1

Uwagi prowadzącego ćwiczenie:

Wykaz przyrządów znajdujących się na stanowiskach

Lp.

Nazwa przyrządu

Typ

Producent

1

2

3

4

5

6

INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH

WYDZIAŁ ELEKTRONIKI WAT

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

Laboratorium Miernictwa Elektronicznego 2

Ćwiczenie 3

Temat: METODY POMIARU REZYSTANCJI I IMPEDANCJI

Grupa:

Data wykonania ćwiczenia:
..................................................................

Zespół w składzie:

1.

2.

3.

Data oddania sprawozdania:
..................................................................
Ocena:
..................................................................
Pro

wadzący ćwiczenie:

..................................................................

2

PODSTAWOWE PARAMETRY METROLOGICZNE PRZYRZĄDÓW POMIAROWYCH
WYKORZYSTYWANYCH W ĆWICZENIU.

1) Multimetr cyfrowy typ DM 3052
Dokładność pomiaru wyrażona w postaci:



( % wartości wskazywanej + % wartości zakresowej)

Pomiar napięcia: zakres: 2V



750V,



U =



(0,55% w.m + 0,1% w.z) dla f = 50 kHz



100 kHz

Pomiar rezystancji

Zakres: 400,000



Zakres: 4,00000 k





40,0000 k



Zakres: 400,000 k



0,015 + 0,010

0,015 + 0,006

0,030 + 0,007

Pomiar pojemności

Zakres: 4,000 nF

Zakres: 40,00 nF



200,0



F

2 + 2,5

1 + 0,5

2) Mostek cyfrowy typ ELC 3133A
Dokładność pomiaru wyrażona w postaci:



( % wartości wskazywanej + liczba najmniej znaczących cyfr)

Pomiar R

100 Hz

1 kHz

10 kHz

0,3% + 2

0,3% + 2

0,6% + 5

Pomiar C – D

100 Hz

1 kHz

10 kHz

C

D

C

D

C

D

0,4% + 3

0,4% + 5

0,4% + 3

0,4% + 5

1% + 5

1% + 6

Pomiar L – Q

100 Hz

1 kHz

10 kHz

L

D = 1/Q

L

D = 1/Q

L

D = 1/Q

0,3% + 5

0,8% + 5

0,3% + 5

0,8% + 5

0,6% + 8

1,5% + 10

3) Cyfrowy miernik impedancji typ LCR – 821
Dokładność pomiaru wyrażona w postaci:



( % wartości wskazywanej + liczba najmniej znaczących cyfr)

Pomiar R, C, L, |Z|

f ≦ 20 kHz

f



20 kHz

0,05 % + 2

0,1 % + 2

Pomiar D, Q

f ≦ 20 kHz

f



20 kHz

0,0005 + 2

0,001 + 2

Pomiar



:

0,03



4) Rezystor dekadowy: klasa rezystora: 0,05 %

3

1. ZASTOSOWANIE MULTIMETRU CYFROWEGO
1.1. Pomiar rezystancji i pojemności
1.1.1. Układ pomiarowy

















1.1.2. Pomiary

A) Zmierzyć parametry wybranych wartości rezystora dekadowego.

R

N



10

100

1000

10000

100000



R

N



Zakres



R

MM





R

MM



Oznaczenia:
- R

N

– wartości rezystancji nastawione na rezystorze dekadowym,

-



R

N

– bezwzględny błąd rezystora wzorcowego.

- R

MM

– wartości rezystancji zmierzone multimetrem,

-



R

MM

– bezwzględny błąd pomiaru rezystancji multimetrem cyfrowym,

Na osi liczbowej (reprezentującej wartości rezystancji) zaznaczyć wartości R

N

,



R

N

, R

MM

,



R

MM

.

Np.

B) Zmierzyć parametry dwójników biernych (zestaw nr. ..........).

R

L

R

1

R

2

Zakres



R

MM





R

MM



Badany dwójnik

Gniazda wejściowe

multimetru cyfrowego

DM3052

HI

(+)

LO

(



)

