Widerstandsnetzwerk - Carl-Engler
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Praktikum zur Computertechnik Laborversuch: 1 Carl-Engler-Schule Karlsruhe BS / BK / FS Widerstands-Netzwerk Grundlagen Die Schaltung stellt die Widerstandsanordnung einer Wheatstoneschen Brückenschaltung dar. Die Wheatstonesche Brückenschaltung ermöglicht die Messung sehr kleiner Widerstandsänderungen. Viele Sensoren lassen sich nur als Teil einer Brückenschaltung zur Messung physikalischer Grössen einsetzen. Beispiele sind Dehnungsmeßstreifen (DMS), Feldplatten zur Messung magnetischer Felder oder Wärmeleitungssensoren als Detektor in einem Gaschromatografen. Bei kleinen Änderungen des Widerstands der Bauelemente Rb, Rc, Rd und Re ist die Brückenspannung über dem Widerstand Rf näherungsweise linear. Der Widerstand Rf stellt den Innenwiderstand des Messgerätes dar, der Widerstand Ra kann als Innenwiderstand der Spannungsquelle betrachtet werden. Mit der Rechenregeln der Reihen- und Parallelschaltung lassen sich die Werte für die Ströme und Spannungen nicht berechnen. Mit Hilfe der Kirchhoffschen Regeln lässt sich jedoch ein Lineares Gleichungssystem aufstellen, aus dessen Lösungen auf die gesuchten Werte zurückgerechnet werden kann. 2 Vorbereitung Ohmsches Gesetz Reihen- und Parallelschaltung 3 Messen mit dem Multimeter (Kirchhoffsche Gesetze) Aufgaben Es ist eine Schaltung aufzubauen, deren Einzelwiderstände. Teilströme und -spannungen gemessen und mit den Ergebnissen der Rechnung auf dem Computer verglichen werden sollen. 3.1 Auswahl der Bauteile Wählen Sie sechs Widerstände mit Nennwerten im Bereich zwischen 100 Ohm und 1500 Ohm aus. Messen Sie mit einem Ohmmeter die genauen Werte der einzelnen Bauteile aus. Die eingezeichneten Schleifen nennt man Maschen. Sie werden bei der Berechnung mit Hilfe der Kirchhoffschen Gesetze benötigt. widerstands_netzwerk.odt https://ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 1 von 2 Praktikum zur Computertechnik 3.2 Carl-Engler-Schule Karlsruhe BS / BK / FS Absolute und relative Abweichungen Geben Sie für alle Widerstände die absoluten und die relativen Abweichungen der gemessenen Widerstandswerte von den zugehörigen Nennwerten (100%) an. Geben Sie die Messunsicherheit des Ohmmeters bei der Widerstandmessung an. 3.3 Aufbau der Schaltung Bauen Sie die Schaltung auf dem Experimentierkoffer auf und halten Sie die Anordnung der Bauteile und ihrer Nennwerte in einem Schaltplan fest. 3.4 Messung aller Ströme und Spannungen Messen Sie mit dem Multimeter alle Bauteilespannungen und alle Bauteileströme, sowie die Gesamtspannung, den Gesamtstrom und den Gesamtwiderstand. Geben Sie für alle gemessenen Grössen einen geschätzten Bereich für die Messunsicherheit an. 3.5 Simulation auf dem Computer Starten Sie die angegebene Arbeitsmappe (netzwerk.xls) in der Tabellenkalkulation und berechnen Sie die zuvor gemessenen Werte. Vergleichen Sie gemessene und berechnete Werte. 3.6 Vereinfachte Schaltung Entfernen Sie den Brücken-Widerstand Rf. Messen Sie den Gesamtwiderstand und alle Ströme und Spannungen. Tragen Sie in der Simulation für Rf einen sehr grossen Wert (z.B. 1GΩ) ein. Berechnen Sie nach den Regeln für Reihen- und Parallelschaltung alle Werte. Vergleichen Sie berechnete, gemessene und simulierte Werte. 4 Sonstiges 4.1 Messgenauigkeit Die Messgenauigkeit eines Messgeräts setzt sich zusammen aus der Richtigkeit und der Präzission. Die Richtigkeit gibt die mögliche Abweichung von einer Messung mit geeichten Messgeräten an. Die Präzission gibt die möglichen Abweichungen an, die sich bei wiederholter Messung unter den gleichen Bedingungen (hier: gleiches Bauteil, gleiches Messgerät, gleiche Umgebungsbedingungen ergeben können. Die zum Messgerät gehörenden Angaben sind auf dem Gerät vermerkt oder dem Handbuch zu entnehmen. 4.2 Simulation der Schaltung im Tabellenblatt: netzwerk.xls Eine *.xls-Datei aus EXCEL kann auch in die Tabellenkalkulation CALC (aus open office) eingelesen werden. Eine *.odt-Datei aus CALC kann nicht in die Tabellenkalkulation EXCEL eingelesen werden. widerstands_netzwerk.odt https://ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 2 von 2
