Pomiar rezystancji. Rys.1. Schemat układu do pomiaru rezystancji metodą techniczną: a) poprawnie mierzonego napięcia; b) poprawnie mierzonego prądu.

Transkrypt

1 Pomiar rezytancji. 1. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jet zapoznanie ię z najważniejzymi metodami pomiaru rezytancji, ich wadami i zaletami, wynikającymi z nich błędami pomiarowymi, oraz umiejętnością ich właściwego doboru. 2. Wtęp. Pomiar rezytancji jet jednym z podtawowych zagadnień miernictwa elektrycznego. Jet on wykonywany tzw. metodami technicznymi. Może on być wykonywany między innymi za pomocą metody odchyłowej pośredniej, w ramach której wyróżniamy metodę poprawnie mierzonego prądu i poprawnie mierzonego napięcia. nnymi znanymi metodami ą: metody porównawcze, metody zerowe oraz metoda odchyłowa bezpośrednia. a) Metoda odchyłowa pośrednia. Metoda ta polega na bezpośrednim pomiarze napięcia i prądu w obiekcie badanym za pomocą woltomierza i amperomierza. ezytancję wyznaczamy bezpośrednio z prawa Ohma: Jet ona zczególnie przydatna w przypadku badania rezytorów nieliniowych, ponieważ umożliwia wyznaczanie rezytancji w funkcji prądu lub napięcia. Pomiarów możemy dokonywać w układach: poprawnie mierzonego napięcia (woltomierz podpięty bezpośrednio do zacików obiektu badanego) zczególnie kuteczna do pomiaru małych rezytancji. poprawnie mierzonego prądu (amperomierz podpięty bezpośrednio w zereg z obiektem badanym) zczególnie kuteczna do badania dużych rezytancji. Oba układy pomiarowe przedtawiono na ry. 1. y.1. Schemat układu do pomiaru rezytancji metodą techniczną: a) poprawnie mierzonego napięcia; b) poprawnie mierzonego prądu. Błąd makymalny pomiaru wynika z niedokładności pomiaru napięcia i niedokładności pomiaru prądu. Wynoi on: n n ± [ + ] ± kl + kl Dla układu poprawnie mierzonego napięcia:

2 ' ' ' ' Dla układu poprawnie mierzonego pradu: '' '' Błędy dla obu metod będą identyczne dla g b) Metoda porównawcza Metoda porównawcza polega na porównaniu padku napięcia na rezytorze badanym, ze padkiem napięcia na rezytorze wzorcowym w, wywołanych przepływem tego amego prądu. Wartość w dobieramy zbliżoną do wartości. kład pomiarowy do metody porównawczej przedtawiono na ry.2. y. 2. Schemat układu do pomiaru rezytancji metodą porównawczą napięciową. Przyjmując, że woltomierz nie pobiera prądu, możemy wyznaczyć z zależności: w w Można również, dyponując dokładną dekadą w, tak długo zmieniać jej wartość, aż mierzone napięcie będzie identyczne na obu rezytorach. Wówcza w.

3 c) Metody zerowe. Metody zerowe, inaczej zwane motkowymi, polegają na kompenacji motka Wheattone a lub Thomona, czyli takim doborze znanych rezytorów wzorcowych w tych motkach, aż natąpi tan równowagi, w którym przez gałąź motka z galwanometrem nie popłynie prąd. Motek Wheattone a łuży do pomiaru rezytancji dużych o wartościach od kilku omów do kilku megaomów. Motek może mieć charakter motka laboratoryjnego, kładającego ię z opornika dekadowego oraz 2 oporników tounkowych, z zewnętrznym zailaniem oraz zewnętrznym galwanometrem. W motku takim tan równowagi oiąga ię poprzez uzykanie odpowiedniego tounku rezytancji natawianych w odnieieniu do badanej. Warunek taki dla motka przedtawionego na ry. 3a. wynoi: Motek może mieć też charakter motka technicznego (ry.3b.), w którym w jednej obudowie ą zabudowane wzytkie niezbędne elementy, a wartość zmierzoną odczytuje ię ze kali i ewentualnie mnoży przez odpowiedni (wynikający z natawy) wpółczynnik. a) b) y. 3. Motek Wheattone a: a) laboratoryjny; b) techniczny Motek Thomona łuży do pomiaru małych rezytancji w zakreie od kilku mikroomów do kilku omów. Jet tak kontruowany, aby wyeliminować błąd powodowany rezytancją przewodów łączących. Motek ten wytępuje również w werji laboratoryjnej i technicznej. d) Metoda odchyłowa bezpośrednia. Metoda ta polega na użyciu omomierza analogowego o odpowiednim zakreie pomiarowym. Wartość rezytancji odczytuje ię ze wkazań na podziałce miernika, uwzględniając mnożnik wynikający z wybranego zakreu. Skala omomierza jet nieliniowa, a najdokładniejzych pomiarów dokonujemy przy położeniu wkazówki w środku kali. Ze względu na kontrukcję możemy wyróżnić:

