E-Labor im WS / SS. Versuch GS Grundlagen der Labor-Schaltungstechnik

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1 Fakultät II Abteilung Maschinenbau E-Labor im WS / SS Versuch GS Grundlagen der Labor-Schaltungstechnik Gruppe: Verfasser Name Vorname Matr.-Nr. Semester Teilnehmer Teilnehmer BITTE ANKREUZEN Messprotokoll Versuchsbericht Professor(in) / Lehrbeauftragte(r): Datum der Durchführung: Vortestat Testat FH Hannover E-Labor Version: Urheberrechtlich geschützt

2 Hannover Fakultät II E-Labor Laborschaltungstechnik Versuch GS Seite 2 von 4 1 Vorbereitung Arbeiten sie folgende Materialen vor dem Labortermin gründlich durch: Beschreibung: Wie verdrahte ich eine Schaltung Kurzbedienungsanleitung Grundlagen Messen Kurzbedienungsanleitung für das Digitalmultimeter Fluke 73III Berechnen Sie 2.1 bis 2.3, sowie 2.5 und beantworten Sie schriftlich 2.4, 2.6, 2.7 und 2.8 vor dem Labortermin Zeichnen Sie vor dem Labortermin 2.6 Bringen Sie Ihre ausführlichen Berechnungen und schriftlichen Antworten zum Labortermin mit. 2 Berechnungen Berechnen Sie für die Versuchsschaltung nach Bild 1 die Spannungen, Ströme und den Gesamtwiderstand unter Vernachlässigung des Innenwiderstands des Netzteils und der Meßgeräte. Tragen Sie ihre Berechnungsergebnisse in die zugehörigen Tabellen ein : 2.1 Schaltung mit den Schalterstellungen nach Tabelle 1 Tabelle 1: Schaltung 1 S 1 S 2 S 3 U q U 1 /V U 2 /V U 4 /V I/mA I 2 /ma I 3 /ma R Gesamt / Ω Schalterstellung ,0 V berechnet Schalterstellung ,0 V gemessen 2.2 Schaltung mit den Schalterstellungen nach Tabelle 2 und R 1 = 200 Ω Eingestellt: Ω Tabelle 2: Schaltung 2 S 1 S 2 S 3 U q U 1 /V U 2 /V U 4 /V I/mA I 2 /ma I 3 /ma R Gesamt / Ω Schalterstellung ,0 V berechnet Schalterstellung ,0 V gemessen 2.3 Schaltung mit den Schalterstellungen nach Tabelle 3 und R 1 = 200 Ω Eingestellt: Ω Tabelle 3: Schaltung 3 S 1 S 2 S 3 U q U 1 /V U 2 /V U 4 /V I/mA I 2 /ma I 3 /ma R Gesamt / Ω Schalterstellung ,0 V berechnet Schalterstellung ,0 V gemessen 2.4 Welchen Schalter muss ich betätigen um den Widerstand R 1 (200 Ω ) zu messen? (Begründen) 2.5 Widerstände werden entsprechend ihres Einsatzfalls für unterschiedliche Belastungen gefertigt. Berechnen Sie daher die jeweils maximale Leistung, welche in den Widerständen R1 bis R4 umgesetzt wird, wenn die drei Schaltungen an Uq = 30 V betrieben werden. Bewerten Sie, ob die einzelnen Widerstände mit einer Nennbelastung von 4W für alle Belastungsfälle ausreichend dimensioniert sind. FH Hannover E-Labor Version: Urheberrechtlich geschützt

3 Hannover Fakultät II E-Labor Laborschaltungstechnik Versuch GS Seite 3 von 4 Bild 1: Versuchsschaltung 2.6 Vervollständigen Sie den Schaltplan in Bild 2. Dabei ist folgendes zu beachten! Zeichnen Sie mit Lineal und farbigen Stiften die Verdrahtung. Die Verbindung zwischen den Bauteilen soll die gleiche Farbe bekommen, wie die Leitungen (Rot, Blau, Gelb, Schwarz, Grün) im Labor. Zeichnen Sie wie in Punkt 2.1 vorgesehen, alle Strom- und Spannungsmesser in den Schaltplan ein. Bild 2: Schaltplan 2.7 Wäre es in der Praxis sinnvoll alle Strommesser anzuschließen (Begründen)? 2.8 Wo würden Sie den Gesamtwiderstand messen (Skizze)? Was muss dabei beachtet werden? FH Hannover E-Labor Version: Urheberrechtlich geschützt

