Leitfähigkeitsmessungen - Physikalisches Projektpraktikum

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3.1.2 Endgültiger Aufbau <strong>Leitfähigkeitsmessungen</strong> 8 Die Messwertaufnahme sollte über Cassy stattfinden, da uns die Möglichkeit der Datenweiterverarbeitung am PC äußerst praktisch erschien. Die Cassy Messmodule können mit einer Genauigkeit von 100 mV bzw. 100 mA messen; da wir aber die spezifische Leitfähigkeit von Flüssigkeiten vermessen wollten, die Aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften eher als Isolatoren eingeordnet werden können und uns wegen den Sicherheitsbedingungen im Praktikum nur geringe Spannungen zur Verfügung standen lagen die erwarteten Ströme teils im Bereich von µA. Um Ströme dieser Größenordnung registrieren zu können bauten wir in unseren Versuchsaufbau noch einen Messverstärker ein. Dieser kann im Gegensatz zu Cassy auch Ströme bis hin zu Nanoampère messen. Der Messverstärker gibt eine Spannung aus, welche zum gemessenen Strom proportional ist, diese maßen wir mit dem Spannungsmessmodul von Cassy. Leider erwies sich die Eichung der Messanordnung mit Cassy und dem Messverstärker als sehr umständlich. Nachdem wir uns von der digitalen Datenauswertung verabschiedet hatten kam die Frage auf, welche Messgeräte für so geringe Ströme geeignet sein könnten. Wir 3.2 Eichung DC DUT Cassy (U/V I/µA) Cassy U/V Abb.2: Ursprünglicher Aufbau DC DUT Abb. 3: Endgültiger Versuchsaufbau V A verwendeten ein Multimeter, welches Ströme im Mikroampèrebereich messen kann. Der neue und endgültige Versuchsaufbau kam damit ohne Messverstärker aus. Wir maßen nun Spannung und Strom ganz konventionell mittels Parallel- bzw. Reihenschaltung jeweils eines Multimeters. Weiterhin tauschten wir noch die bisher verwendete Gleichsspannungsquelle gegen eine andere aus, welche die vorgegebene Spannung im Gegensatz zur Ersten auch bei Last noch hielt. Die endgültige Messanordnung bestand nun aus einer Gleichspannungsquelle für Spannungen bis zu 30 Volt, einem quaderförmigen Flüssigkeitsgefäß mit zwei vergoldeten Elektroden an beiden Enden und zwei Multimetern für die Messung von Spannung und Strom. 3.2.1 Eichung der ersten Messanordnung Da wir sichergehen wollten, dass Cassy uns exakte Messwerte anzeigt, versuchten wir, den gesamten Messaufbau zu eichen. Wir maßen mit einem Multimeter den Widerstand des Wasserbeckens um dieses dann mit einem Ersatzwiderstand (Widerstandsbox aus dem PP- Lager) der selben Größenordnung zu ersetzen. Über die angelegte Spannung und den genau definierten Widerstand errechneten wir uns einen theoretischen Stromfluss. Zusätzliche Widerstände des Messaufbaus wie Kabel oder Innenwidestand des Messverstärkers ließen wir
<strong>Leitfähigkeitsmessungen</strong> 9 aus der Rechnung aus, da diese im Vergleich mit dem Widerstand der später auszumessenden Flüssigkeiten wesentlich geringer sind. Mit der Cassy-Software interpretierten wir den vom Messverstärker an Cassy übergebenen Spannungswert als die erwartete Ampèrezahl und diese zusammen mit der am zweiten Messeingang abgenommenen Spannung als den aktuellen Widerstand. Wir passten die von Cassy angezeigten Messwerte den durch Rechnung erhaltenen Werten mit Korrekturfaktoren an. Die Abweichung der Messwerte von den theoretischen Werten kamen unserer Ansicht nach von der Spannungsabhängigkeit des spezifischen Widerstandes, welche wir bei Salzlösungen deutlich beobachten konnten. Allerdings Abb. 4: stark oxidierte Goldelektroden hielten wir auch die starke Oxidation der Goldelektroden für mitverantwortlich. Solange wir diese Störungen während einer Messreihe unverändert ließen, konnten wir sie als systematische Abweichung ignorieren. 3.2.2 Probleme mit dem Messverstärker und Cassy Der von uns eingestellte Absolutwert gab uns noch keinen Aufschluss darüber, ob diese Messanordnung auch eine Widerstandsänderung korrekt anzeigen würde, daher legten wir zur Überprüfung noch einen anderen Widerstand der selben Größenordnung an und die Cassy- Software zeigte uns tatsächlich den erwarteten Stromfluss und auch den „richtigen“ Widerstand auf zwei Zehntel genau an. Dann änderten wir die Größenordnung des Widerstandes um zwei Zehnerpotenzen um sicherzugehen, dass unser Messaufbau auch über Größenordnungen hinweg richtige Werte liefert. Um andere Größenordnungen zu messen mussten wir aber auch den Messverstärker auf diese einstellen, jedoch gab dieser dann einen anderen Spannungswert an Cassy weiter, welcher zusammen mit den vorherigen Offsetwerten nicht mehr den errechneten Werten entsprach. Auch die Betriebsanleitung des Messverstärkers gab uns keinen Aufschluss über mögliche Bedienungsfehler von unserer Seite. Nun hätten mit der Cassysoftware für jede Größenordnung ein seperates Messfenster mit entsprechenden Offsetwerten einrichten können. Dies erschien uns gegenüber der Alternative Multimeter zu verwenden zu aufwendig, da wir zwischen zwei und zehn solche Fenster benötigt hätten. Die Auswertung unserer Messwerte in Form von Diagrammen und Tabellen hätte sich mit Cassy wahrscheinlich einfacher gestaltet, die Messung wäre aber deutlich umständlicher geworden. Die in der endgültigen Messanordnung verwendeten Multimeter verlangten keine besondere Eichung. Sie zeigten auf Zehntel genau die errechneten Werte an, egal in welcher Größenordnung.
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