Pracownia elektryczna i elektroniczna		Rok szkolny
	Układ regulacji napięcia. Badanie woltomierza magnetoelektrycznego			Nr.ćw
	Data	Sprawdzanie
				Zaliczanie
				Wykonanie
				Ocena ogólna

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z rożnymi układami nastawienia napięcia oraz metodami jego pomiaru za pomocą rożnych typów woltomierzy i nabranie umiejętności posługiwania się woltomierzem, jak również poznanie warunków, zasad i właściwości woltomierzy magnetoelektrycznych, oraz metod ich sprawdzania.

2. Podstawy teoretyczne:

Napięciem elektrycznym występującym między dwoma punktami danego obwodu nazywamy różnica potencjałów miedzy tymi punktami U_AB = V_A - V_B. Można je zdefiniować jako stosunek pracy potrzebnej do przeniesienia ładunku Q z punktu A do punktu B do wartości tego ładunku - UAB = WAB / Q.

Dla źródła prądu stałego napięcie występujące pomiędzy jego zaciskami jest równe sile elektromotorycznej SEM pomniejszonej o spadek napięcia na jego rezystancji wewnętrznej U = SEM - IRw.

Napięcie elektryczne mierzy się woltomierzem. Do pomiarów napięcia w obwodach prądu zmiennego używa się głownie woltomierzy elektromagnetycznych. Do pomiaru napięcia stałego są przeznaczone głownie woltomierze magnetoelektryczne. Woltomierz włączamy do obwodu równolegle. Trzeba przy tym pamiętać że miernik ten wpinamy do obwodu z zachowaniem biegunowości, gdyż wskazówka woltomierza wychyla się w jedna stronę. Zasada działania miernika magnetoelektrycznego polega na oddziaływaniu pola magnesu trwałego na uzwojenie z prądem elektrycznym. Organem ruchomym miernika może być też miniaturowy magnes trwały umieszczony wewnątrz nieruchomej cewki z prądem. Najczęściej stosuje się magnes trwały, który wraz z nabiegunnikami i rdzeniem z materiału ferromagnetycznego miękkiego, stanowią nieruchome (ciężkie) elementy. Te elementy służą do wytwarzania w szczelinie powietrznej promieniowego pola magnetycznego o stałej wartości indukcji B.W woltomierzu źródłem momentu napędowego jest wzajemne oddziaływanie stałego pola magnetycznego i uzwojenia ,przez które płynie prąd.W urządzeniu tego typu organem ruchowym jest cewka znajdująca się w polu magnesu trwałego, nawinięta na ramce i przymocowana do osi. Do osi jest przymocowana wskazówka i masy dodatkowe tak dobrane, aby środek ciężkości organu ruchomego znajdował się dokładnie w osi cewki. Wychylenie * wskazówki jest wprost proporcjonalne do napięcia U. Podziałka miernika wyskalowana w jednostkach napięcia elektrycznego jest więc podziałką regularną. Rezystancja wewnętrzna woltomierza Rv jest duża, gdyż powinien on stanowić w obwodzie przerwę. Jednak chociaż rezystancja wewnętrzna jest duża, przez woltomierz pomimo to płynie prąd, który powoduje niedokładność pomiarów. Często spotykamy woltomierze wielozakresowe. Każdy zakres ma inna rezystancji wewnętrznej. Woltomierz ma określoną stałą Cv, która jest równa stosunkowi zakresu woltomierza Zv przez maksymalne wychylenie w działkach *_max. Cv = Zv / *_max [V / dz]. Kiedy podczas pomiaru odczytujemy liczbę działek *, to napięcie wyliczymy ze wzoru U = Cv * *,gdzie U - napięcie mierzone, Cv - stała woltomierza, * - wychylenie w działkach. W praktyce często występuje potrzeba pomiaru wartości napięcia większej niż największy zakres miernika. Dołącza się wtedy do przyrządu układ rozszerzający jego zakres. W przypadku woltomierza układ taki stanowi rezystor dodatkowy (posobnik) połączony z nim szeregowo. Posobnik taki ma wartość Rb = Rv * (m - 1), gdzie Rb - rezystancja posobnika, Rv - rezystancja wewnętrzna woltomierza, m - określa ile razy chcemy powiększyć zakres pomiarowy woltomierza.

Woltomierze magnetoelektryczne sprawdza się w takich samych warunkach i w podobny sposób jak amperomierze magnetoelektryczne. Układy do sprawdzania woltomierzy magnetoelektrycznych muszą zapewnić płynne nastawienie żądanej wartości napięcia. Podczas sprawdzenia woltomierza należy wyznaczyć błąd bezwzględny miernika *X = Xm - Xp, który jest różnicą między wartością Xm wskazaną przez miernik badany, a wartością poprawna Xp, wskazaną przez miernik wzorcowy. Błąd względny przyrządu obliczamy ze wzoru * = *X / Xp.