4 Hannover Fakultät II E-Labor Laborschaltungstechnik Versuch GS Seite 4 von 4 3 Praktischer Teil, Messungen Tabelle 4: Verwendete Geräte Gerät Digitalmultimeter 31999/ Digitalmultimeter 31999/ Digitalmultimeter 31999/ Schalter S / Schalter S / Schalter S / Schiebewiderstand R / Widerstand R / Widerstand R / Widerstand R / Netzteil U q 31999/ Gerätenummer 3.1 Messen Sie den Innenwiderstand des Strommessers R im im Messbereich 300 ma, sowie R 1, R 2, R 3, R 4 und tragen Sie die Werte in die folgende Tabelle ein. Tabelle 5: Messwerte der Widerstände R im/ Ω R 1 /Ω R 2 /Ω R 3 /Ω R 4 /Ω 3.2 Verdrahten Sie die Versuchsschaltung nach Bild 1 unter Verwendung flexibler Labormessleitungen! Achten Sie auf Leitungslängen und Farben! 3.3 Messen Sie für die Versuchsschaltung nach Bild 1 und den Schalterstellungen gemäß Tabellen 1 bis 3: U 1 bis U 4, I, I 2, I 3 und R Gesamt. Tragen Sie die Messwerte in die zugehörigen Tabellen 1 bis 3 ein. 3.4 Nennen Sie drei wesentliche Gründe, warum die gemessenen Werte von den berechneten Werten abweichen FH Hannover E-Labor Version: Urheberrechtlich geschützt

5 Wie verdrahte ich eine Schaltung? Im Sinne einer größtmöglichen Übersichtlichkeit sind zu beachten: Der +Pol der Quelle und das angeschlossene Bauelement werden mit roter Messleitung verbunden Der -Pol der Quelle und das angeschlossene Bauelement werden mit blauer Messleitung verbunden Die Farben Rot und Blau werden nur benutzt, wenn das Messgerät oder das Bauteil direkt mit der Spannungsquelle verbunden sind Messleitungen von externen Messgeräten können beliebig farbig angeschlossen werden Zum weiteren Verdrahten werden die Farben der Messleitung so gewählt, dass die Schaltung für einen Außenstehenden übersichtlich wird Messleitung soll knickfrei und so kurz wie möglich verwendet werden Messleitungen müssen isoliert verlegt werden (Bild 1) Bild 1: Der Stecker der Messleitung darf aus Sicherheitsgründen (Gefahr bei Berührung von Spannungen) nicht ohne Isolierung auf dem Labortisch liegen. Es sollen maximal zwei Stecker auf einer Buchse stecken (Bild 2) Bild 2: Eine Steckeranhäufung an einer Buchse ist aus mechanischen Gründen zu vermeiden Anschluss eines Schiebewiderstands mit Schleifkontakt (Bild 3) A C A C B Bild 3: Schiebewiderstand mit Schleifkontakt Nachdem die Schaltung verdrahtet ist, wird sie vom aufsichtführenden Personal überprüft. Erst danach darf die Spannungsversorgung eingeschaltet werden! B FH Hannover E-Labor Version: Seite 1 von 3 Urheberrechtlich geschützt

6 So wird folgende Messschaltung verdrahtet: B C A S 1 U q V 1 1 L 1 2 R 1 A A 1 A A 2 Bild 4: Stromlaufplan der Messschaltung Die Bauteile werden so auf den Labortisch platziert, wie sie im Stromlaufplan eingezeichnet sind. Bild 5: Platzierung der Bauteile Wenn Sie keine Erfahrung mit dem Verdrahten von Schaltungen haben, dann sollten Sie einen Verdrahtungsplan erstellen. Im Verdrahtungsplan wird angegeben, von wo nach wo eine Verbindung mit welcher Farbe der Messleitung ausgeführt wird. FH Hannover E-Labor Version: Seite 2 von 3 Urheberrechtlich geschützt

