Univerzalni mjerni instrument vrlo je važan uređaj svakog profesionalnog ili hobi elektroničara, a sastoji se od voltmetra, ampermetra, ohmmetra i eventualno termometra, kapacitometra ili frekvencmetra.
Mjerni instrumenti su nekada dolazili u analognom obliku i zahtijevali od korisnika da ima razvijene vještine očitavanja analognih skala.
Ako se nikada niste susreli s takvim instrumentom, na prvu će vam se činiti kako ne bi trebalo biti nikakvih problema s očitavanjem analogne skale kakva se nalazi, npr., u automobilu za prikaz brzine, što je istina, ali kada mjerna skala nije linearna nego logaritamska, dolazi do težeg očitavanja izmjerene veličine i veće mogućnosti pogreške.
U današnje vrijeme gotovo svi univerzalni mjerni instrumenti dolaze s digitalnim prikazom mjerene veličine radi lakšeg očitavanja, a mjerna područja također imaju automatski režim rada te prilagođavaju poziciju decimalne točke ovisno o očitanju.
Razlika cijene mjernih instrumenata ovisi ponajviše o kvaliteti samog uređaja. Pod kvalitetom se podrazumijeva razred točnosti, tj. preciznost mjerenja veličina i broj veličina koje instrument može mjeriti.
Jeftinije varijante za hobiste mogu se kupiti već od 100 kn, a profesionalne varijante mogu dosezati cijenu od nekoliko tisuća kuna.
Opcije poput kapacitometra se dosta naplaćuju, ali su itekako korisne. Pri dijagnostici kvarova često koristimo mjerenje kapaciteta jer su oni kritični elementi, ali tu mogućnost posjeduju samo bolji mjerni instrumenti.
Arduino je odličan mozak za jednostavne instrumente jer nudi mogućnost spajanja s računalom i/ili dodavanje zaslona. Analogni pinovi mogu očitavati vrijednosti u rasponu 0-1023, što nije neka velika preciznost, ali itekako može pomoći.
Kapacitormetar
Prije nego što počnemo govoriti o instrumentu za mjerenje kapaciteta trebali bismo se podsjetiti nekih osnova o kondenzatorima.
Kondenzator je jedna od osnovnih elektroničkih komponenti koja ima svojstvo skladištenja energije u obliku električnog naboja između dvije ploče među kojima vlada razlika potencijala, tj. napon koji se naziva kapacitet i označava velikim slovom C.
Mjerna jedinica je farad i označava se velikim slovom F. Kondenzator se sastoji od dvije elektrode između kojih se nalazi izolator koji ima odgovarajuća dielektrična svojstva – to mogu biti materijali poput papira i slično.
Kapacitet kondenzatora ovisi o izolatoru, površini elektroda i udaljenosti među njima.
Nabijanje kondenzatora vrši se uz pomoć otpornika spojenih u seriju i odvija se po eksponencijalnoj funkciji.
Ako promatramo napon na kondenzatoru, on eksponencijalno raste, a napon na otporniku eksponencijalno pada. Zbroj napona na kondenzatoru i otporu dat će napon izvora strujnog kruga
Vremenska konstanta τ je umnožak otpora i kapaciteta. τ =R*C
τ je definiran kao vrijeme potrebno da se kondenzator nabije na vrijednost od 63%, a vrijednost od 5τ je vrijeme potrebno da se kondenzator nabije u potpunosti.
Pražnjenje kondenzatora također se odvija po eksponencijalnoj funkciji, samo što je ona tada padajuća.
Uz pomoć Arduina možemo nabiti kondenzator i mjeriti vrijeme potrebno za tu operaciju, a uz pomoć poznatog otpora i napona možemo lako izračunati vrijednost kapaciteta, što znači da je kapacitet jednak omjeru vremenske konstante Tau i otpora.
Arduino također ima pullup otpornike na analognim pinovima koji iznose 34kΩ, tako da je moguće izvesti nabijanje kondenzatora bez dodatnog vanjskog otpora.
Oprez:
Vrijednost otpora ovisi o točnosti mjerenja kondenzatora. Arduino ima mali opseg očitavanja analognih vrijednosti i zato nije osobito precizan.
Mjerač kapaciteta nije precizan za mjerenje kapaciteta većih od 1000uF. Zamjenom otpornika može se povećati ili promijeniti opseg mjerenja.
Kapacitometar je veoma koristan kod mjerenja keramičkih kondenzatora, koji često mogu biti bez oznaka ili kojima su oznake oštećene.
Elektrolitski kondenzatori na sebi uvijek imaju napisan kapacitet, a oštećene kondenzatore nećete moći izmjeriti, tako da neće moći poslužiti kao uređaj za određivanje nadomjesnog kondenzatora pri mjerenju oštećenog.
