1
Uwagi prowadz
ą
cego
ć
wiczenie:
Wykaz przyrządów znajdujących się na stanowiskach
Lp.
Nazwa przyrządu
Typ
Producent
1
2
3
4
5
6
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH
WYDZIAŁ ELEKTRONIKI WAT
Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych
Laboratorium Miernictwa Elektronicznego 2
Ć
wiczenie 5
Temat: METODY POMIARU REZYSTANCJI I IMPEDANCJI
Grupa:
Data wykonania
ć
wiczenia:
..................................................................
Data oddania sprawozdania:
..................................................................
Ocena:
..................................................................
Zespół w składzie:
1.
2.
3.
Prowadz
ą
cy
ć
wiczenie:
..................................................................
2
PODSTAWOWE PARAMETRY METROLOGICZNE PRZYRZĄDÓW POMIAROWYCH
WYKORZYSTYWANYCH W ĆWICZENIU.
1) Multimetr cyfrowy typ DM 3052
Dokładność pomiaru wyraŜona w postaci:
±
( % wartości wskazywanej + % wartości zakresowej)
Pomiar napięcia: zakres: 2V
÷
750V,
∆
U =
±
(0,55% w.m + 0,1% w.z) dla f = 50 kHz
÷
100 kHz
Pomiar rezystancji
Zakres: 400,000
Ω
Zakres: 4,00000 k
Ω
÷
40,0000 k
Ω
Zakres: 400,000 k
Ω
0,015 + 0,010
0,015 + 0,006
0,030 + 0,007
Pomiar pojemności
Zakres: 4,000 nF
Zakres: 40,00 nF
÷
200,0
µ
F
2 + 2,5
1 + 0,5
2) Mostek cyfrowy typ ELC 3133A
Dokładność pomiaru wyraŜona w postaci:
±
( % wartości wskazywanej + liczba najmniej znaczących cyfr)
Pomiar R
100 Hz
1 kHz
10 kHz
0,3% + 2
0,3% + 2
0,6% + 5
Pomiar C – D
100 Hz
1 kHz
10 kHz
C
D
C
D
C
D
0,4% + 3
0,4% + 5
0,4% + 3
0,4% + 5
1% + 5
1% + 6
Pomiar L – Q
100 Hz
1 kHz
10 kHz
L
D = 1/Q
L
D = 1/Q
L
D = 1/Q
0,3% + 5
0,8% + 5
0,3% + 5
0,8% + 5
0,6% + 8
1,5% + 10
3) Cyfrowy miernik impedancji typ LCR – 821
Dokładność pomiaru wyraŜona w postaci:
±
( % wartości wskazywanej + liczba najmniej znaczących cyfr)
Pomiar R, C, L, |Z|
f
≦ 20 kHz
f
>
20 kHz
0,05 % + 2
0,1 % + 2
Pomiar D, Q
f
≦ 20 kHz
f
>
20 kHz
0,0005 + 2
0,001 + 2
Pomiar
θ
:
0,03
°
4) Rezystor dekadowy: klasa rezystora: 0,05 %
3
1. ZASTOSOWANIE MULTIMETRU CYFROWEGO
1.1. Pomiar rezystancji i pojemności
1.1.1. Układ pomiarowy
1.1.2. Pomiary
A) Zmierzyć parametry wybranych wartości rezystora dekadowego.
R
N
Ω
10
100
1000
10000
100000
∆
R
N
Ω
Zakres
Ω
R
MM
Ω
∆
R
MM
Ω
Oznaczenia:
- R
N
– wartości rezystancji nastawione na rezystorze dekadowym,
-
∆
R
N
– bezwzględny błąd rezystora wzorcowego.
- R
MM
– wartości rezystancji zmierzone multimetrem,
-
∆
R
MM
– bezwzględny błąd pomiaru rezystancji multimetrem cyfrowym,
Na osi liczbowej (reprezentującej wartości rezystancji) zaznaczyć wartości R
N
,
∆
R
N
, R
MM
,
∆
R
MM
.
Np.
B) Zmierzyć parametry dwójników biernych (zestaw nr. ..........).
