Messinstrumente im physikalischen Praktikum I

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1 Messinstrumente im physikalischen Praktikum I Dr. Th. Kirn I. Physikalisches Institut B Spannungsmessung Sensor Cassy Strommessung Sensor Cassy

2 Prinzip Strommessung i i Messvorgang darf zu messenden Strom nicht beeinflussen! Erwarteter Strom: I = U U A I A Mit Amperemeter: I = U < I A + i Wenn << i, gilt I = I A typischerweise i 1Ω

3 Messbereichserweiterung I I max A i Parallelschaltung eines Shunt I a A Instrument misst Imax A Es muß gelten: Ia a Erweiterung auf: I Imax + I n Imax A a = A = ( n 1) Imax = i Imax A A a = und a a I max = max A, n n I A I a = = i n 1 i I max A

4 Prinzip Spannungsmessung v i I v Spannungsmesser sind mittels Ohmschen Gesetz in Volt geeichte Amperemeter A U I 2 Durch Instrument fließt Strom angezeigte Spannung I 1 Vorschaltung eines Vorwiderstandes v >> U = I v v I v

5 Prinzip Spannungsmessung A v i U I 2 I v I 1 Es ist Änderung der Stromstärke im Kreis A Quelle liefert Strom + I = U ( ) = I v > I = U 1 v v I = I 1 wenn v >> Spannungsmesser sind hochohmige Strommesser v > 10 kω

6 Messbereichserweiterung a v V eihenschaltung eines Vorwiderstandes a I Instrument misst U max U Es ist: Vorschaltwiderstand: U'max = n Umax n U U ( n>1) I = max = max a + v v Erweiterung auf: a = ( n 1) v

7 ealisation der Strom- und Spannungsmessung im Praktikum?

8 Sensor-Cassy Interface 4-fach galvanisch getrennt: Eingang A (I,U) Eingang B (U) elais Spannungsquelle S (0 16V)

9 Sensor-Cassy Interface Kaskadierbares Interface zur Messdatenaufnahme (bis zu 8 Cassy-Module) Anschluß an serielle Schnittstelle S232 des PCs Spannungsversorgung: 12V AC/DC über Hohlstecker oder benachbartes Cassy-Modul

10 Sensor-Cassy Interface Umschaltrelais (Schaltanzeige mit LED) Bereich: max. 100V / 2 A 1 analoger Ausgang (PWM) pulsweitenmoduliert, schaltbare Spannungsquelle S, Schaltanzeige mit LED, Spannung: max. 16 V / 200 ma PWM-Frequenz: 100 Hz

11 Sensor-Cassy Interface 5 analoge Eingänge 2 analoge Spannungseingänge A und B: Auflösung: 12 Bit Messbereiche: ± 0,3/1/3/10/30/100 V sys. Messfehler: ± 1% +0,5% Endwert Eingangswiderstand: 1 MΩ Abtastrate: max Werte/s (= Werte/s pro Eingang) Anzahl Messwerte: max (= 16000/ Eingang)

12 Sensor-Cassy Interface Eingang A: 1 analoger Stromeingang : Messbereiche: ± 0,1/0,3/1/3 A sys. Messfehler: Spannungsfehler + 1% Eingangswiderstand: < 0,5 Ω

13 Sensor-Cassy Interface 2 analoge Eingänge auf Sensorbox-Steckplätzen A und B Messbereiche: ± 0,003/0,01/0,03/0,1/0,3/1 V Eingangswiderstand: 10 kω 4 Timer-Eingänge (32 Bit Zähler) auf Sensor-Steckplätzen A und B Zählfrequenz: max. 100 khz Zeitauflösung: 0,25 µs Messzeit zwischen 2 Ereignissen am selben Eingang: min. 100 µs Messzeit zwischen 2 Ereignissen an verschiedenen Eingängen: min. 0,25 µs Speicher: max Zeitpunkte (=2.500/Eingang)

14 Sensor-Cassy Interface automatische Sensorboxerkennung durch Cassy Lab (plug and play) Sensorboxen: Timer Box Laufzeit Messung Temperatur Box B-Box B-Feldmessung, Druckmessung Stromquellen-Box

15 Datenauslese: Cassy Lab Siehe auch Anleitungsbuch ab Seite 96!

16 Cassy Lab, 1.Übung

17 Cassy Lab, 2.Übung Messbereich: I A1 = -0.1A bis 0.1 A U B1 = -10V bis 10V I U_Cassy U

18 Sensor-Cassy Dateien Maple-Auswertung

19 Sensor-Cassy Interface Messungenauigkeiten Messaufbau: =100Ω Angelegte Spannung: U=5V Im Kreis fliessender Strom: I=0,05A

20 Sensor-Cassy Interface statistische Messungenauigkeit? Messbereich: ±10 V Mean = ( /- MS = 2.4 mv ) V Digitale Auflösung: 12 bit = 4096 Umin = 5 mv Umin/ 12 Fehler = 1.4 mv Messbereich: ± 0,1A Mean = ( /- MS = 0.03 ma ) ma Digitale Auflösung: 12 bit = 4096 Imin = 0.05 ma Imin/ 12 Fehler = ma MU durch Messung bestimmen!

21 Sensor-Cassy Interface stat. &system. Messungenauigkeit (4SC) Messbereich: ±3 V Mean = ( / ) V MS = 2,5 mv relativer Fehler: 2,4 Digitale Auflösung: 12 bit = 4096 Umin = 1,5 mv Umin/ 12 Fehler = 0,4 mv Messbereich: ± 30V Mean = ( / ) V MS = 15.2 mv relativer Fehler: 1.4 % Digitale Auflösung: 12 bit = 4096 Umin = 15 mv Umin/ 12 Fehler = 4.3 mv MU durch Messung bestimmen!

22 Gedämpfter Schwingkreis, 3. Übung

23 Gekoppelte Schwingungen oder das Ende der CASSY FFT

24 Gekoppelte Schwingungen oder das Ende der CASSY FFT

25 Gekoppelte Schwingungen oder das Ende der CASSY FFT

26 Auf- und Entladekurven von Kondensatoren, 4.Übung Eingang A: Strommessung Ohmscher Widerstand =100 Ω Kondensator C Eingang B: Spannungsmessung

27 Zusammenfassung Teil I Sensor Cassy: Spannungsmessung Strommessung Datenaufnahme