R

1

2



R

1

R

2



R

R

4

Oznaczenia:
- R

L

– składowa rezystancyjna cewki indukcyjnej,

- R

1

, R

2

– oporniki badane,

- R

MM

– wartości rezystancji zmierzone multimetrem,

-



R

MM

– bezwzględny błąd pomiaru rezystancji multimetrem cyfrowym,

- C

1

, C

2

– badane kondensatory,

- C

MM

– wartości pojemności zmierzone multimetrem cyfrowym,

-



C

MM

– bezwzględny błąd pomiaru pojemności multimetrem cyfrowym

2. ZASTOSOWANIE CYFROWEGO MOSTKA TYP ELC 3133A
2.1. Przygotowanie przyrządu do pracy.

Kalibracja cyfrowego mostka ELC 3133A.
Procedura kalibracji miernika ELC 3133A przy rozwartych i zwartych przewodach pomiarowych:
- połączyć chwytaki pomiarowe według schematu z p. 1.1,
- włączyć zasilanie,
- wcisnąć i przytrzymać dłużej niż 1s przycisk „CAL”,
- na wyświetlaczu pojawiają się odpowiednie symbole:
OPn – rozwarte przewody , Srt – zwarte przewody,
- wykonać powyższe zalecenia,
- nacisnąć przycisk „CAL”,
- po wykonaniu kalibracji przyrząd jest gotów do normalnej pracy.
Naciśnięcie przycisku „D/Q” powoduje opuszczenie trybu kalibracji.

2.2. Pomiar parametrów wybranych elementów biernych.
2.2.1. Układ pomiarowy.

C

1

C

2

Zakres

….F

C

MM

….F



C

MM

….F

Badany dwójnik

Chwytak

czarny

Chwytak

czerwony

ELC 3133A

FORCE SENSE SENSE FORCE



+

5

2.2.2. Pomiary

A) Zmierzyć parametry wybranych wartości rezystora dekadowego przy częstotliwościach podanych w tabeli.

R

N

[



]

f

kHz

0,1

1

10

10

R

1





R

1



100

R

2





R

2



1000

R

3





R

3



10000

R

4





R

4



100000

R

5





R

5



B) Zmierzyć parametry dwójników biernych (zestaw nr. ..........) przy częstotliwościach podanych w tabeli.
W celu przeprowadzenia pomiarów wykonać następujące operacje:
- naciskając przycisk [L/C/R] wybrać żądaną funkcję,
- naciskając przycisk [D/Q/



] wybrać odpowiedni parametr (tylko przy pomiarze L i C),

- naciskając przycisk [FREQ] wybrać częstotliwość podaną w tabelach,
- połączyć chwytakami pomiarowymi (krokodylki) badany dwójnik (R, L lub C),
- zdjąć ręce z chwytaków pomiarowych i odczytać wyniki na wyświetlaczu głównym i pomocniczym.
Wyniki pomiarów i obliczeń zanotować w tabelach.

a) Pomiar rezystancji

f

kHz

0,1

1

10

R

1





R

1



R

2





R

2



Oznaczenia:
- R

1

, R

2

– wartości rezystancji zmierzone mostkiem ELC 3133A,

-



R

1

,



R

2

– błędy graniczne pomiaru rezystancji mostkiem ELC 3133A.

b) Pomiar parametrów cewki indukcyjnej

f

kHz

0,1

1

10

L

mH



L

mH

Q

-



Q

-

6

Oznaczenia:
- L – wartość indukcyjności zmierzona mostkiem ELC 3133A,
-



L – błąd graniczny pomiaru indukcyjności mostkiem ELC 3133A.

- Q – wartość dobroci zmierzona mostkiem ELC 3133A,
-



Q – błąd graniczny pomiaru dobroci mostkiem ELC 3133A.

c) Pomiar parametrów kondensatorów

f

kHz

0,1

1

10

C

1



C

1

D

1



D

1

C

2



C

2

D

2



D

2

Oznaczenia:
- C

1

, C

2

– wartości pojemności zmierzone mostkiem ELC 3133A,

-



C

1

,



C

2

– błędy graniczne pomiaru pojemności mostkiem ELC 3133A.

- D

1

, D

2

– wartości stratności kondensatorów zmierzone mostkiem ELC 3133A,

-



D

1

,



D

1

– błędy graniczne pomiaru stratności mostkiem ELC 3133A.

UWAGA: błędy graniczne pomiaru wyznaczyć w oparciu o parametry metrologiczne przyrządów podane
na stronie 2 protokołu.

3. ZASTOSOWANIE CYFROWEGO MIERNIKA IMPEDANCJI TYP LCR-821.
3.1. Przygotowanie przyrządu do pracy.

Zerowanie cyfrowego miernika impedancji LCR



821

Włączyć zasilanie
a) Zerowanie przy rozwartych przewodach testowych:
- nacisnąć klawisz [MENU] (z prawej strony ekranu),
- nacisnąć klawisz [F1] – [OFFSET] – wybór menu zerowania,
- nacisnąć klawisz [F1] – zerowanie obwodu rozwartego.
b) Zerowanie przy zwartych przewodach testowych:
- przewody testowe zewrzeć krótkim przewodem miedzianym,
- nacisnąć klawisz [MENU],
- nacisnąć klawisz [F1] – [OFFSET] – wybór menu zerowania,
- nacisnąć klawisz [F2] – zerowanie obwodu zwartego.
Po wykonaniu każdej z procedur zerowania, na monitorze pojawi się komunikat:
- „OK.” – proces zerowania udany,
- „FAIL” – proces zerowania nieudany.
Pominięcie procedury zerowania powoduje zmniejszenie dokładności pomiarów.

