Versuch 1: Messung elektrischer Größen Prof. Dr. Oliver Zielinski / Hans Stross. Versuchsprotokoll. Datum:

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1 Laborversuch Elektrotechnik I Hochschule Bremerhaven Versuch 1: Messung elektrischer Größen Prof. Dr. Oliver Zielinski / Hans Stross Versuchsprotokoll Teilnehmer: Name: Testat Datum: Matrikelnummer: 1. Messung elektrischer Größen Elektrische Größen sind - Spannung (V = Volt). - Stromstärke (A = Ampere), auch kurz Strom genannt. - Elektrische Feldstärke (V/m). - Magnetische Induktionsdichte (Vs/m²), auch kurz Induktion genannt. Am häufigsten wird eine Messung von Strom und Spannung benötigt. In diesen Laborversuchen soll deshalb der Umgang mit Messgeräten für Spannung und Strom vermittelt werden. Daneben lassen sich die Parameter elektronischer Bauelemente ermitteln: - Widerstand (=Ohm). - Kapazität (F = Farad) eines Kondensators. - Induktivität (H = Henry) einer Spule. 1.1 DC- und AC-Messungen Man unterscheidet zwischen einem DC-Signal: zeitlich unverändert, d.h. konstantes Signal (direct current) und einem AC-Signal: zeitlich veränderliches Signal (alternating current). Die AC-Signale können periodisch sein, d.h. sie wiederholen sich mit einer bestimmten Periodendauer T. Falls ein Signal einen einmaligen (nicht wiederholenden) Verlauf aufweist, spricht man von transienten Signalen. Zur Messung transienter Signale benötigt man sogenannte Speicheroszilloskope, die im Grundlagenlabor nicht an allen Plätzen zur Verfügung stehen. Es ist in der Elektronik jedoch selten notwendig, transiente Signale zu messen. ETT1 Labor, Versuch 1: Messung elektrischer Größen Seite 1

2 1.2 Messung von DC-Spannung und Strom an einem Widerstand DC-Gößen und (in der Regel) sinusförmige AC-Größen lassen sich sehr komfortabel mit einem digitalen Multimeter bestimmen. Bild 1.1: Digitales Multimeter der Firma Fluke Der Name Multimeter bedeutet, dass mit dem Messgerät verschiedene elektrische Größen messbar sind, mindestens jedoch Spannung und Strom. Man unterscheidet zwischen Messgeräten, die den Messbereich automatisch wählen und Messgeräten mit manueller Wahl des Messbereichs. Moderne Geräte sind relativ sicher gegen Fehlbedienung. Besondere Beachtung erfordert in jedem Fall die Messung von Strömen. Bei Strommessung ist immer ein geeigneter Messbereich zu wählen. Ist der gewählte Messbereich zu klein, so führt dies zur Zerstörung von Komponenten des Messgerätes. Die Schaltungen dürfen deshalb erst nach Freigabe durch die Betreuerin/den Betreuer in Betrieb genommen werden. 1.3 Farbkodierung von Widerständen Für die folgenden Messungen kann der Widerstand auch durch seine Farbkodierung bestimmt werden; den Farben werden dabei, je nach Ring, Ziffern, Multiplikatoren oder Toleranzen zugeordnet Siehe anliegende Tabelle. ETT1 Labor, Versuch 1: Messung elektrischer Größen Seite 2

3 1.4 Stromrichtige Messung Jedes Messgerät verändert die zumessende Schaltung. Bei modernen Multimetern sind die Fehler jedoch in der Regel vernachlässigbar. Bild 1.3: Stromrichtige Mess-Schaltung Erläutern Sie den Begriff stromrichtige Schaltung Lesen Sie den Widerstandswert aus dem Farbkode ab R = Messen Sie den Widerstand mit einem Ohmmeter R = Stellen Sie eine Spannung von 4V an der Konstant-Spannungsquelle ein. Lesen Sie den Strom I ab I = Welchen Wert hat der berechnete Widerstand? R = U / I = 1.5 Spannungsrichtige Messung Bild 1.4: Spannungsrichtige Mess-Schaltung Erläutern Sie den Begriff spannungsrichtige Schaltung Lesen Sie den Widerstandswert aus dem Farbkode ab R = Messen Sie den Widerstand mit einem Ohmmeter R = Stellen Sie eine Spannung von 4V an dem Widerstand ein. Lesen Sie den Strom I ab I = Welchen Wert hat der berechnete Widerstand? R = U / I = ETT1 Labor, Versuch 1: Messung elektrischer Größen Seite 3

