern får visa. Onoggrannheten anges vanligen som procent per mätområde. Om multimetern har en onoggrannhet på ±1% för växelspänning kan multimetern visa från 227,7 V till 232,3 V vid mätning av 230 V spänning.

Sant effektivvärde, True RMS (True Root Mean Square)

Det sanna effektivvärdet är ett mått på en signals verkliga effektinnehåll. De ­flesta multi­metrar som används visar ett korrekt effektivvärde så länge de mäter sinus­formad växel­spänning. Vid mätning av en fyrkantsvåg, trekantsvåg eller en annan ­avvikande kurvform kommer en vanlig multimeter att visa fel. För att vara säker på att ens multimeter visar rätt oavsett vågform, ska en multimeter med funktionen ”sant effektivvärde” (True RMS eller TRMS) väljas. Ett exempel på när en vanlig multimeter visar fel är om ­instrumentet mäter spänningen från en inverter (växelriktare från bilens 12 V till 230 V) med ­modifierad sinusvåg. Då krävs det att multimetern kan visa ett sant effektivvärde.

Mätning av likspänning, DC volt

Bild 1
Bild 2
Bild 3

Bild 1. Anslut den svarta mätproben till uttaget märkt COM. COM står för common, vilket i elektroniksammanhang översätts till jord. Den röda mätproben ska anslutas till uttaget märkt V.

Bild 2. Bilden visar multimeterns mätområden för likspänning. Välj det område som ­ligger närmast över än den förväntade spänningen. Vid mätning av uppskattningsvis 12 V likspänning väljs alltså mätområdet för upp till 20 V.

Bild 3. Vid mätning av likspänning ska den röda mätproben placeras på den sida av objektet där spänningsmatningen sker. Om proberna ansluts fel (felpolariseras) visar mätinstrumentet ett negativt värde (minustecken framför siffrorna i displayen).

Mätning av batteri

Ett defekt batteri kan vid mätning se bra ut så länge det inte är inkopplat, men så fort det sitter i sin krets och belastas slutar det att fungera. Batterier bör därför alltid ­mätas under belastning (d.v.s. när de är inkopplade). Det går också att använda ett mät­instrument med batteritestfunktion eftersom sådana har en inbyggd belastning.

Mätning av växelspänning, AC volt

Växelspänning finns bland annat i våra vägguttag och transformatorer till lågvolts­belysning. Huruvida en nätadapter lämnar lik- eller växelspänning visas på dess ­märkning. En adapter märkt AC/AC både matas med växelspänning och matar­ ut växel­spänning. En adapter märkt AC/DC matas med växelspänning, likriktar spän­ningen och matar ut likspänning.

Bild 1
Bild 2
Bild 3

Ställ mätinstrumentet på lämpligt mätområde utifrån vad som ska mätas. I vårt exempel ska vi kontrollera spänningen i ett vägguttag (bild 1). Vi ställer instrumentets vred på 600 V~ (bild 2) och mäter direkt i vägguttaget. Eftersom växelspänning skiftar polaritet behöver vi inte tänka på vilken mätprob som ska sitta i vilket av hålen.

Schematisk bild som visar hur voltmätaren ska kopplas vid mätning av spänning.

Tips!
I de fall instrumentet inte är utrustat med automatisk avstängning är det en god regel att alltid ställa vredet i läge OFF (bild 3 på föregående sida). Om den möjligheten inte finns: ställ instrumentvredet på högsta spänningsområdet och dra ur mätkablarna ur instrumentet.

Mätning av ström, ampere

I det här exemplet ska det mätas likström (ADC). Anslut den svarta mätproben till uttaget märkt COM. COM står för common vilket i elektroniksammanhang översätts till jord. Detta är instrumentets minussida. Röd mätprob ska anslutas till uttaget märkt mA. ”mA” står för milliampere och betyder att instrumentet klarar upp till mätvärden ­angivna i tusendelar av en ampere. Om mätningen gäller högre strömmar måste den röda mätproben anslutas i ett särskilt uttag. Bild 2 visar ett uttag som klarar max 10 A likström.