7

3.2. Pomiar parametrów wybranych elementów biernych.
3.2.1. Układ pomiarowy

W celu przeprowadzenia pomiarów wykonać następujące operacje:
- naciskając odpowiednie klawisze znajdujące się z prawej strony ekranu, wybrać rodzaj pracy z menu
głównego: [SLOW], [VALUE] oraz w zależności od badanego elementu [L/Q], [L/R], [C/D], [C/R], [R/Q],
- wybrać odpowiednią częstotliwość wykonując następujące operacje:
- nacisnąć klawisz [FREQ],
- zadaną wartość częstotliwości (w kHz) wybrać na klawiaturze numerycznej,
- nacisnąć klawisz [



] – enter ,

- zdjąć ręce z chwytaków pomiarowych i odczytać z ekranu wartości mierzonych parametrów.

Wyniki pomiarów i obliczeń zanotować w tabelach.

3.2.2. Pomiary

A) Zmierzyć parametry wybranych wartości rezystora dekadowego przy częstotliwościach podanych w tabeli.

R

N

[



]

f

kHz

0,1

1

10

10

R

1





R

1



Q

-



Q

-

100

R

2





R

2



Q

-



Q

-

Badany dwójnik

LCR



821

L

FORCE

L

SENSE

H

FORCE

H

SENSE

+



Przewody testowe

LCR-06A

Chwytak

krokodylkowy

Chwytak

krokodylkowy

8

1000

R

3





R

3



Q

-



Q

-

10000

R

4





R

4



Q

-



Q

-

100000

R

5





R

5



Q

-



Q

-

B) Zmierzyć parametry dwójników biernych (zestaw nr. ..........) przy częstotliwościach podanych w tabelach.

Opornik 1

Opornik 2

f

R



R

Q

R



Q

R

R



R

Q

R



Q

R

kHz





-

-





-

-

0,1

0,2

0,5

1

2

5

10

20

50

100

200

Oznaczenia:
- R – wartości rezystancji zmierzone miernikiem LCR – 821,
-



R – błędy graniczne pomiaru rezystancji miernikiem LCR – 821.

- Q

R

– wartości dobroci rezystorów zmierzone miernikiem LCR – 821,

-



Q

R

– błędy graniczne pomiaru dobroci rezystorów miernikiem LCR – 821.

Narysować wykresy: R i Q w funkcji częstotliwości.

9

Cewka indukcyjna

f

L



L

Q

L



Q

L

L



L

R

L



R

L

kHz

....H

....H

-

-

....H

....H





0,1

0,2

0,5

1

2

5

10

20

50

100

200

Kondensator 1

f

C



C

D



D

C



C

R

C



R

C

kHz

.....F

.....F

-

-

.....F

.....F





0,1

0,2

0,5

1

2

5

10

20

50

100

200

10

Kondensator 2

f

C



C

D



D

C



C

R

C



R

C

kHz

.....F

.....F

-

-

.....F

.....F





0,1

0,2

0,5

1

2

5

10

20

50

100

200

Oznaczenia:
- L – wartość indukcyjności zmierzona miernikiem LCR – 821,
-



L – błąd graniczny pomiaru indukcyjności miernikiem LCR – 821.

- Q

L

– wartość dobroci cewki zmierzona miernikiem LCR – 821,

-



Q

L

– błąd graniczny pomiaru dobroci cewki miernikiem LCR – 821.

- R

L

– wartość rezystancji cewki zmierzona miernikiem LCR – 821,

-



R

L

– błąd graniczny pomiaru rezystancji cewki miernikiem LCR – 821.

- C – wartości pojemności kondensatorów zmierzone miernikiem LCR – 821,
-



C – błędy graniczne pomiaru pojemności miernikiem LCR – 821.

- D – wartości stratności kondensatorów zmierzone miernikiem LCR – 821,
-



D – błędy graniczne pomiaru stratności kondensatorów miernikiem LCR – 821.

- R

C

– wartości rezystancji kondensatorów zmierzone miernikiem LCR – 821,

-



R

C

– błędy graniczne pomiaru rezystancji kondensatorów miernikiem LCR – 821.

UWAGA: błędy graniczne pomiaru wyznaczyć w oparciu o parametry metrologiczne przyrządów podane
na stronie 2 protokołu.
Narysować wykresy: L, Q

L

, R

L

oraz C, D, R

C

w funkcji częstotliwości.

Porównać wyniki pomiarów uzyskane różnymi przyrządami pomiarowymi.

