Ćwiczenie 9
Mostki prądu stałego
Program ćwiczenia:
1. Pomiar rezystancji laboratoryjnym mostkiem Wheatsone'a
2. Pomiar rezystancji technicznym mostkiem Wheatsone'a
3. Pomiar rezystancji technicznym mostkiem Thomsona
4. Mostek niezrównoważony
Wykaz przyrządów:
" multimetr RIGOL DM 3051
" Oscyloskop RIGOL DS 1052E
" Zasilacz/Generator uniwersalny
" Panel montażowy mostka
" Wskaznik równowagi mostka
" Techniczny mostek Wheatstone a TMW 5
" Techniczny mostek Thomsona TMT 5
" Rezystor dekadowy 10x10000 &! kl. 0.05
" Dwa rezystory wzorcowe 1000 &!
" Dwa rezystory wzorcowe 10000 &!
" Zestawy rezystorów badanych R1 R6, R1 i R2
Literatura:
[1] Zatorski A., Rozkrut A. Miernictwo elektryczne. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych. Wyd. AGH, Skrypty nr
SU 1190, 1334, 1403, 1585, Kraków, 1990, 1992, 1994, 1999
[2] Zatorski A. Podstawy Metrologii i techniki eksperymentu. Wyd. AGH, Skrypt SU 1685, Kraków, 2006
[3] Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A. Metrologia elektryczna. WNT, Warszawa 1979, 1991, 1994, 2009
[4] Marcyniuk A., Pasecki E. Pluciński M., Szadkowski B.: Podstawy metrologii elektrycznej. WNT, Warszawa
1984.
[5] Kowalczyk A.: Miernictwo elektryczne wielkości nieelektrycznych materiały pomocnicze do wykładu. OW
PRz, Rzeszów 1997.
Dokumentacja techniczna przyrządów pomiarowych:
[6] Instrukcja obsługi: RIGOL, Multimetry cyfrowe serii DM3000
http://www.kmet.agh.edu.pl > dydaktyka > Materiały dla studentów
Strony www:
http://www.rigolna.com/
http://www.home.agilent.com > Technical Support
http://polskiemultimetry.prv.pl/
Zakres wymaganych wiadomości do kolokwium wstępnego:
" budowa i zasada działania laboratoryjnych i technicznych mostków Wheatsone'a i Thomsona
" warunki równowagi mostków prądu stałego
" zrównoważone mostki prądu stałego pomiar rezystancji
" błędy przy pomiarach rezystancji mostkiem Wheatsone'a
" niezrównoważony mostek Wheatstone'a
1. Pomiar rezystancji laboratoryjnym mostkiem Wheatsone'a
Połączyć, według poniższych rysunków, laboratoryjny mostek Wheatsone'a, wykorzystując
następujące elementy:
" panel montażowy mostka
" wskaznik równowagi mostka
" zasilacz uniwersalny
" RX nieznana rezystancja mierzona
" R3 rezystor dekadowy 10x10 k&!
" R2, R4 rezystory wzorcowe 1000 &! lub 10000 &! zgodnie z tabelÄ… 1
Rysunek 1. Schemat elektryczny mostka prądu stałego
Rysunek 2. Schemat połączeń elementów przy pomiarze rezystancji laboratoryjnym mostkiem Wheatsone'a
Wykonanie pomiarów:
1) dobrać wartości rezystorów wzorcowych R2 oraz R4 w zależności od numeru mierzonego
rezystora Rx zgodnie z poniższą tabelą
Rx
R1 R2 R3 R4 R5 R6
R2/R4 1000/10000 1000/1000 1000/1000 1000/10000 1000/10000 1000/1000
2) ustawić przełącznik zmiany kierunku przepływu prądu w panelu montażowym mostka w górne
położenie ę! (po załączeniu zasilania świeci górna dioda)
3) za pomocą śruby regulacyjnej, ustawić wskazówkę wskaznika równowagi mostka w położeniu 0
(ustawienie zera mechanicznego),
4) ustawić pokrętło czułości wskaznika równowagi mostka na minimum (lewe skrajne położenie)
5) załączyć zasilanie wskaznika równowagi
6) załączyć napięcie zasilania mostka 6 V
7) za pomocą rezystora dekadowego R3 zrównoważyć mostek w następujący sposób:
" ustawić pokrętło czułości wskaznika równowagi mostka tak by wskazówka wychyliła się nie
więcej niż 1/2 podziałki
" za pomocą pokrętła dekady R3 o największej wartości nominalnej (pierwsze z lewej)
sprowadzić wychylenie wskazówki we wskazniku równowagi w pobliże zera
" ponownie za pomocą pokrętła czułości mostka ustawić taką czułość by wskazówka wychyliła
się nie więcej niż 1/2 podziałki
" następnie kolejną pozycją dekady R3 (druga od lewej) regulować w taki sposób by wychylenie
wskazówki we wskazniku równowagi sprowadzić w pobliże zera
" czynności te powtarzamy cyklicznie do momentu całkowitego zrównoważenia mostka przy
maksymalnej czułości wskaznika równowagi mostka (prawe skrajne położenie), przestrzegając
zasady, że w miarę zwiększania czułości wskaznika równowagi posługujemy się pokrętłami
dekady o coraz mniejszych wartościach
8) wartość nastawy zapisać w tabeli 1 w pozycji R3ę!
