ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ"

Φωτινή Βασιλικός
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ Α. Θεωρητικό Μέρος MM205 ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ Εργαστήριο 1 ο Όργανα μέτρησης ηλεκτρικών μεγεθών Μετρήσεις στο συνεχές ρεύμα (dc) Μέτρηση αντίστασης A.1 Οι ηλεκτρικές μετρήσεις σχετίζονται με τη μέτρηση διαφόρων φυσικών μεγεθών των η- λεκτρικών στοιχείων (ομική αντίσταση, χωρητικότητα, αυτεπαγωγή κλπ.) και τη μέτρηση ηλεκτρικών μεγεθών ενός κυκλώματος (τάση, ένταση, ισχύς κλπ.). Για τη μέτρηση των διαφόρων αυτών μεγεθών εφαρμόζονται διάφορες τεχνικές τόσο στο συνεχές όσο και στο εναλλασσόμενο ρεύμα οι οποίες χρησιμοποιούν τα λεγόμενα ηλεκτρικά όργανα μέτρησης (βολτόμετρο, αμπερόμετρο, βατόμετρο κλπ.). 1. Βολτόμετρο είναι το ηλεκτρικό όργανο που μετρά ηλεκτρική τάση μεταξύ δύο σημείων ενός κυκλώματος. Τοποθετείται πάντα παράλληλα με το τμήμα του οποίου η τάση πρέπει να μετρηθεί (στα άκρα μιας αντίστασης). Το ισοδύναμο κύκλωμα του βολτομέτρου δίνεται στο σχήμα 1, όπου είναι εμφανής η ύπαρξη της εσωτερικής του αντίστασης, R S. Στην ιδανική περίπτωση, η αντίσταση αυτή θα έπρεπε να είναι άπειρη ώστε να μην ε- πηρεάζει καθόλου το υπόλοιπο κύκλωμα και το βολτόμετρο να συμπεριφέρεται ως α- νοιχτός διακόπτης. Στην πράξη έχει μια πολύ μεγάλη, πεπερασμένη, όμως, τιμή η οποία εισάγει κάποιο σφάλμα στη μέτρηση. Όταν το βολτόμετρο χρησιμοποιείται για μετρήσεις στο συνεχές ρεύμα (dc) θα πρέπει να συνδέεται με τη σωστή πολικότητα. Έτσι α- ποφεύγεται πιθανή βλάβη στο δείκτη του οργάνου. Στο εναλλασσόμενο ρεύμα (ac) το βολτόμετρο μετρά την ενεργό ή ενδεικνύμενη τιμή της τάσης. Προφανώς, η μέτρηση της στιγμιαίας τιμής της τάσης είναι αδύνατη. Συνεπώς, η ενεργός τιμή είναι μια κατάλληλη ένδειξη για το πλάτος της τάσης. 2. Αμπερόμετρο είναι το ηλεκτρικό όργανο που μετρά την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει τον κλάδο ενός κυκλώματος. Τοποθετείται πάντα σε σειρά με τον κλάδο αυτό. Το ισοδύναμο κύκλωμα του αμπερομέτρου δίνεται στο σχήμα 2, όπου είναι εμφανής η ύπαρξη της εσωτερικής του αντίστασης, R S. Στην ιδανική περίπτωση, η αντίσταση αυτή θα έπρεπε να είναι μηδενική ώστε να μην επηρεάζει καθόλου το υπόλοιπο κύκλωμα και το αμπερόμετρο να συμπεριφέρεται ως βραχυκύκλωμα. Στην πράξη έχει μια πολύ μικρή τιμή η οποία εισάγει κάποιο σφάλμα στη μέτρηση. Όπως και στην μέτρηση με βολτόμετρο, όταν το αμπερόμετρο χρησιμοποιείται για μετρήσεις στο συνεχές ρεύμα (dc) θα πρέπει να συνδέεται με τη σωστή πολικότητα, ενώ στο εναλλασσόμενο ρεύμα (ac) μετρά την ενεργό ή ενδεικνύμενη τιμή της έντασης του ρεύματος. 3. Πολύμετρο είναι το ηλεκτρικό όργανο που έχει τη δυνατότητα μέτρησης ηλεκτρικής τάσης, έντασης ηλεκτρικού ρεύματος τόσο στο συνεχές όσο και στο εναλλασσόμενο

1 Οι ηλεκτρικές μετρήσεις σχετίζονται με τη μέτρηση διαφόρων φυσικών μεγεθών των η- λεκτρικών στοιχείων (ομική αντίσταση, χωρητικότητα, αυτεπαγωγή κλπ.

