3. Meranie odporov
Úloha č. 3: Meranie odporov Zadanie: 1) Zmerajte ohmický odpor výchylkovou V-A metódou. 2) Zmerajte ohmický odpor mostíkovou metódou. 3) Zmerajte VACH potenciometra s lineárnou (N) charakteristikou. 4) Zmerajte VA-charakteristiky žiarovky.
a logaritmickou
(G)
Rozbor úlohy: Elektrický odpor je jedna zo základných vlastností všetkých pasívnych i aktívnych prvkov, elektrických spotrebičov, obvodov, izolácie alebo iných elektrických zariadení. Z hľadiska veľkosti môžeme elektrické odpory rozdeliť do intervalov: · malé – do 1 Ω , · stredné – s hodnotami 1 Ω až 1 MΩ , · veľké – nad 1 MΩ . Vzhľadom k použitím meracích prístrojov môžeme elektrické odpory rozdeliť do intervalov: · malé – do 1 Ω , · stredné – s hodnotami 1 Ω až 1 kΩ , · veľké – nad 1 kΩ . Ak chceme merať iba elektrický odpor daného obvodu, musíme k napájaniu obvodu použiť jednosmerný prúd. U ľubovoľnej záťaže sa pripojením do obvodu striedavého prúdu prejavia aj ďalšie vlastnosti – kapacitné a induktívne. Nemeriame tak ohmický odpor, ale impedanciu s charakterom reaktancie kapacitným alebo induktívnym. Pri meraní elektrického odporu pôsobia na merací obvod rôzne rušivé vplyvy, ktoré hop môžu ovplyvniť najmä pri meraní veľmi malých alebo veľmi veľkých odporov. Pre odpory všetkých veľkostí je charakteristická závislosť na teplote. Preto je najvhodnejšie merať odpor pri takej teplote, pri ktorej bude prevádzkovaný. Ak meriame odpor pri inej teplote, najmä odchýlky teploty od normálne hodnoty (okolo 20°C), je potrebné hodnotu odporu prepočítať na prevádzkovú teplotu. Na meranie ohmických odporov sa používajú tri spôsoby – výchylkove metódy (metódy merania pomocou klasických meracích prístrojov), nulové metódy (meranie pomocou mostíkov), a ohmmetre (meranie pomocou priamoukazujúcich prístrojov = ohmmetrov). Ohmova metóda merania elektrického odporu je klasickým a základným spôsobom merania odporu. Touto metódou vypočítame veľkosť odporu R meranej
1
3. Meranie odporov
záťaže na základe zmerania pretekajúceho prúdu I a úbytku napätia na tomto odporu DU ΔU : R = [Ω; U, I] I Používanie potenciometrov v zapojení potenciometrickom alebo ako reostatu znamená zapojenie premenného ohmického odporu. Potenciometre sa vyrábajú s lineárnou závislosťou a s logaritmickou závislosťou. Veľmi často používané žiarovky, ako sveteľné zdroje, ale aj ako ochranné odpory majú hodnotu odporu závislú na pretekajúcom prúdu a žeravení vlákna. Meraním tejto závislosti je možné lepšie pochopiť vlastnosti žiarovky. Cieľ merania: Cieľom zadanej úlohy je odskúšať si meranie ohmických odporov priamou metódou, nepriamou metódou a oboznámiť sa s vlastnosťou žiarovky ako prvku elektrického obvodu. Literatúra: 1) Kol.: Elektrotechnická měření. BEN – technická literatúra, Praha 2002. 2) Eichler, J.: Elektronická měření. SNTL, Praha 1977. Postup merania: Meranie ohmického odporu výchylkovou V-A metódou a) V tomto prípade budeme merať rezistory s malým ohmickým odporom, rádovo do hodnoty R<1[kΩ] . Zapojte pracovisko podľa schémy:
Najskôr zapojte prúdový okruh: zdroj – záťaž – zdroj, potom zapojte napäťové okruhy a meracie prístroje. Pred zapnutím nastavte potenciometer P0 na minimum, rozsah A-metra na maximum, rozsah V-metra na hodnotu minimálne 100V~ . Zapojenie si nechajte prekontrolovať ! Pri meraní rezistorov s malým ohmickým odporom bude obvodom pretekať veľký prúd pri malom napätí, U = R I . Preto po zapnutí napájania zvyšujte napätie v obvode pomocou potenciometra tak, aby ste nastavili určitý malý prúd, ktorý je 2
