Grundlagen der Elektrotechnik I für Mechatroniker

Grundlagen der Elektrotechnik I für Mechatroniker - Praktikum Versuch 1
Entwurf einer Wägeeinrichtung mit Hilfe der Wheatstone’schen
Brückenschaltung
1
1.1
1.1.1
Versuchsdurchführung
Bestimmung des Widerstands eines Dehnungsmessstreifens
Messung mit industriellen Meßgeräten
Der Widerstandswert R0 eines der 4 auf dem zunächst unbelasteten
Biegebalken befindlichen Dehnungsmessstreifen ist nacheinander zu ermitteln
mit
a)
der Schleifdrahtmessbrücke Pontavi
b)
dem Digitalmultimeter
c)
dem Universalmeßinstrument Unigor A43
Der Biegestab ist jetzt mit einer Masse von m = 200g zu belasten.
d) Der Widerstand des DMS ist dann mit dem
Universalmeßinstrument Unigor A43 noch einmal zu messen.
1.2
Die verglichen mit c) aufgetretene Widerstandsänderung ist zu bestimmen und
zu begründen.
1.1.2
Messung nach dem Abgleichverfahren mit einer selbst
aufgebauten Wheatstoneschen Messbrücke
Bei den folgenden Messungen wird anstelle des Galvanometers das
hochohmige Digitalvoltmeter verwendet.
1.2.1
Es ist eine Brückenschaltung gemäß Abb. 1 aufzubauen und abzugleichen. Der
Widerstand eines der 4 Dehnungsmessstreifen (RX) ist aus der
Abgleichbedingung zu berechnen.
Messung nach dem Ausschlagverfahren
Ermittlung der Übertragungsfunktion
In der Schaltung gemäß Abb. 2 soll die Leerlaufspannung U5 in Abhängigkeit
von
R1 = 300 Ohm bis 1,2kOhm in Schritten von 100Ohm
Die Referenzwiderstände R3 und R4 sind Präzisionswiderstände mit 1 kOhm,
der Abgleich ist mit der Präzisionswiderstandsdekade (R2) auszuführen. Die
Versorgungsspannung der Brücke beträgt U0 = 6V.
Die Anzeige erfolgt mit dem im Pontavi-Messgerät befindlichen Galvanometer,
es ist mit einem in Reihe geschalteten Schutzwiderstand zu schützen.
Für die jeweilige Messung ist eine Fehlerrechnung für den maximalen Fehler
der DMS durchzuführen. Dabei sind die Fehler der Widerstände R2, R3 und R4
zu benutzen, die auf den Widerständen angegeben sind.
bei den Widerstandsverhältnissen R4 / R3 :
a) R4/R3 = 1kOhm / 1kOhm
b) R4/R3 = 100 Ohm / 1kOhm
gemessen werden. Der Widerstand R1 wird durch eine Präzisionswiderstandsdekade gebildet. Der Widerstand R2 ist mit einer zweiten solchen Dekade
aufzubauen.
Prof. Dr. Brücklmeier
29/09/2010
Grundlagen der Elektrotechnik I für Mechatroniker - Praktikum Versuch 1
Kennzeichen Sie für den Fall a) den Bereich des Linearitätsfehlers in Ihrem
Diagramm.
Die Ergebnisse sind zu diskutieren.
Die Brücke soll zu Beginn jeder Messung abgeglichen sein. Stellen Sie dazu
R1 auf 600Ohm und verändern Sie R2 solange, bis U5 möglichst nahe an 0V
ist. Während der Messung darf R2 nun nicht mehr verändert werden. Die
Versorgungsspannung der Brücke U0 soll 6V betragen. Überwachen Sie
während der Messung die Versorgungsspannung mit einem DMM und
stellen Sie sie ggf. nach.
1.3
Aufbau der Wägeeinrichtung mit dem Biegestab
Im Folgenden ist wie angegeben eine Messbrücke aufzubauen. Die
Versorgungsspannung
der
Brücke
beträgt
U0
=
6V.
Die Brückenquerspannung ist mit dem Digitalmultimeter anzuzeigen. Die
Brückenquerspannung U5 ist ohne Belastung des Biegebalkens zunächst auf
Null abzugleichen.
Tragen Sie U5 = f(R1) für a) und b) in ein Diagramm ein.
1.3.1
Viertelbrücke
Bauen Sie mit dem Dehnungsmessstreifen DMS1 und den
Präzisionswiderständen R2 , R3 und R4 = 1 kOhm eine Viertelbrücke gemäß
nachstehender Abbildung auf.
Dabei ist für R2 eine Widerstandsdekade zu verwenden, mit der die Brücke
(im unbelasteten Zustand) so gut wie möglich abgeglichen werden soll. R3
und R4 sind Festwiderstände.
Messen Sie die Brückenausgangsspannung bei Belastung des Biegebalkens
mit einer Masse m = 0; 100g; 200g; 300g; 400g und 500g.
Bestimmen Sie die Empfindlichkeit der Anordnung für m = 500 g.
1.2.2
Vergleich der Messwerte mit der Berechnung
Berechnen Sie für a) und b) die Spannung U5 bei R1 = 300 Ohm und
R1 = 1200Ohm und vergleichen Sie das Ergebnis mit den gemessenen Werten.
1.2.3
Empfindlichkeit und Linearitätsfehler
Ermitteln Sie für a) und b) die Empfindlichkeit S bei R1 = 600Ohm indem Sie
in diesem Punkt eine Tangente an die Kurve legen. Bestimmen Sie auch die
relative Empfindlichkeit S0. Beachten Sie dabei die Hinweise zur
Auswertung.
Prof. Dr. Brücklmeier
29/09/2010
Grundlagen der Elektrotechnik I für Mechatroniker - Praktikum Versuch 1
1.3.2
Vollbrücke
Bauen Sie mit den Dehnungsmessstreifen DMS1 bis DMS4 eine Vollbrücke
auf. Messen Sie die Brückenausgangsspannung bei Belastung des
Biegebalkens mit einer Masse
m = 0g, 100g, 200g, 300g, 400g und 500g.
Bei einer Masse von m = 0g ist die Brücke durch Parallelschalten eines
Abgleichwiderstands (Präzisionsdekade) auf eine Brückenspannung von
U5 = 0V einzustellen.
Wie groß muss die Versorgungsspannung U0 gewählt werden, damit bei der
Belastung des Biegebalkens mit den Massen m = 100 g, 200 g, 300 g, 400 g
und 500 g die Brückenspannung die entsprechenden Werte U5 = 1mV, 2mV,
3mV, 4mV und 5mV annimmt, d.h. 1mV für 100g, 2mV für 200g, ….. 5mV für
500g?
Vergleichen Sie die Empfindlichkeit der Vollbrücke mit der der Viertelbrücke.
Prof. Dr. Brücklmeier
29/09/2010
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Prof. Dr. Brücklmeier
29/09/2010