2 ρεύμα, ενώ παράλληλα επιτρέπει τη μέτρηση και αντιστάσεων, χωρητικοτήτων, χαρακτηριστικών διόδων κλπ. Πρόκειται συνεπώς για ένα όργανο με δυνατότητες πολλαπλής χρήσης, εξού και το όνομά του. Τα αμπερόμετρα, τα βολτόμετρα και τα πολύμετρα ως όργανα μέτρησης κατατάσσονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τα αναλογικά και τα ψηφιακά. Τα αναλογικά όργανα χαρακτηρίζονται από το σταθερό και το κινητό τους μέρος. Το δεύτερο συνδέεται με μια βελόνα που μπορεί να περιστρέφεται μπροστά από μια κλίμακα, η ο- ποία περιλαμβάνει διάφορες πληροφορίες σχετικά με τον τύπο του οργάνου, το μετρούμενο μέγεθος, την ακρίβεια του οργάνου, την εσωτερική του αντίσταση κλπ. Η ένδειξη της βελόνας σε συνδυασμό με την περιοχή μέτρησης του οργάνου (καθορίζεται από κατάλληλο διακόπτη) οδηγεί στην τελική μετρούμενη τιμή του μεγέθους. Σε αντίθεση με τα αναλογικά όργανα, τα ψηφιακά είναι πολύ απλούστερα στη χρήση τους, καθώς η τελική τιμή του μετρούμενου μεγέθους αναγράφεται ψηφιακά. Η περιοχή μέτρησης του οργάνου επιλέγεται και στα ψηφιακά και στα αναλογικά όργανα μέτρησης και καθορίζει το εύρος τιμών του μετρούμενου μεγέθους. Σε περίπτωση που το μέγεθος έχει μεγαλύτερη τιμή από τη μέγιστη της περιοχής μέτρησης, θα πρέπει να επιλεγεί περιοχή με μεγαλύτερο εύρος τιμών που να περιλαμβάνει και τη ζητούμενη. Για παράδειγμα αν η πραγματική τιμή της τάσης στα άκρα μιας αντίστασης είναι 150V, τότε δε μπορεί να επιλεγεί ως περιοχή μέτρησης η 0-100V, αλλά η 0-300V. Σε περίπτωση που το μετρούμενο μέγεθος είναι κατά πολύ μιοκρότερο από το μέγιστο της περιοχής, τότε πρέπει να επιλεγεί μικρότερη περιοχή ώστε να υπάρχει μεγαλύτερη ακρίβεια στη μέτρηση. Για παράδειγμα αν η πραγματική τιμή της τάσης στα άκρα μιας αντίστασης είναι 5V, τότε δε συμφέρει να επιλεγεί ως περιοχή μέτρησης η 0-100V, αλλά η 0-10V. A.2 Η μέτρηση της άγνωστης αντίστασης ενός γραμμικού αντιστάτη μπορεί να γίνει είτε α- πευθείας με πολύμετρο σε λειτουργία μέτρησης αντίστασης (ωμόμετρο) είτε νε το συνδυασμό βολτομέτρου και αμπερομέτρου (σχήμα 1). Η άγνωστη αντίσταση τροφοδοτείται με τάση η τιμή της οποίας μετράται με το βολτόμετρο, V, ενώ με ένα αμπερόμετρο μετράται η τιμή της έντασης του ρεύματος, I, που διαρρέει την αντίσταση. Ο λόγος V/I δίνει την τιμή της άγνωστης αντίστασης. Για την ελάττωση των σφαλμάτων που υπεισέρχονται στη μέτρηση ακολουθείται η διαδικασία του βήματος Γ.1. Σχήμα 1 Β. Πειραματικό Μέρος 1. Αρχικά πραγματοποιείται η συνδεσμολογία του σχήματος 1 με πηγή συνεχούς τάσης για τη μέτρηση της τάσης στα άκρα της αντίστασης R και της έντασης του ρεύματος 2

Τα αναλογικά όργανα χαρακτηρίζονται από το σταθερό και το κινητό τους μέρος.

