POMIAR REZYSTANCJI
MEN 03 - WydziaÅ Elektryczny - Politechnika BiaÅostocka
MEN 03 - WydziaÅ Elektryczny - Politechnika BiaÅostocka
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Politechnika<br />
Białostocka<br />
Wydział Elektryczny<br />
Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Metrologii<br />
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu<br />
MIERNICTWO WIELKOŚCI<br />
ELEKTRYCZNYCH<br />
I NIEELEKTRYCZNYCH<br />
Kod przedmiotu:<br />
ENS1C511254<br />
Ćwiczenie pt.<br />
<strong>POMIAR</strong> <strong>REZYSTANCJI</strong><br />
(multimetr, metoda techniczna, mostek)<br />
Numer ćwiczenia<br />
MEN 03<br />
O p r a c o w a ł :<br />
dr inż. Arkadiusz Łukjaniuk<br />
dr inż. Jarosław Makal<br />
Białystok 2013
Wszystkie prawa zastrzeżone.<br />
Wszystkie nazwy handlowe i towarów występujące w niniejszej instrukcji są znakami<br />
towarowymi zastrzeżonymi lub nazwami zastrzeżonymi odpowiednich firm odnośnych<br />
właścicieli.<br />
Celem ćwiczenia jest nabycie umiejętności poprawnego wyboru metody<br />
pomiaru rezystancji w zależności od posiadanych przyrządów, jej wartości oraz<br />
wymaganej dokładności wyniku pomiaru<br />
1. WSTĘP<br />
Pomiary rezystancji są zagadnieniami bardzo ważnymi zarówno<br />
w przemyśle jak i w życiu codziennym. Od poprawnego pomiaru tej wielkości<br />
zależy działanie wielu urządzeń, systemów zabezpieczeń, szybkie<br />
przeprowadzenie napraw urządzeń, itp.<br />
Pomiar wartości rezystancji możemy wykonać za pomocą:<br />
‣ multimetru cyfrowego (funkcja pomiaru rezystancji);<br />
‣ mostka (technicznego lub laboratoryjnego;<br />
‣ metody technicznej.<br />
Wybór metody pomiaru zależy od wielu czynników, np. jaki rząd<br />
wielkości reprezentuje badana rezystancja, potrzebna dokładność, z jaką chcemy<br />
ją zmierzyć, czy też posiadany do dyspozycji sprzęt pomiarowy.<br />
2. CYFROWY <strong>POMIAR</strong> <strong>REZYSTANCJI</strong><br />
Cyfrowy pomiar rezystancji polega na przetworzeniu jej na napięcie stałe.<br />
Na mierzonej rezystancji wywoływany jest spadek napięcia przez prąd<br />
pochodzący z wbudowanego w multimetrze źródła prądowego. Sposób<br />
podłączenia przewodów do multimetru podczas pomiaru rezystancji pokazany<br />
jest na rys.1. Przełącznik funkcyjny powinien znajdować się w pozycji<br />
oznaczonej symbolem „Ω”. Przed rozpoczęciem pomiarów sprawdzamy<br />
działanie przyrządu poprzez:<br />
<br />
zwarcie przewodów podłączeniowych (wtedy na wyświetlaczu powinna<br />
pokazać się wartość „0.000” lub „0.001” Ω – rys.1) oraz<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
2<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
ozwarcie przewodów (na wyświetlaczu powinna pokazać się wartość<br />
„0.L” i wartość jednostki MΩ).<br />
Rys. 1. Widok multimetru BM 202 przygotowanego do pomiaru rezystancji<br />
Pomiar rezystancji, tak jak i innych wielkości mierzonych multimetrem,<br />
obarczony jest pewnym błędem. Użytkownik powinien umieć (na podstawie<br />
parametrów metrologicznych przyrządu) określić przedział niepewności<br />
zmierzonej rezystancji. W tabeli 1 przedstawione zostały (podane przez<br />
producenta) parametry metrologiczne przy pomiarze rezystancji multimetrem<br />
