Andreas Antony III/1 Messung nichtelektrischer Größen Allgemeiner
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Andreas Antony III/1 Messung nichtelektrischer Größen Allgemeiner Teil Titel der Übung: Übungsnummer: Übungsplatz: Datum der Übung: Klasse: Schriftführer: Übungsteilnehmer: Messung nichtelektrischer Größen III / 1 10 16.12.2004 3 BHELI Andreas Antony Andreas Antony Andreas Hager Erich Reim Bernhard Schneider Inhaltsverzeichnis Allgemeiner Teil…………..……………………………………………………………… 1 Inhaltsverzeichnis………………………………………………………………………… 1 1. Dehnungsmessstreifen…………………………………………………………………. 2 1.1 Besprechung des Dehnungsmessstreifen……………………………………... 2 1.2 Besprechung des Versuchsmodells JJ Systems Laboratory………………….. 3 1.2.1 Nullpunktabgleich des Messverstärkers……………………………. 3 1.3 Durchmessen der Dehnungsmessstreifen mit Ohmmeter…………………….. 4 1.3.1 Messtabelle des Widerstands der Dehnungsmessstreifen…………... 4 1.4 Viertelbrückenschaltung mit Dehnungsmessstreifen………………………… 4 1.4.1 Aufgabenstellung………………………………………………….... 4 1.4.2 Messschaltung zur Viertelbrückenschaltung……………………….. 4 1.4.3 Messvorgang der Viertelbrückenschaltung………………………… 5 1.4.4 Messtabelle zur Viertelbrückenschaltung…………………………... 5 1.4.5 Diagramm zur Messtabelle der Viertelbrückenschaltung…………... 6 1.5. Viertelbrückenschaltung mit Veränderung der Temperatur…………………. 6 1.6. Viertelbrückenschaltung mit Temperaturkompensation……………………...6 1.6.1 Messschaltung der Viertelbrückenmessschaltung mit Temperaturkompensation………………………………………………… 7 1.7. Halbbrückenschaltung mit Dehnungsmessstreifen…………………………... 7 1.7.1 Aufgabenstellung…………………………………………………… 7 1.7.2 Messschaltung………………………………………………………. 7 1.7.3 Messvorgang der Halbbrückenschaltung…………………………… 8 1.7.4 Messtabelle zur Halbbrückenschaltung…………………………….. 8 1.7.5 Diagramm zur Messtabelle der Halbbrücke………………………... 9 1.8 Vollbrücke mit Dehnungsmessstreifen………………………………………. 9 1.8.1 Aufgabenstellung…………………………………………………… 9 1.8.2 Messschaltung………………………………………………………. 9 1.8.3 Formel für die Widerstandsänderung…………..................................10 2. Differentialtransformator………………………………………………………………. 11 Messprotokoll…………………………………………………………………………….. 12 Inventarliste………………………………………………………………………………. 16 HTL Hollabrunn Seite 1 3 BHELI 2004/05 Andreas Antony III/1 Messung nichtelektrischer Größen 1. Dehnungsmessstreifen 1.1 Besprechung des Dehnungsmessstreifens: Zu Beginn der Stunde besprach der Laborleiter mit der Gruppe den Aufbau, Funktion, Anwendungen und die Messschaltungen von Dehnungsmessstreifen. Vollbrücke mit Dehnungsmessstreifen: +5V + - -5V Halbbrücke mit Dehnungsmessstreifen: +5V + - -5V Viertelbrücke mit Dehnungsmessstreifen: +5V + - -5V HTL Hollabrunn Seite 2 3 BHELI 2004/05 Andreas Antony III/1 Messung nichtelektrischer Größen 1.2 Besprechung des Versuchsmodells JJ Systems Laboratory: Der Übungsleiter erklärte uns zunächst die Funktionsweise des Versuchsmodells JJ Systems Laboratory. Das Versuchsmodell wird zur Simulation von Wegmaßsystemen mit Dehnungsmessstreifen. Vor den Messvorgängen muss ein Nullpunktabgleich des Anzeigeinstruments und des Messverstärkers durchgeführt werden. Das Versuchsmodell besteht aus 2 Metallplatten, wo je 2 Dehnungsmessstreifen montiert sind. Auf der oberen Seite jeder Metallplatte des Dehnungsmessstreifen sind zwei Dehnungsmessstreifen montiert, wo einer der Temperaturkompensation dient. Auf der unteren Seite jeder Metallplatte ist ein Dehnungsmessstreifen montiert. Am Ende der Metallplatten ist ein Micrometer montiert und damit werden die Metallplatten hinuntergedrückt und es verändert sich der Widerstand der Dehnungsmessstreifen und die Spannung wird auf dem Anzeigesystem gemessen werden. Vor jedem Messvorgang muss der Nullpunktabgleich des Messverstärkers durchgeführt werden. 