3. Meranie odporov
možné zmerať a pri tom bolo v obvode napätie, ktoré je možné zmerať. Ak je potrebné, je možné zmenšovať rozsahy A-metra a V-metra. Je potrebné si uvedomiť, že na rezistore s malým ohmickým odporom je pri veľkom prúde malý úbytok napätia a je možné ho ľahko zničiť, P = U I . Po zmeraní hodnoty prvého rezistora nastavte napätie potenciometrom P0 opäť na minimum. Do obvodu pripojte ďalší rezistor a meranie opakujte. Namerané hodnoty napätia U a prúdu I pre všetky merané rezistory zapíšte do tabuľky. Z nich vypočítajte pre všetky rezistory ohmický odpor R = U / I a výkonovú stratu P = U I . Do predposledného stĺpca napíšte hodnotu odporu, označenou na súčiastke, ak sadá zistiť. Do posledného stĺpca napíšte toleranciu ±10% od hodnoty označenej na súčiastke ( Pr.: 3k9 → 3k51 - 4k29 ) Meraný rezistor
U
I
R
P
[V]
[A]
[Ω]
[W]
R označenie [Ω]
Tolerancia R (10%) [Ω]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
b) V tomto prípade budeme merať rezistory s veľkým ohmickým odporom, rádovo do hodnoty R>1[kΩ] . Zapojte pracovisko podľa schémy:
3
3. Meranie odporov
Najskôr zapojte prúdový okruh: zdroj – záťaž – zdroj, potom zapojte napäťové okruhy a meracie prístroje. Pred zapnutím nastavte potenciometer P0 na minimum, rozsah A-metra na hodnotu okolo 0,1A a rozsah V-metra na hodnotu minimálne 260V~ . Zapojenie si nechajte prekontrolovať ! Pri meraní rezistorov s veľkým ohmickým odporom bude obvodom pretekať malý prúd pri väčšom napätí, U = R I . Preto po zapnutí napájania zvyšujte napätie v obvode pomocou potenciometra tak, aby ste nastavili určitý malý prúd, ktorý je možné zmerať a pri tom bolo v obvode napätie maximálne 230V~. Ak je potrebné, je možné zmenšovať rozsahy A-metra a V-metra. Je potrebné si uvedomiť, že na rezistore s veľkým ohmickým odporom je pri malom prúde veľký úbytok napätia a je možné ho ľahko zničiť, P = U I . Po zmeraní hodnoty prvého rezistora nastavte napätie potenciometrom P0 opäť na minimum. Do obvodu pripojte ďalší rezistor a meranie opakujte. Namerané hodnoty napätia U a prúdu I pre všetky merané rezistory zapíšte do tabuľky. Z nich vypočítajte pre všetky rezistory ohmický odpor R = U / I a výkonovú stratu P = U I . Do predposledného stĺpca napíšte hodnotu odporu, označenou na súčiastke, ak sadá zistiť. Do posledného stĺpca napíšte toleranciu ±10% od hodnoty označenej na súčiastke ( Pr.: 3k9 → 3k51 - 4k29 ) Meraný rezistor
U
I
R
P
[V]
[A]
[Ω]
[W]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Meranie ohmický odpor mostíkovou metódou Zapojte pracovisko podľa schémy:
4
R označenie [Ω]
Tolerancia R (10%) [Ω]
3. Meranie odporov
Zapojenie si nechajte prekontrolovať ! · ·
·
Meranie je možné vykonať digitálnym ohmmetrom, konštruovaným zvyčajne ako súčasť multimetra. Hodnoty je možné použiť na porovnanie. Digitálne ohmmetre je možné použiť napríklad: Metex P-09, Metex P-10, Hexagon 320, ap. Multimeter s mostíkovým ohmmetrom SAM-50. Pred každým meraním je potrebné prístroj kalibrovať. Nastavte rozsah merania ohmického odporu. Vodičom spojte vstupné svorky prístroje a vyvažovacím potenciometrom (zelené točítko), nastavte ručičku na „0“. Pri zmene rozsahu ohmmetra je potrebné opakovať kalibrovať. Potom pomocou káblikov pripojte meraný rezistor a odčítajte na stupnici hodnotu ohmického odporu. Mostíkový ohmmeter Omega 1. Ak je v