Klasse : Name : Datum :

Transkript

1 von Messgeräten; Messungen mit Strom- und Spannungsmessgerät Klasse : Name : Datum : Will man mit einem analogen bzw. digitalen Messgeräte Ströme oder Spannungen (evtl. sogar Widerstände) messen, so muss man über die der essenen Größe Bescheid wissen. Güteklassen analoger Messgeräte naloge Messgeräte zur Messung elektrischer Größen werden je nach ihrer nzeigengenauigkeit in Güteklassen eingeteilt, die auf den Geräten (rechts unten!) angegeben sind. Das abgebildete Strommessgerät hat die Güteklasse 2,5. Dieser Zahlenwert bedeutet, dass der vom Messgerät angezeigte Zahlenwert einer Messung um 2,5% vom Skalenendwert abweichen kann. Der absolute einer jeden Messung in diesem beträgt somit: Das hat nun folgende uswirkungen: = 2,5% 100µ = 2, 5µ abgelesener Messwert bsoluter elativer 100µ 50µ 20µ 2,5µ 2,5µ 2,5µ 2,5µ 100 µ = 2,5% 2,5µ 50 µ = 5,0% 2,5µ 20 µ = 12,5% Der relative wird also umso größer, je kleiner der abgelesene Messwert ist. Folgerung: m den relativen möglichst klein zu halten ist es zweckmäßig elektrische Messinstrumente im letzten Skalendrittel zu benutzen. Wenn möglich also in den kleinstmöglichen umschalten! 1

2 von Digitalmultimetern (DMM) sklassen (also auf den bezogene sangaben) gibt es bei Geräten mit digitaler nzeige nicht. Die des Messwerks von DMM hängt aber auch vom ab: berechnung für eine Gleichstrommessung (DC) mit einem DMM: Das Messwerk eines DMM hat einen nzeigebereich von Dem entsprechen 2000 Digits. st also der auf 200 m eingestellt so bedeutet das, dass 1 Digit einer Stromstärke von 200m = 0,1m entspricht Wird also in dieser Einstellung eine Stromstärke von 120 m angezeigt, dann beträgt der absolute : = ± 1, 0% Messwert + 2 Digits ( ) ( ) = ± 1,0% 120m + 2 0,1m = ± 1,4m uflösung Frequenz Gleichspannung 200 m ± (0,6% + 5dgts) 0,1 m 2 ± (0,6% + 5dgts) 1 m 20 ± (0,6% + 5dgts) 10 m 200 ± (0,6% + 5dgts) 100 m 1000 ± (1,0% + 5dgts) 1 Eingangsimpedanz: 10MOhm Wechselspannung 2 ± (1,0% + 5dgts) 1 m 40 Hz bis 400 Hz 20 ± (1,0% + 5dgts) 10 m 40 Hz bis 400 Hz 200 ± (1,0% + 5dgts) 100 m 40 Hz bis 400 Hz 750 ± (1,2% + 5dgts) 1 40 Hz bis 400 Hz Eingangsimpedanz: 10MOhm, <100 pf Messung und nzeige des Effektivwertes der Wechselspannung bei sinusförmi Messsignal Gleichstrom DC (n und m und ) 200 µ ± (1,0% + 2dgts) 0,1 µ 2 m ± (1,0% + 2dgts) 1 µ 20 m ± (1,0% + 2dgts) 10 µ 200 m ± (1,0% + 2dgts) 0,1 m 20 ± (1,2% + 8dgts) 10 m Wechselstrom C (n und m und ) 200 µ ± (1,0% + 5dgts) 0,1 µ 40 Hz bis 400 Hz 2 m ± (1,0% + 5dgts) 1 µ 40 Hz bis 400 Hz 20 m ± (1,0% + 5dgts) 10 µ 40 Hz bis 400 Hz 200 m ± (1,0% + 5dgts) 0,1 m 40 Hz bis 400 Hz Widerstand 20 ± (2,2% + 5dgts) 10 m 40 Hz bis 400 Hz 200 Ohm ± (1,0% + 3dgts) 0,1 Ohm 2 kohm ± (1,0% + 3dgts) 1 Ohm 20 kohm ± (1,0% + 3dgts) 10 Ohm 200 kohm ± (1,0% + 3dgts) 0,1 kohm 2 MOhm ± (1,0% + 3dgts) 1 kohm 20 MOhm ± (1,5% + 5dgts) 10 kohm chtung: Bei der Strommessung ist der nnenwiderstand von Digitalmultimetern in der egel höher (also schlechter) als bei analogen Drehspulmessgeräten! Bei ollausschlag tritt i.d.. ein Spannungsabfall von 200 m am DMM auf. 2

