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. 121 Messen von Strom und Spannung 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. 121 (Messen von Strom und Spannung) Die folgenden Aufgaben sind zur Vorbereitung des Laborversuchs zu bearbeiten und werden zum Beginn des Labortermins kontrolliert. Gruppe: Ein analoges und ein digitales Voltmeter sind parallel an einem Messobjekt angeschlossen und zeigen jeweils im Messbereich 30 V die dargestellten Werte an. Der Garantiefehler des 3,5-stelligen digitalen Geräts beträgt F G = ± (0,1 % MW + 2 digits) , a) Ergänzen Sie die Nachkommastellen der digitalen Anzeige mit Ihrer Gruppennummer und markieren Sie die aktiven Elemente der Balkenanzeige. Welche Messwerte ergeben sich? Analog U A = U D = Digital b) Berechnen Sie die absoluten und relativen Anzeigefehler der beiden Geräte. F abs,a = F abs,d = F rel,a = F rel,d = c) Ermitteln Sie die jeweiligen Bereiche der wahren Werte beider Geräte und stellen Sie die Bereiche grafisch über einer gemeinsamen Achse dar. U r,a = U r,d = 15,0 15,2 15,4 15,6 15,8 16,0 U/V d) Überlappen sich die Bereiche? Bewerten Sie das Ergebnis.

3 EG-Labor Aufgabenblatt zu Nr. 121 (Messen von Strom und Spannung) Mit (N) markierte Aufgaben sind in der Nachbearbeitung im Bericht zu erledigen. Mit (B) markierte Aufgabenteile lassen Sie bitte vom Aufsichtspersonal bestätigen. 1. Spannungsmessung an einer Quelle Gegeben ist eine Schaltung mit einem Labornetzgerät als idealer Quelle, einem einstellbaren Innenwiderstand und zwei Spannungsmessgeräten A und B, wobei Gerät B zuschaltbar ist. (B) Stellen Sie den Innenwiderstand auf R i = Ω ein. 1.1 Messen Sie die Spannung mit den parallel geschalteten Geräten A und B. Verändern Sie die Quellspannung, bis Gerät B den Wert U B = V anzeigt. 1.2 Öffnen Sie mit dem Schalter die Verbindung zum Gerät B und lesen Sie den neuen Messwert an Gerät A ab, ohne die bisher vorgenommenen Einstellungen zu verändern. 1.3 Entnehmen Sie den Datenblättern die Angaben zu Messbereichen, Auflösung, Innenwiderständen und Fehlergrenzen der beiden Geräte. 1.4 (N) Berechnen Sie für Punkt 1.1 und jedes Gerät die Anzeigefehler (absolut und relativ) und den Bereich des tatsächlichen Spannungswerts. Zeichnen Sie ein Ersatzbild der Messanordnung für Punkt 1.2. Berechnen Sie zunächst den Strom I in der Schaltung und damit die verwendete Quellspannung U q mit Hilfe der Gerätedaten (R V ) und der in Punkt 1.2 gemessenen Spannung U A2. Ermitteln Sie daraus den systematischen Fehler. 1.5 (N) Diskutieren Sie die Ergebnisse (Erwartungen, Fehlerdaten, Gerätevergleich..). 2. Strommessung an einer Quelle Gegeben ist eine Schaltung mit einer Spannungsquelle, einem Lastwiderstand und zwei Strommessgeräten A und B, wobei Gerät B zuschaltbar ist. (B) Stellen Sie den maximalen Lastwiderstand ein. 2.1 Messen Sie den Strom mit den Geräten A und B in Reihe. Verändern Sie die Quellspannung, bis Gerät B den Wert I B = A anzeigt. Notieren Sie den Wert der Quellspannung U q mit Hilfe der internen Instrumente. 2.2 Überbrücken Sie mit dem Schalter das Gerät B und lesen Sie den neuen Messwert an Gerät A ab, ohne die bisher vorgenommenen Einstellungen zu verändern. 2.3 Entnehmen Sie den Datenblättern die Angaben zu Messbereichen, Auflösung, Innenwiderständen und Fehlergrenzen der beiden Geräte. 2.4 (N) Berechnen Sie für Punkt 2.1 und jedes Gerät die Anzeigefehler (absolut und relativ) und den Bereich des tatsächlichen Stromwerts. Zeichnen Sie ein Ersatzbild der Messanordnung für Punkt 2.2. Ermitteln Sie zunächst die sich aus I, R L und R A ergebende Quellspannung U q. Berechnen Sie den Strom I L, der ohne Messgeräte fließen würde, mit Hilfe der Gerätedaten (R A ) und dem in Punkt 2.2 gemessenen Strom I A2. Ermitteln Sie daraus den systematischen Fehler. 2.5 (N) Diskutieren Sie die Ergebnisse (Erwartungen, Fehlerdaten, Gerätevergleich..).

4 EG-Labor Bericht zur Aufgabe 121 (Messen von Strom und Spannung) Spannungsmessung an einer Quelle Schaltung 1.1 Geräte A und B an einer Quelle mit Innenwiderstand 1.2 Gerät A an einer Quelle mit Innenwiderstand 1.3 Messbereich (Endwert) Gerät A U A1 = U B = U A2 = Gerät B 1.4 Auflösung (letzte angezeigte Stelle, kleinstes Digit) Widerstand R V R V,A = R V,B = Fehlergrenze F G Anzeigefehler absolut F U Anzeigefehler relativ F rel,u Wertebereich der Messung U min.. U max (kleinstes Skalenteilung der genutzten Skala) Quellspannung U q Syst. Fehler absolut F sys,u Syst. Fehler relativ F rel,sys,u

5 EG-Labor Bericht zur Aufgabe 121 (Messen von Strom und Spannung) Strommessung an einer Quelle Schaltung Gerät A 2.1 Messung mit beiden Geräten I A1 = I B = 2.2 Messung mit Gerät A I A2 = 2.3 Messbereich (Endwert) Gerät B 2.4 Auflösung (letzte angezeigte Stelle, kleinstes Digit) Widerstand R A R A,A = R A,B = Fehlergrenze F G Anzeigefehler absolut F I Anzeigefehler relativ F rel,i Wertebereich der Messung I min.. I max (kleinstes Skalenteilung der genutzten Skala) Strom I L Syst. Fehler absolut F sys,i Syst. Fehler relativ F rel,sys,i

6 EG-Labor Bericht zur Aufgabe 121 (Messen von Strom und Spannung) /2.4 Auswertung, Formeln, Zwischenrechnungen: 1.5/2.5 Diskussion der Ergebnisse

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