BM 202. Przykład 1 ilustruje sposób określenia przedziału niepewności<br />
mierzonej rezystancji.<br />
Tabela 1<br />
Zakres<br />
250Ω<br />
2,5kΩ<br />
25kΩ,250kΩ, 2,5MΩ<br />
BM202<br />
Dokładność<br />
±(0,6%w.m.+8c)<br />
±(0,4% w.m.+5c)<br />
±(0,4% wm+2c)<br />
25 MΩ ±(1% wm+4c)<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
3<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
Przykład 1: Obliczyć względny błąd maksymalny (graniczny), z jakim<br />
zmierzono multimetrem BM202 rezystancję R X = 380Ω na zakresie<br />
pomiarowym R n =2,5kΩ.<br />
Rozwiązanie:<br />
Dla BM 202 producent podaje (tabela 1):<br />
ΔR X = ± (%wart. odczytu + ilość cyfr).<br />
W naszym przypadku wartość odczytu= 380Ω, wartość jednej cyfry na<br />
zakresie 2,500kΩ wynosi 0,001kΩ, czyli 1Ω, stąd:<br />
ΔR X = ± (0,4%·380Ω+5·1Ω)= ±(0,004·380Ω+5Ω)= ±(1,52Ω+5Ω)=<br />
±6,52Ω≈7Ω.<br />
Założono tu skrajnie niekorzystny przypadek, gdy oba składniki błędu<br />
mają ten sam znak. Znajomość tego błędu pozwala na określenie przedziału,<br />
w którym z wysoką ufnością (p = 0,9973) zawiera się wartość rzeczywista<br />
mierzonej rezystancji:<br />
380Ω – 7Ω ≤ R x ≤ 380Ω + 7Ω<br />
stąd: 373Ω ≤ R x ≤ 387Ω.<br />
Ostatecznie wynik pomiaru rezystancji powinien być zapisany w postaci:<br />
R x =(380±7) Ω<br />
Przy pomiarze „małych” rezystancji stosowana jest metoda<br />
czteropunktowa pomiaru. Polega ona na zasileniu mierzonego rezystora<br />
z oddzielnego źródła prądowego (wbudowanego do multimetru lub<br />
zewnętrznego), np. o prądzie znamionowym 10 mA i pomiarze wywołanego<br />
tym prądem spadku napięcia woltomierzem (np. na zakresie pomiarowym<br />
100 mV). To dodatkowe źródło prądowe „generuje” prąd o natężeniu 100 razy<br />
większym niż źródło wykorzystywane przy pomiarze dużych rezystancji.<br />
Zaciski wyjściowe tego źródła (wbudowanego do multimetru) znajdują się na<br />
tylnej ściance przyrządu. W tej metodzie wymagane jest użycie czterech<br />
przewodów łączących. Dwa z nich doprowadzają do rezystora prąd ze źródła<br />
prądowego, dwa pozostałe doprowadzają zaś powstały spadek napięcia do<br />
zacisków woltomierza (rys.2).<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
4<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
I P =10mA<br />
R X<br />
U X<br />
ZACISKI<br />
WYJŚCIOWE<br />
ŹRÓDŁA<br />
PRĄDOWEGO<br />
V560<br />
ZACISKI<br />
WEJŚCIOWE<br />
WOLTOMIERZA<br />
U N = 100 mV<br />
Rys. 2. Schemat układu do pomiaru rezystancji metodą czteropunktową (multimetr V560).<br />
3. METODY ZEROWE (MOSTKI)<br />
Pomiar rezystancji mostkami zalicza się do metod zerowych. Cechą<br />
metod zerowych jest eliminacja wpływu elektrycznych przyrządów zarówno<br />
wskazówkowych jak i cyfrowych na wartość błędu pomiaru rezystancji.<br />
Mostki do pomiaru rezystancji dzielą się na:<br />
‣ Wheatstone’a (pomiar z wysoką dokładnością rezystancji<br />
z przedziału od ok. 1 Ω do ok. 10 MΩ);<br />
‣ Thomsona (Kelvina) - pozwala na pomiar rezystancji w zakresie<br />
0,000001 Ω – 10 Ω.<br />
Wymienione mostki mogą być laboratoryjne lub techniczne. Na rys. 3<br />
przedstawiony jest schemat ideowy mostka Wheatstone’a. Oprócz rezystora<br />
