Laboration 1 Mätning av ström och spänning - KTH

Ellära
IF1330 2009
Laboration 1
Mätning av ström och spänning
Mål
Utrustning
Redovisning
I denna laboration kommer Du att lära dig att hantera digitala multimetrar,
spänningsaggregat och RCL-mätare samt tolka tekniska data ur
instrumentens manualer. Samtidigt ska Du undersöka hur mätningen
påverkar mätobjekten och med vilken noggrannhet och precision
mätningen kan göras.
Digital multimeter (DMM) Fluke45
Spänningsaggregat
RCL-meter
Kopplingsdäck och komponenter
Fyll i svarsblanketten och redovisa för läraren under laborationspasset.
Förberedelseuppgifter
F1: Färgkod
Skriv ned färgkoden för motstånd (resistorer) och förklara hur
motståndsmärkningen tolkas.
F2: Enhetsprefix
Gör en tabell över enhetsprefixen från 10 -18 - 10 18 .
F3: Spännings- och strömberäkningar vid parallellkoppling
Beräkna alla delströmmar och spänningsfall över resistorerna i figur 1.
R1 = 47Ω, R2 = 100Ω, R3 = 1kΩ och R4 = 470Ω.
F4: Spänningsberäkningar vid spänningsdelning
Beräkna spänningarna över R1, R2, R3 resp. R4, i figur 3. Hur ändras
spänningarna då ledningen där I går kopplas bort?
R1 = R4 = 1kΩ, R2 = R3 = 100Ω, R5 = 10Ω.
F5: Inre resistans
Hur kan man beräkna voltmeterns inre resistans, R i , ur spänningsmätningen
i figur 5? Ta fram ett uttryck på R i .
4/17/2009 KTH, Kista 1 (7)

Mätuppgifter
M1: Parallellkoppling
Koppla upp enligt figur 1 på kopplingsdäcket med R1 = 47Ω, R2 = 100Ω, R3 = 1kΩ och
R4 = 470Ω. Ställ in spänningsaggregatet på 5V. Mät spänningsfallen över alla resistorer.
OBS! Strömmarna ska inte mätas! Verifierar de dina beräkningar?
Fyll i tabellen på svarsblanketten och jämför dina uppmätta spänningsvärden med de
beräknade värdena. Överensstämmer värdena? Om inte, vad kan det bero på?
R1
- +
5V
R2
R4
R3
Figur 1.
M2: Seriekoppling
Studera figur 2. R1 = 100Ω. Vilket värde har resistorn RX? RX får du av labhandledaren. Mät
spänningen över resistorn R1 och mät sedan spänningen över spänningsaggregatet. Beräkna
värdet på resistorn RX.
Koppla loss resistorn från kretsen och kontrollmät resistorns resistans med multimetern.
R1
- +
5V
RX
Figur 2.
Överensstämmer ditt beräknade värde med det uppmätta? Om inte, vad kan det bero på?
4/17/2009 KTH, Kista 2 (7)

M3: Spänningsdelning
Koppla upp enligt figur 3. R1 = R4 = 1KΩ, R2 = R3 = 100Ω, R5 = 10Ω.
OBS! Se till att alltid koppla amperemetern i serie med ett motstånd för att undvika för hög
ström. Vid för hög ström går säkringen sönder. Kontrollera att säkringen är hel. Det står i
manualen hur man gör. Koppla sedan in amperemetern enligt figuren och mät strömmen I.
Mät spänningen över R1 och R3, R2 och R4. Förklara eller visa varför det går en ström
igenom ledningen.
Jämför värdena med de beräknade i tabellen på svarsblanketten.
R5
+
R1
R3
-
5V
A
I
R2
R4
Figur 3.
Ta bort amperemetern. (Sätt inte tillbaka ledningen där I går) Hur stora blir nu spänningarna
över motstånden R1, R2, R3 resp. R4. Jämför de uppmätta värdena med de beräknade i tabell.
M4: Mätning av resistans med hjälp av DVM och kontroll av felet vid mätningen.
Mät med RCL-meter och DVM de två motstånden 1.2kΩ och 4.7MΩ och fyll i på
svarsblanketten.
(Ledning: Hur beräknas felet i % utifrån manualens kryptiska uppgifter i appendix A? Ligger
resistans-värdet inom angivet område? Använd RCL-metern som norm.)
4/17/2009 KTH, Kista 3 (7)

