4.1. MERENJE KAPACITIVNOSTI I INDUKTIVNOSTI MOSTOM
1. Sastaviti Sotiev most za merenje kapacitivnosti prema šemi sa Sl. 1. Poznate su vrednosti
sledećih elemenata: R1=1000 Ω., R2=1000 Ω. Podesiti frekvenciju generatora na
f=1000 Hz.
2. Kao indikator ravnoteže koristiti osciloskop, Sl. 2. Koriste se oba kanala dvokanalnog
osciloskopa, a na ekranu se posmatra napon UCD. To se postiže tako što se na kanalu 1
posmatra signal u tački C (u odnosu na masu, tačka B), a na kanalu 2 signal u tački D (u
odnosu na masu, tačka B). Preklopnici na osciloskopu se podese tako da se signal koji se
vodi na kanal 2 invertuje i da se na ekranu osciloskopa iscrtava zbir signala sa kanala 1 i
kanala 2:
U CD = U CB + (−U DB ) .
3. Izmeriti kapacitivnost priloženih kondenzatora. Izmerene vrednosti proveriti pomoću RLC
metra.
4. Da li prikazana metoda ima ograničenja? Objasniti odgovor.
C
R1
A
Cx
B
IND
R2
C
D
Slika 1: Sotiev most
Slika 2: Osciloskop se koristi kao indikator u mostu
4.2. KORIŠĆENJE NI ELVIS OKRUŽENJA I LABVIEW APLIKACIJE
ZA ODREĐIVANJE KAPACITIVNOSTI MERENJEM TRAJANJA
UZLAZNE IVICE RC KOLA
NI ELVIS I (The National Instruments1 Educational Laboratory Virtual Instrumentation
Suite I) okruženje je dizajnirano tako da u sebi objedinjuje nekoliko delova laboratorijske
opreme. Ovaj paket čini rad u laboratoriji konfomnijim, preglednijim i eliminiše potrebu za
“gomilanjem“ mernih uređaja.
Sistem koji će biti korišćen u ovoj laboratorijskoj vežbi obuhvata:
1. NI A/D – A/D konvertor sa analognim i digitalnim ulazima i izlazima sa liste A/D
konvertora firme National Instruments, Sl. 3
2. NI ELVIS Benchtop Workstation – radna jedinica koja obuhvata, Sl. 4:
• protobord na kome korisnik sastavlja električno kolo čije karakteristike se ispituju,
• front panel sa konektorima i kontrolnim dugmićima za merne instrumente,
• konektorsku kutiju koja povezuje NI A/D karticu sa protobordom i front panel-om.
Slika 3: Veza računar – NI USB A/D – NI ELVIS Benchtop Workstation
Slika 4: NI ELVIS Benchtop Workstation
1
Sajt firme National Instruments: www.ni.com
ISKLJUČITE napajanje protoborda (Prototyping Power Board) i držite ga isključenim
sve dok dežurni asistent ne proveri kolo!
1. Sastavite kolo kao na Sl. 5, R3 = 1 MΩ, C koje zada dežurni asistent. NI ELVIS I ima
ograničenu ulaznu impedansu (1 MΩ) za ACH0 kanal. Da bi se čitale tačne vrednosti
napona na kondenzatoru, neophodno je postaviti bafer (pojačavač jediničnog pojačanja i
ulazne impedanse ~100 MΩ).
2. Povezati analogni ulaz A/D konvertora ACH0 tako da meri napon vI.
VPS+
-
R3
8 VCC = +15 V
7 OUT B
- 6
INPUTS B
- 5
-
OUT A 1
2 INPUTS A
3 -VCC = -15 V 4
_
+15 V
ACH0+
+
C
-15 V
v1
ACH0-
Ground
Slika 5: RC kolo za snimanje pomoću RC Transient.vi programa
3. Proveriti da li je kolo dobro povezano. Pozvati dežurnog asistenta. Uključiti napajanje
protoborda (Prototyping Power Board).
4. Pokrenite NI Labview program RC Transient.vi na Desktop-u. Ovaj program generiše
promenljivi napon VPS+ kao na Sl. 6.
5. Vremenska zavisnost izlaznog napona v1 za oblik napona VPS+ kao na Sl. 6 je data
sledećim izrazima:
t
−