11

4. POMIARY SKŁADOWYCH IMPEDANCJI NIEZNANEGO DWÓJNIKA „Z

X

”.

4.1. Pomiary składowych impedancji nieznanego dwójnika „Z

x

” za pomocą cyfrowego

miernika impedancji.
4.1.1. Układ pomiarowy jak w p.3.2.1.
4.1.2. Pomiary

Dla wartości częstotliwości podanych w tabeli zmierzyć cyfrowym miernikiem impedancji typ LCR



821

moduł impedancji



Z

x



oraz kąt fazowy impedancji „



”.

W celu przeprowadzenia pomiarów wykonać następujące operacje:
- naciskając odpowiednie klawisze znajdujące się z prawej strony ekranu, wybrać rodzaj pracy z menu
głównego: [SLOW], [VALUE] oraz [Z/



].

Wyniki pomiarów i obliczeń zestawić w tabeli.

Z

x1

Z

x2

f

kHz

50

66,667

100

50

66,667

100



Z

x







(..



)

cos



−

R

x



X

x



Oznaczenia:



Z

x



– zmierzony moduł impedancji,



– zmierzony kąt fazowy impedancji (symbol na mierniku „



”),

R

x

=



Z

x



cos



– obliczona wartość rezystancji,



sin

2

2









x

x

x

x

Z

R

Z

X

– obliczona wartość reaktancji.

4.2. Pomiary składowych impedancji metodą trzech woltomierzy.

Przygotowanie przyrządów do pomiarów
Generator pomiarowy:
- wyjście napięciowe,
- napięcie wyjściowe generatora: sinusoidalne, U

gen.



(2



4) V

p-p

,

- zakres częstotliwości: 100k
Woltomierz cyfrowy:
- pomiary zmiennoprądowe,
- zakres napięcia: 2 V.

4.2.1. Układ pomiarowy

U

gen.

= ….….V

p-p

U

gen.

R

w

Z

x.

U

2

U

3

U

1

Generator

pomiarowy

R

w

= ………….





U

3

=I



Z

x



IR

x

IX

x

I

U

2

=IR

w

U

1

12

4.2.2. Pomiary

Dla wartości częstotliwości podanych w tabeli zmierzyć woltomierzem cyfrowym napięcia U

1

, U

2

, U

3

oraz

obliczyć parametry składowe badanej impedancji.
Wyniki pomiarów i obliczeń zestawić w tabeli.

R

w

=………

Z

x1

Z

x2

f

kHz

50

66,6

100

50

66,6

100

U

1

V

U

2

V

U

3

V

cos



−



Z

x





R

x



X

x



Oznaczenia:
U

1

, U

2

, U

3

– napięcia zmierzone woltomierzem cyfrowym,

R

w

– rezystor wzorcowy,

3

2

2

3

2

2

2

1

2

cos

U

U

U

U

U









,

w

x

R

U

U

Z





2

3

, R

x

=



Z

x



cos



,

2

2

x

x

x

R

Z

X





Porównać wyniki pomiarów z punktów 4.1 i 4.2.

Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:

1) Protokół pomiarowy z wypełnionymi tabelami.
2) Przykłady obliczeń do każdego punktu pomiarowego.
3) Wymagane wykresy (odpowiednio opisane).
4) Porównanie wyników pomiarów z danymi technicznymi.
5) Wnioski wynikające z przeprowadzonych pomiarów i obserwacji.

Przykładowy zestaw tematów na kolokwium wstępne.

1. Parametry i schematy zastępcze elementów biernych w zakresie w.cz. i m.cz.
2. Klasyfikacja metod pomiaru parametrów dwójników biernych.
3. Pomiar rezystancji metodą techniczną (z wykorzystaniem amperomierza i woltomierza).
4. Mostek Wheatstone'a - budowa, zasada pracy, ocena dokładności pomiaru.
5. Zasada pracy mostków prądu zmiennego - warunki równowagi – na przykładzie mostka Maxwell'a-Wiene'a.
6. Metoda rezonansowa - własności obwodu rezonansowego, jego charakterystyki.
7. Miernik dobroci - zasada działania, budowa, ocena dokładności pomiaru.
8. Pomiar parametrów cewki indukcyjnej Q-metrem.
9. Wykorzystanie miernika dobroci do pomiaru parametrów kondensatorów.

Wykaz literatury do ćwiczenia

1) A.Chwaleba, M.Poniński, A.Siedlecki, „Metrologia elektryczna”, Wyd. 5, 6, 7, 8, 9 WNT, 1996r, 1998r,
2000r, 2003r, 2007r.
2. A. Jellonek, Z. Karkowski "Miernictwo radiotechniczne" W.N.T. 1972r.