WICZENIE 2 POMIAR REZYSTANCJI

Transkrypt

1 WICZENIE 2 POMI EZYSTNCJI 1. Pomiar rezystancji za pomoc woltomierza i amperomierza (metoa techniczna) 2. Pomiar rezystancji wewntrznej amperomierza i woltomierza WPOWDZENIE ezystancja jest to opór czynny stawiany przez przewonik lub element obwou przepływowi pru. Do pomiaru rezystancji opracowano znaczn liczb meto, które mona pozieli na metoy bezporenie i porenie. Metoa bezporenia polega na oczycie wartoci wielkoci mierzonej z tarczy poziałowej przyrzu przeznaczonego tylko o pomiaru anej wielkoci. Takim przyrzem jest omomierz. Metoa porenia polega na zestawieniu rónych przyrzów pomiarowych i elementów w ukła pomiarowy. Za pomoc takiego ukłau wyznacza si wielkoci pomocnicze, które słu o obliczania wartoci poszukiwanej wielkoci. Ze wzglu na rónorono przyrzów pomiarowych i u liczb moliwoci ich połcze istnieje wiele porenich meto pomiaru rezystancji. Do nich mona zaliczy pomiar rezystancji za pomoc woltomierza i amperomierza, pomiar rezystancji meto porównawcz prow i napiciow i szereg innych. Dokłano pomiaru rezystancji jest ograniczona przez bł metoy oraz bły przyrzów. St, ze wzglu na wymagan okłano, metoy pomiarów moemy pozieli na techniczne i laboratoryjne. 1. Pomiar rezystancji za pomoc woltomierza i amperomierza (metoa techniczna) Metoa pomiaru rezystancji wykorzystujca amperomierz i woltomierz jest meto najbarziej rozpowszechnion i naley o grupy meto porenich. Pomiar t meto sprowaza si o zbuowania obwou w którym szeregowo połczone s: róło pru stałego, amperomierz i baany rezystor. ównolegle o rezystora włczony jest woltomierz. 1

2 by okreli rezystancj, posługujemy si prawem Ohma: U x I Stosowane mog by wa ukłay pomiarowe: o pomiaru rezystancji małych oraz o pomiaru rezystancji uych. Pomiar rezystancji małych wykonujemy w ukłazie zilustrowanym na rys.1. ys.1 Ukła o pomiaru małych rezystancji. W ukłazie tym woltomierz o rezystancji V, przez który płynie pr I V, mierzy napicie na rezystorze baanym xrz. mperomierz mierzy sum prów I V i I X I I V + I X Warto mierzonej rezystancji ( xm ) zostaje wyznaczona ze wskaza obu mierników: U U xm I Ix + I Naley jenak pamita, e warto rzeczywista baanej rezystancji wynosi: U xrz. Ix Z powyszego wynika, e pomiar obarczony jest błem. Jest to bł metoy pomiarowej. Nie zaley on o okłanoci uytych przyrzów a tylko o konfiguracji obwou. Warto jego ( w % ) mona obliczy ze wzoru: x 2

3 Ze wzoru tego wynika, e bł spowoowany nieokłanoci metoy jest tym mniejszy im wiksza jest rezystancja wewntrzna woltomierza oraz mniejsza rezystancja mierzona. Do pomiaru uych rezystancji stosujemy ukła zilustrowany na rys.2. ys.2 Ukła o pomiaru uych rezystancji Woltomierz V mierzy sum spaków napi na amperomierzu o rezystancji wewntrznej i na rezystorze baanym xrz U U + U Warto rezystancji oblicza si na postawie wskaza przyrzów: U U + U xm I I Poobnie i w tym przypaku, pomiar obarczony jest błem metoy gy warto rzeczywista baanej rezystancji wynosi U xrz. I Warto błu metoy ( w % ) oblicza si ze wzoru: x Bł spowoowany nieokłanoci metoy jest mniejszy w przypaku stosowania amperomierzy o małej rezystancji wewntrznej oraz pomiaru rezystancji x o uej wartoci. Celem wyboru ukłau pomiarowego obliczamy warto nastpujcego wyraenia:. Otrzyman warto porównujemy z wartoci rezystancji mierzonej x. Przy x < ukła o pomiaru rezystancji małych. Przy x > bzie ukła o pomiaru rezystancji uych. 1.1 Wykonanie pomiarów stosujemy właciwy 3

4 Pomiary rezystancji za pomoc woltomierza i amperomierza wykonujemy w ukłazie zilustrowanym na rys.3. ys. 3 Schemat obwou o pomiaru rezystancji ezystor słuy o ograniczania wartoci pru w ukłazie. W charakterze rezystora mierzonego x wykorzystujemy rezystor ekaowy. Z anych na tarczy poziałowej przyrzów notujemy wartoci rezystancji wewntrznych oraz V i obliczamy warto pierwiastka. Nastpnie wybieramy wie owolne wartoci rezystancji x na rezystorze ekaowym tak aby w jenym przypaku x > a w rugim x <. Pomiary naley wykona w wu połoeniach przełcznika P. Pozycja 1 przełcznika P tworzy ukła o pomiaru małych rezystancji, pozycja 2 ukłau o pomiaru rezystancji uych. Pomiary wykonujemy la 3 rónych wartoci napicia. Wyniki notujemy w tabeli. Na postawie uzyskanych wyników naley wyliczy warto rezystancji mierzonej, obliczy bły metoy oraz porówna wartoci rezystancji rzeczywistej oczytanej z rezystora ekaowego z rezystancj wyznaczon na postawie pomiarów. Naley take porówna wartoci błów metoy. 2. Pomiar rezystancji wewntrznej amperomierza i woltomierza Przyłczenie miernika o obwou elektrycznego wprowaza zmiany w rozkłazie napi i prów w tym obwozie, na skutek czego wynik pomiaru zostaje obarczony błem. Włczenie 4

