1. MERANIE ODPOROV JEDNOSMERNÝM PRÚDOM. 1a Meranie stredných odporov základnými metódami

Transcript

1 . KOLO 1 eranie odporov jednosmerným prúdom 1 1. EE ODPOO JEDOSEÝ PÚDO 1a eranie stredných odporov základnými metódami 1a-1 eranie odporov Ohmovou metódou 1a- eranie odporov porovnávacími a substitunými metódami Úloha merania 1. Zmerajte odpory rezistorov Ohmovou metódou v oboch zapojeniach voltmetra. Dané odpory zmerajte bez korekcie na vplyv meracích prístrojov ( ) i s korekciou ( ). ypoítajte absolútne i relatívne chyby metódy a v zhodnotení porovnajte výsledky.. Zmerajte dané odpory porovnávacími metódami a v zhodnotení uvete porovnanie výsledkov s metódami substitunými. Teoretické poznatky a postup merania 1a-1 eranie odporov Ohmovou metódou Ohmovu metódu možno v zásade použi na meranie odporov všetkých vekostí. a urenie hodnoty odporu použijeme zapojenie ampérmetra na meranie prúdu pretekajúceho meraným odporom a voltmetra na meranie úbytku napätia na om. eranie je nepriame, nakoko hodnotu meraného odporu uríme výpotom z Ohmovho zákona. + reg - + reg - Obr1.1 Ohmova metóda voltmeter pred ampérmetrom Obr.1. Ohmova metóda voltmeter za ampérmetrom oltmeter vzhadom na ampérmeter môžeme zapoji dvojakým spôsobom: a) oltmeter je pred ampérmetrom (obr.1.1) Hodnota meraného odporu, vypoítaná z údajov meracích prístrojov je Správna hodnota meraného odporu býva menšia, nakoko kde je vnútorný odpor ampérmetra. (1.1) (1.) bsolútna chyba metódy v tomto zapojení je

2 . KOLO 1 eranie odporov jednosmerným prúdom elatívna chyba metódy je δ 100 % 100 % (1.3) (1.4) Z uvedeného vzahu vidie, že toto zapojenie je vhodnejšie pre meranie väších odporov, kde <<. Prakticky sa odporúa ho používa pre odpory z rozsahu od 1 kω do 1 Ω. bsolútna i relatívna chyba metódy je potom obyajne zanedbatená a neznámu hodnotu odporu vypoítame z údajov meracích prístrojov 1. b) oltmeter je za ampérmetrom (obr.1.) Správna hodnota meraného odporu je o nieo väšia, keže: kde je vnútorný odpor voltmetra. (1.5) bsolútna chyba metódy v tomto zapojení je + elatívna chyba metódy je 100 % Toto zapojenie je vhodnejšie pre meranie menších odporov. Prakticky sa odporúa ho používa pre odpory z rozsahu 1 Ω do 1 kω, nakoko v takých prípadoch býva spravidla odpor voltmetra >> a chyby môžu by zanedbatene malé. ýhodou tohto zapojenia je, že odpor voltmetra býva zvy- ajne výrobcom uvedený. Tab.1.1 amerané a vypoítané hodnoty pre obe zapojenia zapíšeme do tab.1.1 Zapojenie pred za % (1.6) (1.7) eraný objekt [] [] δ [%] [] [] δ [%] 1 Toto tvrdenie závisí na použitom napájacom napätí.