R
L
R
1
R
2
Zakres
Ω
R
MM
Ω
∆
R
MM
Ω
Badany dwójnik
Gniazda wejściowe
multimetru cyfrowego
DM3052
HI
LO
R
1
2
∆
R
1
R
2
∆
R
R
4
Oznaczenia:
- R
L
– składowa rezystancyjna cewki indukcyjnej,
- R
1
, R
2
– oporniki badane,
- R
MM
– wartości rezystancji zmierzone multimetrem,
-
∆
R
MM
– bezwzględny błąd pomiaru rezystancji multimetrem cyfrowym,
- C
1
, C
2
– badane kondensatory,
- C
MM
– wartości pojemności zmierzone multimetrem cyfrowym,
-
∆
C
MM
– bezwzględny błąd pomiaru pojemności multimetrem cyfrowym
2. ZASTOSOWANIE CYFROWEGO MOSTKA TYP ELC 3133A
2.1. Przygotowanie przyrządu do pracy.
Kalibracja cyfrowego mostka ELC 3133A.
Procedura kalibracji miernika ELC 3133A przy rozwartych i zwartych przewodach pomiarowych:
- połączyć chwytaki pomiarowe według schematu z p. 1.1,
- włączyć zasilanie,
- wcisnąć i przytrzymać dłuŜej niŜ 1s przycisk „CAL”,
- na wyświetlaczu pojawiają się odpowiednie symbole:
OPn – rozwarte przewody , Srt – zwarte przewody,
- wykonać powyŜsze zalecenia,
- nacisnąć przycisk „CAL”,
- po wykonaniu kalibracji przyrząd jest gotów do normalnej pracy.
Naciśnięcie przycisku „D/Q” powoduje opuszczenie trybu kalibracji.
2.2. Pomiar parametrów wybranych elementów biernych.
2.2.1. Układ pomiarowy.
C
1
C
2
Zakres
….F
C
MM
….F
∆
C
MM
….F
Badany dwójnik
Chwytak
czarny
Chwytak
czerwony
ELC 3133A
FORCE SENSE SENSE FORCE
−
+
5
2.2.2. Pomiary
A) Zmierzyć parametry wybranych wartości rezystora dekadowego przy częstotliwościach podanych w tabeli.
R
N
[
Ω
]
f
kHz
0,1
1
10
R
1
Ω
10
∆
R
1
Ω
R
2
Ω
100
∆
R
2
Ω
R
3
Ω
1000
∆
R
3
Ω
R
4
Ω
10000
∆
R
4
Ω
R
5
Ω
100000
∆
R
5
Ω
B) Zmierzyć parametry dwójników biernych (zestaw nr. ..........) przy częstotliwościach podanych w tabeli.
W celu przeprowadzenia pomiarów wykonać następujące operacje:
- naciskając przycisk [L/C/R] wybrać Ŝądaną funkcję,
- naciskając przycisk [D/Q/
Θ
] wybrać odpowiedni parametr (tylko przy pomiarze L i C),
- naciskając przycisk [FREQ] wybrać częstotliwość podaną w tabelach,
- połączyć chwytakami pomiarowymi (krokodylki) badany dwójnik (R, L lub C),
- zdjąć ręce z chwytaków pomiarowych i odczytać wyniki na wyświetlaczu głównym i pomocniczym.
Wyniki pomiarów i obliczeń zanotować w tabelach.
a) Pomiar rezystancji
f
kHz
0,1
1
10
R
1
Ω
∆
R
1
Ω
R
2
Ω
∆
R
2
Ω
Oznaczenia:
- R
1
, R
2
– wartości rezystancji zmierzone mostkiem ELC 3133A,
-
∆
R
1
,
∆
R
2
– błędy graniczne pomiaru rezystancji mostkiem ELC 3133A.
b) Pomiar parametrów cewki indukcyjnej
f
kHz
0,1
1
10
L
mH
∆
L
mH
Q
-
∆
Q
-
6
Oznaczenia:
- L – wartość indukcyjności zmierzona mostkiem ELC 3133A,
-
∆
L – błąd graniczny pomiaru indukcyjności mostkiem ELC 3133A.
