instrukcja%202.pdf

(92 KB) Pobierz

Dr inŜ. Tadeusz Mączka

2. Pomiary rezystancji, rezystancji izolacji i rezystywności

1. Wstęp:

Do podstawowych sposobów pomiaru rezystancji (oporu elektrycznego) naleŜą:

Û Metoda techniczna polegająca na bezpośrednim wyznaczeniu rezystancji z pomiaru na-

pięcia i prądu,

Û Bezpośredni pomiar omomierzami (analogowymi lub cyfrowymi),

Û Pomiary mostkowe.

Pomiary rezystancji izolacji urządzeń energetycznych wykonuje się specjalnymi przyrządami,

które zapewniają odpowiednie warunki pomiaru przewidziane przepisami.

2. Cel ćwiczenia:

Zapoznanie studentów z elementarnymi zjawiskami fizycznymi towarzyszącymi przewod-

nictwu prądu w przewodnikach i dielektrykach.

Zagadnienia oceny materiałów, wyrobów i urządzeń stosowanym w energetyce, z punktu

widzenia przydatności i prowadzenia eksploatacji, na podstawie pomiarów rezystancji i rezy-

stywności.

Zapoznanie się ze sposobem oceny zagroŜeń wywołanych elektrycznością statyczną w

strefach zagroŜonych poŜarem i wybuchem, na podstawie pomiarów rezystancji izolacji.

Zapoznanie się z technikami pomiarowymi - metoda techniczna, metody mostkowe, me-

tody bezpośrednie (megaomomierze).

Uwaga !!!

Przed przyst ą pieniem do ć wiczenia zapozna ć si ę z dodatkiem pod tytułem

„Procedura wyznaczania niepewno ś ci pomiarowych”.

3. Pomiary rezystancji metodą techniczną

Metodę techniczną stosuje się do pomiaru rezystancji małych i rezystancji średnich (du-

Ŝych). Metodę techniczną przy prądzie stałym moŜna mierzyć praktycznie wszelkie rezystan-

cje. Jednak stosuje się ją głownie do pomiaru rezystancji elementów nieliniowych, takich jak

diody, warystory, termistory, Ŝarówki itp. Rezystancja takich elementów zaleŜna jest od bie-

gunowości napięcia, wartości przyłoŜonego napięcia, temperatury. NaleŜy zwrócić uwagę na

to, Ŝe dla elementów nieliniowych wyznaczenie rezystancji elementów bez jednoznacznego

określenia napięcia lub prądu, przy którym dokonano pomiaru, jest praktycznie nieprzydatne.

Dla przykładu dioda krzemowa w kierunku przewodzenia przy napięciu 0,5 V moŜe mieć rezy-

stancje rzędu megaoma (MW), a przy napięciu 1 V mniej niŜ 1 W.

W urządzeniach takich jak dławiki, transformatory, kondensatory energetyczne itp. Rezy-

stancja zmierzona przy prądzie przemiennym jest inna niŜ przy prądzie stałym. Wynika to ze

strat mocy w rdzeniach ferromagnetycznych lub dielektrykach (straty polaryzacyjne). W tych

przypadkach rezultat pomiaru zaleŜy od wartości doprowadzonego napięcia i jego częstotli-

wości. Stosuje się wtedy pomiar rezystancji metodą techniczną w obwodzie z watomierzem

979971466.047.png

979971466.048.png

979971466.049.png

zasilanym prądem przemiennym. Wartość mierzonej rezystancji wyznacza się wtedy z poni-

Ŝej podanej zaleŜności

2

P

U

R

=

=

x

2

I

P

gdzie:

P – moc wskazana przez watomierz, I – wartość skuteczna prądu wskazana przez ampero-

mierz, U – wartość skuteczna napięcia wskazana przez woltomierz.

3.1.

Pomiar rezystancji średnich (duŜych) metoda techniczną

10 6

Układ do pomiaru średnich rezystancji (10

¸

W

) często zwany układem z pomiarem po-

prawnego prądu (PPP) prezentuje rys. 1.

W

A

B

+

R x

V

–

Rys. 1. Układ do pomiaru metod ą techniczna rezystancji ś rednich i du Ŝ ych. B – bateria

akumulatorów (zasilacz DC max 60 V), V – woltomierz, A – amperomierz, R x – rezystor

badany (nieznany), W – wył ą cznik.

Układ ten stosuje się wtedy, gdy wartość mierzona (nieznana) R x jest wielokrotnie większa

niŜ rezystancja amperomierza stosowanego. Rezystancję mierzoną w powyŜszym układzie

moŜemy wyznaczyć, jeśli będzie nam znane napięcie na zaciskach tej rezystancji oraz natęŜe-

U

'

x

nie prądu, który przezeń płynie. Korzystamy wtedy z prawa Ohma

R

=

.

