Elektrické měření

Elaboráty

Měření odporů klasickými metodami

Zadání

1)      Změřte předložené odpory VA metodou.

2)      Změřte stejné odpory substituční a srovnávací metodou.

3)      Naměřené hodnoty odporů zkontrolujte multimetrem a LCR-metrem.

4)      Porovnejte v závěru jednotlivé metody měření odporu z hlediska složitosti a přesnosti.

Teoretický úvod

1) Definice odporu druh provedení rušivé vlivy (teplota přechodové odpory termoelektrická napětí indukčnost a kapacita při použití odporů v vf obvodech).

Definice odporu je dána vztahem: R = r . l/S, kde R výsledný odpor, r měrný odpor, l je délka vodiče a S je průřez vodiče. Základní jednotkou je ohm [W]. Pro velké hodnoty odporů se používají tyto předpony: k - kilo - znamená to 10³x větší hodnotu, M - mega - znamená 10⁶x větší hodnotu, G - giga ­znamená l O⁹x větší hodnotu a T - tera - znamená 10¹²x větší hodnotu.

Druhy odporů. Odpory se dělí na podle počtu vývodů na odpory se dvěma vývody a s více než dvěma vývody. Odpory se dvěma vývody se dále dělí na pevné a nastavitelné a odpory s více vývody na odpory s odbočkami a potenciometry. Dále se dělí podle způsobu provedení na drátové a vrstvové.

Provedení : Pevné vrstvové odpory jsou tvořeny keramickým nosným tělískem, na kterém je odporová vrstva. Podle této vrstvy lze dále rozlišit odpory na uhlíkové, odporový materiál je uhlík, a metalizované, kde je odporová vrstva tvořena z oxidů kovů nebo jejich slitin. U velkých odporů se délka odporové dráhy zvyšuje pomocí drážky ve tvaru šroubovice. Odporovou vrstvu chrání většinou vrstva laku nebo smaltu. Vývody jsou tvořeny pocínovanými drátky, které jsou přivařeny na kovové čepičky, jež drží keramické tělísko odporu. Hlavní součástí pevných drátových odporů je odporový drát, který je navinut okolo keramického válečku. Povrch drátů se chrání speciálními laky a tmely. Tyto odpory se používají hlavně u vyšších výkonů.

Rušivé vlivy. Mezi hlavní rušivý vliv patří teplota. Se vzrůstající teplotou se totiž mění odpor rezistoru. U metalizovaných odporů se se vzrůstající teplotou hodnota odporu roste, u uhlíkových naopak klesá. Je to dáno takzvaným teplotním součinitelem odporu, Tk. Hodnota Tk u uhlíkových odporů se pohybuje v rozmezí -0,7 až -1.10^-3 K^-1 u metalizovaných je přibližně 10^-4 až 10^-5 K^-1. Dále se vzrůstající teplotou se zvyšuje tzv. šumové číslo, které vzniká nerovnoměrným pohybem elektronů v odporu. Je dáno vztahem U_št² = 4kqB_šR, kde k je Boltzmannova konstanta (1,38.10^-23 J.K^-1), q je teplota odporu, B_š je šířka frekvenčního pásma a R je odpor.

Indukčnost odporů se projevuje zejména u drátových odporů, kde navinutím drátu vzniká cívka se svými specifickými vlastnostmi u střídavých proudů.

Kapacita odporů je vlastně dána jejich základní vlastností, odporem. Velikost parazitní kapacity pak záleží na velikosti daného odporu. Čím vyšší odpor, tím menší vodivost a tím i kvalitnější dielektrikum.

2) Řady odporů, kompletní výpis nejvíce používaných odporů řady E12:

Rezistory se dělí podle svých vlastností do řad. Nejpoužívanější řada odporů je E6, E12, E24. Řada E12 má v každé dekádě (10°, 10¹, 10², 10³,...) dvanáct hodnot : l, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 6.8 a 8.2.

3) Tolerance jmenovitého odporu rezistoru :

Souměrní dovolená odchylka  je označena písmenem : B = ±0,1%, C = ±0,25%, D = ± 0,5%, F = ± 1%, G = ± 2%, J = ± 5%, K = ± 10%, M = ± 20%, N = ± 30%. Většina rezistorů je vyráběna s tolerancí ±20% řada E6, ±10% řada E12, ±5% řada E24.

4) Barevné značení rezistorů :

5) Metody pro měření rezistorů : voltampérová metoda, substituční metoda, srovnávací metoda.

U voltampérové charakteristiky známe 2 druhy :

1)      ampérmetr před voltmetrem (pro malé odpory)

2)      ampérmetr před voltmetrem (pro velké odpory)

Schéma zapojení

Postup měření

Při měření odporů VA metodou můžeme v některých případech použít zapojení voltmetru za ampérmetr. Při malých hodnotách odporů lze proud voltmetru zcela zanedbat a lze použít výše uvedené zapojení. Při velkých hodnotách odporů teče neznámým odporem R_x malý proud a lze tedy v těchto případech zcela zanedbat úbytek napětí na ampérmetru. Srovnatelný, ne-li větší, by byl proud procházející voltmetrem, ale ten je zařazen před ampérmetr a tudíž se neměří.

Z hlediska přesnosti je výhodnější metoda řazení voltmetru za ampérmetr, neboť určením proudu procházejícího voltmetrem ze známého vnitřního odporu voltmetru dostáváme přesnější hodnotu odporu R_x.

U srovnávací metody porovnáváme napětí na známém a neznámém odporu. Tato metoda je vhodnější pro velké hodnoty odporů.

                      R_v …….. odpor voltmetru

    pro R_v platí mnohem větší než R_x, R_n platí    chyba

Pro získání nulové chyby musí platit R_x = R_n a potom přesnost metody záleží pouze na přesnosti normálu R_n.

Substituční metoda spočívá v nahrazení neznámého odporu R_x známou hodnotou R_n. Zanedbáme-li vnitřní odpor ampérmetru R_i, pak platí

 .

Pro získání nejmenší chyby musí platit I_x = I_n a R_x = R_n. Tím přechází srovnávací metoda v metodu substituční. Normál odporu nahradíme odporovou dekádou a tím vždy můžeme dostat R_x = R_n. Přesnost této metody pak závisí na přesnosti dekády. 

Naměřené a vypočítané hodnoty

VA metoda pro malé odpory

VA metoda pro velké odpory

AV – ampérmetr před voltmetr – pro velké odpory

VA – voltmetr před ampérmetr – pro malé odpory

MULT – měření multimetrem

RLC – měření RLC metrem

SRV.M. – srovnávací metoda

SUB.M. – substituční metoda

R_V = 10MW

R_A = 1,3W

Použité součástky

Multimetr :    D1-3-AL1484

                        D2-3-AL1482

                        D2-1-AL1469

RLC : D1-5-AL1490

Zdroj : 0-13B-CL174

ODP. DEK. :  D1-2-BL20

Závěr

Při přesném měření se nesmí používat kroko svorky. Z hlediska přesnosti pro malé odpory je nejlepší zapojení voltmetru za ampérmetr. Pro velké odpory je nejlepší zapojení voltmetru před ampérmetr. Ve srovnávací a substituční metodě byly, při použití dekády výsledky dosti přesné, protože dekáda měla přesnost 0,02%. Nejhorší je měření multimetrem a RLC metrem. Z hlediska rychlosti a univerzálnosti je nejvýhodnější VA metoda, protože je jak pro malé tak i pro velké odpory.