L4. Măsurarea rezistenţelor prin metoda de punte

Transcript

1 L4. Măsurara rzistnţlor prin mtoda d punt. Obictul lucrării În prima part a lucrării s utilizază punta simplă (Whatston) ca mtodă d prcizi ridicată, pntru măsurara rzistnţlor cuprins într Ω, ralizându-s uzual prcizii d 0,2% din valoara măsurată. În cadrul lucrării s vor fctua, d asmna, măsurări d rzistnţ prin mtoda substituţii. Punta dublă (Thomson), utilizată în parta a doua a lucrării, s folosşt ca mtodă d prcizi ridicată, pntru măsurara rzistnţlor mici I foart mici cuprins într Ω, doarc punta Whatston nu mai dă prciziil ncsar, datorită rzistnţlor d contact şi al conductoarlor d lgătură c pot fi d aclaşi ordin d mărim cu rzistnţa d măsurat. 2. Noţiuni prgătitoar. Punta Whatston (fig. ) st o rţa compltă formată din patru laturi, patru noduri şi două diagonal. Laturil sunt format din patru rzistnţ a, b,, iar p diagonala d măsurar istă un galvanomtru şi p diagonal d alimntar o sursă d curnt continuu. Fig.. Schma d principiu a punţii Whatston Principiul mtodi d punt constă în chilibrara schmi, adică în atingra situaţii în car, prin modificara corspunzătoar a valorilor clor patru rzistnţ car formază laturil punţii, curntul prin diagonala d măsurar st nul (I g = 0) şi dci cădril d tnsiun la bornl rzistnţlor a şi rspctiv b şi sunt gal două cât două: ai = bi 2 şi I = I 2 d und rzultă: a b = Pntru dtrminara valorii uni rzistnţ ncunoscut, când s cunosc valoril clorlalt tri rzistnţ s va folosi rlaţia: a = b car st valabilă numai la chilibrul punţii. În conformitat cu rcomandăril C.E.I roara limită d măsurar s obţin din însumara rorii intrinsci cu roril suplimntar datorat mărimilor d influnţă. = i + v und: - st o roar limită d măsurar i - roara intrinscă v - roara suplimntară datorată mărimilor d influnţă Eroara limită d măsurar st gală cu roara intrinscă dacă măsurara s fctuază în condiţiil d rfrinţă rspctând tolranţl admis Fig. 2 Schma d principiu a punţii conform tablului 2.

2 Mărima d influnţă Tmpratura ambiantă Tablul 2 Condiţiil d rfrinţă Clasa d prcizi [%] Tolranţ admis pntru încrcar 20 o C 0,00 0,002 ± 0,2 o C 0,005 0,05 ± 0,5 o C 0, 0 ±,0 o C Umiditata rlativă 40% 60% Eroril suplimntar datorat mărimilor d influnţă sunt fiat prin rcomandări intrnaţional în procnt din roara intrinscă. Limitl intrvalului nominal d utilizar şi roril suplimntar sunt dat în tablul. Tablul Mărima d influnţă Tmpratura ambiantă Clasa d prcizi [%] 0,00 0,002 0,005 0,05 0, 0 Limitl intrvalului d utilizar (Valoara d rfrinţă) ± 0,2 o C ± 0,5 o C ±,0 o C Eroril suplimntar în procnt din roara intrinscă 00% Umiditata rlativă 25% 75% 20% Echilibrara punţii s obţin prin rglara valorilor clor tri rzistnţ a, b, în două moduri: fi s variază o rzistnţă, păstrând constant raportul clorlalt două, fi păstrând constantă valoara uni rzistnţ şi variind raportul clorlalt două. În prznt o largă răspândir o ar prima soluţi, când s păstrază raportul constant a două rzistnţ şi s variază valoara uni rzistnţ (mtodă utilizată şi în lucrar). 2. Mtodl d punt cu substituţi sunt mtod lctric d punt în car mărima d măsurat st înlocuită cu măsură talon în aşa fl ca fctl asupra aparatului indicator d zro sau asupra lmntlor componnt al punţii să fi aclaşi sau apropiat. Acst mtod sunt foart important mai als la măsurara cu prcizi ridicată a rzistnţlor, utilizându-s la măsurara difrnţlor într rzistnţ, infrioar lui 0,. Măsurara comportă două tap (fig. 2). În prima tapă s conctază rzistnţa ncunoscută şi s rglază rzistnţa d comparaţi până s obţin chilibrul punţii rzultând valoara. În a doua tapă s înlocuişt rzistnţa cu o rzistnţă d acaşi valoar cu prcdnta şi cu o prcizi d 0 - sau mai bună şi s chilibrază din nou punta, acţionând asupra rzistnţi până la valoara lui a şi b. (K=a/b).. Schma d măsurar a rzistnţlor cu punta dublă (Thomson) cuprind două circuit: circuitul d măsurar şi circuitul trior (fig. ). Din circuitul d măsurar fac part rzistnţl, 2, şi 4 car constitui braţl punţii und, formază o rzistnţă dublă în dcad, d obici cu mantă iar 2, 4 s fiază cu ajutorul unor fiş, rzistnţă o rzistnţă talon c s montază în circuitul trior al punţii, - rzistnţa c s măsoară, r - rzistnţa firului d lgătură dintr şi car trbui să fi cât mai rdusă. Ca indicator d nul s folosşt un galvanomtru d curnt continuu G. În circuitul trior al punţii st montat un amprmtru magntolctric (A) d 5A, un rostat h pntru rglara curntului şi o sursă d tnsiun continuă (2V). La chilibrul punţii curntul prin galvanomtru st nul d und rzultă că într rzistnţl c alcătuisc punta istă rlaţia: = 4 dacă în pralabil a fost ralizată condiţia: = 2 4