4 omomierz zeregowy tanowiący zeregowe połączenie wykalowanego w Ohmach amperomierza magnetoelektrycznego z rezytancją mierzoną (ry. 4). Wychylenie jego wkazówki jet proporcjonalne do prądu: Z + + r omomierz równoległy tanowiący równoległe połączenie woltomierza magnetoelektrycznego z rezytancją mierzoną Wychylenie jego wkazówki jet proporcjonalne do napięcia woltomierza d Cu d r a Cu cont Z b y. 4. Schemat układu omomierza: zeregowego; Napięcie w obu typach omomierza jet tałe. Ponieważ jego wartość może zależeć od topnia rozładowania baterii, każdorazowo przed pomiarami należy omomierz kompenować poprzez takie utawienie rezytora natawnego k (potencjometr na obudowie omomierza), żeby przy zwartych zacikach pomiarowych ( 0) wkazówka przyrządu pokazywała wartość 0. Błąd względny pomiaru wynoi: m - p a względny: 100 gdzie: m wartość zmierzona, p wartość rzeczywita rezytora. p

5 3. Program pomiarów. a) Pomiar rezytancji metodą poprawnie mierzonego prądu i poprawnie mierzonego napięcia. Pomiarów dokonujemy w obwodzie przedtawionym na ry. 5. Zailacz prądu tałego + - y. 5. Schemat pomiarowy do pomiaru rezytancji metodą poprawnie mierzonego napięcia (poz.1) i poprawnie mierzonego prądu (poz2). Na podtawie odczytów rezytancji mierników wyznaczamy rezytancję graniczną: g Pomiarów dokonujemy oboma metodami (przełączając przełącznik P z pozycji 1 na 2) dla 3 rezytancji badanych: 1 < g, 2 > g i 3 g. Wyniki pomiarów umiezczamy w tabeli 1. Tabela ;... ; g... Popr. mierz. napięcie P 1 1 < g 1 % 2 > g 1 % 3 g 1 Popr. mierz. prąd P 2 % Błędy względne wyznaczamy według wzorów zawartych w punkcie 2.a (wprowadzenie)

6 b) Pomiar metodą porównawczą. Pomiarów dokonujemy w układzie pomiarowym przedtawionym na ry. 2. Dobieramy 3 rezytory wzorcowy wzorcowe, tak, aby w1 >, w2 < i w3. Badamy jedną z rezytancji zbadanych uprzednio w punkcie a) metodą poprawnie mierzonych prądu i napięcia. ezytancję wyznaczamy ze wzoru: w w Wyniki pomiarów umiezczamy w tabeli 2. Tabela 2. w w1... w2... w3... c) Pomiar metodą zerową. Pomiarów dokonujemy na rezytancjach badanych uprzednio w punkcie a). W oparciu o chemat przedtawiony na ry. 3a montujemy motek Wheattone a. W miejce rezytora 1 wtawiamy rezytor badany, jako pozotałe wykorzytujemy opornice dekadowe. Zamiat galwanometru możemy użyć amperomierza cyfrowego (zakre prądu tałego). Kompenujemy galwanometr odpowiednio zmieniając natawy 23 dekad. 1 wyznaczamy ze wzoru: 1. Wyniki pomiarów zapiujemy 4 w tabeli 3. Tabela tech ezytor 1 ezytor 2 ezytor 3 Natępnie dokonujemy identycznych pomiarów motkiem technicznym, a wyniki wpiujemy do tabeli 3 w pozycji tech. d) Pomiar rezytancji omomierzem. Pomiarów dokonujemy na rezytancjach badanych uprzednio w punkcie a). Pomiarów dokonujemy w układzie przedtawionym na ry. 6. Wyniki wpiujemy do tabeli 4. Tabela 4. Wartość natawiona p Wartość zmierzona m m - p % p 100

7 y. 6. Schemat układu do pomiaru rezytancji omomierzem. Jako wartość natawioną p wpiujemy albo wartość odczytaną z tabliczki znamionowej rezytora, albo wartość zmierzoną jedną z poprzednich metod (uznaną za najbardziej dokładną). 4. Opracowanie wyników pomiarów. a) Oceń błędy popełniane podcza pomiarów. b) Porównaj błędy popełniane podcza mierzenia tej amej rezytancji różnymi metodami pomiarowymi c) Dobierz najlepze metody dla pomiarów rezytancji małych, średnich i dużych. d) Omów wpływ rezytancji mierników na wielkość błędów popełnianych podcza pomiarów.