LABORÜBUNG Belasteter Spannungsteiler

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1 LABORÜBUNG Belasteter Spannungsteiler Letzte Änderung: Lothar Kerbl Messaufgabe 1: Leerlaufspannung in Abhängigkeit von der Schleiferstellung... 2 Messaufgabe 2: Kurzschlussstrom in Abhängigkeit von der Schleiferstellung... 4 Messaufgabe 3: Ausgangscharakteristiken für vorgegebene Schleiferstellungen.. 6 Messaufgabe 4: Klemmenspannung bei konstantem Lastwiderstand Lothar Kerbl Seite 1 (11)

2 Messaufgabe 1: Leerlaufspannung in Abhängigkeit von der Schleiferstellung Für die Messungen wird ein Spannungsquelle parallel zu einem Widerstand mit verschiebbaren Abgriff geschalten. Der Abgriff teilt die gesamte Widerstandsbahn in die Bereiche R1 und R2 x ist die Länge der Widerstandsbahn die dem Anteil R1 entspricht Du führst Messungen von Widerstandswerten, Spannungen und Längen durch Stromlaufplan für die Messaufgabe 1 Widerstand: Siemens 1150Ohm Inv. 233/84R Netzgerät: BEHA NG12 Inv. 345/91R Spannungsmessung: NORMA -DVM357 Inv. 456/93R Kerbl ; 16:00 Grundlagenlabor (Bucht 2) Messaufgabe 1 - Leerlaufspannung in Abhängigkeit von der Schleiferstellung Nr U0 R1 R2 x U1 [-] [V] [Ohm] [Ohm] [mm] [V] 1 10, , , ,50 3 9, , , , , , , , , , , , , , , ,83 Tabelle für Messaufgabe 1 Lothar Kerbl Seite 2 (11)

3 Leerlaufspannung 12,00 10,00 U1[V] 8,00 6,00 4,00 2,00 0, Schleiferstellung (x[mm]) grafische Auswertung der Messaufgabe 1 Sonstige Einträge im Messprotokoll Neben der Tabelle der Messwerte muss aus dem Messprotokoll hervorgehen Welche Geräte (Messgeräte und Prüflinge) verwendet wurden (Inventarnummern) Wer die Messung durchgeführt hat Wann die Messung durchgeführt wurde Wo die Messung durchgeführt wurde Zusatzinformationen im Messwerteprotokoll Aufgabenteilung bei der Messung Protokollführer : Fordert zur Einstellung der Messpunkte auf ( Schleiferstellung auf 100mm einstellen ) Fordert in einem eingestellten Messpunkt nacheinander die Messwerte an ( Spannung U0 in Volt... ) Kommunikation während der Messung; Grundlage ist der Schaltplan Messwerterfasser stellt die geforderten Werte für die einzelnen Messpunkte ein (...Schleifereinstellung ist auf 100mm eingestellt ) erfasst die Messwerte und antwortet dem Protokollführer (...U0 ist 10,03Volt ) Bei der Messung an weitläufigen Anlagen bzw. bei der Ferndiagnose muss diese Kommunikation evtl. auch über Telefon erfolgen Lothar Kerbl Seite 3 (11)

4 Messaufgabe 2: Kurzschlussstrom in Abhängigkeit von der Schleiferstellung Wie bei der Messaufgabe 1 wird auch für diese Messungen eine Spannungsquelle parallel zu einem Widerstand mit verschiebbarem Abgriff geschalten. Der Schleifer teilt die gesamte Widerstandsbahn in die Widerstände R1 und R2. Durch einen Kurzschluss parallel zu R1 wird ein Teil der Widerstandsbahn überbrückt. Der Strom in diesem Kurzschlusspfad wird gemessen. Die Verlustleistung in R2 (Teil der Widerstandsbahn) soll berechnet werden. Du führst Messungen von Widerstandswerten, Strömen und Längen durch. Du führst Strom- In deinem und Messwerteprotokoll Längenmessungen berücksichtigst durch du berechnete Du verwendes Werte t im (Verlustleistung) Protokoll Rechenwerte Schaltbild für die Messaufgabe 2 Widerstand: Siemens 1150Ohm Inv. 233/84R Netzgerät: BEHA NG12 Inv. 345/91R Strommessung GOERZ - Unigor 1n Inv. 456/83R Messung: Kerbl ; 17:00 Messaufgabe 2 - Kurzschlussstrom in Abhängigkeit von der Schleiferstellung Nr U0 R1 R2 x IKS PV(R2) [-] [V] [Ohm] [Ohm] [mm] [ma] [mw] 1 10, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Tabelle für Messaufgabe 2 Lothar Kerbl Seite 4 (11)