- Q – wartość dobroci zmierzona mostkiem ELC 3133A,
-
∆
Q – błąd graniczny pomiaru dobroci mostkiem ELC 3133A.
c) Pomiar parametrów kondensatorów
f
kHz
0,1
1
10
C
1
∆
C
1
D
1
∆
D
1
C
2
∆
C
2
D
2
∆
D
2
Oznaczenia:
- C
1
, C
2
– wartości pojemności zmierzone mostkiem ELC 3133A,
-
∆
C
1
,
∆
C
2
– błędy graniczne pomiaru pojemności mostkiem ELC 3133A.
- D
1
, D
2
– wartości stratności kondensatorów zmierzone mostkiem ELC 3133A,
-
∆
D
1
,
∆
D
1
– błędy graniczne pomiaru stratności mostkiem ELC 3133A.
UWAGA: błędy graniczne pomiaru wyznaczyć w oparciu o parametry metrologiczne przyrządów podane
na stronie 2 protokołu.
3. ZASTOSOWANIE CYFROWEGO MIERNIKA IMPEDANCJI TYP LCR-821.
3.1. Przygotowanie przyrządu do pracy.
Zerowanie cyfrowego miernika impedancji LCR
−
821
Włączyć zasilanie
a) Zerowanie przy rozwartych przewodach testowych:
- nacisnąć klawisz [MENU] (z prawej strony ekranu),
- nacisnąć klawisz [F1] – [OFFSET] – wybór menu zerowania,
- nacisnąć klawisz [F1] – zerowanie obwodu rozwartego.
b) Zerowanie przy zwartych przewodach testowych:
- przewody testowe zewrzeć krótkim przewodem miedzianym,
- nacisnąć klawisz [MENU],
- nacisnąć klawisz [F1] – [OFFSET] – wybór menu zerowania,
- nacisnąć klawisz [F2] – zerowanie obwodu zwartego.
Po wykonaniu kaŜdej z procedur zerowania, na monitorze pojawi się komunikat:
- „OK.” – proces zerowania udany,
- „FAIL” – proces zerowania nieudany.
Pominięcie procedury zerowania powoduje zmniejszenie dokładności pomiarów.
7
3.2. Pomiar parametrów wybranych elementów biernych.
3.2.1. Układ pomiarowy
W celu przeprowadzenia pomiarów wykonać następujące operacje:
- naciskając odpowiednie klawisze znajdujące się z prawej strony ekranu, wybrać rodzaj pracy z menu
głównego: [SLOW], [VALUE] oraz w zaleŜności od badanego elementu [L/Q], [L/R], [C/D], [C/R], [R/Q],
- wybrać odpowiednią częstotliwość wykonując następujące operacje:
- nacisnąć klawisz [FREQ],
- zadaną wartość częstotliwości (w kHz) wybrać na klawiaturze numerycznej,
- nacisnąć klawisz [
↵
] – enter ,
- zdjąć ręce z chwytaków pomiarowych i odczytać z ekranu wartości mierzonych parametrów.
Wyniki pomiarów i obliczeń zanotować w tabelach.
3.2.2. Pomiary
A) Zmierzyć parametry wybranych wartości rezystora dekadowego przy częstotliwościach podanych w tabeli.
R
N
[
Ω
]
f
kHz
0,1
1
10
R
1
Ω
∆
R
1
Ω
Q
-
10
∆
Q
-
R
2
Ω
∆
R
2
Ω
Q
-
100
∆
Q
-
Badany dwójnik
LCR
−
821
L
FORCE
L
SENSE
H
FORCE
H
SENSE
+
−
Przewody testowe
LCR-06A
Chwytak
krokodylkowy
Chwytak
krokodylkowy
8
R
3
Ω
∆
R
3
Ω
Q
-
1000
∆
Q
-
R
4
Ω
∆
R
4
Ω
Q
-
10000
∆
Q
-
R
5
Ω
∆
R
5
Ω
Q
-
100000
∆
Q
-
B) Zmierzyć parametry dwójników biernych (zestaw nr. ..........) przy częstotliwościach podanych w tabelach.