3 În mod obişnuit punţil dubl s construisc cu raportul = 2 4 variabil prin rglara rzistnţlor şi c formază o rzistnţă dublă, cu mantă, rzistnţl 2 şi 4 fiându-s cu ajutorul fişlor din locaşuril punţii montat (a), iar rzistnţa talon trbui Fig. Shma d principiu a punţii dubl să fi alasă d aclaşi ordin d mărim cu (Thomson) pntru ca la chilibrul punţii să s folosască toat dcadl rzistnţi cu mantă (, ).. Programul lucrării a. Problm d studiat. Măsurări d rzistnţ cu punta simplă (Whatston). S vor măsura rzistnţl d mai jos cu o singură valoar a raportului a/b (ca mai convnabilă): - rzistnţă talon d 0 Ω - rzistnţă talon d 00 Ω - rzistnţă adiţională a unui voltmtru (20000Ω) - rzistnţă foart mar (0 7 Ω).2. Pntru toat măsurătoril s va calcula roara limită d măsurar a rzistnţi în funcţi d prcizia punţii prcum şi roara rlativă. 2. Măsurări d rzistnţ prin mtoda substituţii 2.. S va măsura prin mtoda substituţii, cu punta simplă, rzistnţa adiţională a unui voltmtru S va calcula roara cu car s dtrmină acastă rzistnţă.. Măsurări d rzistnţ cu punta dublă (Thomson).. S va măsura rzistnţa unui amprmtru fromagntic d 5A..2. S va măsura rzistnţa unui şunt d 75mV... S va măsura o rzistnţă talon d 0-2 Ω..4. Pntru toat măsurătoril d mai sus s va calcula roara limită d măsurar a rzistnţi în funcţi d prcizia punţii montat prcum şi roara rlativă. b. Modul d primntar. Măsurători d rzistnţ cu punta simplă (Whatston) S va fac montajul punţii simpl conform schmi din fig. 4 în car: p - punt tip Wh I. clasă 0, p - rzistnţă d protcţi Ω cu ploturi. E - sursă d tnsiun continuă a cări valoar va fi alasă în funcţi d rzistnţl c s măsoară. G - galvanomtru d c.c. - rzistnţa d măsurat - born pntru conctara rzistnţi d măsurat B t - born pntru conctara tnsiunii d alimntar trioar (ma 6V sau ma 70V).