4 ETT1 Labor, Versuch 1: Messung elektrischer Größen Seite 4

5 ETT1 Labor, Versuch 1: Messung elektrischer Größen Seite 5

6 Grundregeln für das Arbeiten im IAE-Labor: Der Großteil der elektronischen Schaltungen wird mit ungefährlichen Spannungen betrieben, so dass eine Berührung spannungsführender Teile keine Gefahr darstellt. Elektronische Bauelemente bergen jedoch auch bei niedrigen Spannungen Gefahren, da Bauelemente beispielsweise bei Verpolung explodieren können (Transistoren, Kondensatoren). Dies gilt jedoch nicht für leistungselektronische Schaltungen (Thyristoren, Triacs, IGBTs), von deren Betrieb prinzipbedingt eine höhere Gefahr ausgeht. Die verwendeten Aufbauten und Schutzeinrichtungen erlauben einen sicheren Betrieb der Versuchseinrichtungen. Dennoch lassen sich Unfälle niemals vollständig ausschließen. Die folgenden Richtlinien sind zur Minimierung des Unfallrisikos unbedingt einzuhalten. Mit der Benutzung des Labors erkennen alle Benutzer die Richtlinien an. 1. Vor Beginn einer Laborübung ist die Lage der NOTAUS-Taster festzustellen. 2. Aufbau, Umbau und Abbau von Versuchsanordnungen dürfen nur im spannungslosen Zustand erfolgen. 3. Das Einschalten der Spannung darf nur nach Anweisung des Aufsichtsführenden erfolgen, der zuvor die Messschaltung überprüft. 4. Unter Spannung ist eine Änderung des Schaltungsaufbaus grundsätzlich unzulässig. Ausnahmen kann nur der Aufsichtsführende bestimmen. 5. Das Berühren möglicherweise unter Spannung stehender Betriebsmittel auch außerhalb des Versuchsaufbaus ist durch entsprechendes Verhalten zu vermeiden. Zu allen rotierenden Maschinenteilen ist der erforderliche Abstand zu halten. 6. Während des Versuchs sind stets nur die Einstelländerungen zulässig, welche in der Übung vorgesehen sind oder vom Aufsichtsführenden genannt werden. 7. Das Abschalten eines Versuchsaufbaus darf nur nach den Angaben des Aufsichtsführenden erfolgen. 8. Bei experimentellen Untersuchungen im Rahmen von Diplomarbeiten erfolgt eine einleitende Unterweisung über die Energieversorgung und die sicherheitstechnischen Fragen des Arbeitsplatzes. Der Aufbau von Schaltungen und die Durchführung aller Messungen unterliegen danach der Eigenverantwortung der Studenten. 9. Bei experimentellen Diplomarbeiten mit berührungsgefährlichen Spannungen müssen mindestens zwei Studenten, bzw. ein Aufsichtsführender im Laborbereich anwesend sein. 10. Mit der Benutzung von Laboreinrichtungen verpflichtet sich der Student bzw. die Studentin, den Anordnungen der Labormitarbeiter Folge zu leisten. Dies gilt insbesondere für den Gebrauch von Messgeräten und Prüfeinrichtungen. 11. Das Essen oder Trinken ist in den Laborräumen nicht gestattet. In Verbindung mit Nahrungsmitteln und Getränken hat es schon schwerwiegende Unfälle in Laboren gegeben. Durch Getränke sind bereits elektronische Messgeräte zerstört worden. Zuwiderhandlungen führen zum sofortigen Ausschluss vom Labor. ETT1 Labor, Versuch 1: Messung elektrischer Größen Seite 6

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