3 Einfluss von Strom- und Spannungsmessgerät auf das Messergebnis Möchte man den elektrischen Widerstand eines elektrischen Bauteils bestimmen, so muss man die am Widerstand abfallende Spannung und den durch den Widerstand fließenden Strom messen. Dazu sind prinzipiell zwei Schaltungen möglich. 1. Spannungsrichtige Schaltung 2. Stromrichtige Schaltung Bei der Spannungsrichtigen Schaltung wird exakt die am Widerstand abfallende Spannung essen. n diesem Fall liegt jedoch eine Beeinflussung der Stromstärkemessung vor, da durch das mperemeter die Gesamtstromstärke von Widerstand und oltmeter fließt. Die essenen Stromstärke. ist somit mit einem systematischen behaftet. Diesen kann man jedoch rechnerisch erfassen und damit die Stromstärke durch den Widerstand berechnen. Nach der Kirchhoffschen Knotenregel gilt: = + mit der Stromstärke durch das oltmeter. Löst man nach auf, so erhält man: = = Dabei ist die essene Spannung am Spannungsmessgerät und der nnenwiderstand des Spannungsmessgeräts. Bei der Stromrichtigen Schaltung wird exakt der durch den Widerstand fließende Strom essen. n diesem Fall liegt jedoch eine Beeinflussung der Spannungsmessung vor, da durch das oltmeter die am Widerstand und am mperemeter abfallende Spannung essen wird. Die essenen Spannung ist somit mit einem systematischen. behaftet. Diesen kann man jedoch rechnerisch erfassen und damit die Spannung, die am Widerstand abfällt, berechnen. Nach der Kirchhoffschen Maschenregel gilt: = + mit der am mperemeter abfallenden Spannung. Löst man nach auf, so erhält man: = = Dabei ist die essene Stromstärke und der nnenwiderstand des Strommessgeräts. Welche Schaltung man nun letztendlich verwendet hängt von der Größenordnung des zu bestimmenden Widerstand ab. m ergleich zum nnenwiderstand des Spannungsmessers sind diese eher klein, so dass für >> gilt: = = 0 3

4 ersuchsziel: Bestimmung verschiedener unbekannter Widerstände durch Strom- und Spannungsmessungen mittels analoger Geräte und digitaler Messgeräte (DMM); vergleich mit dem Messwert des Widerstands essen mit dem Ohmmessbereich eines DMM. Die dabei auftretenden toleranzen sollen berücksichtigt werden und der Gesamtfehler des Widerstand mittels rechung bestimmt werden. ersuch 1: Die Größe des Widerstands 3 wird mit einer Spannungsrichtigen Schaltung bestimmt. Benötigte Geräte Netzgerät als Spannungsquelle = 3, 0 Spannungsmessgerät Strommessgerät DMM Widerstand 3 Steckbrett erschiedene Kabel ersuchsaufbau 3 chtung: Der ersuch darf erst nach Kontrolle durch die Lehrkraft in Betrieb genommen werden. Messungen mit den analogen Messgeräten: (Güteklasse:...) Strom bsoluter elativer Spannung bsoluter elativer Somit ergibt sich nach dem ohmschen Gesetz für den Widerstand : = = Den relativen des Widerstands erhält man aus der Summe der beiden relativen aus der Strom- und Spannungsmessung. Somit gilt: 4

5 Für den Widerstand gilt nun: = ± = Messungen mit dem DMM: Strom elative nzahl der bsoluter elativer Spannung elative nzahl der bsoluter elativer Somit ergibt sich nach dem ohmschen Gesetz für den Widerstand : = = Der relativen des Widerstands beträgt: Für den Widerstand gilt nun: = ± = Widerstandsbestimmung mit dem Ohmmessbereich des DMM: Widerstand elative nzahl der bsoluter elativer = 5

6 Hausaufgabe 1: Notieren Sie sich die Farbreihenfolge der inge auf ihrem Widerstand 3. Erklären Sie, wie man mit Hilfe dieser Farbringe den Wert des Widerstands bestimmen kann. ersuch 2: Der Widerstands 3 wird durch ein Glühlämpchen ersetzt. Der Wert des Widerstands dieses Glühlämpchens soll bestimmt werden Benötigte Geräte Netzgerät als Spannungsquelle = 5, 0 Spannungsmessgerät Strommessgerät DMM Widerstand 3 Steckbrett erschieden Kabel ersuchsaufbau Lampe chtung: Der ersuch darf erst nach Kontrolle durch die Lehrkraft in Betrieb genommen werden. Messungen mit den analogen Messgeräten: (Güteklasse:...) Strom bsoluter elativer Spannung bsoluter elativer Somit ergibt sich nach dem ohmschen Gesetz für den Widerstand : = = Der relativen des Widerstands beträgt: Für den Widerstand gilt nun: 6

7 = ± = Messungen mit dem DMM: Strom elative nzahl der bsoluter elativer Spannung elative nzahl der bsoluter elativer Somit ergibt sich nach dem ohmschen Gesetz für den Widerstand : = = Der relativen des Widerstands beträgt: Für den Widerstand gilt nun: = ± = Widerstandsbestimmung mit dem Ohmmessbereich des DMM: Widerstand elative nzahl der bsoluter elativer = Hausaufgabe 2: Erklären Sie kurz, was man unter einem LD versteht und nennen Sie zwei nwendungsbereiche. 7