mierzonego R x występują w nim trzy rezystory wewnętrzne: R 2 , R 3 , R 4<br />
o regulowanych wartościach. W przekątnej pionowej A-B mostka znajduje się<br />
detektor zera (galwanometr magnetoelektryczny G). Zadaniem galwanometru<br />
jest wskazywanie stanu równowagi mostka, to znaczy stanu, w którym różnica<br />
potencjałów między punktami A i B staje się równa zeru. Stan ten otrzymuje się<br />
w wyniku regulacji rezystancji R 2 , R 3 , R 4 , zaś sam<br />
proces regulacji nazywany jest równoważeniem<br />
mostka.<br />
W stanie równowagi mostka mierzona<br />
rezystancja R x jest określona zależnością:<br />
R<br />
R<br />
2 3<br />
R x<br />
.<br />
R4<br />
Rys.3. Schemat ideowy mostka Wheatstone’a<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
5<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
Uwaga: warunkiem równowagi mostka jest równość: U AB = 0.<br />
Zależność ta nie jest zupełnie dokładna, bowiem nie uwzględnia spadków<br />
napięć na odcinkach przewodów łączących poszczególne rezystancje w układ<br />
mostkowy.<br />
Nie powoduje to znaczących błędów o ile rezystancje oporników mostka<br />
znacznie przewyższają rezystancje przewodów łączących. Na przykład<br />
rezystancja miedzianego przewodu łączącego o długości 1 m i polu przekroju<br />
poprzecznego 1,5 mm 2 ma rezystancję ok. 12 mΩ. Stanowi to 0,012 % wartości<br />
100 omowego rezystora.<br />
Błąd nieczułości mostka<br />
Oprócz błędu podstawowego, pomiar rezystancji mostkiem Wheatstone’a<br />
obarczony jest jeszcze błędem nieczułości.<br />
Bezwzględnym błędem nieczułości Δn nazywa się przyrost rezystancji<br />
mierzonej ΔR 1 , wywołujący najmniejsze dostrzegalne przemieszczenie Δa<br />
wskazówki galwanometru. Umownie przyjmuje się Δa = 0,1 mm. Tak więc:<br />
, gdy Δa = 0,1 mm.<br />
n<br />
R x<br />
Techniczny mostek Wheatstone’a MW-4<br />
Techniczny mostek Wheatstone’a MW-4 pozwala na szybki pomiar<br />
rezystancji w zakresie od 0,5 Ω do 500 kΩ. Dokładność pomiaru jest jednak<br />
o wiele mniejsza niż mostka laboratoryjnego i wynosi:<br />
‣ na zakresie 0,5-5 Ω –±2%;<br />
‣ na zakresie 5 Ω-500 kΩ -±1%.<br />
Na rysunku 4 przedstawiono uproszczony schemat takiego mostka.<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
6<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
Rx<br />
R 2<br />
1 2<br />
P2<br />
Rd<br />
X<br />
1<br />
X0<br />
P3<br />
Rb<br />
G<br />
1<br />
10 100<br />
P1<br />
R 3 R 4<br />
Pd<br />
W<br />
U<br />
Rys. 4. Uproszczony układ technicznego mostka Wheatstone’a: P1 - przełącznik zmiany<br />
zakresów pomiarowych; P2 - przełącznik czułości mostka; Pd - potencjometr drutowy.<br />
Równoważenie mostka odbywa się przez obrót suwaka potencjometru<br />
drutowego Pd. Oznacza to zmianę ilorazu R 3 /R 4 aż do osiągnięcia stanu<br />
równowagi. Wynik pomiaru odczytuje się z położenia obrotowej podziałki,<br />
połączonej z pokrętłem potencjometru oraz z uwzględnieniem mnożnika<br />
zakresu. Wartości rezystancji części regulowanej i części stałych są tak dobrane,<br />
aby iloraz R 3 /R 4 mógł zmieniać się w granicach zapewniających zachodzenie na<br />
siebie zakresów pomiarowych, nastawionych przełącznikiem P1. Obecnie<br />
