Fachhochschule Kiel Fachbereich Informatik und Elektrotechnik Labor für Grundlagen der Elektrotechnik

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1 Fachhochschule Kiel Fachbereich Informatik und Elektrotechnik Labor für Grundlagen der Elektrotechnik Laborbericht zur Aufgabe Nr. 123 Messen von Widerständen Name: Name: Name: Bewertung: Bemerkungen / Korrekturen: Gruppe: Vortestat: Abgabe: Berichts- Testat: Geräteliste Nr. Geräteart Hersteller / Typ Inventar-Nr Plagiatsklausel: Die Studierenden erklären mit der Abgabe ihres Berichts, dass Sie alle verwendeten Quellen im Bericht korrekt erwähnt haben und dass dieser Bericht vollständig ihre eigene Arbeit ist. Nicht zulässig ist die Weitergabe eigener Berichte oder die Nutzung fremder Berichte.

2 EG-Labor Vorbereitung zu Nr. 123 (Messen von Widerständen) Die folgenden Aufgaben sind zur Vorbereitung des Laborversuchs zu bearbeiten und werden zum Beginn des Labortermins kontrolliert. Gruppe: (= GR) Nutzen Sie folgende Daten für die Vorbereitungsaufgaben: Innenwiderstände: R A = 30 Ω, R V = 1 MΩ (Amperemeter bzw. Voltmeter) Messobjekt: = ( GR) Ω = In den folgenden Aufgaben soll die Messung des Wertes von mit Hilfe einer Strom- Spannungsmessung vorbereitet werden. a) Komplettieren Sie dazu die gegebene Schaltung zu einer spannungsrichtigen Messschaltung mit einer einstellbaren Spannungsquelle, indem Sie u.a. ein Voltmeter geeignet platzieren und das Schaltungssymbol der Quelle ergänzen. Deuten Sie die Innenwiderstände R A und R V der Messgeräte an. Quelle Messgeräte Messobjekt I 1 A I 2 U 1 U 2 b) Berechnen Sie mit bekannten Formeln den zu erwartenden relativen systematischen Fehler der Schaltung. Geben Sie zum Vergleich an, welcher Fehler bei einer stromrichtigen Messung zu erwarten wäre. c) Nehmen Sie U 2 = 5 V an und berechnen Sie alle angegebenen Strom- und Spannungsgrößen in der Schaltung und dazu die beiden Fehlergrößen an den Messgeräten. Geben Sie an, welcher Messwert (R m = U 2 /I 1 ) sich ergibt. Ermitteln Sie durch Vergleich mit dem richtigen Wert für den absoluten Messfehler. Verwenden Sie in der Zwischenrechnung mindestens 4 Stellen.