3. Przebieg ćwiczenia

1. Porównanie wskazań woltomierza wzorcowego ze wskazaniami woltomierza badanego.

Lp.	Zb	Zw	Cb	Cw	*b	*w	Ub	Uw
		[V]	[V]	[V/dz]	[V/dz]	[dz]	[dz]	[V]	[V]
1.	75	75	1	1	18	20	18	20
2.	75	75	1	1	9	10	9	10
3.	75	75	1	1	16	18	16	18
4.	30	30	0,4	0,4	22	22	8,8	8,8
5.	30	30	0,4	0,4	31	32	12,8	12,4
6.	30	30	0,4	0,4	43	42	17,2	16,8

Cw₁ = Zw / *max = 75 / 75 = 1

Cw₂ = Zw / *max = 30 / 75 = 0,4

Uw₁ = Cw₁ * *₁ = 1 * 20 = 20 [V]

Uw₂ = Cw₂ * *₂ = 0,4 * 22 = 8,8 [V]

Cb₁ = Zb / *max = 75 / 75 = 1

Cb₂ = Zb / *max = 30 / 75 = 0,4

Ub₁ = Cb₁ * *₁ = 1 * 18 = 18 [V]

Ub₂ = Cb₂ * *₂ = 0,4 * 22 = 8,8[V]

Zw - zakres woltomierza wzorcowego

Zb - zakres woltomierza badanego

Cw - stała woltomierza wzorcowego

Cb - stała woltomierza badanego

*w - wychylenie wskazówki woltomierza wzorcowego

*b - wychylenie wskazówki woltomierza badanego

Uw - napięcie zmierzone woltomierzem wzorcowym

Ub - napięcie zmierzone woltomierzem badanym

2. Poszerzenie zakresu pomiarowego woltomierza

1. Wyprowadzenie wzoru na posobnik

2. Obliczanie i dobór posobnika

3. Porównanie wskazań woltomierza wzorcowego ze wskazaniami woltomierza badanego o poszerzonym zakresie

Lp.	Zw	Zb	Rd	Rv	*w	*b	U
		[V]	[V]	[Ω]	[Ω]	[dz]	[dz]	[V]
1.	30	15	5000	5000	50	51	22
2.	30	15	5000	5000	46	46	18,4
3.	30	15	5000	5000	38	38	15,2

Cw = Zw / *_max = 30 / 75 = 0,4 [V/dz]

U₁ = Cw * *₁ = 0,4 * 51= 22[V]

Rd = Rv * (m-1) = 5000 * (2-1)

Rd = 5000 * 1 = 5000 [Ω]

U₂ = Cw * *₂ = 0,4 * 46 = 18,4 [V] m = 2

U₃ = Cw * *₃ = 0,4 * 38 = 15,2 [V]

Rv - rezystancja wewnętrzna woltomierza badanego

Rd - rezystancja posobnika

m - krotność poszerzenia

3. Układ jednostopniowy regulacji napięcia w obwodzie prądu stałego

Lp.	Zw[V]	Cw[V/dz]	*[dz]	U[V]
1	30	0,4	0	0
2	30	0,4	32	12,8
3	30	0,4	42	16,8
4	30	0,4	45	18
5	30	0,4	55	22

U₁ = Cw * *₁ = 0,4 * 0 = 0 [V]

U₂ = Cw * *₂ = 0,4 * 32 = 12,8 [V] U₃= Cw * *₃ = 0,4 * 42 = 16,8 [V]

U4= Cw* * 4= 0,4*45=18 [V]

Cw = Zw / *_max = 75 / 75 = 1 [V/dz]

U5= Cw *5 =0,4*55=22

4.Układ dwustopniowy regulacji napięcia

R1 = 80Ω			R2 = 338 Ω
Umin	Umax	*U	Umin	Umax	*U
[V]	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]
4	17,6	13,6	4	17,6	13,6
22	0	22	0	22	22

*U = Umin - Umax = 4- 17,6 = 13,6[V]

*U = Umin - Umax = = 4- 17,6 =13,6[V]

*U = Umax - Umin = 22 - 0 = 22 [V] *U = Umin - U max = 0-22=22 [V]

4. Spis przyrządów

Miernik cyfrowy YF-3503

Woltomierz magnetoelektryczny 09160

Woltomierz cyfrowy 12529

Opornica 338 [Ω]/0,6A

Opornica 79 [Ω]/1,1A

Opornica dekadowa typ D - 501

5. Wnioski

Błędy jakie wystąpiły podczas ćwiczenia maja swoja przyczynę w :

• Niedokładności przyrządów

• Wahającym się napięciem w sieci

• Zaokrągleniach wyników pomiarowych np. wskazówka znajdowała się między działkami

Podczas wykonywania tego ćwiczenia doszedłem do następujących wniosków:

• Woltomierz magnetoelektryczny wpinamy do obwodu równolegle, z zachowaniem jego biegunowośćci

• Rezystancję wewnętrzną woltomierza mierzy się miernikiem cyfrowym

• Wraz ze zmniejszaniem zakresu pomiarowego woltomierza zmniejsza się jego rezystancja wewnętrzna

• Zakres pomiarowy woltomierza możemy powiększyć przez dołączenie szeregowe do niego rezystora zwanego posobnikiem

• Podczas wykonywania ćwiczen przekonałem się ,że napięcie można regulować w bardzo prosty sposób przy użyciu powyższych układów

• Przed podłączeniem danych obwodów należy odpowiednio dobrać rezystory i nie przekraczać napięcia,które spowodowałoby, że przez rezystor popłynąłby prąd większy od znamionowego danego rezystora

---