techniczne mostki Wheatstone’a tracą swoje znaczenie, gdyż ich funkcje<br />
przejmują multimetry cyfrowe z funkcją omomierza.<br />
W przypadku pomiaru rezystancji R x
R 3 R 4<br />
K<br />
G<br />
R 3’ R 4 ’<br />
R 1 =R X<br />
r<br />
W Rr U Rw<br />
R 2 =Rp<br />
Rys. 5. Schemat technicznego mostka Thomsona: R 1 =R X - rezystor mierzony; R 2 =R P -<br />
rezystor porównawczy (wzorcowy); R 3 i R 3 ’ oraz R 4 i R 4 ’ - rezystancje ilorazowe (nastawne)<br />
– sprzężone; r - rezystancja mała przewodu łączącego zacisk prądowy A rezystora<br />
mierzonego Rx z zaciskiem prądowym B rezystora porównawczego (wzorcowego) R 2 (Rp).<br />
Rezystancję mierzoną R x (R 1 ) oraz porównawczą R p (R 2 ), o wartościach<br />
zbliżonych do R 1 , przyłącza się do mostka zewnątrz, przy czym wyróżnia się tu<br />
zaciski prądowe (masywne) i napięciowe (o małym przekroju). Regulując<br />
wartościami rezystorów ilorazowych (sprzężonych) R 3 i R 3 ’ oraz R 4 i R 4 ’ osiąga<br />
się stan równowagi mostka objawiający się zerowym wychyleniem<br />
galwanometru ( g =0) a także słuszna jest zależność:<br />
R x = R 1 = R p ∙ R 3<br />
= R<br />
R 2 ∙ R 3 ′<br />
′<br />
4 R 4<br />
4. METODA TECHNICZNA<br />
Metoda techniczna pozwala na pomiar rezystancji przy zadanej wartości<br />
prądu w elemencie badanym. Ma to zasadnicze znaczenie przy pomiarze<br />
rezystancji zależnych od prądu, kiedy to wymagana jest regulacja prądu<br />
pomiarowego w stosunkowo szerokim zakresie w celu wyznaczenia<br />
charakterystyki prądowo - napięciowej badanego elementu. W innych metodach<br />
pomiarowych wartość prądu narzucana jest przez układ pomiarowy (może się<br />
zmieniać w niewielkim zakresie albo ma wartość stałą).<br />
Metoda techniczna polega na pomiarze natężenia prądu I X płynącego<br />
przez element badany oraz napięcia U X panującego na jego zaciskach.<br />
Poszukiwaną wartość rezystancji R X oblicza się następującej według zależności:<br />
U<br />
X<br />
RX<br />
(1)<br />
I<br />
X<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
8<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
Metoda techniczna może być realizowana w układzie „z dokładnym<br />
pomiarem prądu” (rys. 6) albo w układzie „z dokładnym pomiarem<br />
napięcia” (rys. 7). Określenia te oznaczają, że w pierwszym wypadku<br />
amperomierz włączony jest tak, iż mierzy wartość prądu przepływającego<br />
dokładnie przez rezystancję R X , natomiast woltomierz mierzy napięcie na<br />
zaciskach połączonych szeregowo amperomierza i rezystancji R X . W drugim<br />
wypadku pozycja woltomierza w układzie pozwala na pomiar różnicy<br />
potencjałów dokładnie między zaciskami R X , natomiast amperomierz mierzy<br />
sumę prądów płynących przez woltomierz i R X .<br />
4.1. Układ „z dokładnym pomiarem prądu”<br />
W układzie z rys. 6. prąd I A mierzony przez amperomierz jest tożsamy z prądem<br />
I X , zaś napięcie U V mierzone przez woltomierz jest sumą napięcia U X na<br />
nieznanej rezystancji i napięcia U A na amperomierzu.<br />
U A<br />
I A<br />
A<br />
I X<br />
U Z<br />
Zgodnie z prawem Ohma:<br />
V<br />
O<br />
LI<br />
T<br />
E<br />
U V<br />
R X<br />
U X<br />
Rys. 6. Schemat układu z „dokładnym pomiarem prądu”<br />
gdzie:<br />