5 Kurzschlusstrom IKS[mA] 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0, Schleiferstellung (x[mm]) Reihe1 grafische Auswertung der Messaufgabe 2 Welcher Wert des Kurzschlusstromes ergibt sich für x=0? Rechenwerte in der Messwerttabelle Wenn du für die Erstellung des Messwertprotokolls EXCEL verwendest, kannst du Werte, die sich aus den Messwerten für einen Messpunkt ergeben online (während der Messung) berechnen lassen. Typischerweise wird die in einem Widerstand umgesetzte Leistung auf diese Art berechnet. Voraussetzung ist, dass du in die Felder vor der Messwerterfassung entsprechende Formeln schreibst. Tip: Unterlege die Eingabefelder für Messwerte mit Farbe, so hast du immer den Überblick, welche Werte du noch in die Tabelle eingeben musst. Rechenwerte bleiben weiß. Berücksichtigen von Messgeräten im Stromlaufplan Messgeräte müssen im Stromlaufplan normalerweise nur dann berücksichtigt werden, wenn ihre Verwendung das Messergebnis beeinflusst (nichtideale Messgeräte). Ansonsten ist durch die Angabe eines bezeichneten Pfeiles im Schaltplan und durch entsprechende Gestaltung des Messprotokolls (Bezeichnung in der Kopfzeile, farbliche Hinterlegung der Eingabewerte) eine ideale Spannungs- oder Strommessung ausreichend protokolliert. Beachte, dass das verwendete Messgerät im Protokoll angeführt sein muss (Typ und Inventarnummer)! Lothar Kerbl Seite 5 (11)

6 Messaufgabe 3: Ausgangscharakteristiken für vorgegebene Schleiferstellungen Die Ausgangscharakteristik beschreibt den Zusammenhang zwischen Klemmenspannung und Laststrom. Sie wird durch den Belastungsversuch ermittelt. Du führst eine umfangreiche Messung ( Belastungsversuch ) durch. Als veränderbarer Lastwiderstand wird eine einstellbare Widerstandsdekade verwendet. Zwei besondere Belastungsfälle kennst du bereits aus den beiden ersten Messungen Leerlauf (R Last = unendlich) Kurzschluss (R Last = 0) Wichtig beim Belastungsversuch: Der Laststrom muss bei Verwendung einer Widerstandsdekade nicht gemessen werden. Der Lastwiderstand ist bekannt. (eingestellter Wert an der Widerstandsdekade). Daher kannst du für jeden Messpunkt den Strom aus der einfach zu messenden Klemmenspannung und dem Widerstandswert entsprechend dem Ohmschen Gesetz ermitteln. Beim Belastungsversuch mit einer Widerstandsdekade musst du nur die Klemmenspannung messen Ausnahme: Der Kurzschlussstrom muss gemessen werden, da ein Wert RLast =0 einen undefinierten Wert für den Strom ergibt. ( 0/0 ) Parameter der drei Messreihen In der folgenden Messreihen stellst du für drei vorgegebene Schleiferstellungen jeweils verschiedene Belastungsfälle ein. Die Messung besteht aus drei Messreihen Die drei eingestellten Schleiferposition entsprechen ungefähr folgenden Werten für R1: R1 = 0,3*Rgesamt R1 = 0,5*Rgesamt R1 = 0,7*Rgesamt Lothar Kerbl Seite 6 (11)