Opornik 1
Opornik 2
f
R
∆
R
Q
R
∆
Q
R
R
∆
R
Q
R
∆
Q
R
kHz
Ω
Ω
-
-
Ω
Ω
-
-
0,1
0,2
0,5
1
2
5
10
20
50
100
200
Oznaczenia:
- R – wartości rezystancji zmierzone miernikiem LCR – 821,
-
∆
R – błędy graniczne pomiaru rezystancji miernikiem LCR – 821.
- Q
R
– wartości dobroci rezystorów zmierzone miernikiem LCR – 821,
-
∆
Q
R
– błędy graniczne pomiaru dobroci rezystorów miernikiem LCR – 821.
Narysować wykresy: R i Q w funkcji częstotliwości.
9
Cewka indukcyjna
f
L
∆
L
Q
L
∆
Q
L
L
∆
L
R
L
∆
R
L
kHz
....H
....H
-
-
....H
....H
Ω
Ω
0,1
0,2
0,5
1
2
5
10
20
50
100
200
Kondensator 1
f
C
∆
C
D
∆
D
C
∆
C
R
C
∆
R
C
kHz
.....F
.....F
-
-
.....F
.....F
Ω
Ω
0,1
0,2
0,5
1
2
5
10
20
50
100
200
10
Kondensator 2
f
C
∆
C
D
∆
D
C
∆
C
R
C
∆
R
C
kHz
.....F
.....F
-
-
.....F
.....F
Ω
Ω
0,1
0,2
0,5
1
2
5
10
20
50
100
200
Oznaczenia:
- L – wartość indukcyjności zmierzona miernikiem LCR – 821,
-
∆
L – błąd graniczny pomiaru indukcyjności miernikiem LCR – 821.
- Q
L
– wartość dobroci cewki zmierzona miernikiem LCR – 821,
-
∆
Q
L
– błąd graniczny pomiaru dobroci cewki miernikiem LCR – 821.
- R
L
– wartość rezystancji cewki zmierzona miernikiem LCR – 821,
-
∆
R
L
– błąd graniczny pomiaru rezystancji cewki miernikiem LCR – 821.
- C – wartości pojemności kondensatorów zmierzone miernikiem LCR – 821,
-
∆
C – błędy graniczne pomiaru pojemności miernikiem LCR – 821.
- D – wartości stratności kondensatorów zmierzone miernikiem LCR – 821,
-
∆
D – błędy graniczne pomiaru stratności kondensatorów miernikiem LCR – 821.
- R
C
– wartości rezystancji kondensatorów zmierzone miernikiem LCR – 821,
-
∆
R
C
– błędy graniczne pomiaru rezystancji kondensatorów miernikiem LCR – 821.
UWAGA: błędy graniczne pomiaru wyznaczyć w oparciu o parametry metrologiczne przyrządów podane
na stronie 2 protokołu.
Narysować wykresy: L, Q
L
, R
L
oraz C, D, R
C
w funkcji częstotliwości.
Porównać wyniki pomiarów uzyskane róŜnymi przyrządami pomiarowymi.
11
4. POMIARY SKŁADOWYCH IMPEDANCJI NIEZNANEGO DWÓJNIKA „Z
X
”.
4.1. Pomiary składowych impedancji nieznanego dwójnika „Z
x
” za pomocą cyfrowego
miernika impedancji.
4.1.1. Układ pomiarowy jak w p.3.2.1.
4.1.2. Pomiary
Dla wartości częstotliwości podanych w tabeli zmierzyć cyfrowym miernikiem impedancji typ LCR
−
821
moduł impedancji
|
Z
x
|
oraz kąt fazowy impedancji „
ϕ
”.
W celu przeprowadzenia pomiarów wykonać następujące operacje:
- naciskając odpowiednie klawisze znajdujące się z prawej strony ekranu, wybrać rodzaj pracy z menu
głównego: [SLOW], [VALUE] oraz [Z/
θ
].
Wyniki pomiarów i obliczeń zestawić w tabeli.
Z
x1
Z
x2
f
kHz
50
66,667
100
50
66,667
100
|
Z
x
|
Ω
ϕ
(..