R X = U X<br />
I X<br />
= U V − U A<br />
I A<br />
U V, , I A - wskazania przyrządów,<br />
R A - rezystancja wewnętrzna amperomierza,<br />
= U V<br />
I A<br />
− R A (2)<br />
U A - spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej amperomierza.<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
9<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
Zależność (2) uwzględnia spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej<br />
amperomierza, który powiększa wskazania woltomierza. Wzór (3) przedstawia<br />
równanie pomiaru wartości rezystancji zastępczej połączonych szeregowo ze<br />
sobą rezystancji amperomierza R A i rezystancji mierzonej R X .<br />
R Xma = U V<br />
I A<br />
(3)<br />
Ponieważ w metodzie technicznej zawsze się korzysta ze wzoru (1), więc<br />
wynika stąd, że w tym układzie taki pomiar obarczony jest błędem. Nie zależy<br />
on od dokładności używanych przyrządów pomiarowych, a tylko od<br />
konfiguracji obwodu. Nazywać go będziemy błędem metody pomiarowej.<br />
Można go obliczyć (względem wartości dokładnej) jako<br />
δ a = |R X − R Xma |<br />
= |R X − (R X + R A )|<br />
= R A<br />
(4)<br />
R X R X R X<br />
Im większa jest wartość badanej rezystancji względem rezystancji<br />
amperomierza, tym błąd metody jest mniejszy. Ten układ pomiarowy<br />
wykorzystuje się do wyznaczania wartości dużych rezystancji.<br />
4.2. Układ „z dokładnym pomiarem napięcia”<br />
Schemat układu przedstawiony jest na rysunku 7. Woltomierz mierzy<br />
napięcie U X = U V , które jest na rezystancji R X , natomiast wskazanie<br />
amperomierza jest sumą prądu I X oraz prądu I V woltomierza.<br />
A<br />
I A<br />
I X<br />
I V<br />
U Z<br />
R X<br />
V<br />
O<br />
LI<br />
T<br />
E<br />
U V<br />
R X<br />
U X<br />
Rys. 7. Schemat układu „z dokładnym pomiarem napięcia”<br />
Dla tego układu, zgodnie z prawem Ohma<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
10<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
R X = U X<br />
I X<br />
= U V<br />
I A − I V<br />
=<br />
U V<br />
I A − U V<br />
R V<br />
(5)<br />
gdzie: U V , I A - wskazania przyrządów, I V - prąd płynący przez woltomierz,<br />
R V - rezystancja wewnętrzna woltomierza.<br />
Wzór (5) przedstawia równanie pomiaru wartości R X , gdy uwzględniony jest<br />
prąd I V pobierany przez woltomierz. Jeżeli jest on dużo mniejszy od prądu I A , to<br />
zależność (5) można uprościć do postaci (6).<br />
R Xmv = U V<br />
I A<br />
(6)<br />
Jest to równanie pomiaru wartości rezystancji zastępczej połączenia<br />
równoległego R X i R V .<br />
W tym układzie błąd metody pomiarowej obliczamy (względem wartości<br />
rzeczywistej) jako<br />
δ v = |R X − R Xmv | R X − R X ∙ R V<br />
R<br />
=<br />
X + R V<br />
= R X<br />
= 1<br />
R X R X R X + R V 1 + R (7)<br />
V<br />
R X<br />
Im większy jest stosunek wartości rezystancji woltomierza do rezystancji<br />
mierzonej, tym błąd metody jest mniejszy. Układ ten stosuje się do pomiaru<br />
małych wartości rezystancji.<br />
Uwaga: Stwierdzenie „mała rezystancja” lub „duża rezystancja” jest<br />
nieprecyzyjne. Można wyznaczyć kryterium stosowania konkretnego układu<br />