1.2.1 Nullpunktabgleich des Messverstärkers: Schaltung zum Nullpunktabgleich: + - Mit dem Potentiometer wird der Widerstand so eingestellt, dass die Nadel der Anzeige auf 0 Volt steht. HTL Hollabrunn Seite 3 3 BHELI 2004/05 Andreas Antony III/1 Messung nichtelektrischer Größen 1.3 Durchmessen der Dehnungsmessstreifen mit Ohmmeter: Der ohm´sche Widerstand der Dehnungsmessstreifen soll 350Ω betragen. 1.3.1 Messtabelle des Widerstands der Dehnungsmessstreifen: Dehnungsmessstreifen Widerstandswert in Ω 1.DMS 2.DMS Temperaturkompensation 3.DMS 4.DMS Temperaturkompensation 5.DMS 6.DMS 351 350,9 351,2 351,2 351,1 351,6 1.4 Viertelbrückenschaltung mit Dehnungsmessstreifen: 1.4.1 Aufgabenstellung: Die Aufgabenstellung war die Messschaltung aufzubauen, eine Messtabelle mit der Mikrometereinstellung und der Spannungsänderung zu erstellen. Weiters war die Widerstandsänderung der Dehnungsmessstreifen auszurechnen. Die Messung erfolgte am 1. Dehnungsmessstreifen. 1.4.2 Messschaltung zur Viertelbrückenschaltung: +5V 351Ω + 364,2Ω - -5V HTL Hollabrunn Seite 4 3 BHELI 2004/05 Andreas Antony III/1 Messung nichtelektrischer Größen 1.4.3 Messvorgang der Viertelbrückenschaltung: Zuerst machten wir den Nullpunktabgleich der Anzeige und des Messverstärkers bei einer Mikrometereinstellung von 17mm auf 0 Volt. Die Schaltung ist oben bei 1.2.1. angeführt. Dann muss man mit einer Strippe von der Gleichspannungsquelle, die auf 5V eingestellt wurde, auf den 1. Dehnungsmessstreifen gehen und von diesem wieder mit einer Strippe zum Messverstärker und zu einem Widerstand und von diesem auf GND. Der Ausgang des Messverstärkers wird mit dem Anzeigegerät verbunden. Der Messbereichsendwert der Anzeige wird auf 30mV eingestellt. 1.4.4 Messtabelle zur Viertelbrückenschaltung: Mit der untenstehenden Formel kann die Widerstandsänderung berechnet werden: 1 R UD = U 4 R U=5V R = 4 UD R U R=351Ω Mikrometereinstellung Messwert Widerstandsänderung in mm UD in mV ΔR in mΩ 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 HTL Hollabrunn 0,00 0,70 1,30 1,90 2,50 3,20 3,80 4,50 5,00 5,80 6,40 7,40 8,20 Seite 5 0,00 196,56 365,04 533,52 702,00 898,56 1067,04 1263,60 1404,00 1628,64 1797,12 2077,92 2302,56 3 BHELI 2004/05 Andreas Antony III/1 Messung nichtelektrischer Größen 1.4.5 Diagramm zur Messtabelle der Viertelbrückenschaltung: Messwert UD in mV Diagramm zur Messtabelle der Viertelbrücke 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 5 6 7 8 9 0 2 4 6 8 10 10 11 12 12 13 14 14 15 16 16 17 18 Mikrometereinstellung in mm 1.5. Viertelbrückenschaltung mit Veränderung der Temperatur: Die Viertelbrückenmessschaltung mit Veränderung der Temperatur haben wir nur besprochen. Die Messschaltung ist dieselbe, wie bei 1.4, nur , dass zur Schaltung noch eine Heizung hinzugefügt wird. Die Heizung für den Dehnungsmessstreifen ist mit einer effektiven Heizspannung von 7 Volt zu versorgen. Die Temperatur wird mit einem ChromAluminium-Thermoelement gemessen, das eine Ausgangsspannung von 41μV/°C liefert. Diese Spannung muss in einem Verstärker mit dem Faktor 10 verstärkt werden. Vor der Messung muss man durch Kurzschließen des Thermoelements den Nullpunktfehler bestimmen. 