τ

v1 = v0 1 − e

v1 = v0 e
v1 = 0,
−
t −T
τ
,

,


0<t <5s
5 s ≤ t < 10 s, T = 5 s
t > 10 s
Slika 6: A) Vremenska zavisnost VPS+ napona B) Vremenska zavisnost v1 napona za pobudu kao pod A)
6. Sa grafika odredite Δt trajanje usponske ivice impulsa (vreme za koje se vrednost napona
v1 poveća sa 10% na 90 % njegove maksimalne vrednosti). Na osnovu te vrednosti
izračunati vrednost za kapacitivnost C=Δt/(R3⋅ln9).
4.3. KORIŠĆENJE NI ELVIS OKRUŽENJA I LABVIEW APLIKACIJE
ZA MERENJE OTPORNOSTI U NEURAVNOTEŽENOM MOSTU
ISKLJUČITE napajanje protoborda (Prototyping Power Board) i držite ga isključenim
sve dok dežurni asistent ne proveri kolo!
1. Sastaviti Vitstonov most sa instrumentacionim pojačavačem kao izlaznim stepenom, Sl. 7.
RX je temperaturno osetljivi (PTC) otpornik čija promena otpornosti se ispituje, RX=R±ΔR,
R=10 kΩ. R2 je potenciometar koji služi za uravnotežavanje mosta, R2max=30 kΩ.
R1=R3=R=10 kΩ, ±Vcc= ±15 V, E=5V.
Slika 7: Vitstonov most sa instrumentacionim pojačavačem kao izlaznim stepenom
Za uravnotežen Vitstonov most važi:
u CD ≈ 0, R X =
R 2 R3
R1
,
Za neuravnotežen Vitstonov most važi:
u CD = u CB + u BD = − E ⋅
R2
RX
+E⋅
R1 + R 2
R x + R3
u CD ≈ E ⋅
ΔR
2R
,
pod uslovom da je promena otpornosti ΔR mnogo manja od nominalne otpornosti PTC
otpornika R.
Pomoću otpornika RG=5 kΩ je podešeno da pojačanje instrumentacionog pojačavača INA121
sa Sl. 8 iznosi:
50 kΩ
G = 1+
= 11 ,
RG
Izlazni napon instrumentacionog pojačavača je:
v izlaz = G ⋅ u CD ≈ G ⋅ E
ΔR
2R
.
NAPAJANJE +Vcc
7
INA 121
vIN-
2
Over-Voltage
Protection
1
+
40 k
A1
_
40 k
25 k
I3
_
RG
8
vIN+
3
40 k
25 k
A3
6
+
vizlaz
IZLAZNI
NAPON
_
Over-Voltage
Protection
40 k
A2
+
5
REFERENTNA
TAČKA
4
NAPAJANJE -Vcc
Slika 8: INA 121
2. Povezati analogni ulaz A/D konvertora ACH1 tako da meri napon vizlaz.(vizlaz na ACH1+,
referentna tačka od INA121 na ACH1-).
3. Proveriti da li je kolo dobro povezano. Pozvati dežurnog asistenta. Uključiti napajanje
protoborda (Prototyping Power Board).
4. Pokrenuti program Most.vi na Desktop-u. Ovaj program prikuplja podatke sa analognog
ulaza ACH0 i prikazuje ih na monitoru.
5. Pomoću potenciometra R3 podesiti da most bude u ravnoteži.
6. Između dva prsta uhvatiti PTC otpornik. Uočiti da se napon vizlaz povećava zbog porasta
temperature. Zapisati maksimalnu vrednost napona koja se dostiže pri ovakvom
zagrevanju PTC otpornika. Potom pustiti PTC otpornik. Uočiti da se napon vizlaz smanjuje.
Download

Merenje kapacitivnosti kondenzatora mostom