Ström mäts alltid i serie med belastningen (bild 3). Vid mätning av ADC (ampere DC) ska röd anslutning kopplas till plussidan. Ställ vredet i något av lägena för likström A= (bild 1).

För mätning av växelström spelar det ingen roll hur mätproberna polariseras eftersom växelström skiftar riktning. Ställ vredet i något av lägena för växelström A ~.

VARNING! Mät ALDRIG ström direkt på ett batteri, över en komponent eller från ett uttag. Det leder till kortslutning och medför risken att både spänningskällan och instrumentet går sönder (bild 4).

Schematisk bild som visar hur amperemätaren ska kopplas vid mätning av ström.

Mätning av resistans

Bild 1
Bild 2
Bild 3

Mätning av resistans görs på ett lite annorlunda sätt. Börja med att ansluta den svarta mätproben till uttaget märkt COM. COM står för common vilket i elektroniksammanhang översätts till jord. Detta är instrumentets minuspol.

Röd mätprob ska anslutas till uttaget märkt Ω (bild 1). Resistans är detsamma som ­motstånd. Resistansmätning kallas därför också ohm-mätning och betecknas med ­tecknet omega, Ω. OBS! Kontrollera att det du ska resistansmäta inte är anslutet till spänning.

Ställ vredet på något av områdena för resistansmätning (bild 2).

Om det som ska mätas sitter monterat tillsammans med andra komponenter kommer de andra komponenterna att påverka mätresultatet. Koppla därför bort det som ska mätas och mät det separat för att få ett korrekt mätresultat (bild 3).

Mätning av förbindelse / kortslutning

Börja igen med att ansluta den svarta mätproben till uttaget märkt COM för att mäta förbindelse (COM är instrumentets minuspol). Röd mätprob ska anslutas till uttaget märkt Ω (bild 1). Förbindelsemätning kallas även kontinuitetsmätning och är en av de allra vanligaste mätningarna.

Ett förbindelsetest kan göras på två olika sätt. Antingen används funktionen för resistans­mätning (bild 2) eller funktionen med summer (bild 3).

Vid förbindelsetest med resistansmätning kommer förbindelse att indikeras med att instrumentet visar 0 Ω (eller ett värde nära noll). Saknas förbindelse kommer ­instrumentet att indikera oändlig resistans, vilket indikeras på lite olika sätt på olika ­instrument). Testa att koppla ihop mätproberna med varandra för att se hur instru­mentet indikerar förbindelse respektive oändlig resistans.

Det är ännu enklare att göra ett förbindelsetest med summer och de flesta digitala multi­metrar har en sådan inbyggd. När förbindelse finns hörs en ton från instrumentet. Funktionen används exempelvis flitigt för att kontrollera om en lampa är trasig (bild 4 ovan), om en säkring har gått eller om en kabel är hel.

Mätning med tånginstrument

Tånginstrument kombinerat med multimeter

Ett tånginstrument är som namnet antyder ett instrument som liknar en tång. Med instrumentet går det att mäta ström i en kabel utan att fysiskt koppla in instrumentet i serie med kabeln. Det bildas nämligen ett magnetfält runt kabeln då en ström flyter genom den. Instrumentet registrerar magnetfältet och räknar om det till ampere.

Tånginstrumentet används mycket av elektriker som snabbt vill kontrollera hur mycket ström som flyter genom en ledare utan att behöva bryta upp kretsen. För att mäta strömmen genom en ledare måste ledaren ligga inne i tångens ögla.

Det går inte att mäta strömmen i en vanlig apparatkabel genom att bara lägga in den i öglan. I en apparatkabel ligger nämligen båda ledarna intill varandra. Detta gör att magnetfälten kring dem tar ut ­varandra. För att utföra mätningen måste tången mäta runt endast en av ledarna.

Senast ändrad: 2016-11-08