Elektrické měření

Elaboráty

Měření odporů můstkovými metodami

Zadání

1)      Změřte sejné odpory Wheatsonovým můstkem složeným ze součástí a naměřené hodnoty překontrolujte laboratorním můstkem nebo multimetrem

2)      Změřte pomocí Thompsonova můstku odpor předložených vodičů

3)      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 :

Schéma zapojení

Thomsonův můstek OMEGA III

Postup měření

Můstková metoda – můstky dělíme na stř. a ss, pro měření odporů, indukčností a kapacit. Pro měření odporu použijte můstek stejnosměrný. Měli byste vědět, z čeho se můstek skládá (větve, diagonály) a co platí ve vyváženém stavu. Jako indikátor vyvážení použijte citlivý magnetoelektrický galvanoměr. V poslední době se místo něho používají i elektronické indikátory. Z hlediska správného (kritického) tlumení galvanoměru musí platit R_KRYT = R_MUSTKU.

Z předchozího obrázku je patrné, že odpor můstku se skládá ze sériového spojení dvou paralelních větví (Ri zdroje à 0 a tudíž bod A je spojen s bodem C). Maximální citlivosti můstku lze dosáhnout za podmínky

Křivka citlivosti má však dosti ploché maximum, proto přesné dodržení hodnoty R_m není kritické.

V zapojení použijte kolíčkové dekády Rd₃, Rd₄ a proměnnou dekádu Rd₁. Dále použijte ochranný odpor R_o s hodnotou 10-100kW. Velikost napájecího napětí volte 1,2 - 6V. R_xRd₄ =Rd₃Rd₁

Poměr  nastavujte 0,1 - 1 - 10 - 100 ...

Měření továrním můstkem proveďte podle návodu. Před měřením je vhodné se přesvědčit pomocí odporového normálu o přibližně stejné hodnotě, jak přesně přístroj měří (platí to zejména o starých továrních můstcích).

Při měření odporu Thomsonovým můstkem použijte jako zdroje napětí akumulátoru s kapacitou nejméně 45Ah. Proudovým obvodem (označen - - -) musí téci větší proud potřebný pro vznik úbytků napětí na odporech R_x a R_n. Odpor R₂ = R_n je odporový normál s hodnotou přibližně rovnou hodnotě odporu R_x. Odpor přívodů je do obvodu začleněn jako odpor R₅, (zahrnuje odpor spojovacích vodičů, přechodové odpory objevující se na proudových svorkách odporů R_x a R_n). Na výslednou hodnotu měřeného odporu však tento odpor nemá vliv. Řešení obvodu proveďte transfigurací trojúhelník - hvězda, čímž převedete řešení Thomsonova můstku na řešení Wheatstonova můstku. Rovnováha v můstku pak nastane za následujících podmínek~

K je tzv. korekční činitel a při splnění vedlejší podmínky  bude platit K = 0. Vyvážení můstku nebude závislé na odporu přívodů R₅ a podmínka rovnováhy je shodná s podmínkou rovnováhy Wheatstonova můstku. Pozor ! Proudový obvod můstku je zapojen samostatně. Můstek se k němu připojuje svorkami, které jsou ve schématu označeny 1, 2, 3, 4.

Naměřené a vypočítané hodnoty

Wheatsonovým můstkem

R_m1 = 230,1W

R_m2 = 8789,4W

R_m3 = 61889,4W

Z nich vypočteme skutečnou hodnotu :

R_D3 = R_D4 = 100W

R_x2 = 8789,4W

R_x3 = 61889,4W

Thompsonova můstku

R_m1 = 679W

R_m2 = 733W

R_m3 = 1393,4W

Z nich vypočteme skutečnou hodnotu :

R_n = 0,01W

R₄ = 100W

R_n = 0,001W

R₄ = 1000W

R_x2 = 0,00733W

R_n = 0,01W

R₄ = 1000W

R_x3 = 0,013934W

Použité součástky

Odporová dekáda :   5-11a-629

                                  5-20-917d

                                  5-18-627e

                                  D1-2-BL20

Odpory : 5-22b-248

               3-24-517

               5-20b-503

               5-20a-501

               5-21a-253

               2x neoznačené

MTW : 5-25-215

Galvanometr : 2-11-1200

Reostat : 2-25-215

               3-7-799

Baterie : 1231

Měřené odpory

Multimetr : D1-3-AL1484

Závěr

Výsledky Wheatsonova můstku byly velice přesné, ale z hlediska složitosti zapojení a přesnosti a rychlosti je však lepší voltampérová metoda. Naopak měření velmi malých odporů Thomsonovým můstkem bylo velmi přesné, což se dalo očekávat, bylo také složitější. Ukázalo se že je vhodné pro malé odpory, protože obyčejná voltampérová metoda nebo multimetr na to nestačí a dávají velmi nepřesné hodnoty.