3 EG-Labor Aufgabenblatt zu Nr. 123 (Messen von Widerständen) Mit (N) markierte Aufgaben sind in der Nachbearbeitung im Bericht zu erledigen. 1. Messung eines Normreihen-Widerstands 1.1 Ein farbkodierter Widerstand steht zur Verfügung. Bestimmen Sie den Widerstandswert und die Toleranz. Geben Sie den Bereich des möglichen Widerstandswerts dazu an. 1.2 Messen Sie den Widerstand des Bauteils mit einem guten Multimeter. Geben Sie die Abweichung vom Nennwert an. Berechnen Sie aus den Gerätedaten den Fehler der Messung und den Bereich des möglichen Widerstandswerts dazu. 1.3 (N) Die maximale Belastbarkeit des Widerstands beträgt P max = W. Berechnen Sie dazu die maximal zulässige Spannung und den zugehörigen Strom. 2. Wheatstone-Brücke Bauen Sie mit dem in Aufgabe 1 genutzten Widerstand als Messobjekt eine Brückenschaltung auf. Der Abgleich erfolgt mit einem Potentiometer für R 1 und R 2. Ermitteln Sie die Gerätedaten dazu. R 4 soll nur den Wert 1, 2 oder 5 in der ersten Stelle aufweisen, alle anderen Stellen sind 0 (R 4 = 500 Ω, 1000 Ω, 2000 Ω...). Stellen Sie diesen Wert mit einer Widerstandsdekade ein. Führen Sie die Messung mit U q V durch und ermitteln Sie. (N) Vergleichen Sie das Ergebnis mit Messung 1 und diskutieren Sie Abweichungen und Fehler. 3. U-I-Messung an einem linearen Widerstand 3.1 Bauen Sie die gegebene spannungsrichtige Messschaltung mit einer einstellbaren Spannungsquelle auf. Stellen Sie an einer Widerstandsdekade als Messobjekt den Wert aus der Vorbereitungsaufgabe ein. Ermitteln Sie die Gerätedaten der Dekade (Abweichung F RX ) und der Messgeräte (Innenwiderstände R A, R V ). Berechnen Sie den zu erwartenden relativen systematischen Fehler. 3.2 Nehmen Sie mindestens 10 Messwerte mit Spannungen bis U q,max = V auf. Berechnen Sie für jeden Messpunkt den Widerstand R(U) und erstellen Sie ein Diagramm mit I(U) und R(U). 3.3 (N) Ermitteln Sie über alle Messpunkte den Mittelwert und die Streuung. Geben Sie jeweils die verwendeten Formeln bzw. Hilfsmittel an. Vergleichen Sie den Mittelwert mit dem Einstellwert ( Δ R = R ). Kommentieren Sie die Abweichung und stellen Sie fest, ob sie mit den bekannten Gerätedaten im Einklang steht. 4. U-I-Messung an einem nichtlinearen Widerstand (Optionale Aufgabe) Führen Sie mit der Schaltung aus Aufgabe 3 eine U-I-Messung an einer Glühlampe durch. Ermitteln Sie die Grenzdaten des Messobjekts und berechnen Sie daraus einen Widerstandswert. Beginnen Sie die Messung mit sehr kleinen Spannungswerten (< U max /50) oder wählen Sie gleichförmige Stromschritte. Nehmen Sie Werte bis U = U max bzw. I = I max auf und erstellen Sie ein Diagramm mit I(U) und R(U). (N) Diskutieren Sie das Ergebnis im Vergleich zu Aufgabe 3.

4 EG-Labor Bericht zur Aufgabe 123 (Messen von Widerständen) Messung eines Normreihen-Widerstands 1.1 Bestimmung des Widerstands Ring 1 Ring 2 Ring 3 Ring 4 Nennwert Toleranz (in % und Ω) Widerstandsbereich (von-bis) 1.2 Messen des Widerstandswerts mit einem Multimeter Messwert Abweichung vom Nennwert absolut relativ Fehlergrenze Anzeigefehler absolut relativ 1 Digit = Widerstandsbereich (von-bis) Formeln und Zwischenrechnungen: 1.3 Grenzwerte (mit Formeln für U und I) Belastbarkeit P max = Max. Spannung U max = Max. Strom I max =

5 EG-Labor Bericht zur Aufgabe 123 (Messen von Widerständen) Wheatstone-Brücke Messschaltung U q = V R V = 100 Ω R 4 = R V R 1 R 12 = R 1 + R 2 = Gerätedaten: U q R 2 R 4 F R4 = ± (... % R mω) = F R12 = Messergebnis: (Formeln angeben) Zum Vergleich: Nennwert von Aufgabe 1.2 (Multimeter) R 1 = R 2 =,BRÜCKE =,NENN =,MM = Diskussion und Vergleich der Ergebnisse:

6 EG-Labor Bericht zur Aufgabe 123 (Messen von Widerständen) U-I-Messung an einem linearen Widerstand 3.1 Messschaltung: Markieren Sie die Messgeräte, z.b. mit der lfd. Nr. der Geräteliste U q,max = V I A = Ω U q V U Gerätedaten für : F RX = ± (... % +... mω) F RX = Gerätedaten der Messgeräte: R A = R V = Erwarteter systematischer Fehler F rel,r : 3.2 Tabelle und Diagramm auf Seite 3.3 Statistik (Mittelwert und Streuung) Hinweis: In der Tabelle kann eine Spalte für Zwischenergebnisse genutzt werden Genutzte Hilfsmittel/Programme zur Berechnung, Diskussion des Ergebnisses:

7 EG-Labor Bericht zur Aufgabe 123 (Messen von Widerständen) Optionale Aufgabe 4. U-I-Messung an einem nichtlinearen Widerstand (Glühlampe) Nenndaten: U max = I max = Erwarteter Widerstandswert: R = U max / I max = Tabelle und Diagramm auf Seite Diskussion: