Analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme

A multimétereknek, jellegükből adódóan több (esetleg eltérő jellegű) méréshatára van. A helytelen használatból bekövetkező meghibásodások elkerülésére különféle védelmek beépítése szükséges. A cél a műszer mérőművének, belső alkatrészeinek, esetleg a teljes bemenetnek a védelme. Ezt valósítja meg az analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme.

Analóg multiméter túlterhelés védelmének elvi rajza

Elektrodinamikus multiméter feszültség ág elvi kapcsolási rajza

Lengőtekercses műszer

A gyakorlatban ezek a műszerek terjedtek el a legjobban. Általában egyenáram, egyenfeszültség, váltakozó áram, váltakozó feszültség és ellenállás mérésére alkalmasak. A napi használat során, elsősorban az oktatásban, bekövetkezhet a helytelen használat, mely a műszer tönkremenetelét okozhatja. Ezért a műszereket védelemmel kell ellátni.

A mérőmű védelme

A mérőmű két kivezetésére kapcsolt D3, D4 diódák vannak beépítve. Ha a két kivezetés között a feszültség a normál üzemi feszültséget meghaladja, és eléri az éppen nyitóirányú dióda nyitófeszültségét, a diódán folyó áram a mérőmű kivezetéseit rövidre zárja. A két antiparalel kapcsolt dióda miatt a hiba polaritása lényegtelen, mivel az egyik dióda mindenképpen nyitóirányban van.

Az egyenirányító védelme

Az egyenirányító egység váltakozó áramú bemenetére egy Gl jelű glimmlámpa van kötve. Az esetleges feszültségcsúcsok, egyéb tranziens jelenségek elérve a glimmlámpa nyitófeszültségét begyújtva a glimmlámpát, megvédik a diódákat.

Túlfeszültség levezető

A bemenő kapcsokkal párhuzamosan kötött túlfeszültség levezető, (Surge limiter) melynek átütési feszültsége kisebb, mint a műszer belső kapcsolásáé meggátolja, hogy a kisteljesítményű, a megengedettnél nagyobb feszültségek (feszültség csúcsok) a műszerbe kárt tegyenek.

Védelem feszültség, és nagy ellenállás méréshatároknál

A készülék bemenetére F2 0,032 A-es csöves olvadóbiztosítékot köt a kapcsoló. Ha a bemeneten folyó áram helytelen bekötés, vagy a méréshatárváltó kapcsoló helytelen beállítása miatt nagyobb a biztosíték által még megengedettnél, az kiolvad, és így leválasztja a műszert a bemenetről. Ez a védelem a biztosíték ohmos ellenállása (≅17 Ω) miatt a kisebb ellenállás méréshatárokon nem használható, mivel a mérési eredményt meghamisítaná.

Védelem áram, és kis ellenállás méréshatároknál

A kapcsoló ezeknél a méréshatároknál a bemenettel párhuzamosan beköti a D5, D6 diódákat, valamint sorba köti az F1 biztosítékot. Normál esetben a bemeneten lévő feszültség nem éri el a diódák nyitófeszültségét. Helytelen bekötés esetén a bemenet feszültsége meghaladja a diódák nyitófeszültségét, azok vezetnek és a bemenetet rövidre zárja. Az átfolyó nagy áram miatt a sorba kötött csöves olvadóbiztosíték kiolvad.

Védőrelé

A védőrelé egy speciális mechanikus alkatrész, mely a bemenettel sorba kötött érintkezőin keresztül kapcsolja be a műszert. A relé áll egy tekercselt vasmagból, melyet egy állandó mágnes, és a mérőmű szórt mágneses tere együtt mágnesez fel. Bekapcsolásakor az így felmágnesezett vas rugó ellenében egy ferromágneses tapadótárcsát megtart, és így a bemenetet a műszerre kapcsolja. Hiba esetén egy szelektív áramkör a hiba polaritásától és nagyságától függetlenül a tekercselt vasat oly módon mágnesezi, hogy annak iránya ellentétes legyen az állandó mágnesek gerjesztési irányával. Mivel a tapadótárcsát egy rugó igyekszik a vasmagról leválasztani, azt a legyengített mágnesezés már nem képes megtartani, és így a bemenete lekapcsolja a műszerről. Egy speciális mechanizmus biztosítja, hogy a hiba megszüntetéséig a műszert ne lehessen visszakapcsolni. A vasmag tekercselése olyan osztott kivitelű, hogy a külső mágneses terekre érzéketlen legyen. Aszimmetrikus elrendezéséből következően ha egy külső mágneses tér az egyik féltekercs hatását gyengíti, akkor a másik, 180 °-kal elfordított tekercs hatását erősíti. A hiba polaritását diódák érzékelik és arra a tekercspárra juttatnak áramot, amely az állandó mágnesek hatását gyengítik.

A védőrelé legnagyobb előnye, hogy külső tápellátást nem igényel, maga a hiba működteti. Kapcsolási sebessége pedig olyan nagy, hogy a mutató még meg sem tud mozdulni, már lekapcsolja a műszer bemenetét.

Elektrodinamikus- és ferrodinamikus műszerek védelme

Az áram bemenetekkel sorba van kötve egy-egy a névleges áramnál ~80-100%-kal nagyobb értékű csöves olvadóbiztosíték. A megengedettnél nagyobb áram hatására a biztosíték kiolvad, és azt az áram bemenetet lekapcsolja a műszerről.

A feszültség ágba szintén egy csöves olvadóbiztosíték lehet bekötve (a rajzon az U_R ágba), melynek értéke 0,032 A és 0,063 A között van a műszer feszültségágának áramfelvételétől függően.

Szokásos még a mérőmű további védelmére a mérőmű végeire az ábrán látható módon zener-diódák bekötése.

Források

• Karsa Béla. Villamos mérőműszerek és mérések. Műszaki Könyvkiadó (1962)
• Kolos Richárd. Elektromechanikus műszerek. Kézirat. Tankönyvkiadó (1962)
• Tamás László. Analóg műszerek. Jegyzet (2006)