Střídavý proud Efektivní hodnoty napětí a proudu, výkon a fázory
Bezpečnost: měř jen bezpečné malé střídavé napětí do 12 V ze školního zdroje nebo transformátoru. Rozsahy čidel (GDX-VOLT ±20 V,
GDX-CUR ±1 A, GDX-NRG ±30 V a ±1 A; u GDX-NRG jen ±5 V při použití vnitřního rezistoru) se týkají okamžité hodnoty, ne efektivní
(u sinusového průběhu odpovídá ±20 V efektivní hodnotě asi 14 V, ±1 A asi 0,7 A). Čidla BTA mají rozsah menší: DVP-BTA ±6 V (efektivně asi
4 V), VP-BTA ±10 V (asi 7 V), DCP-BTA ±0,6 A (asi 0,4 A). Nikdy neměř přímo síťové napětí.
Aplikace zobrazuje efektivní (RMS) hodnotu napětí a proudu včetně případné stejnosměrné složky – tedy stejné číslo, jaké ukáže
true-RMS multimetr; u čistě střídavého signálu bez stejnosměrné složky je to totéž co běžný multimetr na střídavém rozsahu. Měřit lze buď
dvěma samostatnými čidly Vernier (GDX-VOLT + GDX-CUR), jedním čidlem GDX-NRG, které měří napětí i proud najednou, nebo voltmetrem
a ampérmetrem BTA zapojenými do rozhraní LabQuest. Při měření
napětí i proudu zároveň aplikace navíc ukáže zdánlivý výkon S = Uef·Ief, činný výkon P, účiník cos φ, fázové
posunutí φ, impedanci Z = Uef/Ief, činný odpor R = Z·cos φ a podle znaménka fáze i indukčnost cívky L, nebo kapacitu
kondenzátoru C (ze sériového modelu R + L/C, pokud je fázový posun dost velký).
ℹ️
Aplikace vyžaduje prohlížeč Google Chrome nebo Microsoft Edge.
Zapojení dvojice čidelAmpérmetr GDX-CUR do série se zátěží, voltmetr GDX-VOLT paralelně k zátěži. Červené svorky
obou čidel (červené tečky) na stejnou stranu – jinak vyjde posun 180°.Zapojení GDX-NRGČidlo zapoj mezi zdroj a zátěž (svorky „source“ ke zdroji, „load“ k zátěži). Napětí i proud měří
samo, kalibraci nepotřebuje.
Go Direct Voltage Probe (GDX-VOLT)Voltmetr, ±20 V. Bluetooth nebo USB.Go Direct Current Probe (GDX-CUR)Ampérmetr, ±1 A. Bluetooth nebo USB.Go Direct Energy Sensor (GDX-NRG)Napětí ±30 V i proud ±1 A v jednom čidle.
Základní postup použití
1
Zapoj čidla k obvodu
Buď dvojici čidel – ampérmetr GDX-CUR do série se zátěží a voltmetr GDX-VOLT paralelně k ní – nebo jedno čidlo GDX-NRG mezi zdroj
a zátěž (viz schémata). Čidla připoj kabelem USB k počítači, nebo je zapni v blízkosti pro připojení přes Bluetooth. S rozhraním
LabQuest zapoj ampérmetr DCP-BTA a voltmetr VP-BTA nebo DVP-BTA stejně jako dvojici GDX-CUR a GDX-VOLT (červené svorky na stejnou stranu).
2
Přidej čidla tlačítkem nebo
Prohlížeč zobrazí okno se seznamem nalezených čidel – vyber čidlo a potvrď. Aplikace pracuje s jedním voltmetrem a jedním
ampérmetrem, nebo s jedním GDX-NRG (to obsadí obojí). Víc čidel přes USB zapojuj a přidávej po jednom. LabQuest připojíš
tlačítkem volbou Rozhraní LabQuest (jen na počítači, Graphical Analysis musí být zavřená) – s voltmetrem
i ampérmetrem obsadí obojí jako GDX-NRG.
3
Čti efektivní hodnoty
Každá karta ukazuje kromě efektivní hodnoty i změřenou frekvenci, maximum a minimum, stejnosměrnou složku a graf skutečného
průběhu (asi dvě periody od průchodu nulou). Pod číslem se ukáže, když průběh není střídavý nebo je jeho frekvence nad možnostmi čidla.
Vzorkování je u dvojice GDX-VOLT + GDX-CUR 1000 Hz, u čidla GDX-NRG 500 Hz – to je jeho nejvyšší vzorkovací frekvence podle výrobce.
LabQuest volí rychlost sám podle průběhu, asi 40 vzorků na periodu (u sítě 50 Hz je to 2000 Hz, nejvýš 10 000 Hz) – pod kartou je vidět, kolik měří.