9) przełącznikiem zmiany kierunku przepływu prądu na panelu montażowym mostka zmienić
kierunek przepływu prądu
10) za pomocą rezystora dekadowego R3 ponownie zrównoważyć mostek wartość nastawy zapisać
w tabeli 1 w pozycji R3“!
11) w stanie równowagi mostka pokrętłem dekady R3 o najmniejszej wartości nominalnej (pierwsze z
prawej) zmieniać wartość rezystora R3 do momentu uzyskania zauważalnego wychylenia
wskazówki wskaznika równowagi. Różnicę nastaw zapisać jako "R3 .
Pomiary należy wykonać dla dwóch wskazanych przez prowadzącego rezystorów a wyniki zestawić w
tabeli.
Wyznaczyć wartość R3 jako Å›redniÄ… arytmetycznÄ… R3Ä™! i R3“!
R3Ä™! + R3“!
R3 =
2
Wyznaczyć wartość nieznanej rezystancji według zależności:
R2
Rx = R3
R4
Wyznaczyć względny błąd nieczułości mostka według zależności:
"R3
´N = Å"100
R3
gdzie:
"R3 najmniejsza zmiana nastawy rezystora dekadowego R3 powodująca zauważalne
wychylenie wskazówki wskaznika równowagi
Wyznaczyć względny błąd rozdzielczości rezystora nastawnego R3 :
"rR3
´r3 = Å"100
R3
gdzie:
"rR3 wartość pojedynczego stopnia dekady o najmniejszej wartości nominalnej
Obliczyć względny błąd graniczny pomiaru nieznanej rezystancji według zależności:
´Rx = ´R3 + ´R2 + ´R4 + ´ + ´
N r 3
gdzie:
´R3, ´R2, ´R4 klasy odpowiednich rezystorów wzorcowych
Obliczyć bezwzględny błąd graniczny pomiaru nieznanej rezystancji według zależności:
´Rx Å" Rx
"Rx = [ ]
100
Zapisać wynik pomiaru w postaci: R _ = _____ [ ] ą _____ [ ]
2. Pomiar rezystancji technicznym mostkiem Wheatsone'a
W ćwiczeniu wykorzystywany jest techniczny mostek Wheatsone'a o firmowym oznaczeniu TMW 5,
którego dane techniczne oraz schemat połączeń wewnętrznych są zawarte w instrukcji obsługi. Na
rysunku 3 przedstawiono płytę czołową mostka oraz schemat połączeń zewnętrznych.
Rysunek 3. Układ połączeń zewnętrznych przy pomiarze rezystancji technicznym mostkiem Wheatsone'a
Wykonanie pomiarów:
1) za pomocą śruby regulacyjnej, ustawić wskazówkę wskaznika równowagi w położeniu 0
(ustawienie zera mechanicznego),
2) podłączyć mierzony rezystor do zacisków pomiarowych mostka,
3) podłączyć sieciowy przewód zasilający mostek ,
4) przełącznik P1 ustawić na zakres, w którym mieści się spodziewana wartość mierzonej
rezystancji,
5) wcisnąć przycisk ~220 V ,
6) nacisnąć przycisk G (załączenie wskaznika równowagi), a następnie kręcić gałką potencjometru
P2 do chwili zrównoważenia mostka (zerowe wychylenie wskazówki wskaznika równowagi),
7) odczytać z tarczy potencjometru wartość zmierzonej rezystancji oraz zakres (minimalna
i maksymalna wartość jaką można zmierzyć), na którym został wykonany pomiar,
8) wyłączyć zasilanie mostka,
9) z tylnej płyty mostka, dla ustawionego zakresu pomiarowego, odczytać wartość względnego
błędu granicznego pomiaru i na tej podstawie obliczyć graniczny błąd bezwzględny "Rx [ ].
