Iskra Unimer 3

Danas je nabavljen univerzalni mjerni instrument za mjerenje napona, struje i otpora Unimer 3, slovenskog proizvođača Iskra iz sredine 1970-tih godina. Tvrtka ISKRA vuče korijene iz 1946. godine te je i danas prisutna na tržištu. Kroz čitavo razdoblje postojanja nudi širok spektar proizvoda iz područja elektronike, elektrotehnike, telekomunikacija, energetike, automatizacije i tome srodnih proizvodnih grana.

Unimer 3 omogućuje slijedeća mjerenja:

• mjerenje istosmjernog napona do 2000 V u osam mjernih opsega
• mjerenje izmjeničnog napona do 1000 V u pet mjernih opsega
• mjerenje istosmjerne struje do 5 A u šest mjernih opsega
• mjerenje izmjenične struje do 2,5 A u pet mjernih opsega
• mjerenje električnog otpora do 5 MΩ (precizno do 1 MΩ) u četiri mjerna opsega, uz vanjsko mrežno napajanje mjerni opseg se proširuje do 50 MΩ (precizno do 10 MΩ)
• mjerenje kapaciteta kondenzatora uz vanjsko mrežno napajanje do 50 µF u dva mjerna opsega

Osim ovoga Unimer 1 je opremljen i skalom za mjerenje pojačanja ili slabljenja u dB s obzirom na referentni napon 0,775 V (600 Ω) koja je baždarena za naponski opseg 10 V (-100 dB do +22 dB). Za proširena mjerenja na drugim naponskim opsezima potrebno je uračunati korekciju. Više o ovoj vrsti mjerenja pisali smo u objavi Multimetar C4313.

Jednako kao prethodno opisani Unimer 1 i ovaj instrument je opremljen posebnim kapacitivno odvojenim mjernim naponskim ulazom označenim sa OUTPUT. Ovaj ulaz se koristi za mjerenje izmjeničnih napona koji također sadrže i istosmjernu komponentu, odnosno gdje je čitav izmjenični signal za određenu vrijednost podignut u pozitivno naponsko područje. Kondenzatorom se ovdje blokira ta istosmjerna komponenta (prednapon, bias) kako bi se mogla točno izmjeriti vrijednost samo izmjenične komponente napona (AC ili DC coupling). Ovo mjerenje, kao i mjerenje pojačanja ili slabljenja u dB praktično se najviše primjenjivalo kod mjerenja audio signala na telefonskim sistemima i drugim komponentama (pojačalima) za obradu audio frekvencijskog  područja. Kondenzator koji se koristi za blokadu istosmjerne komponente napona (470 nF / 630 V) također se koristi i za proširenje opsega mjerenja kapaciteta kondenzatora.

Točnost mjerenja je ±2,5 % na punom otklonu skale za sve opsege (vidi objavu Multimetar C4313), što vrijedi za uvjete temperature okoline od 20°C i izmjenična mjerenja u frekvencijskom opsegu 50-60 Hz. Promjena temperature okoline (0-40°C) može pogoršati točnost mjerenja do 2,5 %, a mjerenja na nižim ili višim frekvencijama (25-15000 Hz) mogu unijeti dodatnu pogrešku do 5 %.

Unimer 3 je jednostavan mjerni instrument  sa mjernim sistemom sa permanentnim magnetom i zakretnim svitkom osjetljivosti 50 µA za puni otklon. Ulazni otpor, ovisno o mjernom opsegu kreće se u rasponu 2 kΩ do 40 MΩ. Ako ga usporedimo sa elektroničkim Unimerom 1, onda Unimer 3 ima prosječno deset puta manji unutrašnji otpor od Unimera 1.

Osim mjernih i kalibracijskih otpornika vidimo da je u Unimer 3 ugrađeno pet dioda i kondenzator. Kad malo popratimo shemu vidimo da D1 sudjeluje u poluvalnom ispravljanju napona kod izmjeničnih mjerenja tako da instrument pokazuje srednju vrijednost tog ispravljenog poluvalnog oblika napona. Diode D2 i D3 sudjeluju u ispravljanju napona kod mjerenja kapaciteta kondenzatora, a to mjerenje nije ništa drugo nego mjerenje pada napona na kondenzatoru spojenom na izmjenični napon poznate frekvencije (50 Hz). Diode D4 i D5 su antiparalelno spojene mjernom instrumentu i imaju ulogu zaštite istog od prenapona (> 0,7 V). Sve smo ovo već puno puta opisivali kod drugih multimetara, no kao neku specifičnost i ovdje ćemo posebno iscrtati električne krugove i elemente koji sudjeluju u mjerenju kapaciteta i velikih otpora uz pomoć vanjskog mrežnog napajanja 150-250V / 50 Hz.

Električni krugovi i elementi koji sudjeluju u mjerenju kapaciteta i velikih otpora uz pomoć vanjskog mrežnog napajanja 150-250V / 50 Hz. Lijepo se vidi da je krug za mjerenje kapaciteta isti kao i krug za mjerenje velikih otpora jer se kod kondenzatora zapravo mjeri njegov otpor (impedancija) koju ima na nekoj poznatoj frekvenciji  (50 Hz).

Mjerni krug se ne razlikuje puno od onog kakvog smo imali i opisali kod Multimetra C4313. Temelj za mjerenje  je činjenica da svaki kondenzator na točno određenoj frekvenciji ima točno određeni otpor (impedanciju) te se mjerenje kapaciteta kondenzatora vrši mjerenjem njegovog otpora na frekvenciji 50 Hz. Ovdje je dakle praktično riječ o mjerenju pada napona ili srednje vrijednosti ispravljene struje nabijanja kondenzatora određenog kapaciteta u izmjeničnom strujnom krugu poznate frekvencije. Što je kondenzator manje vrijednosti njegov otpor će na 50 Hz biti veći.

Serijski otpornik od 470 kΩ ograničava struju i raspoređuje ukupni napon na ispitivani kondenzator što ujedno sprječava i mogući strujni udar rukovatelja uređajem. Ovaj otpornik također štiti i od mogućnosti nastanka kratkog spoja na izmjeničnom mjernom krugu ukoliko je ispitivani kondenzator neispravan (proboj). U ispravljanju izmjeničnog napona za instrument sudjeluje samo jedna dioda (D2) koja propušta samo pozitivnu poluperiodu napona, dakle i ovdje se radi o poluvalnom ispravljaču. Dioda D3 je obrnuto polarizirana od ispravljačke diode te preuzima vođenje struje tijekom negativne popuperiode kako bi D2 bila manje opterećena u zapornom smjeru i imala bolju karakteristiku (linearnost) ispravljanja. Otpornik od 720 Ω smanjuje ukupni otpor kruga potrošača, odnosno mjernog instrumenta, te tako povećava struju preko ispravljačke diode čime pomiče njenu radnu točku više prema linearnoj karakteristici kako bi ispravljanje napona u čitavom opsegu otklona instrumenta (posebno na početnim malim strujama) bilo linearno. Međutim s druge strane, smanjenje otpora smanjuje i osjetljivost mjernog sistema.

Za proširenje opsega mjerenja kapaciteta kondenzatora koristi se kondenzator od 470 nF na način da mjereni kondenzator sa istim tvori kapacitivni djelitelj napona. U principu mjerenje kapaciteta kondenzatora ne razlikuje se puno od mjerenja električnog otpora, osim što se za kondenzatore mora koristiti visoki izmjenični napon. Treba znati da je skala za mjerenje kapaciteta baždarena matematički za idealni kondenzator bez gubitaka (omskih ili induktivnih).

U uputama za upotrebu instrumenta Unimer 3 navodi se da je mjerenje kapaciteta kondenzatora moguće u rasponu 0,1 – 50 nF, odnosno uz kapacitivni djelitelj napona u rasponu 10 nF do 50 µF. Odmah ćemo reći da mjerenja iznad 1 µF praktično ne dolaze u obzir jer se elektrolitski kondenzatori ne mogu spajati na visoki izmjenični napon (osim ako su bipolarni). U krugu kakav imamo kod Unimera 3 i uz upotrebu mrežnog napona 220 V, prilikom mjerenja kondenzatora od 1 µF napon na njemu će biti 70 V, a kod mjerenja kondenzatora od 50 µF napon na njemu će biti 2 V tako da to treba uzeti u obzir.

