LABORATORIUM
MIERNICTWA ELEKTRONICZNEGO
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR.5
TEMAT: POMIAR NAPIĘCIA I PRĄDU STAŁEGO PRZYRZĄDAMI ANALOGOWYMI I CYFROWYMI.
CEL ĆWICZENIA
-zapoznanie się z parametrami woltomierzy analogowych i cyfrowych prądu stałego
sygnałów przy użyciu typowej aparatury pomiarowej.
PROGRAM ĆWICZENIA
Dane przyrządów pomiarowych:
-multimetr cyfrowy VC-10T (V1):
U = 0,1% wartości mierzonej + 1 cyfra
-multimetr cyfrowy V-541 (V2):
U = 0,05% wartości mierzonej + 0,01% pełnej skali
-woltomierz magnetoelektryczny (V3):
kl. = 0,5 Rv =1000/V
-amperomierz magnetoelektryczny :
kl. = 0,5 RA =23/IN[mA] +0,004
PRZEBIEG ĆWICZENIA
1.Pomiar napięcia wyjściowego zasilacza dla różnych wartości symulowanej rezystancji wewnętrznej źródła napięcia Rw:
RW
RW = 1
|
ZASILACZ |
ANALOG. V3 |
CYFR. V2 |
CYFR. V1 |
|||
|
E |
U3 / UZAK |
U |
U2 / UZAK |
U |
U1 / UZAK |
U |
|
MIERZONE RAZEM (jak na schemacie) |
||||||
|
10,0000 |
10,15/15 |
0,08 |
9,993/10 |
0,015 |
10,04/20 |
0,02 |
|
MIERZONE OSOBNO |
||||||
|
10,0000 |
10,12/15 |
0,08 |
9,982/10 |
0,015 |
10,04/20 |
0,02 |
RW = 10
|
ZASILACZ |
ANALOG. V3 |
CYFR. V2 |
CYFR. V1 |
|||
|
E |
U3 / UZAK |
U |
U2 / UZAK |
U |
U1 / UZAK |
U |
|
MIERZONE RAZEM (jak na schemacie) |
||||||
|
10,0000 |
10,12/15 |
0,08 |
9,984/10 |
0,015 |
10,03/20 |
0,02 |
|
MIERZONE OSOBNO |
||||||
|
10,0000 |
10,14/15 |
0,08 |
9,982/10 |
0,015 |
10,03/20 |
0,02 |
RW = 100
|
ZASILACZ |
ANALOG. V3 |
CYFR. V2 |
CYFR. V1 |
|||
|
E |
U3 / UZAK |
U |
U2 / UZAK |
U |
U1 / UZAK |
U |
|
MIERZONE RAZEM (jak na schemacie) |
||||||
|
10,0000 |
10,06/15 |
0,08 |
9,921/10 |
0,015 |
9,97/20 |
0,01 |
|
MIERZONE OSOBNO |
||||||
|
10,0000 |
10,06/15 |
0,08 |
9,981/10 |
0,015 |
10,03/20 |
0,02 |
2.Pomiar napięcia na wyjściu dzielnika napięciowego:
|
DZIELNIK RWE = 1 M |
||||
|
UWE=10,00 [V] |
voltomierz cyfrowy V2 |
voltomierz analogowy V3 |
||
|
x UWE |
U (UZAK=10V) |
U |
U/UZAK |
U |
|
0,2 |
1.967 |
0,011 |
- |
- |
|
0,4 |
3.903 |
0,012 |
- |
- |
|
0,6 |
5.854 |
0,013 |
0,015 / 0,3 |
0,002 |
|
0,8 |
7.868 |
0,014 |
0,031 / 0,3 |
0,002 |
|
1 |
9.992 |
0,015 |
