Sprawozdanie

Nr grupy 22	Temat ćwiczenia: M1 Pomiary w obwodach prądu stałego	Data zajęć: 21.05.2014
Grupa lab.: D	Nazwisko i imię:	Ocena:
Prowadzący:

Teoria:

Prawo Ohma - prawo mówiące o proporcjonalności natężenia do całkowitego napięcia na oporniku. Współczynnikiem proporcjonalności jest R - opór, który jest własnością danego materiału.

Amperomierz - przyrząd pomiarowy służący do pomiaru natężenia prądu elektrycznego. Amperomierze mierząc prąd zmienny w zależności od typu amperomierza mierzą wartość średnią prądu (magnetoelektryczny) lub wartość skuteczną (elektrodynamiczne, elektromagnetyczne, indukcyjne, cieplne i termoelektryczne). Idealny amperomierz ma zerową rezystancję, w rzeczywistości rezystancja, choć mała ma wartość różną od zera.

Woltomierz - jest to przyrząd pomiarowy za pomocą którego mierzy się napięcie elektryczne. Idealny watomierz ma nieskończoną rezystancję, w oczywistości rezystancja, choć ogromna ma wartość skończoną. Jednostką napięcia jest wolt.

Bocznik - specjalny opornik pozwalający na pomiar dużych wartości prądu. Stosowany do pomiarów prądu stałego i zmiennego (w zależności od stosowanego miernika).

Podstawowe dane znamionowe bocznika to:

• prąd znamionowy (15,... 100,... 2000,... A)

• znamionowy spadek napięcia (najczęściej 60 mV, rzadko 30, 45, 100 mV)

• klasa dokładności (od 0,02 do 1; najczęściej 0,5)

Bocznik posiada cztery zaciski: dwa (zewnętrzne) do podłączenia toru prądowego, oraz dwa (wewnętrzne) do mierzenia spadku napięcia. Z bocznikiem współpracuje miliwoltomierz magnetoelektryczny wyskalowany w amperach i podłączony do zacisków (wewnętrznych) mierzących spadek napięcia(ΔU) na boczniku.

U = J * R

Ponieważ rezystancja (R) bocznika jest stała, spadek napięcia jest wprost proporcjonalny do przepływającego przez bocznik prądu (I).

Opornik- najprostszy element rezystancyjny dla którego można stosować prawo Ohma.

Posobnik - dodatkowy rezystor włączany szeregowo z woltomierzem, służy do rozszerzenia zakresu pomiarowego miernika.

Stosunek napięcia mierzonego z pomocą woltomierza z posobnikiem do napięcia znamionowego woltomierza (U) nazywane jest przekładnią posobnika:

Mostek Wheatstone'a

Zasada mostka pracującego w punkcie równowagi jest wykorzystana w mostku Wheatstone'a

Warunkiem równowagi dla takiego mostka jest:

Zazwyczaj, stosunek oporników R₃ do R₄ może być ustawiany na jedną z następujących wartości: 0,01; 0,1; 1; 10; itd., co umożliwia zmianę zakresu mostka. Wartość rezystancji opornika R₂ może być płynnie regulowana tak, aby osiągnąć stan równowagi mostka. Zatem znając wartości rezystancji R₂, R₃ i R₄ można dokładnie wyznaczyć nieznaną wartość rezystancji R_x.

Czułość mostka S_m zależy od napięcia wejściowego (zasilającego) U_we oraz zmiany wartości rezystancji R₂:

Rozdzielczość pomiaru dR zależy od: czułości S_u urządzenia pomiarowego wykrywającego napięcie wyjściowe, stosunku rezystancji wewnętrznych mostka, rezystancji wewnętrznej R_u urządzenia pomiarowego, całkowitej rezystancji R_m mostka (rezystancji widzianej z zacisków wejściowych), czułości mostka oraz wartości napięcia zasilającego (wejściowego):

Z powyższego równania wynika, że rozdzielczość jest tym większa im większa jest czułość urządzenia pomiarowego. Rozdzielczość rośnie również ze wzrostem napięcia zasilania, jednak wartość napięcia jest ograniczona od góry z uwagi na dopuszczalną moc wydzielaną na opornikach mostka. Jeśli moc ta będzie zbyt duża dojdzie do trwałego uszkodzenia.W przypadku pomiarów bardzo małych wartości rezystancji (w praktyce poniżej 1 Ω) nie można pominąć wartości rezystancji przewodów doprowadzających, którymi dołączony jest rezystor R_x, jak również i ewentualnych sił elektromotorycznych powstających z uwagi na zjawisko Seebecka. Zjawisko to można stosunkowo łatwo wyeliminować poprzez wykonanie tego samego pomiaru dla dodatniego i ujemnego kierunku zasilania - wartość średnia z obydwu pomiarów będzie wartością poprawną. Niemniej jednak, nie można w ten sposób wyeliminować wpływu rezystancji przewodów doprowadzających.Dlatego też, do pomiaru małych rezystancji używa się opisanego poniżej mostka Kelvina.