5 amperomierza zwiksza rezystancj obwou o wielko rezystancji wewntrznej miernika, natomiast załczenie woltomierza o okrelonej rezystancji spowouje wystpienie oatkowego spaku napicia. Wpływ rezystancji wewntrznej mierników na wielko błów pomiarowych został czciowo przestawiony w p.1 tego wiczenia. W ustroju pomiarowym miernika magnetoelektrycznego pr mierzony przepływa przez ruchom cewk z któr jest sprzona wskazówka. Do pełnego ochylenia wskazówki wystarcza czasem pr kilku mikroamperów a napicie na zaciskach cewki ruchomej wynosi wtey kilka lub kilkanacie miliwoltów. Praktycznie wic zachozi potrzeba rozszerzenia zakresu pomiarowego miernika. Uzyskuje si to stosujc opowienie rezystory łczone z cewk albo równolegle (przy mierzeniu pru) albo szeregowo (przy mierzeniu napicia). Takie rozwizania powouj, e rezystancje wewntrzne woltomierzy s zwykle kilka rzów wysze ni amperomierzy. 2.1 Wykonanie pomiarów. Pomiar rezystancji wewntrznej woltomierza Pomiar rezystancji wewntrznej woltomierza wykonujemy w ukłazie zilustrowanym na rys.4 ys.4. Schemat obwou o pomiaru rezystancji wewntrznej woltomierza V w - woltomierz wzorcowy V b - woltomierz baany - rezystor ekaowy 5

6 Do regulowanego róła napicia stałego połczamy woltomierz wzorcowy. ównolegle z woltomierzem wzorcowym połczamy woltomierz magnetoelektryczny baany V b i szeregowo z nim rezystor ekaowy. Zasilacz napicia stałego nastawiamy na minimaln warto, natomiast warto rezystancji na rezystorze ekaowym na warto maksymaln. Po włczeniu zasilania zwikszamy stopniowo napicie na zasilaczu a o uzyskania na woltomierzu wzorcowym wartoci np. wukrotnie wikszej o zakresu woltomierza baanego. Nastpnie zmniejszajc warto rezystancji ustalamy maksymalne ochylenie wskazówki woltomierza baanego V b. Pr I o płyncy w ukłazie, powoujcy maksymalne ochylenie wskazówki, wytwarza na rezystorze ekaowym oraz na woltomierzu o rezystancji wewntrznej okrelone spaki napicia. Zgonie z prawem Ohma otrzymujemy zaleno: I o U U + st U + U 1 + U Na postawie wyników pomiarów, z równa tych naley wyliczy rezystancj wewntrzn woltomierza baanego oraz pr przy maksymalnym ochyleniu organu ruchomego woltomierza. Wyniki pomiarów oraz oblicze zapisujemy w tabeli: U [V] U [V] [ ] [ ] I o [] 6

7 Pomiar wykonujemy wukrotnie, przy wu rónych napiciach na woltomierzu wzorcowym. B. Pomiar rezystancji wewntrznej amperomierza Schemat ukłau o pomiaru rezystancji wewntrznej amperomierza przestawiono na rys.5 ys.5 Schemat obwou o pomiaru rezystancji wewntrznej amperomierza w amperomierz wzorcowy b amperomierz baany rezystor ekaowy W ukłazie tym baany amperomierz magnetoelektryczny b włczony jest w szereg z amperomierzem wzorcowym w. ównolegle o amperomierza baanego połczony jest rezystor ekaowy. Prze włczeniem zasilacza, regulatorem pru na zasilaczu nastawiamy warto zerow i jenoczenie nastawiamy zerow warto rezystancji na rezystorze ekaowym. Po włczeniu zasilacza stopniowo zwikszamy przepływ pru (regulatorem pru na zasilaczu) i jenoczenie zwikszamy rezystancj rezystora ekaowego a o uzyskania maksymalnego ochylenia wskazówki na amperomierzu baanym. Stosujc o przestawionego ukłau prawo Ohma otrzymujemy równanie: 7

8 U I I + Z równania tego wyliczamy rezystancj wewntrzn amperomierza baanego oraz spaek napicia na nim. Wyniki pomiarów oraz oblicze zapisujemy w tabeli: I [] I [] [ ] [ ] U [V] W yskusji wyników wyjani, laczego rezystancja wewntrzna woltomierza zwiksza si wraz ze zwikszeniem jego zakresu pomiarowego, laczego rezystancja wewntrzna amperomierza maleje wraz ze zwikszeniem jego zakresu pomiarowego oraz laczego pr I o przy maksymalnym ochyleniu organu ruchomego woltomierza oraz spaek napicia U na amperomierzu s wielkociami stałymi, niezalenymi o zakresu? 8