Marek Oleksiewicz Maciej Kułakowski	Wydział: elektryczny Rok: drugi Grupa: II Rok Akademicki 1999/2000
LABORATORIUM MIERNICTWA ELEKTRYCZNEGO
Data ćwiczenia: 11.10.99 Nr ćwiczenia: 2	Temat: Pomiar napięć i prądów przemiennych	Ocena:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było poznanie właściwości metrologicznych mierników do pomiarów napięć zmiennych i ich możliwości stosowania w obwodach prądu zmiennego.

2. Spis przyrządów

przyrząd	numer	klasa	rezystancja wewnętrzna
woltomierz magnetoelektryczny	N-4191/IVh	1,5	100 M
woltomierz elektromagnetyczny	F2 IVh-172	0,5	44 
woltomierz elektroniczny	PRL T-189	0,05 dla mierzonej częstotliwości	1 M
przyrządy dodatkowe:
oscyloskop
transformator
generator napięć przemiennych
wzmacniacz

3. Wyniki pomiarów

Tabela 1

Napięcie sinusoidalne, pomiary wykonywane niezależnie
	w. magnetoelektryczny		w. elektromagnetyczny		w. elektroniczny cyfrowy
transformator	11,7	± 0,3*^a [V]	11,65	± 0,08*^b [V]	12,403≈12,40	± 0,05*^c [V]
generator	1,58	± 0,03 [V]	0,15	± 0,08 [V]	1,592	± 0,005 [V]
generator z wyjściowym wzmacniaczem	13,95≈14,0	± 0,3 [V]	14,37	± 0,08 [V]	14,63	± 0,05 [V]

*przykłady obliczeń:

a)


b)


c)



Ze względu na brak danych urządzeń generujących mierzone napięcie, poprawka na spadek napięcia, wynikający z przepływu prądu przez woltomierz, nie została uwzględniona. (patrz uwaga dotycząca generatora)

Tabela 2

Napięcie sinusoidalne, pomiary wykonywane jednocześnie
	w. magnetoelektryczny		w. elektromagnetyczny		w. elektroniczny cyfrowy
transformator	10,8	± 0,3 [V]	11,65	± 0,08 [V]	11,80	± 0,05 [V]
generator	0,74	± 0,03 [V]	0,17	± 0,08 [V]	0,7749≈0,775	± 0,005 [V]
generator z wyjściowym wzmacniaczem	13,8	± 0,3 [V]	14,37	± 0,08 [V]	14,41	± 0,05 [V]

Tabela 3

Źródło napięcia: generator ze wzmacniaczem, pomiar jednoczesny, różne kształty sygnałów
	w. magnetoelektryczny		w. elektromagnetyczny		w. elektroniczny cyfrowy
sinusoida	13,95	± 0,3 [V]	14,4	± 0,08 [V]	14,52	± 0,05 [V]
piłokształtny	10,8	*a	11,7	± 0,08 [V]	11,55	*c
prostokątny	23,9	*b	21,0	± 0,2 [V]	20,91	*d

Przy przebiegu piłokształtnym i prostokątnym, jedynym przyrządem, który wskazuje wartość poprawną (bez dodatkowego błędu) jest woltomierz elektromagnetyczny, gdyż reaguje on na wartość skuteczną. Błędy pozostałych przyrządów zostaną wyznaczone przez porównanie wyników z wartością wskazaną przez woltomierz elektromagnetyczny:

a)


Uz - napięcie zmierzone

Up - napięcie wzorcowe (odczytane z miernika elektromagnetycznego)

b)


z uwzględnieniem poprawki na kształt sygnału:




c)


d)


4. Wnioski

Na podstawie wykonanych pomiarów wnioskujemy, że niepewność pomiaru napięcia przemiennego zależy nie tylko od klasy miernika, lecz również od innych jego parametrów takich jak impedancja wewnętrzna oraz, w przypadku sygnałów niesinusoidalnych, sposobu reagowania na parametry sygnału.

Błąd wynikający z niewielkiej impedancji wewnętrznej woltomierza elektromagnetycznego znacznie przekracza błąd klasy w pomiarze napięcia wprost z generatora. Wynik takiego pomiaru nie powinien być w jakikolwiek sposób wykorzystywany.

Należy zwrócić uwagę na znaczne różnice pomiędzy wskazaniami woltomierzy przy pomiarze napięcia sinusoidalnego (tabela 1), przekraczające błędy klasy odpowiednich mierników. Przyczyny tego zjawiska nie udało nam się ustalić. Wykluczamy jednak spadek napięcia wywołany niewielką impedancją miernika, o czym przekonuje nas poniższy przykład:

Przy pomiarze napięcia na generatorze z podłączonym wyjściowym wzmacniaczem:

• napięcie na mierniku magnetoelektrycznym:14,0 ±0,3 V

• napięcie na mierniku elektronicznym cyfrowym: 14,63 ±0,05 V.

Wykorzystany miernik magnetoelektryczny posiada znacznie wyższą impedancję wewnętrzną (100M w porównaniu z 1M). Przyrządy o niższej impedancji wewnętrznej wykazują tendencję do zaniżania wyniku, nie zaś zawyżania (tak jak ma to miejsce w powyższym przykładzie).

Odrębny problem stanowi pomiar sygnałów niesinusoidalnych, gdyż należy wówczas brać pod uwagę również sposób reagowania ustrojów mierników na kształt sygnału. Do obliczenia błędów wynikłych z niesinusoidalnego kształtu sygnału jako woltomierz wzorcowy został użyty woltomierz elektromagnetyczny, gdyż reaguje na wartość skuteczną prądu. Błędy wynikłe przy takich pomiarach wyniosły odpowiednio:

dla woltomierza magnetoelektrycznego:

sygnał piłokształtny: wynik zaniżony o 9,7%

sygnał prostokątny: wynik zawyżony o 12,1%

dla woltomierza elektronicznego cyfrowego:

sygnał piłokształtny: wynik zaniżony o 1,3%

sygnał prostokątny: wynik zaniżony o 0,4%

Z powyższych danych wynika, że przy pomiarach napięcia niesinusoidalnego największe błędy wprowadził miernik magnetoelektryczny.

Z rozważań teoretycznych dla miernika magnetoelektrycznego można wprowadzić poprawkę na kształt sygnału. Uważamy jednak, że takie przeliczenia nie zawsze będą umożliwiały uzyskanie wyższej dokładności pomiaru, ze względu na możliwe zniekształcenia sygnału (np. generator sygnału prostokątnego może zniekształcać przebieg przy zmianie napięcia z zerowego na maksymalny oraz w przeciwnym kierunku - dodatkowe „szpilki” związane z indukcyjnością), a co za tym idzie - może nie być możliwe precyzyjne wyznaczenie przedziału niepewności.

Oznaczenie w ten sposób oznacza:

• liczba po lewej stronie - wartość odczytana z miernika

• liczba po prawej stronie - wartość zaokrąglona zgodnie z wyznaczonym przedziałem niepewności pomiaru.

Ze względu na bardzo małą impedancję wewnętrzną woltomierza elektromagnetycznego (44) i niewielką moc wyjściową generatora, wynik pomiaru jest obarczony błędem metody, tak dużym, że wynik pomiaru nie powinien być w jakikolwiek sposób wykorzystywany.

Ze względu na równoległe połączenie woltomierzy, błąd metody pomiaru woltomierzem elektromagnetycznym przenosi się na pozostałe mierniki.

Pomiar napięć i prądów przemiennych 2

---