7 Tabelle 1: Verdrahtungsplan Farbe von nach Rot Netzteil, +Pol Spannungsmesser, +Pol Rot Spannungsmesser, +Pol Schiebewiderstand, Buchse B Blau Netzteil, -Pol Spannungsmesser, -Pol Blau Spannungsmesser, -Pol Schiebewiderstand, Buchse A Blau Schiebewiderstand, Buchse A Strommesser A 1, -Pol Blau Strommesser A 1, -Pol Strommesser A 2, -Pol Schwarz Schiebewiderstand, Buchse C Schalter S 1, Eingang Gelb Schalter S 1 - Stellung 1, Ausgang Lampe L 1, Buchse A Gelb Lampe L 1, Buchse B Strommesser A 1, +Pol Grün Schalter S 1 - Stellung 2, Ausgang Widerstand R 1, Buchse A Grün Widerstand R 1, Buchse B Strommesser A 2, +Pol B C A S 1 U q V 1 2 L 1 R 1 A A 1 A A 2 Bild 6: Stromlaufplan mit Farbkennzeichnung der Messleitungen Bild 7: Vollständig verdrahtete Messschaltung FH Hannover E-Labor Version: Seite 3 von 3 Urheberrechtlich geschützt

8 Grundlagen Messen Bild 1: Messschaltung Spannungsmessung Aufgabenstellung: Messen Sie die Spannung U 2 der Messschaltung Bild 1 Was ist zu beachten? Drehschalter am Messgerät in die richtige Messposition stellen Messleitungen in die korrekten Messbuchsen stecken Bei der Spannungsmessung wird das Messinstrument parallel zum Verbraucher geschaltet. Bei Spannungen > 330 mv muss der Drehschalter auf V stehen. Bei Spannungen < 330 mv wird der Drehschalter auf 330 mv gestellt. Bild 2: Praktischer Aufbau der Spannungsmessung Hochschule Hannover Version Seite 1 von 4 Labor E-Grundlagen Urheberrechtlich geschützt

9 Strommessung Aufgabenstellung: Messen Sie den Strom I der Messschaltung Bild 1 Was ist zu beachten? Schaltung Spannungsfrei schalten Drehschalter am Messgerät in die richtige Messposition stellen Messleitungen in die korrekten Messbuchsen stecken Strommesser in den Stromkreis schalten (Reihenschaltung) Bei Strömen > 330 ma muss der Drehschalter auf A stehen und die Buchse 10 A beschaltet werden. Bei Strömen < 330 ma muss der Drehschalter auf A stehen und die Buchse 330 m A beschaltet werden. Bild 3: Praktischer Aufbau der Strommessung Hochschule Hannover Version Seite 2 von 4 Labor E-Grundlagen Urheberrechtlich geschützt

10 Widerstandsmessung Aufgabenstellung: Messen Sie den Widerstand R 2 der Messschaltung Bild 1 Was ist zu beachten? Schaltung Spannungsfrei schalten Drehschalter am Messgerät in die richtige Messposition stellen Messleitungen in die korrekten Messbuchsen stecken Den zu messenden Widerstand / Widerstandsgruppe vom Rest der Schaltung trennen Widerstandsmesser parallel zum Widerstand/Widerstandsgruppe schalten Bild 4: Praktischer Aufbau der Widerstandsmessung Hochschule Hannover Version Seite 3 von 4 Labor E-Grundlagen Urheberrechtlich geschützt

11 Weitere Regeln zum Messen Bei unbekannten Spannungen oder Strömen immer mit dem größten Messbereich beginnnen, das Messgerät könnte sonst Schaden nehmen. Wenn Sie annähernd den Meßwert im großen Messbereich bestimmt haben, dann wenn möglich, den Messbereich wählen, der die Genauigkeit erhöht. Bei Wechselspannungen und Wechselströmen die Messbereiche mit dem Sinussymbol wählen. Es wird immer der Effektivwert angezeigt. Bild 5: Messgerät Hochschule Hannover Version Seite 4 von 4 Labor E-Grundlagen Urheberrechtlich geschützt