biorąc pod uwagę wyznaczone z zależności (4) i (7) błędy metody.<br />
δ a = R A<br />
R X<br />
, δ v = 1<br />
1 + R V<br />
R X<br />
(8)<br />
Dla R X > √R A ∙ R V błąd δ a jest mniejszy niż δ v i stosujemy wtedy metodę<br />
z dokładnym pomiarem prądu.<br />
Dla R X ≈ √R A ∙ R V błędy obu metod są praktycznie takie same.<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
11<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
Mostek techniczny<br />
5. PRZEBIEG <strong>POMIAR</strong>ÓW<br />
5.1. Pomiar dwóch wskazanych przez prowadzącego rezystancji<br />
przy pomocy multimetru BM 202 lub innego<br />
(każdy student wykonuje oddzielnie pomiar każdej z rezystancji i wynik<br />
pomiaru zapisuje w tabeli 2).<br />
Tabela 2.<br />
Metoda pomiaru<br />
rezystancji<br />
Multimetr ………<br />
(zakres pomiarowy,<br />
błąd graniczny)<br />
…………………<br />
…………………..<br />
R x1i ∆ gr (R̂X1 ) R x2i ∆ gr (R̂X2 )<br />
R 1 = R x1 ± R 2 = R x2 ±<br />
±∆ gr (R̂X1 ) ±∆ gr (R̂X2 )<br />
<br />
zakres<br />
pomiarowy<br />
………….<br />
zakres<br />
pomiarowy<br />
………….<br />
5.2. Pomiar rezystancji za pomocą mostka technicznego<br />
Wheatstone’a<br />
(każdy student wykonuje oddzielnie pomiar każdej z rezystancji i wynik<br />
pomiaru zapisuje w tabeli 2).<br />
Kolejność operacji przy pomiarze mostkiem technicznym Wheatstone’a:<br />
zasilić mostek napięciem stałym z zasilacza stabilizowanego (typ 5331)<br />
o wartości dostosowanej do pomiaru wskazanej rezystancji (odpowiednie<br />
wartości napięć są wskazane na tylnej płycie mostka) i przyłączyć do<br />
zacisków R x , a następnie pokrętłami P1 i R p ustawić na przybliżonym<br />
zakresie wartość mierzonej rezystancji (np. jeżeli R x =1287 Ω z pomiaru<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
12<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
Zasilacz<br />
stabilizowany<br />
w p. 5.1, to P1 ustawiamy na mnożnik 10, a Rp na wartość 129, czyli<br />
P1·R p ≈R x );<br />
przycisnąć przycisk G i równoważyć mostek (sprowadzenie wskazówki<br />
galwanometru do „0”) poprzez pokręcanie pokrętła R p . Czynność<br />
wykonywać dla pozycji „0,1”, a następnie powtórzyć dla pozycji „1,0”<br />
(wybór czułości mostka).<br />
wartość rezystancji zapisać w Tabeli 2.<br />
każdą rezystancję zmierzyć na dwóch zakresach pomiarowych mostka.<br />
5.3. Pomiar rezystancji metodą techniczną w układzie<br />
„z dokładnym pomiarem prądu” i „dokładnym pomiarem<br />
napięcia”<br />
1. Połącz układ pomiarowy według rys. 8.<br />
I ogr<br />
W<br />
mA<br />
1 2<br />
P<br />
V<br />
R<br />
X<br />
U X<br />
Rys. 8. Schemat układu pomiarowego<br />
V – woltomierz cyfrowy typu BM-202 lub inny (sprawdź w instrukcji przyrządu,<br />
jakie są jego zakresy pomiarowe przy pomiarze napięcia),<br />
mA - miliamperomierz cyfrowy typu BM-202 lub inny (sprawdź w instrukcji<br />
przyrządu, jakie są zakresy pomiarowe przy pomiarze prądu),<br />
R X - rezystancja mierzona (opornik dekadowy, oporniki wzorcowe).<br />
2. Zwróć uwagę na fakt, iż poszczególne dekady rezystora mają różne wartości<br />
dopuszczalnego prądu. Nie przekraczaj tych wartości w kolejnych<br />
pomiarach!<br />
3. Ustaw regulatory napięcia i prądu zasilacza w pozycji zerowej.<br />
