LABORATION 1 ELEKTRISK MÄTTEKNIK OCH MÄTINSTRUMENT

Transkript

1 nsiuionen för fysik och maerialveenskap Beng Lindgren, jan 9 LABORAON ELEKRSK MÄEKNK OCH MÄNSRMEN Mål: A kunna hanera de vanligase mekaniska och elekriska mäinsrumenen. A kunna koppla upp enklare elekronikkresar uifrån e give schema id: h Redovisning: Prookoll som uppvisas och signeras vid laboraionens slu. Förberedelse: Namn : Kurs : GODKÄND: Daum: nledning. En godycklig periodisk spänning, () (momenanvärde, becknas ibland också u() ) kan karakeriseras med hjälp av dess medelvärde, m (eng. mean, ibland används också de likrikade medelvärde mdc ) och dess effekivvärde, rms (eng. roo mean square). rms beecknas ibland bara med. m = ( ) d mdc = ( ) d rms = ( ) d oppilloppvärde, pp (eng. peakopeak) är skillnaden mellan signalens maxvärde och minvärde. Ampliuden eller oppvärde är halva oppilloppvärde för en symmerisk signal (symmerisk kring =). För växelspänning (sinussignal) gäller rms = / och mdc = / π. ( ) ( ) ( ) ( ) p p Figur. Symmerisk sinussignal Likrikad sinussignal Symmerisk fyrkanvåg Symmerisk riangelvåg E visarinsrumen av vridspoleyp (spole i permanen magnefäl) mäer medelvärden. För växelsröm mäs medelvärde av den likrikade srömmen men skalan är omräknad ill effekivvärde för sinusformade srömmar. Även digiala mäinsrumen mäer ofas medelvärden fas sann effekivvärdesvisande insrumen finns också.

2 nsiuionen för fysik och maerialveenskap Beng Lindgren, jan 9. Mäning på sinussignal med oscilloskop och DMM. Säll in funkionsgeneraorn på sinusvåg med frekvensen khz och uspänningen ill ca 5% av maxvärde (ungefär 5 V pp är lagom). Säll också in likspänningsnivån (eng. offse) på V (d.v.s. m =V). pp kan mäas indirek (via effekivvärde) med en DMM i VAC område ( V ~ ), medan & V &. m mäs med VDC område ( ) DMM funkionsgeneraor oscilloskop Figur. Mäning på sinussignal med oscilloskop och DMM. Observera a de jocka kopplingslinjerna represenerar koaxialkablar med vå ledare. Signalen från funkionsgeneraorn anslus ill den ena av oscilloskopes ingångar. Oscilloskope juseras ill bäsa avläsbarhe och med mins hel period på bildskärmen. Yaxel:... V / rua Xaxel :... s / rua En grov avläsning av spänning och id kan göras direk från oscilloskopes skärm: pp =... =... =... Mä den symmeriska sinussignalens effekivvärde och frekvens med den digiala mulimeern: rms(dmm) =... f (DMM) =... Observera a även om insrumene visar mävärde med flera siffror på displayen så beyder de ine a mänoggrannheen är så hög. Sudera manualen ill insrumene (se udrag näsa sida) och avgör mäosäkerheen i mäningen. Mäosäkerheen brukar anges med en osäkerhe i % av avläs värde plus anale osäkra siffror i sisa siffran (eng. digis). Mäosäkerhe = mävärde %osäkerheen + (osäkerheen i sisa siffran). Observera a mäosäkerheen varierar med de använda mäområde. Exempel: En mäning av näspänningen gav =9,4 V. Mäosäkerheen (4V~ område) är 9,4,% +, =,5 V. Efersom de ine framgår av manualen om de vå bidragen ill mäosäkerheen är oberoende av varandra görs ine en kvadraisk sammanläggning.

3 nsiuionen för fysik och maerialveenskap Beng Lindgren, jan 9 drag ur manualen för Fluke 79/9 mulimeer. Angiven noggrannhe avser 99% konfidensnivå, mosvarande 3 sandardavvikelse. Mävärde rms =... Mäområde =... Avvikelse i % =... Anal pos. i sisa siffran =... Mäosäkerhe =... vid 99% konfidensnivå. Ange den uppmäa spänningen ( rms ) med värdesiffrors mäosäkerhe med skrivsäe ",34(56)" där siffrorna i parenesen anger osäkerheen i de vå sisa mävärdessiffrorna (,56) mosvarande en sandardavvikelse. Jämför med erhålle värde från mäningen med oscilloskope. rms(dmm) =... Mulimeerns bandbredd (frekvensområde) är låg jämförd med oscilloskopes. Vad händer med de visade effekivvärde om sinussignalens frekvens ökas? Prova! 3

4 nsiuionen för fysik och maerialveenskap Beng Lindgren, jan 9 3. Sröm, spänning och resisansmäning med DMM. Sambande mellan spänning, sröm och e mosånds resisans R ges av Ohms lag = R. Senheen för spänning är vol V, för sröm ampere A och för resisans ohm Ω men ofa används enheerna ma och kω för elekronikkresar. mosvarar spänningsfalle över R och R anges med en pil med samma rikning som srömmen. Den elekriska poenialen ill vänser om mosånde är högre än nedsröms. Koppla upp kresen i figur 3 och välj som en likspänning på c:a V. Vrid ner ampliuden ill min på khzområde och säll in likspänningen (enl. DMM) med "DC OFFSE". OBS! Ändra sedan ine denna insällning under de olika mäningarna i denna uppgif, efersom den inre spänningskällan i Fig. 4 skall hållas konsan. Använd e dekadmosånd men konrollmä dess resisans med en DMM. Mä spänningarna och med en mulimeer inkopplad för spänningsmäning, sam srömmen med en mulimeer inkopplad för srömmäning. Observera a "Ameern" måse vara inkoppla hela iden medan "Vmeern" kan flyas mellan mäpunkerna uan a srömkresen brys. Om dekadmosånd används, ändra aldrig värde så a dess resisansen passerar efersom säkringen hos Ameern då kan gå sönder. ma V R Figur 3. Mä spänningar och srömmar vid R = kω och Ω. Mä även uan någon kres inkopplad ("R= "). "R" kω R enl DMM R=/ Ω 4

5 nsiuionen för fysik och maerialveenskap Beng Lindgren, jan 9 Ange mäosäkerheen för och enl. DMM:s manual för mäområdena som användes vid kω mäningen: u( ) =... u() =... Mäosäkerheen i R fås efer differeniering av "Ohms lag" R= /: dr = d d d = R d u( R) = R u( ) u( ) + Beräkna för " kωdaa" u(r) =... Hur sämmer dea med värde uppmä med resisansmäning med DMM? Vid Ω är <. Dea beror på a mulimeern vid srömmäning har en icke försumbar resisans som ger upphov ill e spänningsfall. Beräkna denna inre resisans: R DMM = ( )/ =... Även vid spänningsmäning har mulimeern en inre resisans men denna är av sorleksordningen MΩ och srömmen genom den kan försummas jämför med srömmen. spänningen från funkionsgeneraorn sjunker när den belasas med Ω jämför med obelasa (R= ). Dea beror på a funkionsgeneraorn har en ugångsresisans R u = 5 Ω (se figur). Obelasad, när ingen sröm as u, gäller a = efersom inge spänningsfall finns över R u enlig Ohm lag. Belasad uppsår dock e spänningsfall över R u inne i funkionsgeneraorn. Ekvivalenschema (inom ramen) för funkionsgeneraorns ugång. 5