20.10.2015 Views

POMIAR REZYSTANCJI

MEN 03 - Wydział Elektryczny - Politechnika Białostocka

MEN 03 - Wydział Elektryczny - Politechnika Białostocka

SHOW MORE
SHOW LESS

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

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!