4. Ustaw wartość rezystancji równą 0,01 Ω. Przełącznik P ustaw w pozycji 1.<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
13<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
5. Zastanów się, jaka będzie wartość prądu, który popłynie przez opornik<br />
dekadowy przy napięciu zasilającym, które zamierzasz ustawić na zasilaczu.<br />
Sprawdź czy ustawiony jest odpowiedni zakres pomiarowy<br />
miliamperomierza.<br />
6. Uzyskaj zgodę prowadzącego na włączenie zasilacza.<br />
7. Przy pomocy regulatora prądu ustaw ograniczenie tak, aby nie przekroczyć<br />
dopuszczalnego prąd dla mierzonego rezystora. Przy niewielkich<br />
wartościach rezystancji zasilacz powinien pracować w trybie stabilizacji<br />
prądu. Zwróć uwagę, że w tym trybie regulowanie napięcia zasilacza nie<br />
powoduje zmiany napięcia na mierzonej rezystancji. Zanotuj wyniki<br />
pomiarów w tabeli 3.<br />
8. Przełącznik P ustaw w pozycji 2 i zanotuj wyniki w tabeli 4.<br />
9. Zanim ustawisz kolejną wartość mierzonej rezystancji, sprawdź jej<br />
dopuszczalny prąd i ustaw odpowiednie ograniczenie przy pomocy<br />
regulatora prądu zasilacza.<br />
10. Wykonaj pomiary dla wartości rezystancji R d podanych w tabeli (dla pozycji<br />
1 i 2 przełącznika) uważając każdorazowo, aby nie przekroczyć<br />
dopuszczalnego prądu używanych dekad.<br />
11. Zapisz wyniki kolejnych pomiarów w tabeli 3 i w tabeli 4.<br />
Tabela 3. Wyniki pomiarów i obliczeń w układzie z dokładnym pomiarem prądu.<br />
1 2 3 4 5<br />
R d U V I A R Xa<br />
= U V<br />
|R d − R Xa |<br />
∙ 100%<br />
I A<br />
R d<br />
Ω V mA %<br />
0,01<br />
0,1<br />
1,0<br />
10<br />
100<br />
1k<br />
10k<br />
100k<br />
1 M<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
14<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
Tabela 4. Wyniki pomiarów i obliczeń w układzie z dokładnym pomiarem napięcia.<br />
1 2 3 4 5<br />
R d U V I A R Xv<br />
= U V<br />
|R d − R Xv |<br />
∙ 100%<br />
I A<br />
R d<br />
Ω V mA Ω %<br />
0,01<br />
0,1<br />
1,0<br />
10<br />
100<br />
1k<br />
10k<br />
100k<br />
1 M<br />
12. Wykonaj odpowiednie obliczenia, a wyniki zapisz w tabelach. Pamiętaj, aby<br />
w zapisie każdej liczby wykorzystać najwyżej 3-4 cyfry znaczące.<br />
13. Wykonaj (w protokole ćwiczenia) szkice wykresów wartości z kolumny 5<br />
tabeli 3 i tabeli 4 w zależności od wartości ustawionej rezystancji<br />
(kolumna 1). Na ich podstawie sformułuj własne komentarze.<br />
W sprawozdaniu należy:<br />
1. Wykonać wykresy wartości względnych różnic zmierzonej rezystancji R x<br />
i wartości ustawionej rezystancji R d (kolumna 5 w tabeli 3 i 4) w zależności<br />
od ustawionej rezystancji. Na podstawie analizy tych wykresów należy<br />
sformułować odpowiednie wnioski.<br />
2. Odpowiedzieć na następujące pytania: Czy można stosować metodę<br />
techniczną do pomiaru bardzo małych albo bardzo dużych rezystancji? Jak<br />
można określić zakres wartości mierzonych rezystancji przy użyciu<br />
przyrządów jak na rys. 8?<br />
UWAGA: Jeśli nie jest znana przybliżona wartość rezystancji R x , to trzeba<br />
pamiętać, że każdy opornik charakteryzuje się tzw. mocą dopuszczalną P dop<br />
