Praktikum GEP2 Technische Informatik HAW Hamburg. Versuch 3. Messen nichtelektrischer Größen und kleinster Widerstände.

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1 Versuch 3 Messen nichtelektrischer Größen und kleinster Widerstände Gruppe: Tisch: Versuchsdatum:.. Teilnehmer: Korrekturen: Testat: Vers. 17/18 Versuch 3 1 / 5

2 Lernziel Ziel ist die Auseinandersetzung mit der messtechnischen Bedeutung der Wheatstone-Brücke. Dabei soll die Brückenschaltung in ihren beiden prinzipiellen Betriebsarten verstanden werden nämlich als Abgleichbrücke und Anzeigebrücke. In der Brückenschaltung kommen beispielhaft zwei Widerstandssensoren zum Einsatz: temperaturabhängige Widerstände (Metall (Pt) und NTC) kraftsensitive Dehnungsmessstreifen-Widerstände (DMS). Ziel des Versuchs ist es, das theoretische Wissen um die unterschiedlichen physikalischen Abhängigkeiten dieser Sensoren in anwendungsorientierten Versuchen nachzuvollziehen und zu festigen. Hierbei soll auch verstanden werden, warum zur Erhöhung der Empfindlichkeit die Sensoren in einer Wheatstone-Brücke verschaltet werden. Vorzubereitende Themen Dehnungsmessstreifen (DMS) temperaturabhängigkeit des Widerstandes von Metallen und NTC-Materialien Messung von Widerständen in einer Brückenschaltung, Anzeigebetrieb und Brückenabgleich, Vollbrücke Messung sehr kleiner Widerstände mit der Vierleiter-Anschlusstechnik Vorausberechnungen Berechnen Sie unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit eines Pt-100 Widerstandes ( ) = 0 [ ] die Temperatur bei ( ) =115,0, 130,0 und 160,0 ( = 3, / C, = 0, / C 2, 0 = 100,0 ). Stellen Sie ( ) für den obigen Bereich - im DIN A4 Format - grafisch dar! egeln zur Versuchsdurchführung und Protokollerstellung siehe Durchführungshinweise zum Praktikum! Vers. 17/18 Versuch 3 2 / 5

3 1. Waage mit vier DMS in Vollbrückenschaltung Ziel: Messaufbau: Waage für den Messbereich: 0g m 200g Biegestab mit vier DMS-Widerständen ( 600 ; I max = 20mA) als Vollbrücke, Betriebsspannung B 10V, ab ist die Brückenspannung. Parallel zu einem DMS wird eine Widerstandsdekade geschaltet (für Nullabgleich). Kalibrieren der Brücke und Messung: 1. Aufgrund geringer nterschiede in den Widerstandswerten der DMS sowie der Vorspannung des Biegestabes durch sein Eigengewicht ist die Brückenspannung im unbelasteten Zustand nicht exakt 0V. Mit Hilfe des Dekadenwiderstandes muss die unbelastete Brücke daher zunächst auf 0V abgleichen werden. Überlegen Sie, zu welchem DMS die Dekade parallel zu schalten ist und in welcher Größenordnung der Widerstandswert etwa liegen könnte. 2. Im Anschluss daran muss die Betriebsspannung der Brücke so eingestellt werden, dass sie die gewünschte Empfindlichkeit von 10mV/kg hat (Kalibrierung). Wie groß ist dann die Betriebsspannung B? 3. Die Kennlinie ab(m) ist grafisch darzustellen. 4. Ermitteln Sie die (relative) Verstimmung r bei m = 200g. Vers. 17/18 Versuch 3 3 / 5

4 2. Temperaturmessungen Teil A: Messung Die Brückenschaltung ist gemäß Abb.1 aufzubauen: Es gilt: B ca. 6,0V L HV x : Pt-100 des Messobjekts, 2 : Widerstandsdekade, 3 = 100,0 und 4 = 1000,0 (Präzisionswiderst.) An jeder Messposition sind möglichst zeitgleich folgende Messwerte aufzunehmen und in einer Tabelle festzuhalten: a) Widerstandswert des Pt-100 durch Brückenabgleich, b) Widerstandswert des NTC durch direkte Widerstandsmessung (Ohmmeter), c) Temperaturmessung direkt mit einer Pt-Sonde und dem MetraHit 18S (Temperaturmessbereich). b a V 2 B V bba Teil B: Auswertung (alle Ergebnisse sind in eine Tabelle einzutragen) zu a) Pt-100 (Messbrücke): Berechnen Sie aus dem gemessenen die zugehörigen Temperaturen. Stellen Sie die Messergebnisse in einer Tabelle und gleichzeitig in der vorausberechneten Kennlinie = f( ) dar. zu b) NTC: Stellen Sie unter Verwendung der unter Teil A gemessenen Temperaturen die 5 Widerstandswerte (T) grafisch dar: Ordinate: (T)/ in logarithmischer Teilung, Abszisse: Temperatur T. zu c) Pt- Sonde als eferenz (Direktmessung mit MetraHit 18S): Vergleichen Sie die Temperaturen aus a) mit denen der Pt- Sonde. Welche Zeit braucht die Sonde etwa, um sich auf einen stationären Endwert einzustellen? Vers. 17/18 Versuch 3 4 / 5

5 N bba N V V L HV 3. Messung sehr kleiner Widerstände Mit Hilfe der nebenstehenden Schaltung soll der Widerstand einer Drahtprobe ohne Verfälschung durch Kontaktwiderstände aus der Messung der Spannungen N und ermittelt werden. Benutzen Sie dazu einen Normalwiderstand N = 1,0 (± 0,02%). Der Strom ist durch einen Vorwiderstand v auf I max = 100mA zu begrenzen. Der Spannungsmesser soll mit einem 2-poligen mschalter an N bzw. angeschlossen werden. a) Bestimmen Sie. Skizzieren Sie den genauen Messaufbau, aus dem die Vierleiteranschluss-Technik hervorgeht. Geben Sie mit rel. Messunsicherheit an. b) Überprüfen Sie den unter a) gemessenen Wert von mit einem Milliohmmeter. c) Berechnen Sie daraus den spezifischen elektrischen Leitwert σ aus der Drahtlänge und dem Durchmesser (Einheit: m/ mm 2 ). Geben Sie σ an. m welches Material könnte es sich handeln? 2. Vers. 17/18 Versuch 3 5 / 5