10,15 / 15 |
0,08 |
|
DZIELNIK RWE = 1 k |
||||
|
0,2 |
1.992 |
0,011 |
1,92 / 3 |
0,02 |
|
0,4 |
3.982 |
0,012 |
3,93 / 7,5 |
0,04 |
|
0,6 |
5.972 |
0,013 |
5,84 / 7,5 |
0,04 |
|
0,8 |
7.962 |
0,014 |
8,00 / 15 |
0,08 |
|
1 |
9.952 |
0,015 |
10,09 / 15 |
0,08 |
3.Pomiar napięcia stałego zakłóconego sygnałem zmiennym:
|
UDC=1V |
voltomierz cyfrowy V2 |
voltomierz analogowy V3 |
|||
|
f |
amplituda 0,1 V |
amplituda 0,2 V |
amplituda 0,1 V |
amplituda 0,2 V |
|
|
Hz |
U UZ=1 V |
U UZ=1 V |
U UZ=1,5 V |
U UZ=1,5 V |
|
|
2 |
1,0923 |
1,1536 |
1,05 |
1,05 |
|
|
4 |
1,0066 |
1,1930 |
1,05 |
1,05 |
|
|
8 |
1,0742 |
1,0973 |
1,06 |
1,05 |
|
|
10 |
1,0357 |
1,0664 |
1,06 |
1,06 |
|
|
20 |
1,0299 |
1,0183 |
1,06 |
1,06 |
|
|
40 |
1,0149 |
1,0132 |
1,06 |
1,06 |
|
|
60 |
1,0177 |
1,0145 |
1,06 |
1,06 |
|
|
70 |
1,0106 |
1,0163 |
1,06 |
1,06 |
|
4.Pomiar natężenia prądu metodą pośrednią i bezpośrednią.
MIERZONE BEZPOŚREDNIO
|
DANE OBWODU |
AMPEROMIERZ ANALOG. |
AMPEROMIERZ CYFR. |
||||
|
R [] |
U [V] |
I [mA] |
I [mA] |
I [mA] |
I [mA] |
|
|
1000 |
29,87 |
30,00 |
0,15 |
29,83 |
0,03 |
|
|
800 |
23,89 |
30,00 |
0,15 |
29,78 |
0,03 |
|
|
600 |
17,90 |
30,00 |
0,15 |
29,62 |
0,03 |
|
|
400 |
11,94 |
30,00 |
0,15 |
29,37 |
0,03 |
|
|
200 |
5,981 |
30,00 |
0,15 |
28,64 |
0,03 |
|
|
100 |
3,010 |
30,00 |
0,15 |
27,47 |
0,03 |
|
MIERZONE POŚREDNIO
|
DANE OBWODU |
NAPIĘCIE NA RW=1 |
PRĄD OBLICZONY |
||||
|
R [] |
U [V] |
U [mV] |
U [mV] |
I [mA] |
I+IM [mA] |
|
|
800 |
25,54 |
30,00 |
0,15 |
30,00 |
|
|
|
600 |
19,21 |
30,00 |
0,15 |
30,00 |
|
|
|
400 |
12,77 |
30,00 |
0,15 |
30,00 |
|
|
|
200 |
6,374 |
30,00 |
0,15 |
30,00 |
|
|
|
100 |
3,178 |
30,00 |
0,15 |
30,00 |
|
|
IM -błąd metody
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
5. Analiza wyników pomiarów:
Przy pomiarze napięcia mamy do czynienia nie tylko z błędami wynikającymi z dokładności przyrządów pomiarowych, ale także z błędami metody wynikającymi z oddziaływania przyrządu pomiarowego na badany obiekt. W przypadku woltomierzy wynika on ze skończonej rezystancji wewnętrznej przyrządu a co za tym idzie poborze prądu przez woltomierz.