prístroji dobrá batéria, je možné merať rezistory s ohmickým odporom do 50 kΩ . Káblikmi pripojíme rezistor. Odhadneme veľkosť ohmického odporu a nastavíme pomocou prepínača násobky a pomocou točítka konkrétne hodnoty na túto odhadnutú veľkosť. Potom krátko a jemne stlačíme tlačidlo pripojenia napájania mostíka. Krátko preto, aby sme zbytočne nepreťažovali merací prístroj a prípadne ho ne zničili. Pozeráme výchylku ručičky maracieho prístroja. Ak je výchylka prudká na jednu stranu, točíme točítkom proti výchylke ručičky a stlačenie tlačidla opakujeme. Ak toto nie je účinné, pomôžeme si aj prepnutím prepínača násobkov. Postup opakujeme, pokiaľ nie je výchylka malá. Potom pridržíme tlačidlo na dlhšie, pokiaľ točítkom nevyrovnáme výchylku na „0“. Uvolníme tlačidlo a prečítame hodnotu z točítka a z prepínača násobkov. Z týchto hodnôt nám vyjde hodnota ohmického odporu pripojeného rezistora. Namerané hodnoty zapíšte do tabuľky:
Rezistor
Metex P-10
Sam-50
Omega-1
[Ω]
[Ω]
[Ω]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 5
[Ω]
3. Meranie odporov
12 13 14 15 16
Meranie VACH potenciometra s lineárnou (N) a logaritmickou (G) charakteristikou Zapojte pracovisko podľa schémy:
Zapojenie si nechajte prekontrolovať ! Na meranie charakteristiky potenciometra použite digitálny multimeter. Potenciometer nastavte na minimum. Potom natáčajte jazdca postupne na vyznačené uhly a odmerajte hodnotu odporu. Hodnoty zapíšte do tabuľky. Meranie analogicky opakujte pre druhý potenciometer.
Natočenie jazdca [°] 0 30 60 90 120 150 180 210 270
Potenciometer P1 [Ω]
Potenciometer P2 [Ω]
Namerané hodnoty vyneste do spoločného grafu ako funkcie R = f (°) 6
3. Meranie odporov
Meranie VA-charakteristiky žiarovky Zapojte pracovisko podľa schémy:
Zapojenie si nechajte prekontrolovať ! Najskôr zapojte prúdový okruh: zdroj – záťaž – zdroj, potom zapojte napäťové okruhy a meracie prístroje. Pred zapnutím nastavte autotransformátor RAT na minimum, rozsah A-metra na maximum, rozsah V-metra na hodnotu minimálne 250V~ . Zapojenie si nechajte prekontrolovať ! Našróbujte žiarovku s najmenším výkonom, pravdepodobne 25W-ovú. Zmerajte VACH žiarovky pre rozsah napätia 30V ÷ 230V s krokom 20V. Autotransformátorom RAT nastavujte postupne hodnoty napätia podľa údajov Vmetra a odmerajte hodnotu prúdu na A-metri. Na záver nastavte autotransformátor RAT na minimum. Rozsah A-metra je možné meniť tak, aby ste dobre odmerali pretekajúci prúd. Uvedomte si, že prúd s výkonom žiarovky bude rásť, nepreťažujte A-meter na nesprávnom rozsahu. Meranie opakujte pre žiarovky: 40W, 60W, 100W, 150W, 200W, 300W. Namerané hodnoty zapíšte do tabuľky. Napätie U [V] 0 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230
Žiarovka 25W I R P [A] [Ω] [W]
Žiarovka 40W I R P [A] [Ω] [W]
7
Žiarovka 60W I R P [A] [Ω] [W]
3. Meranie odporov
Napätie U [V] 0 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230
Žiarovka 100W I R P [A] [Ω] [W]
Žiarovka 150W I R P [A] [Ω] [W]
Žiarovka 200W I R P [A] [Ω] [W]
Napätie U [V] 0 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230
Žiarovka 300W I R P [A] [Ω] [W]
I [A]
I [A]
R [Ω]
P [W]
R [Ω]
P [W]
Z nameraných hodnôt vypočítajte pre každú hodnotu napätia odpor žiarovky (R = U / I) a odoberaný výkon (P = U I). Namerané hodnoty vyneste do 3 spoločných grafov pre I = f(U), pre R = f(U), pre P = f(U) pre všetky žiarovky. Vznikne tak sada kriviek v každom grafe pre všetky merané žiarovky.