7 Schaltbild für Messaufgabe 3 Widerstand: Siemens 1150Ohm Inv. 233/84R Netzgerät: BEHA NG12 Inv. 345/91R Spannungsmessung: NORMA -DVM357 Inv. 456/93R Widerstandsdekade: Siemens WD100 Inv. 67/85R Kerbl ; 17:00 (Grundlagenlabor) Messaufgabe 3 - Ausgangscharakteristik für vorgegebene Schleiferstellungen Messreihe X= 100 R1 R2= R1= 380 R2= 780 Nr U0 RLast ULast ILast ULast (theor) RLast R1 [-] [V] [Ohm] [V] [ma] [V] [Ohm] 1 10,02 1,E+06 3,26 3,26E-03 3, ,01 5,E+05 3,26 6,52E-03 3, ,99 1,E+05 3,25 3,25E-02 3, ,00 5,E+04 3,25 6,50E-02 3, ,02 2,E+04 3,19 1,60E-01 3, ,02 1,E+04 3,13 3,13E-01 3, ,03 5,E+03 2,99 5,98E-01 2, ,02 2,E+03 2,63 1,32E+00 2, ,00 1,E+03 2,17 2,17E+00 2, ,01 5,E+02 1,61 3,22E+00 1, ,02 2,E+02 0,90 4,50E+00 0, ,03 1,E+02 0,51 5,10E+00 0, ,00 5,E+01 0,28 5,60E+00 0, ,99 2,E+01 0,12 6,10E+00 0,12 10 Messreihe X= 170 R1 R2= R1= 580 R2= 582 Nr U0 RLast ULast ILast ULast (theor) Rlast R1 [-] [V] [Ohm] [V] [ma] [V] [Ohm] 1 10,02 1,E+06 5,00 5,00E-03 5, ,01 5,E+05 4,99 9,99E-03 4, ,99 1,E+05 4,97 4,97E-02 4, Lothar Kerbl Seite 7 (11)

8 4 10,00 5,E+04 4,96 9,92E-02 4, ,02 2,E+04 4,93 2,46E-01 4, ,02 1,E+04 4,86 4,86E-01 4, ,03 5,E+03 4,73 9,46E-01 4, ,02 2,E+03 4,37 2,18E+00 4, ,00 1,E+03 3,86 3,86E+00 3, ,01 5,E+02 3,16 6,31E+00 3, ,02 2,E+02 2,04 1,02E+01 2, ,03 1,E+02 1,28 1,28E+01 1, ,00 5,E+01 0,73 1,46E+01 0, ,99 2,E+01 0,32 1,60E+01 0,32 19 Messreihe X= 210 R1 R2= R1= 730 R2= 430 Nr U0 RLast ULast ILast ULast (theor) Rlast R1 [-] [V] [Ohm] [V] [ma] [V] [Ohm] 1 10,02 1,E+06 6,30 6,30E-03 6, ,01 5,E+05 6,30 1,26E-02 6, ,99 1,E+05 6,27 6,27E-02 6, ,00 5,E+04 6,26 1,25E-01 6, ,02 2,E+04 6,22 3,11E-01 6, ,02 1,E+04 6,14 6,14E-01 6, ,03 5,E+03 5,99 1,20E+00 5, ,02 2,E+03 5,55 2,78E+00 5, ,00 1,E+03 4,95 4,95E+00 4, ,01 5,E+02 4,09 8,17E+00 4, ,02 2,E+02 2,68 1,34E+01 2, ,03 1,E+02 1,70 1,70E+01 1, ,00 5,E+01 0,98 1,96E+01 0, ,99 2,E+01 0,43 2,16E+01 0,43 19 Messwerttabellen der Messaufgabe 3 (Messreihen 3.1, 3.2., 3.3) Ausgangscharakteristiken ULast [V] 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,00E+ 00 5,00E+ 00 1,00E+ 01 1,50E+ 01 ILast [ma] 2,00E+ 01 2,50E (x=100mm) 3.2 (x=170 mm) 3.3 (x=210 mm) grafische Auswertung der Messaufgabe 3 (drei Messreihen) Lothar Kerbl Seite 8 (11)

