TechEd genomineerd voor de Gouden@penstaart

IE02 Impuls 26:IP Impuls
03-02-2009
09:55
Pagina 1
Katern voor scholing, her- en bijscholing
26
Een uitgave van Intech Elektro & ICT en OTIB
februari 2009
inHoud
1
Weerstandsbrugschakeling
3
Fotowedstrijd
‘Zo moet het niet’
4
Weerstandsbrugschakeling
Er zijn twee typen weerstandsmeetbruggen. Ten eerste is er de weerstandsmeetbrug met nulmeting om weerstanden nauwkeurig te meten. De tweede is
de uitslagmeetbrug waarin een fysische grootheid, zoals temperatuur, lichtsterkte of uitzetting, in een overeenkomstige spanning wordt omgezet, die vervolgens wordt afgelezen met een spanningsmeter en een schaal die in overeenstemming met de fysische grootheid is gekalibreerd.
Otib nieuws
4
Cursussen
Laten we eerst eens kijken naar de meetbrug
van Wheatstone; een weerstandsmeetbrug
met nulmeting die is vernoemd naar zijn uitvinder en bedoeld is om weerstanden nauwkeurig te meten.
Er wordt nu een gemeenschappelijke noemer
gevormd:
De meetbrug van Wheatstone
Ud =
De schakeling in afbeelding 1 bestaat uit een
spanningsbron met de spanning Uq en de
vier weerstanden R1, R2, R3 en R4. Wanneer we deze nader bekijken, zien we dat het
hier gaat om twee parallelle spanningsdelers. De ene wordt gevormd door R1 en R2
en de andere door R3 en R4. In overeenstemming met de tweede Wet van Kirchhoff,
de spanningswet, volgt hieruit voor de verschilspanning Ud:
(1)
Ud = U2 – U4
Voor de deelspanningen U2 en U4 geldt:
U2 =
R2
R4
• Uq evenals U4 =
• Uq (2)
R1 + R2
R3 + R4
Door substitutie van de vergelijkingen (2) in
(1) volgt:
Ud =
R2
R4
–
• Uq
R1 + R2 R3 + R4
R2 • (R3 + R4) – R4 • (R1 + R2)
• Uq
(R1 + R2) • (R3 + R4)
Door wat tussen haakjes in de teller staat te
vermenigvuldigen volgt:
Ud =
R2 • R3 + R2 • R4 – R1 • R4 – R2 • R4
• Uq
(R1 + R2) • (R3 + R4)
Het resultaat hiervan is dus:
Ud =
R2 • R3 – R1 • R4
• Uq
(R1 + R2) • (R3 + R4)
(3)
De volgende vraag die we kunnen stellen is
onder welke voorwaarde de verschilspanning
Ud nul wordt. Daarvoor is het noodzakelijk
dat de teller van de breuk van vergelijking
(3) nul wordt:
R2 • R3 – R1 • R4 = 0
dus geldt:
R2 • R3 = R1 • R4
of
R1
R3
Ud
Uq
U2
R2
1. De meetbrug van Wheatstone.
U4
R4
R3
R1
=
R2
R4
Deze voorwaarde heet de ‘nulvoorwaarde’.
Nu hebben we een gevoelige spanningsmeter nodig voor de verschilspanning Ud, alleen
om te kunnen vaststellen of Ud = 0 V. Dat
betekent dat deze spanningsmeter niet gekalibreerd hoeft te zijn, maar wel zeer gevoelig.
Zo’n niet gekalibreerde spanningsmeter wordt
een ‘nulinstrument’ genoemd. Stel dat R2 de
26 1
IE02 Impuls 26:IP Impuls
03-02-2009
09:55
Pagina 2
weerstandsbrugschakeling
2. Sleepdraadbrug/
Wheatstone-brug (in de
Uq
weerstandsleiding
⎫⎭⎬R3
⎫
⎪
⎬R4
⎪
⎭
⎫
⎪
⎪
⎬
l4
⎪
⎪
⎭
afbeelding: weerstands-
l3
draad).
I – I3 + I4
3. Charles Wheatstone
(1802 – 1875).
onbekende weerstand is die we Rx noemen; dan geldt met vergelijking (4):
Rx = R1 •
R4
R3
(5)
Wanneer er nu voor weerstand R1 een
zogenoemde precisieweerstand (zeer constante weerstand met een bekende waarde) wordt gebruikt, is het mogelijk slechts
via de verhouding R4/R3, die van een
schaal wordt afgelezen, de waarde van Rx
te bepalen. Om dit principe te kunnen
begrijpen, moeten we naar afbeelding 2
kijken. In de tak met de weerstanden R3
en R4 is een weerstandsdraad aanwezig
met de lengte l = l3 + l4.
Omdat de deellengtes van de draad dezelfde verhouding hebben als de deelweerstanden geldt voor vergelijking (5):
Rx = R1 •
l4
l3
= R1 • l –
l3
l4
(6)
Dat betekent dat om Rx te bepalen, we
alleen l3 zeer nauwkeurig hoeven af te
lezen (R1 en de draadlengte l moeten daarbij bekend zijn). Een voorwaarde voor vergelijking (6) is dat de verhouding l4/l3 net
zo lang wordt aanpast tot de spanningsmeter, die als nulinstrument wordt gebruikt,
Ud = 0 aangeeft. We brengen zo als het
ware ‘de brug in evenwicht’.
Omdat de bronspanning Uq niet meer voorkomt in de evenwichtsvoorwaarde, hoeft
Uq niet constant te zijn. Dat is een groot
voordeel, want in de praktijk daalt de spanning Uq in de loop der tijd – dat speelt echter voor de meetprocedure of voor de meetnauwkeurigheid geen rol. Deze brugschakeling is in 1833 door Samuel Hunter
Christie bedacht en in 1843 door de
Engelse fysicus Charles Wheatstone
(afbeelding 3) in een verbeterde vorm
omschreven. De schakeling wordt daarom
26 2
de Wheatstone-brug, Wheatstone-meetbrug of weerstandsmeetbrug van Wheatstone genoemd.
In de praktijk wordt deze meetbrug vooral
in testvelden gebruikt, waar het draait om
een zeer nauwkeurige meting van weerstanden. Een voorbeeld hiervan is het
meten van wikkelingsweerstanden van
elektrische machines.
Meetapparatuur die in de handel verkrijgbaar is, is meestal zo gemaakt dat de meetwaarde kan worden afgelezen op een
schaal die op de instelknop zit. Via deze
instelknop is het mogelijk de brug op verschillende aftakkingen van een weerstandsbank in te stellen. Omdat deze hoogwaardige apparaten een lange levensduur
hebben, kunnen we ze nog steeds aantreffen op de meetafdeling in de industriële
omgeving. Maar in de toekomst zullen
deze worden vervangen door digitaal werkende meetapparaten met een ander meetprincipe. Het beschreven meetapparaat
wordt ook nulmeetbrug genoemd, omdat
de meetprocedure is gestoeld op de
omschreven nulafstelling.
Weerstandsmeetbrug
met een uitslag
In tegenstelling tot de Wheatstone-meetbrug wordt er bij de weerstandsmeetbrug-
gen met een uitslag geen nulafstelling uitgevoerd. De betreffende schakeling in
afbeelding 4 bestaat uit een spanningsbron
met de spanning Uq evenals de drie weerstanden R2 = R3 = R4 = R. Weerstand
R1 is echter variabel:
R1 = R + ΔR
(7)
ΔR is dan een kleine weerstandsverandering door de verandering van een fysische
grootheid. Bij een in de handel verkrijgbaar
rekstrookje dat op een drager is geplakt,
verandert de weerstand een beetje als
sprake is van uitzetting.
Hierdoor kunnen de kleinste mechanische
uitzettingen (veranderingen in lengte) worden bepaald, zoals deze bij technische
installaties (machines, bruggen, staalconstructies, et cetera) voorkomen. De weerstandsverandering wordt door de weerstandsmeetbrug in een proportionele spanning omgezet die gemakkelijk kan worden
gemeten en bij de juiste kalibrering ook als
getalwaarde kan worden afgelezen. Ook is
het mogelijk mechanische trillingen tot
zeer hoge frequenties op te vangen en te
registeren.
Elke sensor die een fysische grootheid in
een weerstandsverandering omzet, kan in
de brug worden gebruikt. Hierdoor kunnen
4. Brug met constante voedingsspanning en een variabele weerstand.
R1 = R – ΔR
Uq
R3 = R
Ud
R2 = R + ΔR
R4 = R
IE02 Impuls 26:IP Impuls
03-02-2009
09:55
Pagina 3
weerstandsbrugschakeling
ook temperaturen (thermistors, NTC, PTC),
lichtsterkte (lichtgevoelige en lichtafhankelijke weerstanden), magnetische fluxdichtheid (magnetische weerstanden, magnetoweerstanden) en dergelijke worden gemeten en weergegeven. De bijbehorende vergelijking luidt:
Ud ≈ Uq •
ΔR
4•R
fotowedstrijd
5. Brug met constante voedingsspanning en twee
R1 = R – ΔR
variabele weerstanden.
R3 = R
Uq
Ud
R2 = R + ΔR
R4 = R
(8)
Bij vergelijking (8) gaat het om een benaderingsvergelijking, die nauwkeuriger wordt
naarmate de relatieve weerstandsverandering kleiner uitvalt (bijvoorbeeld ΔR/R =
0,001).
In afbeelding 5 wordt een verandering van
de schakeling ten opzichte van afbeelding
4 getoond. Hierbij wordt de ene weerstand
(R2) door de fysische grootheid met ΔR
verhoogd en wordt de andere (R1) met hetzelfde bedrag ΔR verlaagd.
Dit is bijvoorbeeld het geval bij veel rek-
strookjes. Wanneer de ene uitzet (+ΔR),
stuikt de andere (-ΔR). Het wiskundige
verband tussen weerstandsverandering ΔR
en spanning Ud is vervolgens:
Ud = Uq •
ΔR
2•R
(9)
Bij vergelijking (9) gaat het niet om een
benadering.
De bruggen die in afbeelding 4 en 5 wor-
den weergegeven, kunnen in plaats van
met constante spanning ook met constante
stroom worden uitgevoerd. In dit geval
speelt dan de lengte van de toevoerkabel
naar de brug geen rol meer. Dat is bijvoorbeeld belangrijk, wanneer de stroomvoorziening en de sensoren van de brug op
grote afstand van elkaar liggen.
Fotowedstrijd ‘Zo moet het niet’
Onder het motto ‘Zo moet het niet’ gaat
Intech Elektro en ICT op zoek naar foto’s
van slecht of foutief uitgevoerde installaties. Inzenders van wie de foto’s worden
geplaatst, kunnen rekenen op een technisch handboek van Isso ter waarde van
maar liefst 245 euro. Het handboek
bestaat uit twee delen en bevat ruim 1.400
pagina’s aan technische kennis. Wilt u alstublieft kort en bondig welke fouten te zien
zijn op de foto en uiteraard ook uw naam
en adres.
Mail of stuur uw foto’s naar:
Redactie Intech Elektro en ICT
‘Zo moet het niet’
[email protected]
Postbus 188
2700 AD Zoetermeer
Prijswinnaar van deze maand
Timo Beerepoot uit Nibbixwoud is deze
maand de gelukkige winnaar van een Issohandboek. Timo licht toe: ‘Deze foto is
gemaakt op ons vakantieadres waar wij
met ons gezin een appartement hadden
geboekt. Deze kast zorgde zowel letterlijk
als figuurlijk voor de nodige spanning. Ik
denk dat iedereen begrijpt dat door de wir-
war aan draden de installatie niet goed
werkte en voor de nodige hilariteit zorgde.’
26 3
IE02 Impuls 26:IP Impuls
03-02-2009
09:55
Pagina 4
otib nieuws
cursussen
TechEd genomineerd voor de Gouden@penstaart
Begin januari zijn de nominaties voor de Gouden@penstaart bekend
gemaakt. De Gouden@penstaart wordt jaarlijks uitgereikt aan de makers
van de beste Nederlandse website voor kinderen van vier tot twaalf jaar.
TechEd is één van de zes genomineerde
websites voor de Gouden@penstaart.
TechEd is een online educatief spel voor
leerlingen uit groep 8 (tien tot twaalf jaar)
waarbij de speler elektro- en installatietechniek kan toepassen binnen een herkenbare en grappige context. Het kind leert
de werking van eenvoudige technische
principes kennen, krijgt bouwblokken aangereikt die hem helpen problemen binnen
het spel op te lossen en kan informatie
opvragen over verschillende bouwblokken.
