Dit hoofdstuk behandelt de meetinstrumenten die een zendamateur nodig heeft: de universeelmeter voor spanning, stroom en weerstand, de dipmeter voor resonantiefrequenties, de frequentieteller, de SWR-meter en de kunstantenne. Een zendamateur moet kunnen controleren of hij op toegestane frequenties uitzendt en of de aansluiting tussen zender en antenne goed is. Daarom is kennis van meetinstrumenten essentieel.
Elke meting beinvloedt wat je meet. Je meet dus nooit exact de werkelijke waarde. De kunst is om de meetfout zo klein te houden dat hij niet uitmaakt. Dit is een natuurkundige wetmatigheid waar je altijd rekening mee moet houden: wie meet, moet zorgen dat de meetfout zo klein is dat hij geen invloed heeft op de conclusies die uit de meting volgen.
Als je een voltmeter over een schakeling plaatst, vormt de meterweerstand samen met de bronweerstand een spanningsdeler. Hierdoor "ziet" de meter niet de volledige bronspanning, maar slechts de klemspanning bij een belasting met de meterweerstand. Hoe groter de meterweerstand ten opzichte van de bronweerstand, hoe dichter de gemeten waarde bij de werkelijke spanning komt.
De universeelmeter of multimeter is het meest gebruikte meetinstrument. Hij meet spanning, stroom en weerstand. Het apparaat is bij radioamateurs het meest algemene stuk meetgereedschap. In zijn oorspronkelijke vorm is het een analoog meetinstrument met een draaispoelmeter, tegenwoordig zijn digitale meters in de meerderheid.
Spanning meet je altijd tussen twee punten van een schakeling. We zeggen dat spanning ergens "overheen" staat, bijvoorbeeld over een weerstand. De voltmeter wordt daarom parallel aan het te meten component geplaatst.
Een draaispoelmeter heeft volle uitslag bij 50 μA en een eigen weerstand van 100 Ω.
Voor een 1 V-bereik: totale weerstand = 1 V / 0,05 mA = 20 kΩ
Serieweerstand = 20 kΩ - 100 Ω = 19,9 kΩ
Voor 10 V-bereik: 200 kΩ; voor 100 V-bereik: 2 MΩ
Conclusie: hoe minder stroom een draaispoelmeter nodig heeft voor volle uitslag, des te groter wordt de totale weerstand als je hem verbouwt tot voltmeter. Dit maakt de meter beter geschikt voor nauwkeurige metingen.
Stroom meet je in de schakeling, omdat stroom door de schakeling loopt. De meter komt dus in de plaats van een verbindingsleiding. Dit betekent dat je de schakeling moet onderbreken om de meter te plaatsen - anders kan de stroom niet door de meter lopen.
Meter: volle uitslag bij 50 μA, weerstand 100 Ω. Gewenst bereik: 500 μA.
Door de meter mag maximaal 50 μA, dus 450 μA moet via de shunt.
Shuntweerstand = (50/450) × 100 Ω = 11,1 Ω
De shunt wordt parallel aan de meter geplaatst en leidt 90% van de stroom om de meter heen. Hoe hoger het stroombereik, des te lager moet de shuntweerstand zijn.
Om een weerstand te meten, moet er een spanning overheen gezet worden die een stroom door de weerstand veroorzaakt. De meter meet dan deze stroom en berekent daaruit de weerstand via de wet van Ohm (R = U/I).
Weerstand is omgekeerd evenredig met stroom: 0 ohm betekent maximale stroom (wijzer rechts), terwijl een oneindige weerstand nul stroom betekent (wijzer links). Daarom loopt de weerstandsschaal anders dan de schalen voor spanning en stroom, die lineair oplopen van links naar rechts.
Draaispoelmeters werken alleen met gelijkstroom. Voor wisselspanning moet het signaal eerst worden gelijkgericht. Dit komt doordat een draaispoelmeter reageert op de richting van de stroom - bij wisselstroom zou de wijzer heen en weer bewegen en gemiddeld op nul blijven staan.
Tegenwoordig zijn digitale meters in de meerderheid vanwege hun grotere flexibiliteit en (meestal) betere meetnauwkeurigheid. Een belangrijk voordeel is de zeer hoge ingangsweerstand bij voltmeting, wat komt door de inwendige elektronica die wordt gevoed door de batterij.