podaną przez jego wytwórcę. Ponieważ P dop = U ∙ I, więc w trakcie pomiarów<br />
należy tak kontrolować wartości napięcia i prądu, aby ich iloczyn nie<br />
przekroczył wartości P dop .<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
15<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
6. PYTANIA I ZADANIA KONTROLNE<br />
1. Objaśnij istotę metody technicznej pomiaru rezystancji.<br />
2. Narysuj schemat ideowy układu z dokładnym pomiarem prądu i omów<br />
przyczyny błędów pomiaru.<br />
3. Narysuj schemat ideowy układu z dokładnym pomiarem napięcia i omów<br />
przyczyny błędów pomiaru.<br />
4. Który z dwóch układów pomiarowych zastosowałbyś, mając do dyspozycji<br />
woltomierz cyfrowy i dlaczego?<br />
5. Omów budowę i zasadę pomiaru technicznym mostkiem Wheatstone’a.<br />
6. Omów zasadę pomiaru rezystancji multimetrem cyfrowym.<br />
LITERATURA<br />
1. Lebson S. Podstawy miernictwa elektrycznego WNT, Warszawa 1972.<br />
2. Chwaleba A. i inni Metrologia elektryczna WNT Warszawa 2003.<br />
3. Wyrażanie niepewności pomiaru. Przewodnik. Główny Urząd Miar, 1999,<br />
ISBN 83-906546-1-x.<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
16<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji
WYMAGANIA BHP<br />
Warunkiem przystąpienia do praktycznej realizacji ćwiczenia jest<br />
zapoznanie się z instrukcją BHP i instrukcją przeciw pożarową oraz<br />
przestrzeganie zasad w nich zawartych. Wybrane urządzenia dostępne na<br />
stanowisku laboratoryjnym mogą posiadać instrukcje stanowiskowe. Przed<br />
rozpoczęciem pracy należy zapoznać się z instrukcjami stanowiskowymi<br />
wskazanymi przez prowadzącego.<br />
W trakcie zajęć laboratoryjnych należy przestrzegać następujących zasad.<br />
Sprawdzić, czy urządzenia dostępne na stanowisku laboratoryjnym są w<br />
stanie kompletnym, nie wskazującym na fizyczne uszkodzenie.<br />
Sprawdzić prawidłowość połączeń urządzeń.<br />
Załączenie napięcia do układu pomiarowego może się odbywać po<br />
wyrażeniu zgody przez prowadzącego.<br />
Przyrządy pomiarowe należy ustawić w sposób zapewniający stałą<br />
obserwację, bez konieczności nachylania się nad innymi elementami<br />
układu znajdującymi się pod napięciem.<br />
Zabronione jest dokonywanie jakichkolwiek przełączeń oraz wymiana<br />
elementów składowych stanowiska pod napięciem.<br />
Zmiana konfiguracji stanowiska i połączeń w badanym układzie może się<br />
odbywać wyłącznie w porozumieniu z prowadzącym zajęcia.<br />
W przypadku zaniku napięcia zasilającego należy niezwłocznie wyłączyć<br />
wszystkie urządzenia.<br />
Stwierdzone wszelkie braki w wyposażeniu stanowiska oraz<br />
nieprawidłowości w funkcjonowaniu sprzętu należy przekazywać<br />
prowadzącemu zajęcia.<br />
Zabrania się samodzielnego włączania, manipulowania i korzystania z<br />
urządzeń nie należących do danego ćwiczenia.<br />
W przypadku wystąpienia porażenia prądem elektrycznym należy<br />
niezwłocznie wyłączyć zasilanie stanowisk laboratoryjnych za pomocą<br />
wyłącznika bezpieczeństwa, dostępnego na każdej tablicy rozdzielczej w<br />
laboratorium. Przed odłączeniem napięcia nie dotykać porażonego.<br />
Laboratorium Miernictwa wielkości elektrycznych …<br />
17<br />
Ćwiczenie MEN 03: Pomiar rezystancji