TechEd heeft tot doel het imago van techniek te verbeteren. Het spel sluit aan op
Voorlichtingspakket
Otib-skillsmanager gereed
De Otib-skillsmanager is een online hrm-instrument dat bedrijven helpt om
het vakmanschap van personeel optimaal te benutten.
De Otib-skillsmanager:
- geeft een overzicht van de functieprofielen in de branche;
- deze kunnen worden vertaald naar specifieke bedrijven en worden gebruikt
voor het personeelsbeleid;
- helpt bij het voorbereiden en uitvoeren van
een scholings- of functioneringsgesprek;
- verbindt scholing, functies en innovatieve ontwikkelingen met elkaar;
- helpt op strategisch niveau bij het bepalen van de koers van bedrijven;
- helpt de koers van bedrijven te vertalen
naar concrete ontwikkelstappen voor
werknemers, zodat de koers omgezet
kan worden in actie.
Neem voor meer informatie contact op met
0800 – 755 4 557 (kosteloos) of kijk op
www.otibskillsmanager.nl.
het curriculum van basisscholen en laat
zien dat techniek leuk is en het dagelijks
leven comfortabeler maakt. Op 28 januari
zijn de winnaars van de Gouden@penstaart bekendgemaakt. TechEd is helaas
niet in de prijzen gevallen.
De Gouden@penstaart is een prijs van de
Stichting Mijn Kind Online. Ga voor meer
informatie naar www.goudenapenstaart.nl
en www.tech-ed.nl.
Skills Masters
Van 5 tot en met 7 maart 2009 strijden
jonge vakhelden met elkaar tijdens Skills
Masters. Skills Masters is een beroepenmanifestatie in Ahoy waar jongeren die
voor een belangrijke beroepskeuze staan,
kunnen kennismaken met echt vakmanschap.
Otib organiseert net als voorgaande jaren
de wedstrijden voor de volgende vakgebieden: sanitaire techniek, telematica,
woninginstallaties, koudetechniek en
metalen dakdekken. Kijk voor meer informatie op www.skillsmasters.nl.
Cursussen weerstandsbrugschakeling
Fluke 1650-serie installatietester
Voor wie? Installateurs en gebruikers van
de Fluke 1650-serie installatietester
Waar? www.SBKadvies.nl
Onderhoud, storingen en metingen
aan sterkstroominstallaties
Voor wie? Monteurs op sterkstroominstallatieniveau
Waar? www.cursusloket.nl
Basiskennis Elektrotechniek
Voor wie? Elektromonteurs met vmboopleidingsniveau en medewerkers van
elektrotechnische (installatie)bedrijven
Waar? www.roi-brabant.nl, www.cursusloket.nl, www.vakopleidingtechniek.nl,
www.SBKadvies.nl, www.tetrixbedrijfsopleidingen.nl, www.edunoord.nl,
www.roizwn.nl, www.iwzh.nl, www.roinn.nl.
Normen en metingen voor elektrische installaties in woningen
Voor wie? Monteurs
Waar? www.cursusloket.nl
26 4
troraad.nl, www.vanderheide.nl,
www.rockopnh.nl, www.gilde-bt.nl,
http://cursussen.nen.nl, www.mijnkenteq.nl
NEN 1010 voor ontwerpers
Energietechnische metingen
Voor wie? Monteurs, elektrotechnici, elektromonteurs
Waar? www.rockopnh.nl, www.tetrixbedrijfsopleidingen.nl
NEN 1010:2007
Voor wie? Monteurs, leidinggevenden,
elektrotechnisch onderhoudsmonteurs,
onderhoudsmonteurs, installateurs, technisch leidinggevenden, ontwerptechnici.
Waar? www.stodt.nl, www.rovc.nl,
www.booa.nl, www.leijgraaf.nl, www.elek-
Voor wie? Tekenaars, ontwerpers, leidinggevenden mbo, technici, ontwerpers elektrotechnische installaties
Waar? www.cursusloket.nl, www.booa.nl,
www.SBKadvies.nl
Profitest/Secutest/elektrotechnisch
meten
Voor wie? Voldoend onderricht persoon
NEN-EN 50110/NEN 3140, kennis elektrotechniek
Waar? www.euro-index.nl,
www.mijnkenteq.nl