I

W układzie powyŜszym mamy mierzone amperomierzem natęŜenie prądu I , ale woltomierz

wskazuje nam napięcie na zaciskach szeregowego połączenia rezystancji: mierzonej R x i am-

peromierza R A . Wynik tak otrzymany obarczony jest błędem (wyliczona rezystancja jest po-

większona o rezystancję amperomierza R A ). Dlatego przy wyznaczaniu rezystancji R x musimy

uwzględnić spadek napięcia na amperomierzu, będzie on wynosił:

U

=

I

×

R

.

A

A

Wobec tego napięcie na rezystorze R x będzie się równać:

U

=

U

-

U

=

U

-

I

×

R

.

x

A

A

Korzystając z prawa Ohma otrzymamy:

U

-

I

×

R

R

=

A

x

I

2

979971466.001.png

979971466.002.png

979971466.003.png

979971466.004.png

979971466.005.png

979971466.006.png

979971466.007.png

979971466.008.png

979971466.009.png

979971466.010.png

979971466.011.png

979971466.012.png

979971466.013.png

979971466.014.png

979971466.015.png

979971466.016.png

979971466.017.png

979971466.018.png

979971466.019.png

Upraszczając ostateczne otrzymamy:

U

R

=

-

R

.

x

A

I

'

x

Przy duŜych wartościach R x zwykle rezystancja R A jest do pominięcia, a wtedy

R

»

R

.

x

3.1.1. Przebieg ćwiczenia i zadania do wykonania

Zmontować układ pomiarowy tak jak na rysunku 1. Następnie ustawiamy pokrętłem zasilacza DC

dogodne wartości napięcia i natęŜenia prądu i notujemy wskazania mierników. Wykonujemy kil-

ka cykli pomiarów (czyli zmieniamy wartości napięcia i natęŜenia). Wszystkie odczyty mierni-

ków powinny być zanotowane w tabeli. Podać przykład analizy niepewności pomiarowych.

3.2.

Pomiar rezystancji małych metoda techniczną

Układ do pomiaru małych rezystancji często zwany układem z pomiarem poprawnego napię-

cia (PPN) prezentuje rysunek 2. Do rezystancji małych zalicza się te, których wartości są

mniejsze od 10

W

.

W

a

A

B

+

R x

V

–

Rys. 2. Układ do pomiaru metod ą techniczna rezystancji małych. B – bateria akumulatorów

(zasilacz DC max 60 V), V – woltomierz, A – amperomierz, R x – rezystor badany (niezna-

ny), W – wył ą cznik.

U

R

'

x

=

W metodzie tej równieŜ korzystamy z prawa Ohma

. W układzie pomiarowym mie-

I

rzymy woltomierzem napięcie U , ale amperomierz wskazuje nam prąd sumaryczny, który

rozgałęzia się w punkcie a na prąd w rezystancji mierzonej i na prąd, który płynie przez wol-

tomierz. PoniewaŜ rezystancja wewnętrzna woltomierza wynosi R V a napięcie na jego zaci-

skach wynosi U, to prąd płynący przez niego ma wartość:

U

I

=

V

R

V

Amperomierz mierzy prąd główny I będący sumą prądu I R płynącego przez mierzoną rezy-

stancję i I V płynącego przez woltomierz.

I

=

I

+

I

,

R

V

Więc prąd płynący przez rezystancje wynosi

3

979971466.020.png

979971466.021.png

979971466.022.png

979971466.023.png

979971466.024.png

979971466.025.png

979971466.026.png

979971466.027.png

979971466.028.png

979971466.029.png

979971466.030.png

979971466.031.png

979971466.032.png

979971466.033.png

979971466.034.png

979971466.035.png

979971466.036.png

979971466.037.png

I

=

I

-

I

R

V

Znając prąd I R i napięcie U moŜemy obliczyć wartość rezystancji R x z poniŜszych zaleŜności:

U

R

=

x

I

R

Podstawiając za I R mamy:

U

R

=

x

I

-

I

V

Albo ostatecznie:

U

R

=

x

U

I

-

R

V

Przy małych wartościach R x zwykle prąd woltomierza jest do zaniedbania w stosunku do prą-

du amperomierza, wówczas moŜna przyjąć

'

x

R

»

R

. NaleŜy pamiętać ze wyliczona wartość

x

'

rezystancji

R jest mniejsza od rzeczywistej.