Što se tiče mjerenja kapaciteta na nižem opsegu, kondenzator od 0,1 nF na 50 Hz ima otpor od oko 32 MΩ, a kondenzator od 50 nF ima otpor 64 kΩ. Unutarnji otpor instrumenta je nešto veći od 470 kΩ, pa će uz 220 V napajanja napon na 0,1 nF biti gotovo punih 217 V, a na kondenzatoru od 50 nF napon će biti oko 26 V. Stoga treba biti vrlo oprezan glede graničnih napona i kod mjerenja malih kapaciteta.

Koliko god se činili jednostavni i praktični, danas se ovakvi mjerači kapaciteta više ne koriste jer uključuju visoke napone opasne po život, značajno opterećuju mjerene kondenzatore visokim izmjeničnim naponima, ne mjere stvaran kapacitet nego impedanciju kondenzatora na poznatoj frekvenciji pa parazitski (nekapacitivni) otpori degradiraju točnost mjerenja. No u 70-tim godinama kad je doba lampaša još bilo aktualno visoki naponi su bili prisutni u svim cijevnim uređajima, a sukladno tome su i kondenzatori bili uglavnom dizajnirani za visoke napone. Tada je ovakav instrument bio itekako upotrebljiv, posebice jer su profesionalni mjerači kapaciteta bili vrlo skupi i nedostupni većini elektroničara.

U objavi Unimer 1 posudili smo nekoliko dijelova iz jednog rashodovanog Unimera 3 jer je imao nekoliko pregorenih mjernih otpornika, a i nedostajali su mu neki konstrukcijski elementi.  No sada vidimo da je i ovaj Unimer 3 doživio sličnu havariju. Kod oba su uništeni mjerni otpornici od 407 Ω i 39 Ω koji se nalaze u krugu mjerenja otpora, što upućuje na zaključak da je netko pokušao mjeriti visoki napon na omskim mjernim opsezima. Ovo je vrlo česti previd kod ovog instrumenta jer su na sklopki za izbor mjerenja omski opsezi postavljeni dijagonalno prema višim naponskim opsezima. Zbog simetričnog dizajna sklopke dovoljno samo jednom previdjeti malu bijelu crticu na sklopki koja pokazuje mjerni opseg pa da nastane ovakva havarija. No, na ovom primjerku Unimera 3 netko se već potrudio zamijeniti uništene mjerne otpornike pa je instrument sada opet funkcionalan.

Unimer 1 lijevo i Unimer 3 desno, oba sa jednakim električnim oštećenjima. Uzrok pregorenih mjernih otpornika na opsezima za mjerenje otpora vjerojatno su posljedica mjerenja visokog napona na ovim pogrešnim opsezima. Do zabune lako dolazi jer su na sklopki za izbor mjerenja omski opsezi postavljeni dijagonalno prema višim naponskim mjernim opsezima te je zbog simetričnosti gumba sklopke vrlo lako previdjeti položaj malog bijelog markera na jednom kraju gumba.  

U koliko je netko zainteresiran za rad s Unimerom 3 prilažemo originalno Uputstvo za upotrebu, no svakako pri radu sa ovakvim instrumentom treba biti posebno pažljiv da ne dođe do njegovog neželjenog oštećenja.  Iako je opremljen brzim osiguračem 6,3 A koji bi trebao spriječiti oštećenje na strujnim opsezima uslijed prevelike ulazne struje, te antiparalelno spojenim diodama koje štite mjerni sistem od prevelikog napona, u radu sa Unimerom 3 još uvijek postoji veliki broj kombinacija koji unatoč ovim zaštitama mogu dovesti do oštećenja ili čak nepovratnog uništenja instrumenta. Postoji poslovica: “Tri puta mjeri – jednom reži”. Za ovakve tipove instrumenta vrijedi slična poslovica: “Tri puta provjeri položaje sklopki – jednom mjeri” 🙂