12 73 Series III Multimeter Gebrauchsanweisung Bitte zuerst lesen: Sicherheitsinformationen W Zur Vermeidung von Beschädigung des Messgeräts, Stromschlag oder Verletzungen folgende Vorschriften einhalten: Das Gerät nicht in Betrieb nehmen, falls das Gerät oder die Messleitung beschädigt sind oder falls eine Fehlfunktion vermutet wird. Sicherstellen, dass die Prüfspitzen und der Drehschalter in der passenden Stellung für die jeweilige Messung sind. In einem stromführenden Stromkreis niemals Widerstand messen. Niemals eine Spannungsquelle mit den Prüfspitzen berühren, wenn die Messleitung an der 10 A- oder 300 ma- Eingangsbuchse angeschlossen sind. Das Messgerät nie in Stromkreisen mit über 4800 Voltampere verwenden. Niemals eine höhere Spannung als die Nennspannung zwischen den Eingangsbuchsen und Erde anlegen. Besondere Vorsicht ist bei Spannungen über 60 V Gleichspannung rms oder 30 V Wechselspannung rms geboten. Derartige Spannungen können Stromschläge auslösen. Die Finger bei der Durchführung von Messungen stets hinter dem Fingerschutz der Prüfspitzen belassen. WAchtung Zur Vermeidung falscher Messwerte, die zu Stromschlag oder Verletzungen führen können, die Batterien ersetzen, sobald der Anzeiger für schwache Batterie (M) eingeblendet wird. Symbole W Vorsicht: Wichtige Informationen. Siehe Anleitungsblatt. MAN Manueller Bereich. T Schutzisolierung M Schwache Batterie. Batterie ersetzen. CAT II Überspannungsinstallationskategorie gemäß IEC CAT II-Geräte schützen gegen Spannungsspitzen durch über eine Festinstallation versorgte Geräte, z.b. Fernseher, PCs und andere Haushaltsgeräte. February 2002 (German) 1997, 1998, 2002 Fluke Corporation. All rights reserved.

13 Anschlüsse Ampere Volt, Ohm, Diodenprüfung 10A V 600V CAT 300 ma FUSED COM Milliamp Gemeinsamer Anschluss ht2f.eps Hinweise zum Überlastungsschutz siehe den Abschnitt Technische Daten. Drucktaste Die Drucktaste wird verwendet, um einen festgelegten Bereich zu wählen oder um das Gerät in die automatische Betriebsart Touch Hold (Halten des Messwerts) zu schalten. Automatische Bereichswahl Beim Einschalten wählt das Gerät automatisch die automatische Bereichswahl. Manuelle Bereichswahl Die manuelle Bereichswahl ist in den Betriebsarten V Wechselspannung, V Gleichspannung, Ohm, A Wechselstrom und A Gleichstrom verfügbar. Die manuelle Bereichswahl und die Betriebsart Touch Hold können nicht gleichzeitig verwendet werden. Wenn das Messgerät auf manuelle Bereichswahl eingestellt ist, wird MAN angezeigt. MAN Kurzzeitig V + _ ht14f.eps Um auf automatische Bereichswahl zurückzuschalten, R eine Sekunde lang drücken oder die Messfunktion wechseln.

14 Automatische Betriebsart Touch Hold (Messwert halten) W Warnung Um Stromschläge zu vermeiden, die Betriebsart Touch Hold nicht verwenden, um festzustellen, ob ein Hochspannungskreis stromführend ist. Die Betriebsart Touch Hold kann keine Messwerte halten, die instabil oder rauschgestört sind. In der Betriebsart Touch Hold werden stabile Messwerte automatisch erfasst und in der Anzeige gehalten. R zwei Sekunden lang drücken. Wenn das Messgerät die Betriebsart Touch Hold verwendet, wird HOLD angezeigt. HOLD V DC HOLD V DC HOLD V DC 2 Sekunden V V V + + _ Einzelton ht3f.eps Wenn das Gerät neue Messdaten erfasst, ertönt ein einzelnes Tonsignal und ein neuer Messwert erscheint in der Anzeige. Hinweis Streuspannungen können eine neue Messung auslösen. Um die Betriebsart Touch Hold auszuschalten, R drücken oder die Messfunktion wechseln. Die Betriebsart Touch Hold und die manuelle Bereichswahl können nicht gleichzeitig verwendet werden. Balkenanzeige Die Balkenanzeige zeigt die Messwerte im Verhältnis zum Skalenendwert des angezeigten Messbereichs und gibt die Polarität an. hr16f.eps