M5: Indirekt mätning av mycket små resistanser
I M5 och M6 skall du mäta ström-och spänning samtidigt. Fluke45 har två displayer så det går
bra att använda Fluke45 för detta ändamål förutsatt att ampere- och voltmetrarna kan ha en
gemensam anslutning (COM). Tryck på 2ND följt av önskad mätfunktion.
Mätning av resistansen hos en finsäkring eller 1Ω-resistor.
560Ω
+
U
-
A
R X
V
Figur 4.
OBS! Rx ≈ 1Ω
Använd ca 10V som inspänning och koppla enligt figur 4. Prova först yttre voltmeterkoppling
(voltmetern parallellt med både R x och amperemetern som i figur 4) och sedan inre
voltmeterkoppling (voltmetern parallellt med enbart R x ). Vilken koppling är spänningsriktig,
dvs. mäter den korrekta spänningen över resistansen, och vilken är strömriktig, dvs. mäter den
korrekta strömmen genom resistansen. Hur ska voltmetern kopplas in för att erhålla det mest
korrekta värdet på den här resistansen?
M6: Indirekt mätning av stora resistanser
Använd inspänningen 30V och byt till R x = 4.7MΩ i kopplingen i figur 4. Mät resistansen på
samma sätt som i M5. Ska du nu använda spänningsriktig eller strömriktig koppling?
M7: Indirekt mätning av instrumentets inre resistans
Koppla upp enligt figur 5 med R=4.7MΩ och U=5V.
R
+
U
-
R
V
Figur 5.
Mät spänningen med voltmetern och beräkna voltmeterns inre resistans.
4/17/2009 KTH, Kista 4 (7)

Bilaga Laboration 1
Kopplingsdäcket
Kopplingsdäcket består av hål där du kan sticka in komponenternas anslutningsben. Hålen är
sammankopplade på lite olika sätt, som framgår av figuren nedan. De lodrätt placerade hålen
är sammankopplade i grupper om fem, för att du ska kunna betrakta dem som en
ihopkopplingspunkt. De vågräta är sammankopplade längs hela plattan och är lämpligast att
använda för matningsspänningar. På vissa kopplingsdäck kan den vågräta kontaktlistan vara
uppdelad i två sektioner som inte har kontakt med varandra. De vågräta kontaktlisterna är inte
kopplade till de ”banankontakter”, som finns för anslutning av 4mm kontakter från
labsladdarna. Du får själv förse din platta med kopplingstråd, så att en av de längsgående
skenorna kopplas till den röda kontakten och en till den svarta, t.ex. som i figuren nedan. Där
kopplar du sedan in spänning från likspänningsaggregatet.
Varning!
Kopplingsdäcket är avsett för kopplingstråd med diameter 0,25-0,85 mm. Använder du
komponenter som har tjockare anslutningsben eller anslutningstrådar än den kopplingstråd vi
har i labsalarna kommer du att förstöra fjädringen i kontakterna vilket resulterar i att det blir
glappkontakt.
4/17/2009 KTH, Kista 5 (7)

Svarsblankett
Namn ............................................................................. Grupp ..................
M1: Parallellkoppling
Tabell över beräknade och uppmätta värden:
teoretiskt teoretiskt uppmätt
U 1 = I 1 = U 1 =
U 2 = I 2 = U 2 =
U 3 = I 3 = U 3 =
U 4 = I 4 = U 4 =
Kommentar:____________________________________________________
______________________________________________________________
M2: Seriekoppling
För vilka värden på Rx kommer din koppling att ge hyfsad noggrannhet?
_________________________________________________________________________
M3: Spänningsdelning
Tabell över uppmätta och beräknade spänningsvärden.
Med tvärledningen;
Utan tvärledningen;
teoretiskt uppmätt teoretiskt uppmätt
U 1 = U 1 = U 1 = U 1 =
U 2 = U 2 = U 2 = U 2 =
U 3 = U 3 = U 3 = U 3 =
U 4 = U 4 = U 4 = U 4 =
Kommentar:__________________________________________________
____________________________________________________________
4/17/2009 KTH, Kista 6 (7)

M4: Mätning av resistans med hjälp av DVM och kontroll av felet vid mätningen.
Motstånd 1: markerat värde ___________________ +/- _____________ enl. färgkod
avläst värde DVM ________________ +/- _____________ enl. manual
avläst värde RCL-meter ________________
Motstånd 2: markerat värde ___________________ +/- _____________ enl. färgkod
avläst värde DVM ________________ +/- _____________ enl. manual
avläst värde RCL-meter ________________
Kommentar angående fel vid mätning av resistans:
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
M5: Indirekt mätning av mycket små resistanser
Med spänningsriktig koppling erhölls:_____________________________ Ω
Med strömriktig koppling erhölls: ________________________________ Ω
M6: Indirekt mätning av stora resistanser
Med spänningsriktig koppling erhölls:_____________________________ Ω
Med strömriktig koppling erhölls: ________________________________ Ω
M5 och M6:
Välj alternativ nedan genom att stryka så här; “..mycket större/mindre..”
Spänningsriktig koppling ska användas då R x är mycket större/mindre än R i, amperemeter / R i,
voltmeter
Strömriktig koppling ska användas då R x är mycket större/mindre än R i, amperemeter / R i, voltmeter
M7: Indirekt mätning av instrumentets inre resistans
Uträkning av voltmeterns inre resistans:
Hur stort är inre motståndet i voltmetern enligt mätning (och beräkning)? __________Ω
Hur stort är inre motståndet enligt manualen? ________________________________ Ω
4/17/2009 KTH, Kista 7 (7)