9 Theoretische Vergleichswerte in der Messtabelle Theoretisch ergibt sich für die Klemmenspannung an der Last U Last R1 RLast = U o * R + R R 2 1 Last Die Auswertung dieses Ausdrucks für jeden Messpunkt kann in EXCEL leicht durchgeführt werden. Einfacherweise wird für das Zwischenergebnis R 1 R Last ein Rechenwert vorgesehen Vergleich der Messwerte mit theoretischen Werten Wahl der Vorgabewerte Vorgabewerte, die sehr große Bereiche überstreichen, stellt man in logarithmisch gleichmäßigen Intervallen ein. Gebräuchlich ist die Teilung einer Dekade in drei Teile; näherungsweise sind das die Werte Wird nur ein kleiner Bereich überstrichen, so teilt man den Bereich annähernd linear in gleiche Teile. Tip: Versuche nicht, die Vorgabewerte (z.b.: Versorgungsspannung,...) exakt vorzugeben, wenn damit ein Aufwand verbunden ist. Das nimmt unnötig viel Zeit in Anspruch. Meist ist eine zügige Vorgehensweise bei der Einstellung der Werte (und damit verbunden eine genaue Messung und Protokollierung der tatsächlich eingestellten Werte) effizienter. Beispiel: Frequenzen werden in Schritten vorgegeben, mit dem Oszilloskop wird die Periodendauer gemessen, aus dieser Periodendauer wird die exakte Frequenz berechnet. Nr Frequenz (Vorgabe) Periodendauer (gemessen) Frequenz (berechnet) [Hz] [ms] [Hz] ,30 97, ,34 187, ,08 480, , ,5 usw... Lothar Kerbl Seite 9 (11)

10 Messaufgabe 4: Klemmenspannung bei konstantem Lastwiderstand Für diese Messung hältst du den Lastwiderstand konstant und stellst die Frage: Wie ändert sich die Klemmenspannung bei Veränderung der Schleiferstellung. Wenn der Lastwiderstand unendlich groß ist, dann ist die Klemmenspannung proportional zur Schleiferstellung (Messaufgabe 1) Wenn der Lastwiderstand 0 ist, dann ist durch den erzwungenen Kurzschluss die Klemmenspannung unabhängig von der Schleiferstellung dauernd 0V. (Messaufgabe 2) Die Spannung an der Last ist nicht prportional zu der Schleiferstellung Schaltbild zur Messaufgabe 4 Widerstand: Siemens 1150Ohm Inv. 233/84R Netzgerät: BEHA NG12 Inv. 345/91R Spannungsmessung: NORMA -DVM357 Inv. 456/93R Widerstandsdekade Siemens W100 Inv. 56/83R Kerbl ; 18:00 (Grundlagenlabor) Messaufgabe 4 - Klemmenspannung in Abhängigkeit von der Schleiferstellung Messreihe 4.1 RLast=200 Nr U0 x ULast [-] [V] [mm] [V] 1 10, , , ,87 3 9, , , , , , , , , , , , , , , ,57 Tabelle zur Messaufgabe 4 Lothar Kerbl Seite 10 (11)

11 Klemmenspannung (RLast=200Ohm) 12,00 10,00 8,00 U1[V] 6,00 4,00 2,00 0, Schleiferstellung (x[mm]) Grafische Auswertung zur Messaufgabe 4 (eine Messreihe mit Rlast = 200 Ohm) Wie sehen die Kurven für RLast = 0 bzw. RLast = unendlich aus? Messreihen selbständig definieren Führe die Messaufgabe 4 mit verschiedenen Werten für R Last durch. Dadurch entstehen weitere Messreihen (4.1, 4.2,..) mit verschiedenen Parametern für R Last. Vergleiche die Kurven der verschiedenen Messreihen in einer gemeinsamen grafischen Auswertung. Lothar Kerbl Seite 11 (11)