1.6. Viertelbrückenschaltung mit Temperaturkompensation: Die Versuchsanordnung Viertelbrückenschaltung mit Temperaturkompensation haben wir nur besprochen. Die Viertelbrückenschaltung mit Temperaturkompensation ist gleich aufgebaut wie die Viertelbrückenschaltung bei 1.4 nur, dass der ohm´sche Widerstand durch einen Dehnungsmessstreifen ersetzt wird, der quer zum 1.Dehnungsmessstreifen liegt. Die Diagonalspannung UD ist nun unabhängig von der Temperatur und sie ist auch größer. HTL Hollabrunn Seite 6 3 BHELI 2004/05 Andreas Antony III/1 Messung nichtelektrischer Größen 1.6.1 Messschaltung der Viertelbrückenmessschaltung mit Temperaturkompensation: +5V 351Ω + 350,9Ω - -5V 1.7. Halbbrückenschaltung mit Dehnungsmessstreifen: 1.7.1 Aufgabenstellung: Die Aufgabenstellung war die Messschaltung aufzubauen, eine Messtabelle mit der Mikrometereinstellung und der Spannungsänderung zu erstellen. Weiters war die Widerstandsänderung der Dehnungsmessstreifen zu berechnen. Die Messung erfolgte am 1. und am 3. Dehnungsmessstreifen. Die Halbbrücke hat die doppelte Empfindlichkeit als die Viertelbrücke. 1.7.2 Messschaltung: +5V 351Ω + 351,2Ω - -5V HTL Hollabrunn Seite 7 3 BHELI 2004/05 Andreas Antony III/1 Messung nichtelektrischer Größen 1.7.3 Messvorgang der Halbbrückenschaltung: Zuerst machten wir den Nullpunktabgleich der Anzeige und des Messverstärkers bei einer Mikrometereinstellung von 17mm auf 0 Volt. Die Schaltung ist oben bei 1.2.1. angeführt. Dann muss man mit einer Strippe von der Gleichspannungsquelle, die auf 5V eingestellt wurde, auf den 1. Dehnungsmessstreifen, der sich bei Belastung dehnt, gehen und von diesem wieder mit einer Strippe zum Messverstärker und zum 3. Dehnungsmessstreifen, der sich bei Belastung staucht, und von diesem auf GND. Der Ausgang des Messverstärkers wird mit dem Anzeigegerät verbunden. Der Messbereichsendwert der Anzeige wird auf 30mV eingestellt. 1.7.4 Messtabelle zur Halbbrückenschaltung: 1 R UD= U 2 R U = 5V ΔR= 2 UD R U R = 351Ω + 351,2Ω = 702,2Ω Mikrometereinstellung Messwert Widerstandsänderung in mm UD in mV ΔR in mΩ 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 HTL Hollabrunn 0,00 1,60 3,10 5,30 6,30 7,80 9,30 11,50 12,80 14,50 16,40 18,10 20,00 Seite 8 0,00 449,41 870,73 1488,66 1769,54 2190,86 2612,18 3230,12 3595,26 4072,76 4606,43 5083,93 5617,60 3 BHELI 2004/05 Andreas Antony III/1 Messung nichtelektrischer Größen 1.7.5 Diagramm zur Messtabelle der Halbbrücke: Diagramm zur Messtabelle der Halbbrücke Messwert UD in mV 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0 5 10 15 20 Mikrometereinstellung in mm 1.8 Vollbrücke mit Dehnungsmessstreifen: 1.8.1 Aufgabenstellung: Die Aufgabenstellung zur Vollbrücke war die Formel für die Widerstandsänderung ΔR aufzustellen. 1.8.2 Messschaltung: HTL Hollabrunn Seite 9 3 BHELI 2004/05 Andreas Antony III/1 Messung nichtelektrischer Größen 1.8.3 Formel für die Widerstandsänderung: UD=U2-U1 UB=U1+U3=U2+U4 R2 = R2 R4 UB U2 U1 UB = R1 R1 R3 R2 R R1 R = UB R2 R R4 R R1 R R3 R UD UD UB = R2 R R1 R3 R1 RR2 R4 R2 R4 R2 R3 R1 R2 R1 R R2 R3 R3 R R1 R2 R2 R R1 R4 R4 R = UB R2 R4 R1 R3 UD UD R2 R4 R1 R3 R2 R3 R1 R4 = R R1 R2 R3 R4 UB UD R2 R4 R1 R3 R R R R R = 2 3 1 4 R1 R2 R3 R4 UB HTL Hollabrunn Seite 10 3 BHELI 2004/05 Andreas Antony III/1 Messung nichtelektrischer Größen 2. Differentialtransformator: Zum Differentialtransformator hat die Gruppe 6a nur eine Messung mit dem Differentialtransformator mit Zusatzplatine durchgeführt. Die Aufgabenstellung für die Gruppe 6a nur eine Messtabelle anzufertigen. Die Besprechung der einzelnen Schaltungen und die dazugehörigen Messtabellen zum Differentialtransformator sind ab der Seite 15 zu finden und wurden vom Schriftführer der Gruppe 6b, Stefan Zimmermann, übernommen. Messtabelle zum Differentialtransformator mit Zusatzplatine: Mikrometereinstellung in mm Messwert UD in V 10,31 10 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5 15 HTL Hollabrunn Seite 11 0 1,09 2,92 4,72 6,53 8,36 10,18 12,02 13,9 14,14 -0,7 -2,49 -4,27 -6,06 -7,85 -9,65 -11,46 -13,29 -13,75 -13,46 3 BHELI 2004/05