4 Fig. 4 Schma d montaj pntru măsurări d rzistnţ cu punta simplă tip Wh I. ad - bornă pntru conctara unor dcad suplimntar 0 (0, 0,0)Ω. În mod normal s scurtcircuitază acst born cu o bridă. - borna pntru folosira punţii drpt cuti d rzistnţ 000, 00, 0, - dcad rzistnţa. B int - buton conctar sursă intrioară. INIŢIAL - buton pntru conctara galvanomtrului în circuitul punţii, snsibilitat /00. FINAL - - buton pntru conctara galvanomtrului în circuitul punţii, snsibilitat /... Pntru fctuara măsurătorilor s va procda în modul următor:... S prgătşt galvanomtrul d c.c. pntru măsurători aducându-s acul la zro (dacă st ncsar)...2. S alg raportul a/b astfl încât să s utilizz pntru rzistnţa toat dcadl punţii, prcum şi valoara tnsiunii continu E cu car s alimntază punta conform indicaţiilor c urmază: Pntru măsurara rzistnţlor cuprins într 0 Ω sursa d alimntar pntru punt s alg d 2 4V c.c. ţinând cont d valoara curntului maim admisibil c trc prin rzistnţa d măsurat. Astfl la măsurara rzistnţlor talon d 0Ω şi d 00Ω, valoara curntului maim admisibil sau a putrii disipat st înscrisă p rzistnţ rspctivă.... S scurtcircuitază cu o bridă bornl ad...4. S pun rzistnţ d protcţi p la maim...5. S conctază galvanomtrul prin apăsara butonului INIŢIAL (snsibilitat /00) în aşa fl încât pntru =0 acul să dviz la stânga scali d măsurat iar pntru = acul să dviz la drapta. Dacă la chilibru nu s-a folosit dcada d valoar ca mai mar a lui s alg un raport a/b<, sau dacă s ajung la ma şi dviaţia st tot la stânga s alg un raport a/b>...6. S fctuază opraţia d încadrar a valorii d chilibru ach =0 şi ch = ma ; s rglază = ma /2. S constată dacă ch st în intrvalul ch = 0 ma /2 sau ch = ma /2 ma în situaţia d dviaţi a galvanomtrului. S continuă cu scţionara în jumătat a intrvalului găsit. Opraţia s fctuază scăzând trptat valoara rzistnţi d protcţi p până la valoara p = Măsurătoara dfinitivă s fac prin apăsara butonului FINAL d la punt (snsibilitat /) şi aducra acului la diviziuna zro, rglând dcadl mici al rzistnţi. S trc datl obţinut în tablul 4. Tablul 4. zistnţa d măsurat a/b zistnţa d chilibru ± / [Ω] - [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [%] 2. Măsurări d rzistnţ prin mtoda substituţii Schma d montaj st ca din figura 4 utilizată la măsurara rzistnţlor cu punta simplă.

5 La bornl a punţii s conctază mai întâi rzistnţa d măsurat (rzistnţa adiţională a unui voltmtru - aproimativ 20000Ω) şi apoi o cuti cu rzistnţ cu 5 dcad ). Datl şi rzultatl s trc în tablul 5. Tablul 5: zistnţa d măsurat a b a/b=k 2 C [Ω] [Ω] [Ω] - [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] - -. Măsurări d rzistnţ cu punta dublă (Thomson) Fig. 5 Schma d montaj pntru măsurări d rzistnţ cu punta dublă und: P - punt tip TH - 0, clasă d prcizi 0,. - rzistnţa d măsurat - rzistnţa talon fiă alasă în funcţi d rzistnţa c s măsoară (vzi paragraful..2.) G - galvanomtru d c.c. p - rzistnţă d protcţi Ω, cu ploturi A - amprmtru magntolctric d 5 A; E - sursă d tnsiun continuă (2V); h - rostat d rglaj; r - fir d lgătură d rzistnţă cât mai rdusă; () - întrrupător monopolar Pntru fctuara măsurătorilor s va procda în flul următor:... S prgătşt galvanomtru d c.c. pntru măsurători, dfrânându-s chipajul mobil şi făcând corcţia d zro (dacă st ncsară)...2. S alg o rzistnţă talon în funcţi d valoara rzistnţi d măsurat, prcum şi o valoar pntru rzistnţl 2 şi 4 ( 2 = 4 = a) conform indicaţiilor d mai jos, punând fişl pntru rzistnţl 2 şi 4 în locaşuril rspctiv (manta cu a p punt). Pntru măsurara rzistnţlor mici cuprins într 0-2 Ω valoara rzistnţi talon s alg d 0 - Ω sau 0-2 Ω, iar pntru rzistnţl 2 = 4 s ia valoara a = 000Ω. La măsurara rzistnţlor cuprins într 0 - Ω 0-2 Ω 0-5 Ω, rzistnţa talon =0 - Ω sau =0-4 Ω, iar rzistnţl 2 = 4 = a = 000Ω. Alimntara punţii s fac d la o sursă d tnsiun continuă d (2 6V). zistnţl 2 şi 4 s fiază cu ajutorul fişlor din locaşuril punţii montat (a). Valoara alasă pntru rzistnţ talon st d aclaşi ordin d mărim cu rzistnţa d măsurat, pntru ca la chilibrul punţii să s folosască toat dcadl rzistnţi cu mantă (, ).... S pun rzistnţa d protcţi p a galvanomtrului la maim şi rostatul h din circuitul principal tot la maim, pntru ca valoara curntului din acst circuit să fi minimă. S dă rzistnţi cu dcad o valoar oarcar şi s închid cu prudnţă întrrupătorul 2 al galvanomtrului p poziţia d snsibilitat INIŢIAL pntru a obsrva snsul dviaţii acului galvanomtrului. S dschid apoi întrrupătorul 2 şi s variază rzistnţa, până când, închizând întrrupătorul 2 s obţin chilibrul la galvanomtru. După obţinra chilibrului s pun în scurtcircuit rzistnţa d protcţi p a galvanomtrului prfctându-s chilibrul său, trcându-s întrrupătorul 2 p poziţia FINAL (vzi paragrafl..5,..6,..7) S rptă opraţiil şi pntru măsurătoril d la punctl.2 şi.. Datl şi rzultatl s trc în tablul 6.