15 Betriebsbereitschaft Wenn das eingeschaltete Gerät eine Stunde lang (bzw. 20 Minuten lang in einer Diodenprüfung) inaktiv ist, erscheint eine leere Anzeige mit einigen Balkensegmenten. Um den Betrieb wieder aufzunehmen, den Drehschalter betätigen oder die Taste R drücken. Wechselspannung und Gleichspannung (K L ml) Volt Wechselstrom Volt Gleichstrom Millivolt Gleichstrom V AC V V DC V mv + _ + _ + _ ht4f.eps Widerstand (e) Das Gerät ausschalten und alle Kondensatoren entladen. Falls an einer Komponente eine externe Spannung anliegt, ergibt die Widerstandsmessung ungültige Werte. k + _ hr6f.eps

16 Durchgangsprüfung ( R ) + _ + _ Falls Durchgang besteht (Widerstand < 210 Ω), werden wiederholte Tonsignale abgegeben. In der Betriebsart Touch Hold gibt das Gerät zwei Tonsignale ab. Strom (? A) W Warnung Um Verletzungen zu vermeiden, keine Strommessungen durchführen, wenn die Spannung des unterbrochenen Stromkreises die Nennspannung des Messgeräts übersteigt. Um zu vermeiden, dass die Eingangsstromsicherung durchbrennt, zuerst die 10 A-Buchse verwenden, bis feststeht, dass der Strom unter 300 ma ist. Die Stromversorgung des Stromkreises ausschalten. Den Stromkreis auftrennen (Für Stromkreise über 10 Ampere eine Stromzange benutzen). Das Gerät wie in der Abbildung gezeigt in Reihe zum Stromkreis schalten und die Stromversorgung einschalten. hr5f.eps 1 DC VA _ 3 hr8f.eps

17 Genauigkeitsspezifikationen Die Genauigkeit wird für einen Zeitraum von einem Jahr nach der Kalibrierung bei 18 C bis 28 C und einer relativen Luftfeuchtigkeit bis 90 % angegeben. Wechselstrom wird unter Wechselstromfilterkopplung und Mittelwertbildung konvertiert und ist gegen die mittlere quadratische Abweichung einer Sinuskurve kalibriert. Technische Daten für die Genauigkeit: ±([% des Messwertes] + [Anzahl der niederwertigsten Stellen]) Funktion Bereich Genauigkeit L 3,200 V, 32,00 V, 320,0 V 600 V ±(0,3 %+1) ±(0,4 %+1) ml 320,0 mv ±(0,3 %+1) K (45 bis 500 Hz, 3,2 V-Bereich. Andere Bereiche 45 bis 1 khz) e 3,200 V, 32,00 V, 320,0 V, 600 V 320,0 Ω 3200 Ω, 32,00 kω, 320,0 kω, 3,200 MΩ 32,00 MΩ ±(2 %+2) ±(2 %+2) ±(0,5 %+2) ±(0,5 %+1) ±(0,5 %+1) ±(2 %+1) G R 2,0 V ±(1 % typisch) Funktion Bereich Genauigkeit Typische Lastspannung? (45 Hz bis 1 khz) 32,00 ma, 320,0 ma 10,00 A * ±(2,5 %+2) ±(2,5 %+2) 6 mv/ma 50 mv/a A 32,00 ma, 320,0 ma 10,00 A * ±(1,5 %+2) ±(1,5 %+2) 6 mv/ma 50 mv/a * 10 A kontinuierlich oder 20 A Überlast für maximal 30 Sekunden.