3.2.1. Przebieg ćwiczenia i zadania do wykonania

Zmontować układ pomiarowy tak jak na rysunku 2. Następnie ustawiamy pokrętłem zasilacza

DC dogodne wartości napięcia i natęŜenia prądu i notujemy wskazania mierników. Wykonać

kilka cykli pomiarów (czyli zmieniamy wartości napięcia i natęŜenia). Wszystkie odczyty

mierników powinny być zanotowane w tabeli jak w punkcie 3.1.1. Podać przykład analizy

niepewności pomiarowych.

3.3.

Wnioski i uwagi do metody technicznej pomiaru rezystancji

W czasie pomiarów nie naleŜy zbyt długo trzymać układu pod napięciem, bowiem rezystor

moŜe się nagrzać i wtedy moŜe zmniejszyć się dokładność pomiarów, (dlaczego?). Dobierając

mierniki do pomiaru rezystancji metodą techniczną w przypadku, gdy mierzymy duŜe rezy-

stancje naleŜy wybrać amperomierz o moŜliwie małej rezystancji wewnętrznej. Przy pomiarze

małych rezystancji woltomierz o duŜej rezystancji wewnętrznej. Całkowity błąd pomiaru me-

todą techniczną składa się ze względnych błędów pomiaru prądu i napięcia wynikających z

klasy mierników oraz z bł ę du metody wynikającego z zastosowanego układu pomiarowego i

rezystancji mierników. Bł ą d metody pomiaru duŜych rezystancji metodą techniczną jest do

pominięcia, gdy

-

3

R

£

10

R

. Przy pomiarze małych rezystancji błąd metody jest do pomi-

A

x

3

nięcia, jeŜeli

R

³

10 R

. Przy takich załoŜeniach błędy metody nie przekraczają 0,1%.

V

x

4. Mostki do pomiaru rezystancji

Mostki do pomiaru rezystancji to układy elektryczne umoŜliwiające porównanie rezystan-

cji mierzonej z rezystancjami wzorcowymi, w które jest wyposaŜony mostek. Podstawowymi

układami są mostki Wheatstone’a do pomiaru rezystancji średnich i duŜych oraz mostki

Thomsona do pomiaru rezystancji małych. Mostki produkuje się w dwóch odmianach: tech-

niczne proste w obsłudze o średniej dokładności, i mostki laboratoryjne, zapewniające duŜą

dokładność pomiaru.

4

979971466.038.png

979971466.039.png

979971466.040.png

979971466.041.png

979971466.042.png

979971466.043.png

Rezystancje moŜna równieŜ mierzyć elektronicznymi mostkami RLC, których głównym

zadaniem jest pomiar indukcyjności i rezystancji cewek lub pojemności i rezystancji strat

kondensatorów przy prądzie przemiennym.

4.1.

Mostek W HEATSTONE ’ A

Schemat połączeń rezystorów w mostku pokazano na rysunku 3. Mostek Wheatstone’a jest to

tzw. mostek czteroramienny. Rezystancja mierzona R x stanowi jedno ramię mostka, a wzorco-

we rezystancje R 2 , R 3 , R 4 tworzą pozostałe ramiona mostka. Mostki zasila się napięciem stałym

(czasem przemiennym) doprowadzonym do punktów A i B . Miedzy punkty C i D włącza się

wskaźnik zera (galwanometr magnetoelektryczny). Przy odpowiednim doborze wartości rezy-

stancji mostka (zrównowaŜeniu) róŜnica potencjałów miedzy punktami C i D moŜe być równa

zero i galwanometr wykaŜe brak przepływu prądu – stan równowagi mostka.

Rys. 3. Ideowy schemat mostka Wheatstone’a .

Spadki napięcia na R x i R 3 są równe

I

×

R

=

I

×

R

i spadki napięć na R 2 i R 4 są równe

1

x

2

3

I

×

R

=

I

×

R

. Z podzielenia stronami tych równań mamy warunek równowagi mostka

1

2

2

4

R

R

Wheatstone’a ,

x

=

3

R

R

2

4

co ostatecznie prowadzi do wyznaczenia szukanej wartości rezystancji mierzonej R x .

R

R

=

R

×

3

x

2

R

4

Mostek równowaŜy się dwoma sposobami. Pierwszy polega na zmianie rezystancji R 2 przy

stałym stosunku R 3 / R 4 – stosuje się w mostkach laboratoryjnych. Drugi polega na zmianie

stosunku R 3 / R 4 przy stałej wartości rezystancji R 2

-

stosuje się w mostkach technicznych.

5

979971466.044.png

979971466.045.png

979971466.046.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin