METROLOGIA – SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Prowadzący: dr inż. Marcin Maślanka rok akademicki 2009/2010, semestr I
Skład zespołu
Temat ćwiczenia Zastosowanie elektrycznych mierników wskazówkowych

Cel ćwiczenia:

Nabycie umiejętności wykorzystania możliwości metrologicznych mierników pomiarowych, wyznaczanie błędów pomiarowych bezpośrednich, pośrednich oraz poznanie zasadniczych rodzajów mierników elektrycznych.

Opis ćwiczenia:

1. Wyznaczanie stałej podziałki dla kilku zakresów amperomierza, woltomierza i watomierza.

a) Opis zastosowanych przyrządów

-miliamperomierz magnetoelektryczny LM-1 2306503 o klasie dokładności 0,5
-woltomierz magnetoelektryczny LM-1 23051069 o klasie dokładności 0,5
-watomierz ferrodynamiczny LW-1 T103 03786/91 o klasie dokładności 0,5

b) Opis przebiegu ćwiczenia

Odczyt z wybranych mierników wartości zakresów oraz maksymalnej liczby działek na skali mierników.

c) Wyniki pomiarów

Tabela 1a - miliamperomierz
Zakres[mA]
300
150
75

Tabela 1b - woltomierz
Zakres[V]
7,5
3
1,5

Tabela 1c - watomierz
Zakres cewki napięciowej[V]
400
200
50

d) Wnioski

Chcąc wykonać w miarę dokładny pomiar, należy odpowiednio dobierać zakres miernika. Im mniejsza wartość stałej podziałki dla danego zakresu, tym odczyt mierzonej wartości będzie dokładniejszy.

2. Wyznaczanie czułości omomierza magnetoelektrycznego.

a) Opis zastosowanych przyrządów

-multimetr analogowy HC-5050E pracujący jako omomierz
-opornica dekadowa DR5b-16

b) Schemat pomiarowy

c) Opis przebiegu ćwiczenia

Dla wyznaczenia czułości na skali omomierza wykorzystuje się dwie podziałki, jedną opisaną w Ω], drugą w stopniach. Do zacisków wejściowych omomierza podłączamy opornik dekadowy. Następnie regulując pokrętłami dekady, powodujemy wychylenie wskazówki do położenia odpowiadającego pierwszej opisanej działce na skali przyrządu. Wartości rezystancji ze skali omomierza przypisujemy wartość kąta, o jaki wychyliła się wskazówka. Przez zmianę nastaw dekady doprowadzamy do wychylenia wskazówki na skali omomierza do najbliższej działki nieopisanej. Przyrostowi rezystancji R ze skali omomierza przypisujemy przyrost kąta α ze skali kątowej. Dla każdego wychylenia wyznaczamy czułość:

$S = \frac{\alpha}{R}$ , gdzie: α − przyrost kata w stopniach odpowiadajacy x

R - przyrost oporności w [Ω] na skali pomiędzy opisaną działką omomierza a najbliższą poprzednią działką nie opisaną.
Odczyt dla zakresu 10x

d) Wyniki pomiarów

Tabela 2
Działka opisana
1
2
5
10
20
30
50
100
200
500
1k

Wykresy:

rys.1 Charakterystyka S=f(R) wykonana na podstawie wyników pomiarów przeprowadzonych na zajęciach

rys.2 Charakterystyka α=f(R) wykonana na podstawie wyników pomiarów przeprowadzonych na zajęciach

e) Wnioski

Wartości zmierzonego oporu za pomocą omomierza, różnią się co do wartości oporu zadanego na oporniku dekadowym. Im w większa wartość mierzonego oporu, tym większa różnica pomiędzy wartością zmierzoną a zadaną. A co za tym idzie, czułość maleje. Przyrost kąta jest w przybliżeniu taki sam. Z tego wynika że, w głównej mierze na wartość czułości wpływa przyrost rezystancji. Charakterystyka pomiarowa rys.1 nie jest idealna, wynika to z błędnie odczytanego kąta dla drugiego pomiaru. Poza tym przebieg charakterystyki gwałtownie opada dla małych rezystancji do 500 Ω, po czym następuje powolny jej spadek.
Charakterystyka pomiarowa rys. 2 gwałtownie rośnie przy małych wartościach rezystancji, dla większych rezystancji, obserwujemy powolny wzrost.

3. Pomiar napięcia stałego woltomierza magnetoelektrycznym.

a) Opis zastosowanych przyrządów
-woltomierz magnetoelektryczny LM-1 23051069 o klasie dokładności 0,5
-zasilacz prądu stałego Typ P322

b) Schemat pomiarowy

c) Opis przebiegu ćwiczenia

Woltomierzem o danym zakresie (1,5; 3; 7,5) i znanej klasie 0,5 wykonujemy pomiar dla trzech wartości napięcia. Ze wzoru : $U_{p_{\max}} = \frac{\text{klasa}}{100} \bullet zakres$ wyliczamy wartość największego błędu bezwzględnego pomiaru oraz wyznaczamy dokładność pomiaru napięć ze wzoru: $\delta_{p_{\%}} = klasa \bullet \frac{\text{zakres}}{U}$

d) Wyniki pomiarów

Tabela 3
Klasa
[-]
0,5

e) Wnioski

Dla danego zakresu pomiarowego przyrządu, wartość błędu bezwzględnego zależy od wartości mierzonego napięcia. Im napięcie mierzone jest niższe tym wartość błędu bezwzględnego wzrasta. Wartości błędu bezwzględnego zależą od zakresu w jakim dokonywaliśmy pomiaru. Im większy zakres, tym błąd jest większy.

4. Pomiar pośredni rezystancji metodą techniczną.

a) Opis zastosowanych przyrządów
-woltomierz magnetoelektryczny LM-1 23051069 o klasie dokładności 0,5
-miliamperomierz magnetoelektryczny LM-1 2306503 o klasie dokładności 0,5
-zasilacz prądu stałego Typ P322
-opornica dekadowa DR5b-16

b) Schemat pomiarowy

c) Opis przebiegu ćwiczenia

Metoda techniczna pomiaru rezystancji polega na wyznaczeniu jej wartości z prawa Ohma.
Wartość oporności wyznaczona z zależności $R = \frac{U}{I}$ obarczona jest znanym błędem systematycznym. Przy wyznaczaniu rezystancji błąd ten wyeliminowano.
Rzeczywista wartość rezystancji wynosi $R_{x} = \frac{U}{I_{x}}$ , obliczono ją ze wskazania przyrządów według zależności:$R_{x} = \frac{U}{I - \frac{U}{R_{v}}}$ , gdzie R_V – oporność wewnętrzna miernik

R_v­=1500Ω – obliczona wartość oporności wewnętrznej miernika
Znając klasę dokładności oraz zakres:
- miliamperomierza δ_I=0,5 oraz zakres [A]=75mA
- woltomierza δ_V=0,5 oraz zakres [V]=7,5V
wyliczamy wartość bezwzględną błędów granicznych pomiarów:

$$R = \left| \frac{U}{I_{A}} \right| + \left| U_{v}\frac{I}{I_{A}^{2}} \right|$$

Wartość R_x=130 Ω odczytana z opornicy dekadowej

d) Wyniki pomiarów

Tabela 4
l.p
1
2
3
4
5
6

e) Wnioski

Wartości rezystancji wyliczone z prawa Ohma są mniejsze niż wartość odczytana z opornicy dekadowej. Natomiast wartości rezystancji po uwzględnieniu w prawie Ohma oporu wewnętrznego woltomierza jest większa niż wartość na opornicy. Wartość błędu systematycznego wzrasta wraz ze spadkiem napięcia wejściowego.

5. Poszerzenie zakresu woltomierza magnetoelektrycznego.

a) Opis zastosowanych przyrządów

-woltomierz magnetoelektryczny LM-1 23051069 o klasie dokładności 0,5(V_b)
-zasilacz prądu stałego Typ P322
-opornica dekadowa DR5b-16 (R_p)
-uniwersalny zestaw pomiarowy: MS-9150 (V­_w)

b) Schemat pomiarowy

c) Opis przebiegu ćwiczenia

Znając wartość zakresu 1,5 oraz $R_{v} = \frac{1.5}{0,003} = 500\Omega$ obliczamy rezystancje posobnika ze wzoru R_p = R_v • (b−1) gdzie $b = \frac{U_{p}}{U_{\max}}$

$${b = \frac{15}{1,5} = 10}{R_{v} = \frac{1.5}{0,003} = 500\Omega}$$

R_p = 500 • (10−1) = 4500Ω

d) Wyniki pomiarów

Tabela 5
l.p
1
1
2
3

e) Wnioski

Chcąc mierzyć wartości większe niż nam na to pozwala przyrząd stosujemy poszerzenie zakresu pomiarowego włączając szeregowo do woltomierza opornik o odpowiednio obliczonej wartości. Jak wskazuje pomiar różnica pomiędzy napięciem odczytanym z takiego sposobu pomiaru, jest obarczona niewielkim błędem w porównaniu z odczytanym napięciem wzorcowym.