Elektrische Messinstrumente

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1 Grundpraktikum Elektrische Messinstrumente /5 Übungsdatum: bgabetermin: Grundpraktikum Elektrische Messinstrumente Mittendorfer Stephan Matr. r

2 Grundpraktikum Elektrische Messinstrumente 2/5 Versuchsaufgabe Ziel des Versuches ist es, erschiedene elektrische Messinstrumente zur Strom- Spannungs- und Widerstandsmessung zu erwenden. Ein wichtiger Punkt dabei ist auch der nnenwiderstand solcher Messinstrumente, der in unseren Versuchen für einen Spannungs- und einen Strommesser bestimmt wurde. Weiters ist auch die Messbereichserweiterung on großer Bedeutung, sowohl beim Spannungs- als auch beim Strommesser. Dies ist or allem dann wichtig, wenn die zu messende Größe einen höheren Wert annimmt, als das Gerät anzeigen kann. Zum Schluss des Versuches sollen die Werte erschiedener Widerstände gemessen werden. Eines der bekanntesten Verfahren ist dabei die Messung mit der Wheatstonebrücke, obwohl das Verfahren sicher schon etwas eraltet ist. Heutzutage werden Widerstände hauptsächlich mit Ohmmetern bestimmt. Verwendete Messgeräte! ormameter S2: Vielfach-Messgerät zur Bestimmung dierser Stromstärken und Spannungen.! Digitalmultimeter 8022: ebenfalls zur Bestimmung dierser Stromstärken und Spannungen.! uhstrat-galanoskop: zur Bestimmung des Stromes in der Wheatstonebrücke.! Helipot 00Ω bzw. 00kΩ: zum exakten Einstellen eines Widerstandwertes bei der Messbereichserweiterung und bei der Wheatstonebrücke. Grundlagen Widerstand, Ohmsches Gesetz Widerstand eines Leiters ist durch folgende Gleichung definiert: in Ω (Ohm) [V] ist dabei die Spannung zwischen den Enden des Leiters, [] die Stromstärke im Leiter. Leiter, deren Widerstand nicht on Spannung oder Stromstärke abhängt, erfüllen das Ohmsche Gesetz: const. Serien- und Parallelschaltung on Widerständen us der Definition des Widerstandes und den Kirchhoffschen Gesetzen kann man die Gesamtwiderstände on Widerstandskombinationen berechnen. n eihe geschaltet Widerstände addieren sich: ges i i Bei parallel geschalteten Widerständen addieren sich die Kehrwerte:

3 Grundpraktikum Elektrische Messinstrumente 3/5 i ges i ufgaben und uswertung nnerer Widerstand on Messinstrumenten! Spannungsmesser im 5V-Bereich: Es soll der nnenwiderstand des ormameters bei einer Spannungsmessung im 5V-Messbereich bestimmt werden. Dazu wird die in den Praktikumsunterlagen angeführte Schaltung aufgebaut. ls Spannungsquelle dient eine 4,5V Taschenlampenbatterie. angezeigte Spannung: 4,7 V (S2; Skala 0V) gemessener Strom: 0,09 m (DMM; Skala 2m) Daraus lässt sich nun leicht der nnenwiderstand des Voltmeters berechnen: V V 247, 37kΩ! Strommesser im 5m-Bereich: V Es soll der nnenwiderstand des ormameters bei einer Strommessung im 5m-Messbereich bestimmt werden. Dazu wird die in den Praktikumsunterlagen angeführte Schaltung aufgebaut. ls Spannungsquelle dient wiederum eine 4,5V Taschenlampenbatterie. Der Widerstand dient hier nur als Vorwiderstand und hat keinen Einfluss auf die Messung. Spannung am mperemeter: 0,052V (DMM; Skala 2V) Strom durch mperemeter: 9,5 m (S2; Skala 5m) Daraus lässt sich nun der nnenwiderstand des mperemeters berechnen: Messbereichserweiterung 5, 47Ω! Spannungsmesser, 5V-Bereich auf 5V erweitern: m den Messbereich erweitern zu können, wird ein Widerstand in Serie zum Messgerät geschaltet. Dadurch erreicht man einen bestimmten Spannungsabfall am Widerstand, das Spannungsmessgerät zeigt nun die Differenzspannung zur Quellspannung. Wichtig dabei ist natürlich, den nnenwiderstand des Voltmeters miteinzubeziehen. Die Teilspannung V am Spannungsmesser erhält sich zur Gesamtspannung an den Klemmen wie: V + + Setzt man nun die Werte für V 5 V und 5 V ein, so erhält man für den Widerstand : 2 33, 4kΩ

4 Grundpraktikum Elektrische Messinstrumente 4/5 Das Digitaloltmeter zeigt eine Spannung on 9,6V (DMM; Skala 20V) an den Klemmen der Spannungsquelle. Das ormameter hingegen zeigt den Wert 3,2V (S2; Skala 5V). Dies bedeutet, dass der Messbereich gedrittelt wurde.! Strommesser, 5m-Bereich auf 50m erweitern: m den Messbereich erweitern zu können, wird ein Widerstand parallel zum Messgerät geschaltet. Dadurch erreicht man eine ufteilung des Gesamtstromes. Je nach Wert des erwendeten Widerstandes wird ein Teil des Gesamtstromes abgezweigt, durch den Strommesser fließt ein wesentlich geringere Strom. Wichtig dabei ist natürlich, den nnenwiderstand des mperemeters miteinzubeziehen. Der Vorwiderstand dient zur Strombegrenzung und hat keinen Einfluss auf die Messung. Das Verhältnis der Ströme beträgt: Wobei der ndex für den ebenwiderstand steht. Durch den Strommesser fließt jetzt nur ein Teil des Gesamtstromes, nämlich: Für einen Gesamtstrom on 50m und einen Teilstrom on 5m durch den Strommesser lässt sich nun der dazugehörende ebenwiderstand wie folgt ermitteln: Wheatstonesche Brücke 2, 30Ω Das Digitalmultimeter zeigte eine GesamtStromstärke on 45,4 m an. uf der 5 m-skala des Strommessers konnte ein Teilstrom mit dem Wert 4,6 m abgelesen werden. Mit Hilfe dieser Schaltung lassen sich Widerstände im Bereich 0,0 Ω bis 0 MΩ bestimmen. ormalerweise ist diese Brückenschaltung in technischen Messbrücken zur Messung Ohmscher Widerstände enthalten. Während der Messung wird der Schalter kurz geschlossen. 3 ist der zu Messende Widerstand. Wenn kein Strom durch das Strom-nzeigeinstrument fließt, bedeutet das, das der Widerstand 3 und der Teilwiderstand des Poteniometers an der selben Spannung liegen. us Symmetriegründen liegt ebenfalls am Widerstand 4 und am zweiten Teil des Potentiometers 2 die gleiche Spannung. Daraus folgt: und Bei abgeglichener Brücke gilt weiters: 2 und 3 4, da ja kein Strom abzweigt. Daraus lässt sich nun leicht der unbekannte Widerstand 3 bestimmen: 3 4 2

5 Grundpraktikum Elektrische Messinstrumente 5/5 ls Vergleichswiderstand 4 dient ein Stöpselwiderstand. Je nachdem, wo der Stöpsel hineingesteckt wird, lassen sich so Werte zwischen und 000 Ohm erreichen. Der Drehwiderstand 0 wird auf seinen maximalen Wert gestellt. Durch kurzes Drücken des Tasters wird nun das Helipot so erstellt, dass der Zeiger des Galanoskop einen möglichst geringen usschlag macht. Gelingt dies nicht, muss zuerst der Stöpselwiderstand erändert werden (d.h. wenn man den Widerstandswert des Helipots nicht mehr Erhöhen bzw. Erniedrigen kann). Danach wird der Drehwiderstand 0 schrittweise auf ull gestellt.. Zeigt das Galanoskop auch dann nur noch einen kleinen usschlag, kann der Drehwiderstand überbrückt werden. Danach erfolgt der komplette bgleich mit dem Helipot. Fließt kein Strom mehr, kann der Wert des Helipots und des Stöpselwiderstandes abgelesen werden. Der Widerstand 2 ergibt sich aus der Differenz des Gesamtwiderstandes des Helipots und dem abgelesenen Wertes. uswertung:!. Widerstand! 2. Widerstand Farbkennung: grün, schwarz, schwarz, braun Widerstandswert nach Farbtafel: 50Ω ±% 00Ω ,5Ω 4 00Ω 3 48,22Ω Bei der bestimmung dieses Widerstandes wurde als 4 nur ein 00 Ohmiger Widerstand erwendet, da dies den Wert genauer werden lässt. Farbkennung: braun, grün, rot, gold Widerstandswert nach Farbtafel: 500Ω ±5% 00Ω ,5Ω 4 000Ω 3 53,65Ω! 3. Widerstand Farbkennung: orange, orange, rot, gold Widerstandswert nach Farbtafel: 3300Ω ±5% 00Ω ,9Ω 4 000Ω ,2Ω