6 Tablul 6. zistnţa d A zistnţa d / măsurat chilibru [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [%] d rlaţia: c. Prlucrara datlor. Măsurări d rzistnţ cu punta simplă (Whatston).2. Eroara intrinscă, dci roara limită d măsurar în condiţii d rfrinţă st dată i = ± c n + 00 K und: i - st roara intrinscă, primată în ohmi c - indicl d clasă, în procnt - valoara măsurată a rzistnţi, primată în ohmi n - valoara convnţională primată în ohmi, rprzntând ca mai mar valoar d forma 0 n (n fiind un număr întrg) conţinută în intrvalul d măsurar al punţii corspunzător unui anumit raport a/b ( n = a/b 0 4 ) K - coficint indicat d constructor, d obici K = 0. Ca mplu, să considrăm că folosim o punt caractrizată prin c = 0,; K = 0; a,b=,0,00,000; ma =0000Ω cu car s măsoară o rzistnţă = 200Ω, tmpratura mdiului ambiant fiind 24 o C. În conformitat cu rapoartl indicat la..2. s va folosi raportul a/b = 00/000. În acst caz intrvalul d măsurar al punţii st d 0 Ω dci s ia n = 0 Ω. Eroara intrinscă st: 0, 0 i = ± = ± 0, 2Ω 00 0 Eroara suplimntară datorată tmpraturii (24 o C în loc d 20 o ±0,5 o C) v = i = ± 0, Ω Eroara limită d măsurar: = ± 0, ± 0, = ± 0, 60 Ω Valoara rzistnţi măsurat: = 200 ± 0,60 Ω Eroara rlativă d măsurar, dci prcizia măsurării st: ε = 0,60 00 = = 0,0% 2. Măsurări d rzistnţ prin mtoda substituţii 2.. Valoara rzistnţi măsurat s va calcula cu rlaţia: 2 = + 2 în car: - rzistnţa d prcizi cu 5 dcad, d valoar nominală cu a rzistnţi d măsurat a, b valoril rzistnţlor braţlor punţii la măsurătoara rspctivă (raportul K = a/b) - valoara rzistnţi d comparaţi cu car s chilibrază punta când s măsoară rzistnţa ncunoscută. 2 - valoara rzistnţi d comparaţi cu car s chilibrază punta când s introduc în locul rzistnţi o rzistnţă d prcizi (ca cu 5 dcad) Eroara cu car s dtrmină rzistnţa s calculază cu rlaţia:

7 2 C = C + 2 und: C - rprzintă roara rzistnţi d prcizi folosit. rlaţia:. Măsurări d prcizi cu punta dublă (Thomson) Valoara rzistnţi d măsurat (pntru paragrafl.,.,.) s dtrmină cu = a.4. Pntru toat măsurătoril indicat la paragrafl.,.2,. s calculază roara intrinscă, roar limită d măsurar a rzistnţi măsurat utilizându-s rlaţia: c n = ± a K în car: - st roar intrinscă primată în ohmi n - st valoara convnţională primată în ohmi rprzntând ca mai mar valoar d forma 0 n (=0 4 ) (n fiind un număr întrg) utilizată la măsurara lui. - st valoara rzistnţi măsurat, primat în ohmi. K - st un coficint indicat d constructor (K=0) c - st un indic d clasă în procnt (0,) - st valoara rzistnţi talon conform indicaţiilor arătat în paragraful..2. Ca mplu, să considrăm că folosim o punt caractrizată prin c = 0,; K = 0; = 0 Ω; = 0-2 Ω; n = 0 4 Ω, Eroara intrinscă st: 2 4 0, = ± + 0 = ± 2 0 Ω Eroara suplimntară datorată tmpraturii (24 o C în loc d 20 o ±0,5 o C) v = i = ± 0, Ω zistnţa măsurată va fi caractrizată d: ± = (0-2 ± )Ω Eroara rlativă d măsurar, dci prcizia măsurării st: ε = 00 = 00 = 0,2% Intrprtara rzultatlor. Concluzii.. S vor compara d.p.d.v. al prcizii măsurării, cl două mtod d măsurar a rzistnţlor cu punta simplă (punta Whaston şi punta Whaston cu substituţi) 2. S vor compara prciziil d măsurar în cazul clor tri măsurători fctuat cu punta dublă (Thomson)