3 που τη διαρρέει. Λαμβάνονται 5 τιμές τάσης και 5 τιμές ρεύματος για διαφορετικές τιμές της τάσης τροφοδοσίας. Συμπληρώνεται έτσι ο πίνακας Ια του παραρτήματος. 2. Να μετρηθεί η τιμή της αντίστασης R με το πολύμετρο και συμπληρώνεται ο πίνακας Ιβ. 3. Τροφοδοτήστε την αντίσταση R με συγκεκριμένη τάση συνεχούς ρεύματος. Να χρησιμοποιήσετε το κανάλι 1 του παλμογράφου και να απεικονίσετε τη μεταβολή στο χρόνο της τάσης στα άκρα της αντίστασης. Να μετρήσετε 4. Να επαναληφθούν τα βήματα 1 και 2 για μια δεύτερη αντίσταση και να συμπληρωθούν οι πίνακες Ια και Ιβ. 5. Να σχεδιαστεί ένα κύκλωμα καταμερισμού τάσης σε δύο αντιστάσεις. Στη συνέχεια να μετρηθεί η τάση της πηγής και η τάση στα άκρα κάθε αντίστασης με το πολύμετρο. Να συμπληρωθεί ο πίνακας ΙΙ. 6. Να επαναληφθεί το βήμα 5 με χρήση παλμογράφου αντί για πολύμετρο. 7. Να σημειώσετε την τιμή κάθε αντίστασης [που χρησιμοποιήσατε από τον κώδικα χρωμάτων. Γ. Επεξεργασία Αποτελεσμάτων 1. Να σημειώσετε σε χαρτί μιλιμετρέ τις τιμές τάσης και έντασης του πίνακα Ι (V = f(i)) για τις δύο αντιστάσεις και να σχεδιάσετε προσεγγιστικά τις αντίστοιχες ευθείες. Να υπολογιστεί η κλίση της κάθε ευθείας (tanθ) και να συγκριθεί κάθε αποτέλεσμα με τις αντίστοιχες μετρήσεις του πολυμέτρου. Τι παρατηρείτε; 2. Θεωρώντας ως ακριβή τιμή της αντίστασης, αυτή που προκύπτει από τον κώδικα χρωμάτων, να υπολογίσετε το σχετικό σφάλμα από τη διαδικασία του βήματος Γ1. Δίνεται ε σχ = (R ακ R υπ )/ R ακ 100%, όπου R ακ είναι η ακριβής τιμή της αντίστασης και R υπ η μετρούμενη από το βήμα Γ1. 3. Να συγκρίνετε τις τιμές της ηλεκτρικής τάσης που μετρήσατε στο βήμα Β5 με τις θεωρητικές, όπως προκύπτουν από τη θεωρητική ανάλυση ενός διαιρέτη τάσης. Δ. Βιβλιογραφία Βασική ηλεκτρολογία, Ν. Κολλιόπουλος, Εκδόσεις Ίων, Αθήνα Ηλεκτρικές μετρήσεις, Β. Πετρίδης, Α.Π.Θ. Ε. Κώδικας χρωμάτων για τη μέτρηση αντίστασης ΜΑΥΡΟ ΚΑΦΕ ΚΟΚΚΙΝΟ ΠΟΡΤΟΚΑΛΙ ΚΙΤΡΙΝΟ ΠΡΑΣΙΝΟ ΜΠΛΕ ΜΩΒ ΑΣΗΜΙ ΑΣΠΡΟ

Να χρησιμοποιήσετε το κανάλι 1 του παλμογράφου και να απεικονίσετε τη μεταβολή στο χρόνο της τάσης στα άκρα της αντίστασης. Να μετρήσετε 4.

4 Ο κώδικας χρωμάτων των 5 γραμμών συνήθως σχετίζεται με ακρίβεια 1% και 2%. 4

5 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Πίνακας Ια: Μέτρηση αντίστασης με βολτόμετρο αμπερόμετρο R 1 (Ω) R 2 (Ω) V (V) I (A) V (V) I (A) Πίνακας Ιβ: Μέτρηση αντίστασης με πολύμετρο R 1 (Ω) R 2 (Ω) Πίνακας IΙ: Διαιρέτης ή καταμεριστής τάσης V 1 (V) V 2 (V) V S (V) R 1 (Ω) R 2 (Ω) I (A) 5

Μέτρηση αντίστασης με πολύμετρο R 1 (Ω) R 2 (Ω) Πίνακας IΙ:

Σχετικά έγγραφα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ MM505 ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ Εργαστήριο ο - Θεωρητικό Μέρος Βασικές ηλεκτρικές μετρήσεις σε συνεχές και εναλλασσόμενο