De dipmeter meet de resonantiefrequentie van een LC-kring. Dit is een apparaat dat al heel lang bij radioamateurs is ingeburgerd en daarom ook examenstof is. Het werkt door energie-overdracht tussen de dipperspoel en de te meten kring wanneer beide op dezelfde frequentie resoneren.
Voor de nauwkeurigste meting: begin dichtbij de kring (grote dip), herhaal dan op grotere afstand waar de dip nog net waarneembaar is. Dit heet losse koppeling.
De spoel van de dipmeter beinvloedt de te meten kring. Hoe dichter bij, hoe groter de beinvloeding en hoe onnauwkeuriger de meting. Omdat de oscillatorspoel naar buiten is uitgevoerd, beinvloedt de te meten kring ook de oscillatiefrequentie van de dipper. Een dipmeter kan daarom nooit een precisie-instrument zijn, maar met losse koppeling wordt de nauwkeurigheid maximaal.
Een zendamateur moet kunnen controleren of hij op toegestane frequenties uitzendt. Met een kant en klaar gekochte zendontvanger zal dat niet gauw nodig zijn, maar bij zelfbouwapparatuur of verbouwde apparatuur is het kunnen meten van frequenties vanzelfsprekend.
Een ouderwets, niet zo nauwkeurig instrument. Het basisprincipe is een gekalibreerde afstembare LC-kring in een soort kristalontvanger, met een voltmeter in plaats van een koptelefoon aan de uitgang. Je kunt het zien als een soort "ontvangende dipmeter" in plaats van een die uitzendt. Het apparaat staat nog in de N-exameneisen en kan dus voorkomen in een examenvraag.
Tegenwoordig is frequentiemeting een digitale aangelegenheid. Een frequentieteller was ooit een prijzig instrument, maar is door toenemende integratie en steeds goedkopere IC's eigenlijk niet meer duur.
Het instrument telt hoeveel complete perioden (trillingen) van het signaal er in een nauwkeurig afgemeten tijd voorbijkomen. Als je bijvoorbeeld 14.225.000 perioden telt in precies 1 seconde, dan is de frequentie 14,225 MHz. De kristalgestuurde tijdbasis zorgt ervoor dat die "1 seconde" zeer nauwkeurig is.
De SWR-meter is onmisbaar voor de zendamateur. Hij meet de kwaliteit van de aanpassing tussen zender, voedingslijn en antenne. De meter geeft de verhouding aan tussen het voorwaartse en gereflecteerde vermogen - de exacte waarden van de afzonderlijke vermogens zijn niet aan de orde, het gaat om de verhouding.
| SWR | Beoordeling |
|---|---|
| 1:1 | Perfect (geen reflectie) |
| tot 1,5 | Goed |
| tot 2 | Acceptabel |
| >3 | Slecht - gevaar voor eindtrap! |
Het probleem bij hoge SWR is dat het gereflecteerde vermogen ergens moet blijven. Als dat te veel wordt, gaat de eindtrap gevaar lopen. In handelsapparatuur zit bijna altijd een beveiliging, maar 100% veilig is die ook niet. Neem niet meer risico dan nodig; vervangen van een eindtrap kan duur zijn.
Een kunstantenne is een inductie- en capaciteitsarme weerstand die de antenne vervangt voor testdoeleinden. Het doel is om de zender te kunnen testen zonder dat er signalen worden uitgezonden. De kunstantenne zet alle energie om in warmte in plaats van deze uit te stralen.
Een eenvoudige kunstantenne kan gemaakt worden van meerdere weerstanden in parallel, bijvoorbeeld 20 weerstanden van 1 kΩ elk (samen 50 Ω). De aansluitdraden moeten zo kort mogelijk zijn om zelfinductie te minimaliseren. Voor hogere frequenties zijn speciale inductiearme (composiet)weerstanden of halfgeleiderconstructies nodig om een SWR van 1 te behouden.
Door de spanning over de kunstantenne te meten, kan het vermogen worden berekend. De voltmeter meet via een gelijkrichterschakeling met condensator de maximale spanning. De condensator moet groot genoeg zijn dat weglekkende lading de spanning niet beinvloedt.
Dit geldt voor een ongemoduleerde draaggolf (CW) of FM. Ook voor EZB dat met een constant LF-signaal is gemoduleerd, geldt dezelfde formule.