Pomiary należy wykonać dla dwóch wskazanych przez prowadzącego rezystorów, a wyniki zestawić w
tabeli 2.
Zapisać wynik pomiaru w postaci: R _ = _____ [ ] ą _____ [ ]
3. Pomiar rezystancji technicznym mostkiem Thomsona
Do pomiaru rezystancji o wartoÅ›ciach mniejszych od 1© przeznaczony jest szeÅ›cioramienny mostek
Thomsona, który stanowi modyfikację mostka czteroramiennego [1]. Przykładem realizacji takiego
układu jest techniczny mostek Thomsona o firmowym oznaczeniu TMT 5, którego dane techniczne
oraz schemat połączeń wewnętrznych są zawarte w instrukcji obsługi. Struktura mostka Thomsona
wymaga czteroprzewodowego podłączenia badanego rezystora. Dzięki temu w układzie tym możliwa
jest eliminacja wpływu rezystancji styków badanego rezystora oraz przewodów łączeniowych na
wynik pomiaru. Na rysunku 4 przedstawiono płytę czołową mostka oraz schemat połączeń
zewnętrznych.
Rysunek 4. Układ połączeń zewnętrznych przy pomiarze rezystancji technicznym mostkiem Thomsona
Wykonanie pomiarów:
1) za pomocą śruby regulacyjnej, ustawić wskazówkę wskaznika równowagi w położeniu 0
(ustawienie zera mechanicznego),
2) podłączyć mierzony rezystor do zacisków pomiarowych mostka (prawidłowe połączenie patrz
rys.4),
3) podłączyć sieciowy przewód zasilający mostek,
4) przełącznik P1 ustawić na zakres, w którym mieści się spodziewana wartość mierzonej
rezystancji,
5) wcisnąć przycisk ~220 V,
6) nacisnąć przycisk G (załączenie wskaznika równowagi), a następnie kręcić gałką potencjometru
P2 do chwili zrównoważenia mostka (zerowe wychylenie wskazówki wskaznika równowagi),
7) odczytać z tarczy potencjometru wartość zmierzonej rezystancji oraz zakres (minimalna
i maksymalna wartość jaką można zmierzyć), na którym został wykonany pomiar,
8) wyłączyć zasilanie mostka,
9) z tylnej płyty mostka, dla ustawionego zakresu pomiarowego, odczytać wartość błędu
granicznego pomiaru (w zależności od zakresu względnego lub bezwzględnego) i na tej
podstawie obliczyć odpowiednio bÅ‚Ä…d bezwzglÄ™dny "Rx [ ] lub wzglÄ™dny ´Rx [ ] .
Pomiary należy wykonać dla dwóch wskazanych przez prowadzącego rezystorów, a wyniki zestawić w
tabeli 3.
Zapisać wynik pomiaru w postaci: R _ = _____ [ ] ą _____ [ ]
4. Mostek niezrównoważony Wheatstone'a
Mostki niezrównoważone współpracujące z czujnikami rezystancyjnymi są powszechnie stosowane
w pomiarach wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi, jako przetworniki sygnału
czujników na napięcie. Jako czujnik rezystancyjny w tym punkcie ćwiczenia zostanie wykorzystany
rezystancyjny zadajnik kÄ…ta.
Rysunek 5. Schemat połączeń elementów przy badaniu mostka niezrównoważonego Wheatsone'a
Rysunek 6. Schemat połączeń elementów przy pomiarze charakterystyki mostka niezrównoważonego
Wheatsone'a
Wykonanie pomiarów:
1) połączyć układ jak na rysunku 5
2) ustawić pokrętło zadajnika kąta w pozycji "0" (środek podziałki)
3) ustawić pokrętło czułości wskaznika równowagi mostka na minimum (lewe skrajne położenie)
4) załączyć napięcie zasilania mostka 6 V
5) załączyć zasilanie wskaznika równowagi
6) za pomocą rezystora dekadowego R3 zrównoważyć mostek (jak w pkt.1)
7) ustawić czułość wskaznika na minimum i wyłączyć jego zasilanie a następnie odpiąć od modelu
mostka
8) w miejsce wskaznika równowagi podłączyć multimetr (rysunek 5)
9) zmieniając wartość kąta za pomocą pokrętła w "Zadajniku kąta" zmierzyć charakterystykę
UN=f(kąt) a wyniki umieścić w tabeli
Narysować zmierzonÄ… charakterystykÄ™ a nastÄ™pnie wyznaczyć bÅ‚Ä…d nieliniowoÅ›ci´n zgodnie z
poniższą definicją
"Umax
´n = 100 [%]
U
N
max
Wyszukiwarka