4
Dopočítané veličiny a kalibrace
Tlačítko s kalkulačkou v liště přidá kartu s dopočítanými veličinami (výkon, účiník, fázové posunutí, impedance,
indukčnost / kapacita). U dvojice samostatných čidel je pro fázové posunutí a činný výkon potřeba jednorázová kalibrace
na odporové zátěži (každé čidlo má vlastní hodiny); čidlo GDX-NRG ani LabQuest s voltmetrem i ampérmetrem kalibraci nepotřebují,
napětí i proud jdou ze společných hodin.
Přehled dalších funkcí
🎯
Kalibrace fázového posunutí
V kartě Dopočítané veličiny tlačítko Kalibrovat fázové posunutí: k rezistoru 50–100 Ω změř posun, o kterém víme, že je nulový –
aplikace ho pak odečítá. Kalibrace platí pro aktuální spojení: každé nové připojení i obnova po výpadku ji zruší.
🧭
Fázory
Jakmile je fázové posunutí známé (GDX-NRG, LabQuest s voltmetrem i ampérmetrem, nebo zkalibrovaná dvojice čidel), objeví se v liště tlačítka Fázory a Průběhy.
Fázor proudu I je vztažný (leží na vodorovné ose), fázor napětí U je vůči němu pootočený o fázové posunutí φ – u cívky napětí proud
předbíhá (je otočené proti směru hodinových ručiček), u kondenzátoru se za ním zpožďuje. V nastavení karty lze zapnout rozklad napětí
na složky UR (na ose proudu) a UL/UC (na kolmé ose) a silně zpomalené otáčení fázorů, které ukazuje,
jak z nich vznikají okamžité hodnoty.
〰️
Průběhy
Karta se společným grafem skutečně naměřených průběhů u(t) a i(t) (jedna perioda), na kterém je fázové posunutí vidět přímo.
Graf ukazuje jen střídavou složku – stejnosměrná se od obou průběhů odečte – a napětí i proud jsou znormované na stejnou
výšku; čísla vpravo nahoře udávají amplitudu každého z nich. Když má některý průběh znatelnou stejnosměrnou složku, čára
uprostřed grafu je jeho střední hodnota, ne nula (popisek „střední hodnota“). Obě karty jsou provázané: klepnutím do grafu vložíš přetahovatelný kurzor a fázory se natočí do zvoleného
okamžiku a ukážou příslušné okamžité hodnoty. Dvojklik kurzor zruší.
⏲️
Nastavení karet
Ozubené kolo na kartě (objeví se po najetí myší, na dotykové obrazovce po klepnutí na kartu) umožní změnit název, počet
desetinných míst, barvu a přepnout na ručičkový měřák; u dopočítaných veličin a fázorů vybrat, co se zobrazí. Aplikace si nastavení
v daném prohlížeči pamatuje pro každé čidlo.
Stáhnout do Excelu
Tlačítko pod kartami uloží výsledky (efektivní hodnoty, frekvence, maxima, minima, stejnosměrné složky, dopočítané veličiny) a pod nimi
poslední zaznamenaný průběh napětí i proudu na společné časové ose.
↔️
Pořadí a velikost karet
Karty lze přetahovat myší nebo posouvat šipkami v nastavení karty. Posuvníkem v liště karty zvětšíš, tlačítko celé obrazovky je
zvětší na maximum.
⚠️
Chybí vzorky
Čidla Go Direct měří 1000× za sekundu (GDX-NRG 500×). Když Bluetooth nestíhá přenášet všechny vzorky, ukáže karta „chybí vzorky“. Připoj čidlo kabelem USB.
🔌
Čidla BTA
Voltmetr a ampérmetr BTA měří přes rozhraní LabQuest (Stream, Mini, 2, 3) až 10 000× za sekundu – jen tak hustě, jak průběh
potřebuje (asi 40 vzorků na periodu: síťových 50 Hz 2000×, od 250 Hz 10 000×). Zvládnou tak i střídavý proud o frekvenci stovek Hz
(asi do 2 kHz), na který čidla Go Direct nestačí. Po připojení měří chvíli nejrychleji a pak rychlost upraví; při změně frekvence
ji upraví sám (hodnota na kartě se mezitím nemaže).
Přes Go!Link je aplikace nepřipojí – ten měří nejvýš 200× za sekundu a na střídavé obvody to nestačí.
🔄
Výpadek spojení
Když se čidlo vypne nebo vytáhneš kabel, karta zešedne a aplikace zkusí spojení obnovit. Když se to nepovede, nabídne Připojit znovu.
Křížkem v kartě čidlo odpojíš.
⬇ Stáhnout pro použití bez internetu Uloží se jeden soubor. Otevři ho v Chrome nebo Edge – funguje stejně jako tato stránka, i bez připojení k internetu.
Pavel Böhm, Jakub Jermář, Edufor s. r. o. · CC BY-SA 4.0 · info@edufor.cz