Mostek Thomsona (zwany również mostkiem Kelvina) jest modyfikacją mostka Wheatstone'a. Warunkiem równowagi dla mostka Kelvina jest:

Rezystancja R powinna posiadać jak najmniejszą wartość, dlatego też połączenie takie wykonywane jest, jako krótki i gruby odcinek przewodu o małej rezystancji (wykonany np. z miedzi). Jeśli warunek R₃·R`<sub>4</sub> = R`₃·R₄ jest spełniony (oraz R jest małe), wówczas wpływ ostatniego składnika powyższego równania staje się zaniedbywalny i można przyjąć, że:

W takim przypadku warunek równowagi mostka Thomsona jest analogiczny jak dla mostka Wheatstone'a. Mostek Thomsona pozwala na pomiar rezystancji w zakresie 0.0001 - 10 Ω.

1.1Pomiary natężenia prądu

Opis użytych przedmiotów:

-amperomierz:

-miliwoltomierz z bocznikiem:

Ib		α	Iw=Cα
A		dz	A
7,5		10	7,5
11,25		15	11,25
150		20	15
37,5		50	37,5

C - stała miliwoltomierza z bocznikiem = 0,75

α - wychylenie woltomierza w działkach

I_b - pomiar wykonany przy pomocy amperomierza

I_w - pomiar wykonany przy pomocy miliwoltomierza z bocznikiem

dz - podziałka

Wnioski: Różnice w wynikach pomiarowych SA spowodowane różnicą klasy dokładności urządzeń.

1. pomiar napięcia odbiornika

Urządzenia pomiarowe:

- woltomierz:

- woltomierz z zewnętrznym posobnikiem:

Ub

Uw

δ

V

V

%

0,5

0,5

0

1,5

1,525

0,3

2

2,1

1,3

3,5

3,52

0,2

Przykładowe obliczenia:

gdzie:

U_z - zakres pomiarowy badanego woltomierza = 7,5V

U_b - napięcie mierzone woltomierzem

U_w - napięcie mierzone mikrowoltomierzem z posobnikiem

1.3 Pomiar rezystancji i mocy odbiornika za pomocą amperomierza i woltomierza

Urzadzenia pomiarowe:

- amperomierz

- woltomierz

Przełącznik w pozycji pierwszej pozwala uzyskac dokładny pomiar napięcia a w pozycji 2 dokładny pomiar prądu.

Dokładny pomiar napiecia	Dokładny pomiar prądu
I	U	R	P	I	U	R	P
A	V	Ω	W	A	V	Ω	W
0,011	4,2	381,8	0,046	0,01	4,22	422	0,042
0,0116	4,4	379,3	0,051	0,0105	4,4	419	0,046
0,012	4,5	375	0,054	0,011	4,5	409	0,049
0,013	4,7	361,5	0,061	0,012	4,7	391	0,056

Obliczenia:

Z prawa Ohma:

1.4Pomiar rezystancji omomierzem (wstępny) i tych samych rezystancji technicznych mostkiem Wheatstone'a.

Ćwiczenie wykonano za pomocą mostka Wheatstone'a. Mostek zasilimy zewnętrznym zasilaniem stałym (w postaci baterii), a następnie poddano pomiarowi kilka rezystorów. Po dostrojeniu mostka odczytaliśmy wyniki.

Omomierz	Techniczny mostek Wheatstone'a
Rx	Rx
Ω	Ω

1.5 Pomiar rezystancji mostkiem technicznym Thomsona.

Pomiarowi poddaliśmy kilka rezystorów. Mostek Thomsona jest mostkiem prądowo - napięciowym, to znaczy posiada zarówno wyjście napięciowe jak i prądowe do podpięcia obciążenia (w naszym wypadku to rezystory). Mostek także zasilimy zewnętrznym zasilaniem stały (także była to bateria). Pod dostrojeniu Mostka Thomsona odczytaliśmy na wyświetlaczu następujące wyniki

α	Mnożnik	Rx
dz	-	Ω

Wnioski:

Przy dokonywaniu pomiarów w obwodzie prądu stałego istotną rolę ma dokładność mierników. Dlatego podczas zajęć podpinając boczniki i posobniki uzyskiwaliśmy dokładne pomiary które mogliśmy porównać do tych otrzymanych bezpośrednia z woltomierze czy też amperomierza, które były mniej dokładne aczkolwiek nie odbiegały zbytnio od wzorcowych.

Mierząc rezystancję za pomocą woltomierza i amperomierza stosowaliśmy dwa układy które pozwalały na dokładny pomiar napięcia lub prądu. Układ w pozycji 1szej daje nam dokładne napięcie i jest lepszy do pomiarów małych rezystancji natomiast układ w pozycji 2. daje nam dokładny prąd i służy do mierzenia dużej rezystancji.

Za pomocą mostków udało nam się odczytać dokładną wartość rezystancji.

---