°
)
cos
ϕ
−
R
x
Ω
X
x
Ω
Oznaczenia:
|
Z
x
|
– zmierzony moduł impedancji,
ϕ
– zmierzony kąt fazowy impedancji (symbol na mierniku „
θ
”),
R
x
=
|
Z
x
|⋅
cos
ϕ
– obliczona wartość rezystancji,
ϕ
sin
2
2
⋅
=
−
=
x
x
x
x
Z
R
Z
X
– obliczona wartość reaktancji.
4.2. Pomiary składowych impedancji metodą trzech woltomierzy.
Przygotowanie przyrządów do pomiarów
Generator pomiarowy:
- wyjście napięciowe,
- napięcie wyjściowe generatora: sinusoidalne, U
gen.
≈
(2
÷
4) V
p-p
,
- zakres częstotliwości: 100k
Woltomierz cyfrowy:
- pomiary zmiennoprądowe,
- zakres napięcia: 2 V.
4.2.1. Układ pomiarowy
U
gen.
= ….….V
p-p
U
gen.
R
w
Z
x.
U
2
U
3
U
1
Generator
pomiarowy
R
w
= ………….
Ω
ϕ
U
3
=I
|
Z
x
|
IR
x
IX
x
I
U
2
=IR
w
U
1
12
4.2.2. Pomiary
Dla wartości częstotliwości podanych w tabeli zmierzyć woltomierzem cyfrowym napięcia U
1
, U
2
, U
3
oraz
obliczyć parametry składowe badanej impedancji.
Wyniki pomiarów i obliczeń zestawić w tabeli.
R
w
=………
Z
x1
Z
x2
f
kHz
50
66,6
100
50
66,6
100
U
1
V
U
2
V
U
3
V
cos
ϕ
−
|
Z
x
|
Ω
R
x
Ω
X
x
Ω
Oznaczenia:
U
1
, U
2
, U
3
– napięcia zmierzone woltomierzem cyfrowym,
R
w
– rezystor wzorcowy,
3
2
2
3
2
2
2
1
2
cos
U
U
U
U
U
−
−
=
ϕ
,
w
x
R
U
U
Z
⋅
=
2
3
, R
x
=
|
Z
x
|⋅
cos
ϕ
,
2
2
x
x
x
R
Z
X
−
=
Porównać wyniki pomiarów z punktów 4.1 i 4.2.
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:
1) Protokół pomiarowy z wypełnionymi tabelami.
2) Przykłady obliczeń do kaŜdego punktu pomiarowego.
3) Wymagane wykresy (odpowiednio opisane).
4) Porównanie wyników pomiarów z danymi technicznymi.
5) Wnioski wynikające z przeprowadzonych pomiarów i obserwacji.
Przykładowy zestaw tematów na kolokwium wstępne.
1.
Parametry i schematy zastępcze elementów biernych w zakresie w.cz. i m.cz.
2.
Klasyfikacja metod pomiaru parametrów dwójników biernych.
3.
Pomiar rezystancji metodą techniczną (z wykorzystaniem amperomierza i woltomierza).
4.
Mostek Wheatstone'a - budowa, zasada pracy, ocena dokładności pomiaru.
5.
Zasada pracy mostków prądu zmiennego - warunki równowagi – na przykładzie mostka Maxwell'a-Wiene'a.
6.
Metoda rezonansowa - własności obwodu rezonansowego, jego charakterystyki.
7.
Miernik dobroci - zasada działania, budowa, ocena dokładności pomiaru.
8.
Pomiar parametrów cewki indukcyjnej Q-metrem.
9.
Wykorzystanie miernika dobroci do pomiaru parametrów kondensatorów.
Wykaz literatury do ćwiczenia
1) A.Chwaleba, M.Poniński, A.Siedlecki, „Metrologia elektryczna”, Wyd. 5, 6, 7, 8, 9 WNT, 1996r, 1998r,
2000r, 2003r, 2007r.
2. A. Jellonek, Z. Karkowski "Miernictwo radiotechniczne" W.N.T. 1972r.