Ohmmetar
Očitavanje otpora uz pomoć boja naporno je i neefikasno. Korisno je znati kako se označavaju vrijednosti otpora, ali hoćete li to zbilja koristiti u današnje vrijeme?
Samo ako pored sebe nemate baš nikakve mjerne instrumente. Mjerač otpora vrlo se lako može napraviti uz pomoć Arduina.
Dva serijski spojena otpora priključena na napon funkcioniraju kao naponsko dijelilo, tj. zbroj napona na otpornicima jednak je priključenom naponu.
Ako uzmemo konkretan primjer, s Arduinom napajamo dva serijski spojena otpora, priključeni napon je 5 V. Ovisno o vrijednostima otpora, napon na njima će se dijeliti: ako su otpori jednakih vrijednosti, napon će biti 2.5 V na svakom, a kada ih zbrojimo dobijemo napon izvora, tj. priključeni napon.
Ako mjesto gdje se spajaju dva otpora priključimo na analogni pin i mjerimo vrijednost napona, uz pomoć poznatog otpora moći ćemo lako izračunati vrijednost drugog otpora.
Programski kod:
int Pin = A0;
int Vin = 5, R1 = 5000;
float Vout, mjereno, Rx;
void setup(){
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
mjereno = analogRead(Pin);
if(mjereno){
Vout = (mjereno * Vin)/1024.0;
Rx = R1 * ((Vin/Vout) - 1);
Serial.print(«Rx = «);
Serial.println(Rx);
delay(500);
}
}
Napomena:
Razlika vrijednosti otpora utječe na preciznost mjerenja. Korisno je napraviti više priključaka za mjerenje otpora, tj. više mjernih područja.
Npr., ako je poznati otpor u vrijednosti od nekoliko stotina Ω, nepoznati otpor mora biti vrlo blizak kako bi mjerenje bilo što preciznije.
Ako je poznati otpor nekoliko kΩ, nepoznati otpor također mora biti u blizini te vrijednosti. Postavljanjem mjernih područja od 500Ω, 10kΩ, 1MΩ, itd. uređaj može biti korišten za precizno mjerenje gotovo svih otpora.
Voltmetar
Ako znamo kako napraviti ohmmetar, korištenjem istih komponenti možemo napraviti i voltmetar. Kod izračuna otpora mjerili smo napon na nepoznatom otporu te pomoću Ohmovog zakona i vrijednosti poznatog otpora izračunali njegovu vrijednost.
Ako sada serijski spoj dvaju otpornika spojimo na vanjski izvor kojemu želimo izmjeriti napon, a točku gdje se spajaju otpornici spojimo na analogni pin, možemo izmjeriti napon na jednom otporniku i pomoću poznatih vrijednosti otpora izračunati ukupni priključeni napon.
Ne smijemo zaboraviti da Arduino pinovi imaju maksimalan napon od 5 V, stoga moramo paziti da napon koji ulazi u analogni pin ne prijeđe tu vrijednost.
Kao i kod ohmmetra, ne možemo koristiti otpore koji će nam biti univerzalni za sve mjerene veličine.
Kako nam je maksimalni ulazni napon određen s 5 V, maksimalan napon koji možemo priključiti za mjerenje ovisi o omjeru veličina dvaju otpora.
Npr., ako želimo spojiti vrijednost napona 20 V, max napon na otporniku na kojem mjerimo napon može biti 5 V, što znači da drugi otpornik mora imati napon od 15 V. To će se postići ako je drugi otpornik tri puta veći od prvog otpornika na kojem mjerimo napon.
Po Ohmovom zakonu, na većem otporu prevladava veći napon. Ovisno o željenom mjernom području potrebno je prilagoditi omjere dvaju otpora, tako će za mjerenje napona do 10 V omjer otpora biti 1:1, tj. otpori trebaju biti isti.
OPREZ:
Omjeri otpora su nam važniji od veličine samih otpora, ali ne smijemo zaboraviti kako je struja manja s većim veličinama otpora – osim što odabirom većih vrijednosti otpora smanjujemo vjerojatnost oštećivanja komponenti, smanjujemo i potrošnju struje.
Ne želimo prazniti bateriju pri mjerenju njezina napona. Uvijek mjerimo napon na manjem otporniku!
Podsjetnik za LCD:
lcd.print(); - ispisuje poruku na LCD-u
lcd.setCursor(x,y); - postavlja pokazivač na određenu poziciju. X označava mjesto u retku, počevši s lijeve strane. Y označava mjesto u stupcu, počevši odozgo. 0,0. prvi red, prvi stupac
lcd.clear(); - briše poruku s LCD-a
lcd.backlight(); - pali pozadinsko osvjetljenje
lcd.noBacklight(); - gasi pozadinsko osvjetljenje