3 . KOLO 1 eranie odporov jednosmerným prúdom 3 1a- eranie odporov porovnávacími a substitunými metódami a) Porovnávacia metóda napätí (obr.1.3) + reg Obr.1.3 Porovnávacia metóda napätí Princíp metódy spoíva v porovnávaní úbytkov napätia na neznámom odpore a na známom odporovom normále, ktorý je s ním sériovo zapojený. k sa nerešpektuje chyba metódy, spôsobená spotrebou voltmetra, hodnotu neznámeho odporu môžeme vypoíta zo vzahu: (1.8) k zvolíme hodnotu odporového normálu tak, že sa pri meraní úbytkov napätia na oboch odporoch nemusel meni rozsah voltmetra, potom môžeme vypoíta hodnotu neznámeho odporu zo vzahu α (1.9) kde α je údaj voltmetra pri meraní napätia na, α je údaj voltmetra pri meraní napätia na. α Porovnávacia metóda napätí je vhodná na meranie menších, príp. malých odporov. prípade, že by sme ju použili na meranie vekých odporov, mohol by by meraný odpor porovnatený s vnútorným odporom voltmetra. To by podstatne ovplyvnilo presnos merania, najmä ak by sme odpor voltmetra chceli zanedba. b) Porovnávacia metóda prúdov (obr.1.4) Obr.1.4 Porovnávacia metóda prúdov Hodnotu neznámeho odporu môžeme vypoíta aj na základe porovnania prúdu teúceho neznámym odporom s prúdom prechádzajúcim známym odporom, ktorý je k pripojený paralelne.

4 . KOLO 1 eranie odporov jednosmerným prúdom 4 k nerešpektujeme chybu metódy spôsobenú spotrebou ampérmetra, môžeme meraný odpor vypoíta zo vzahu príp. α α (1.10) tomto prípade bude meranie o to presnejšie, ím bude menší rozdiel medzi hodnotami a. Táto metóda je vhodná pre meranie väších odporov. Potom je odpor ampérmetra spravidla omnoho menší než meraný odpor, takže jeho vplyv na presnos merania je zanedbatený. amerané a vypoítané hodnoty pre obe zapojenia zapíšeme do tab.1.. Tab.1. Zapojenie s s eraný objekt c) Substituné metódy Zvláštnym prípadom porovnávacích metód sú metódy substituné. ožno ich použi pre obe predchádzajúce metódy. Odporový normál sa nahradí prepínatenou odporovou dekádou, na ktorej meníme hodnotu odporu dovtedy, pokia údaj na voltmetri resp. ampérmetri nie je rovnaký s údajom na neznámom odpore. iže ak α α, potom aj, priom hodnotu odítame priamo z odporovej dekády. akoko odporové dekády majú obyajne vysokú triedu presnosti, patria substituné metódy merania odporov medzi presné metódy. K presnosti prispievajú aj nulové chyby metódy, nakoko pri odítaní meraných hodnôt je vždy, a teda 0 i δ 0. Okrem toho sa vyluuje aj chyba spôsobená nepresnosou meracieho prístroja, nakoko pri konenom vyhodnotení sú obe výchylky rovnaké. evýhodou týchto metód je veká citlivos odporových dekád na preaženie. Súpis prístrojov: jednosmerný stabilizovaný zdroj 0-0, magnetoelektrický voltmeter, magnetoelektrický ampérmeter, dvojpólový prepína, jednopólový prepína, odporová dekáda -.

5 . KOLO 1 eranie odporov jednosmerným prúdom 5 1b eranie odporov íslicovým multimetrom, meracím prevodníkom a mostíkom 1b-1 eranie odporov íslicovým multimetrom a meracím prevodníkom 1b- eranie odporov Wheatstoneovým mostíkom Úloha merania 1. Pomocou íslicového multimetra nastavte požadované hodnoty odporu na lineárnom potenciometri a zakaždým ich skontrolujte meracím prevodníkom. zhodnotení porovnajte výsledky a zostrojte grafickú závislos f ( ).. Zmerajte odpory na rezistoroch vyváženým Wheatstoneovým mostíkom. Teóretické poznatky a postup merania 1b-1 eranie odporov íslicovým multimetrom a meracím prevodníkom íslicové multimetre s funkciou meraní odporu využívajú obvykle meracieho prevodníka odpor napätie. Základné zapojenie tohto prevodníku je na obr.1.5. Obr.1.5 Základné zapojenie meracieho prevodníka v íslicovom multimetri prípade ideálneho operaného zosilovaa platí r odtia (1.11) r súasnosti sa vyrába celý rad samostatných analógových meracích prevodníkov, medzi ktorými je aj prevodník typu LS.0 DG. Prevodník prevádza analógový signál z odporového vysielaa na definovaný napäový signál. Pokia pre upravený merací prevodník typu LS.0 DG platí prevod Ω 10, potom platí 10 Ω a vzah (1.11) sa upraví na r (1.1) (1.13) Po eliminácii záporného znamienka dostaneme pre uvedený merací prevodník vzah pre výpo- et neznámych odporov 5 10 (1.14) hodnou technickou úpravou od výrobcu prevodníka