8
3. Meranie odporov
V záveru porovnajte pre meranie rezistorov s malým a veľkým ohmickým odporom, ako blízky bol výsledok merania. Porovnajte nameranú hodnotu a označenie na súčiastke, ak sa dá zistiť. Zdôvodnite spôsob zapojenia V-metra v týchto schémach. Pri meraní rezistorov mostíkovou metódou vyhodnoťte namerané hodnoty rôznymi prístrojmi pre každý rezistor. Z grafov pre merané potenciometre vyhodnoťte, ktorý potenciometer je lineárny (N) a ktorý je logaritmický (G). Z grafov merania žiaroviek vyhodnoťte závislosť prúdu I, odporu R a výkonu P na napätí U.
Protokol Protokol spracujte so všetkými časťami. Protokol musí obsahovať: · Titulný list: Je možné použiť pripravený formát, ktorý aktualizujte. Okrem mena, skupiny, dátumu aktualizujte číslo a názov úlohy! · Zadanie. · Rozbor úlohy. · Postup merania, schémy zapojenia. · Použité prístroje: vhodná je tabuľka. Prístroj musí mať napísané všetky technické údaje: Názov prístroja, typ, výrobné číslo (nie evidenčné čísla!), u analógových prístrojov všetky značky, určujúce vlastnosti prístroja (uvedené na stupnici prístroja). · Podmienky merania. · Vzorový výpočet. · Tabuľky nameraných a vypočítaných hodnôt. Tabuľky sa musia vojsť do rozmeru poľa stránky, nesmú presahovať tieto hranice a tiež nesmú byť „seknuté“ po stranách ani na konci. · Grafy musia mať všetky popisné náležitosti: Názov grafu, stupnicu nezávislej premennej aj s popisom a rozmerom jednotiek (spravidla horizontálne), stupnicu závislých premenných aj s popisom a rozmerom jednotiek (spravidla vertikálne), legendu. Vyhotovenie musí byť jednoznačné. · V prípade potreby znázornenia riešenia témy protokolu môžu byť vložené rôzne typy obrázkov, vytvorené v rôznych grafických editoroch. · Do protokolu môžu byť priložené fotografické snímky, ktoré dopĺňajú obsah protokolu. · Záver. Je to posledná časť protokolu, treba ju umiestniť na koniec protokolu! V závere vyhodnotiť to, čo sa požaduje v zadaní. Nepísať iné poznámky od veci. Záver napísať ručme, paličkovým technickým písmom. · K protokolu je potrebné priložiť parafovaný merací list s poznámkami z vlastného merania. Každý! Pre merací list nie sú stanovené formálne požiadavky. Je potrebné, aby obsahoval všetky údaje, potrebné na spracovanie protokolu. Protokol je vaša vizitka! V protokole sa neškrtá!! V prípade takýchto omylov treba prerobiť stránku. Rukou písaný text sa píše paličkovým, technickým písmom. Text musí byť zarovnaný v rozsahu plochy stránky a musí rešpektovať okraje z dôvodu prípadného zviazania 9
3. Meranie odporov
protokolu. Zvýrazňovanie formou tučného písma, kurzívy, podtrhnutého textu apod. len v minimálnej miere. Protokol vrátanie meracieho listu spojiť kancelárskou sponkou, prípadne zošívačkou. V prípade umastenia protokolu, alebo jeho poliatia čímkoľvek je potrebné protokol prerobiť! Protokol pokrčený z ruksaku alebo s pokrkvanými okrajmi, je potrebné prerobiť! Protokol je potrebné odovzdať v stanovenom termíne. V prípade chýb môže byť protokol vrátený na dopracovanie. Protokol je odovzdaný, až keď je prijatý a oznámkovaný. Neskoré odovzdanie sa prejaví na hodnotení protokolu.
10