Przyjmuje się, że błąd metody można pominąć jeżeli m.<<. Błąd metody dla pomiarów pojedynczych wynosi:
g
dzie:
Rw -rezystancja wewnętrzna źródła
RV -rezystancja wewnętrzna woltomierza
W przypadku przyrządów cyfrowych błąd ten jest pomijalnie mały ponieważ ich Rv zawiera się w granicach 10 M, błąd ten jednak musimy uwzględnić w przypadku mierników analogowych i uwzględnić w wyniku odpowiednią poprawkę:
-przyrząd magnetoelektryczny:
|
zakres |
m. V1 |
m. V2 |
||||||
|
Rw =1 |
Rw =10 |
Rw =100 |
Rw =1 |
Rw =10 |
Rw =100 |
|||
|
7,5 V |
0,00013 |
0,00133 |
0,01316 |
0,01316 |
0,11765 |
0,57143 |
||
|
15 V |
6,7E-05 |
0,00067 |
0,00662 |
0,00332 |
0,03226 |
0,25 |
||
|
30 V |
3,3E-05 |
0,00033 |
0,00332 |
0,00166 |
0,01639 |
0,14286 |
||
Przy pomiarze jednoczesnym błąd metody wynosi:
przy czym RV4 i RV3 możemy zaniedbać w porównaniu z RV1 i RV2.
Dla połączenia jednoczesnego więc:
|
zakres V1 i V2 |
m dla Rw =1 |
m dla Rw =10 |
m. dla Rw =100 |
|
7,5 V |
0,01329 |
0,1187 |
0,5739 |
|
15 V |
0,00339 |
0,0329 |
0,25384 |
|
30 V |
0,0017 |
0,01674 |
0,14545 |
Błędy te określają z jaką niedokładnością mierzymy napięcie zasilacza na skutek spadku napięcia na rezystancji wewnętrznej. Aby zatem uzyskać poprawną wartość E musimy do zmierzonej wartości napięcia dodać odpowiednią poprawkę (-m) a wtedy otrzymamy:
Końcowe wyniki i błędy pomiarów wynoszą więc odpowiednio:
Rw=1
|
Nastawa zasilacza |
woltomierz |
V3 |
V2 |
V1 |
||||
|
E |
E |
E |
E |
E |
E |
|
||
|
10,00 V |
razem |
11,04 |
0,08 |
10,411 |
0,007 |
10,455 |
0,021 |
|
|
osobno |
11,00 |
0,08 |
10,410 |
0,007 |
10,450 |
0,021 |
||
Rw=10
|
Nastawa zasilacza |
woltomierz |
V3 |
V2 |
V1 |
|||||
|
E |
E |
E |
E |
E |
E |
||||
|
10,00V |
razem |
10,34 |
0,08 |
10,120 |
0,006 |
10,16 |
0,02 |
||
|
osobno |
10,26 |
0,08 |
10,121 |
0,006 |
10,16 |
0,02 |
|||
Rw=100
|
Nastawa zasilacza |
woltomierz |
V3 |
V2 |
V1 |
|||
|
E |
E |
E |
E |
E |
E |
||
|
10,00 V |
razem |
10,37 |
0,08 |
10,129 |
0,006 |
10,158 |
0,021 |
|
osobno |
10,32 |
0,08 |
10,125 |
0,006 |
10,170 |
0,021 |
|
Napięcie na wyjściu dzielnika napięciowego obliczamy zgodnie ze wzorem:
gdzie:
c – stała dzielnika
Napięcie na wejściu dzielnika ustalono U=10,00 V, a więc w odniesieniu do wartości zmierzonych mamy:
DZIELNIK RWE = 1 M
|
podział |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
|
|
Uobliczone |
2,00 |
4,00 |
6,00 |
8,00 |
10,00 |
|
|
V1 |
Uzm |
1,967 |
3,903 |
5,854 |
7,868 |
9,992 |
|
U |
0,011 |
0,012 |
0,013 |
0,014 |
0,015 |
|
|
V3 |
Uzm |
- |
- |
- |
0,31 |
10,15 |
|
U |
- |
- |
- |
0,002 |
0,08 |
|
DZIELNIK RWE = 1 k
|
podział |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
|
|
Uobliczone |
2,00 |
4,00 |
6,00 |
8,00 |
10,00 |
|
|
V1 |
Uzm |
1,992 |
3,982 |
5,972 |
7,962 |
9,952 |
|
U |
0,011 |
0,012 |
0,013 |
0,014 |
0,015 |
|
|
V3 |
Uzm |
1,92 |
3,93 |
5,84 |
8,00 |
10,09 |
|
U |
0,02 |
0,04 |
0,04 |
0,08 |
0,08 |
|
WNIOSKI
???????????????????Ç???_??Đ???_?????????_?????‹??????????????????i??_???????????Ľ?????????????đ???????????????????_????????????????????_4????˙??_??????^??E???Ş?????î???Z??????????????????????®??????????A?_?????????‡??Ŕ?†???????†????????†??????????????????????_???????????????????????î??Ď????????Ď??_?????_??Ď??????????a??????????????????????????????????????????????????????_????????_???????????????????_???????????†????_????????????????????????????????????_?????????????????????????????Ü????????î??????????????????????????????_?????????????????????p????????????????????????????????Â?????Č????_????Ď????????Ď??_???????????????????????????_??Ď??????????????????y????????????????????????Ç???_??Đ???_????????????????????????????????Â??????????????????????????????????????eto można wysnuć wniosek iż do pomiarów napięcia stałego lepiej jest używać przyrządów cyfrowych, a jeśli zachodzi konieczność użycia przyrządu analogowego to dla pomiaru napięć stałych zdecydowanie lepiej posłużyć się przyrządem z ustrojem magnetoelektrycznym. Wyniki pomiarów pozwalają także zauważyć pewną nieliniowość przetwarzania woltomierza magnetoelektrycznego na wyższych zakresach napięciowych wynikłe najprawdopodobniej z uszkodzenia rezystora dzielnika przyrządu na tym zakresie.
Wyniki pomiaru napięcia wyjściowego dzielnika napięciowego potwierdzają słuszność wzoru na podział napięcia w dzielniku. Oprócz wspomnianej już nieliniowości miernika analogowego można także zauważyć nieznaczne przesunięcie zakresu pomiarowego miernika cyfrowego (o 0,02V) wynikłego najprawdopodobniej z jakiegoś dodatkowego prądu podawanego na wejście przetwornika A/C wewnątrz miernika (na tym zakresie).
Przy pomiarze napięć ze składową zmienną zasadnicze znaczenie ma częstotliwość napięcia zakłócającego. Przyrządy cyfrowe “nie radziły” sobie z pomiarem napięć przy niskich częstotliwościach sygnału zakłócającego. W tym zakresie znacznie lepiej “sprawował” się miernik analogowy, który dzięki dużej bezwładności ustroju pomiarowego umożliwiał odczyt składowej stałej sygnału już przy częstotliwości sygnału zakłócającego ok.10Hz. W przypadku mierników cyfrowych ustalenie wskazań następowało dopiero przy częstotliwości ok.30 Hz przy czym dopiero załączenie filtru tłumiącego zakłócenia pozwoliło na jednoznaczny odczyt (bez filtru można było odczytać jedynie wartości przybliżone). Reasumując powyższe spostrzeżenia można zauważyć, że przy pomiarze napięć stałych zakłócanych sygnałami o niewielkiej częstotliwości wskazane jest stosowanie przyrządów analogowych, które dzięki swojej bezwładności “eliminują” zakłócenia. Przyrządy cyfrowe można stosować przy zakłóceniach o częstotliwościach powyżej 30Hz, wtedy bowiem układy odkłócające (filtry, odpowiednio dobrane czasy całkowania) osiągają zadowalający poziom tłumienia zakłóceń. Uwagi powyższe nie dotyczą mierników wyposażonych w specjalne funkcje umożliwiające pomiar napięć także przy niższych częstotliwościach zakłóceń.
Wyszukiwarka