6 . KOLO 1 eranie odporov jednosmerným prúdom 6 Postup merania: eraný obvod zapojíme poda schémy uvedenej na obr apájanie prevodníka _ _ 5 6 Ω lineárny potenciometer 3 Obr.1.6 Schéma zapojenia pre meranie odporov na potenciometri pomocou multimetra a prevodníka Pomocou íslicového multimetra (Ω - prepína v polohe 1-1 ) nastavíme požadované hodnoty odporu na lineárnom potenciometri a zakaždým ich skontrolujeme zmeraním výstupného napätia na meracom prevodníku (5-6 - prepína v polohe 3-3 ). eznámy odpor skúmaný prevodníkom bude adekvátny napätiu poda vzahu (1.14). amerané a vypoítané hodnoty zapíšeme do tab.1.3, z ktorých zostrojíme a následne zhodnotíme grafickú závislos f ( ). Tab.1.3 ultimeter [Ω] 0,6 0,8 1,0 1, 1,4 1,6 1,8,0 [] [Ω] 1b- eranie odporov Wheatstoneovým mostíkom ostíkové metódy merania odporov v porovnaní s údajovými sú spravidla presnejšie. Wheatstoneov mostík (obr.1.7) je urený pre meranie stredných odporov, t.j. pre rozsah od 1 Ω do 1 Ω.

7 . KOLO 1 eranie odporov jednosmerným prúdom 7 Charakteristickým znakom mostíka je zapojenie štyroch odporov do štvorca, ktorého jedna diagonála je napájacia, v ktorej je zapojený jednosmerný zdroj a druhá je meracia, v ktorej je zapojený nulový indikátor. Zmenou hodnôt odporov môžeme dosiahnu vyvážený stav, v ktorom meracou diagonálou nepreteká žiaden prúd. Dá sa dokáza, že pre tento stav platí tzv. podmienka rovnováhy (1.15) z ktorej možno uri jeden neznámy odpor za predpokladu, že ostatné tri sú známe. ech 1, potom. 3 (1.16) 4 Presnos merania je závislá od citlivosti nulového indikátora a od presnosti použitých známych odporov. našom prípade ako nulový indikátor použijeme multimeter etex vo funkcii íslicového voltmetra (), ktorý dokáže aj v stupnicovej forme zobrazova hodnotu (bargraph). eraný rezistor je zväša zapojený ako rezistor 1, mostík je vyvažovaný odporovou dekádou, rezistory 3 a 4 majú obvykle dekadické hodnoty odporu, napr. 100 Ω a používajú sa pre zmenu rozsahu mostíka. Obr.1.7 Wheatstoneov mostík meracej technike sa Wheatstoneov mostík môže zostavova z presných odporových dekád (obyajne pri laboratórnom presnom meraní), alebo sa zhotovujú rôzne konštrukcie mostíkov zabudovaných do jedného meracieho prístroja. Súpis prístrojov: jednosmerný stabilizovaný zdroj 0-30, íslicový multimeter etex -3890D (ohmeter, milivoltmeter) pdf, dvojpólový prepína, merací prevodník, odporová dekáda -, odporový normál 100 Ω - 3, dekáda nastavená na odpor 100 Ω - 4, elektrodynamický voltmeter -.