Zespół Dydaktyczno-Naukowy Napędów i Sterowania

Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich PW

Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki

Ćwiczenie PI

Data Wykonania ćwiczenia 30.11.2006

Data oddania sprawozdania ...............

Ocena: ................

1. Piotr Turek

2. Paweł Denisiuk

3. Jarosław Pluta

4. Batosz Męziński

5. Robert Smolak

6. Paweł Malesa

7. Bartosz Germaniuk

8. Michał Zielonka

Wydział: SiMR

Rok ak. 2006/2007

Grupa: 2.6

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się:

• z podstawowymi cechami mierników napięcia i prądu (stałego i zmiennego)

• ze sposobami zmiany zakresów pomiarowych i skalowaniem

• z zastosowaniem amperomierzy i woltomierzy do pomiarów prądów i napięć stałych oraz sinusoidalnie zmiennych oraz odkształconych

Prąd elektryczny - ładunek przepływający w ciągu pewnego czasu przez
przekrój poprzeczny przewodnika.

Prąd stały - prąd, którego wartość jest wielkością stałą niezmienną w
czasie. Jednostką prądu elektrycznego jest amper [A].

Napięcie elektryczne - stosunek pracy wykonanej przy przemieszczaniu ładunku
między dwoma punktami do przemieszczanego ładunku.

Prądem zmiennym - prąd zmieniający swoje natężenie i biegunowość w czasie.

Prąd sinusoidalnie zmienny - prąd przemienny o zmianach okresowych opisanych
funkcją sinusoidalną:

I(t)=I_m·sin(ωt + ϕ)

gdzie:

I_m - wartość maksymalna (amplituda)

ω - pulsacja określona wzorem:ω=2πf

przy czym: f - liczba okresów na sekundę (częstotliwość)

ϕ - kąt fazowy

Dla prądu sinusoidalnie zmiennego

Wielkościami mierzonymi są ampery [A] i wolty [V].

Wielkościami liczonymi są rezystancja dodatkowa oraz rezystancja bocznika, aby można było mierzyć odpowiednio określone napięcia i natężenia prądu w przedstawionych poniżej układach elektrycznych.

1. Pomiar impedancji, indukcyjności i pojemności.

gdzie:

Z - element badany; A - amperomierz; V - woltomierz; W - watomierz;

AT - autotransformator.

Wyniki pomiarów zebrane zostały w tabelce:

Element badany	U	I	P	Z	R	XL	XC	L	C	Lśr	Cśr
		[V]	[A]	[W]	[Ω]				[H]	[μF]	[μH]	[μF]
	Z1 żarówka	52	0,185	9	281,08	281,08
		96	0,265	27	365,26	365,26
	Z2 kondensator	52	0,065	0	800			800		3,978		3,987
		96	0,120	0	800			800		3,978
	Z3 dławik	52	0,110	0	472,72		472,72		1,505		1,463
		96	0,215	2	446,51		446,51		1,421
	Z4 żarówka + dławik	96	0,175	9	549,97	281,08	472,72
		140	0,235	23	576,87	365,26	446,51
	Z5 żarówka + kondensator	120	0,145	4	847,94	281,08		800
		220	0,250	24	879,44	365,26		800

2. Skalowanie ustroju elektromagnetycznego:

gdzie:

AT - autotransformator; P_p - przekładnik prądowy; P_b - przekładnik napięciowy;

A_w - amperomierz wzorcowy; A_b - amperomierz skalowany; V_w - woltomierz wzorcowy;

V_b - woltomierz skalowany; R₀ - rezystancja;

Wyniki pomiarów:

k_I=2; kII=380/110

Lp.	Uw	Ub	kUUb	Δu	Iw	Ib	kI Ib	Δi
		[V]	[V]	[V]	[V]	[A]	[A]	[A]	[A]
1.	48	15	51,75	3,75	0,57	0,33	0,66	0,09
2.	92	28	96,6	4,6	1,1	0,54	1,08	-0,02
3.	124	38	131,1	7,1	1,47	0,75	1,5	0,03
4.	192	58	193,2	1,2	2,2	1,12	2,24	0,04
5.	252	74	255,3	3,3	2,87	1,45	2,90	0,03

k_UU_b=f(U_w)

k_II_b=f(I_w)

Δ_U=f(Uw)

Δ_I=f(I_w)

3. Skalowaniu ustroju magnetoelektrycznego w układzie amperomierza.

gdzie:

E - źródło napięcia stałego; R . rezystor; Aw - amperomierz wzorcowy;

Rb - bocznik; Ab - miernik skalowany

Ustrój magnetoelektryczny o parametrach: Rw = 8[Ω] , Imax = 300 [A],

Obliczyć rezystancję bocznika, aby miernikiem można mierzyć prądy:

I1 =15 [A]

Rb1 = 0,42[Ω]

Lp.	Prąd rosnący				Prąd malejący
		Iw	Ib	i	p= - i	Iw	Ib	i	p= - i
		[μA]	[μA]	[μA]	[μA]	[μA]	[μA]	[μA]	[μA]
1	15	16	1	-1	226	231	5	-5
2	55	56	1	-1	145	146,2	1,2	-1,2
3	80	81,4	1,4	-1,4	110	112	2	-2
4	156	159,8	4,8	-4,8	82	82	0	0
5	260	257,6	-2,4	2,4	53	51,6	-1,4	1,4

I_b=f(I_w)

Δ_I= f(I_w)

WNIOSKI

Skalowanie woltomierza polegało na odpowiednim doborze opornika dodatkowego, ograniczającego prąd płynący przez ustrój magnetoelektryczny oraz odpowiednim przeliczeniu wskazań ustroju magnetoelektrycznego tak aby otrzymać mierzoną wartość napięcia. W naszym przypadku dokładność pomiarów była znacznie większa przy obniżaniu napięcia. Wynika to najprawdopodobniej z dużych błędów odczytu. Po za tym przy skalowaniu ustroju magnetoelektrycznego na dokładność otrzymanego miernika mają wpływ:

• Dokładność wykonania opornika dodatkowego (powinien to być opornik wzorcowy).

• Dokładność pomiaru oporności wewn. ustroju pomiarowego.

• Dokładność ustroju pomiarowego (klasa miernika).

Skalowanie ustroju magnetoelektrycznego w układzie amperomierza jest bardzo podobne do skalowania woltomierza, dobiera się jednak rezystor bocznikujący. W tym przypadku procentowy błąd pomiaru był na stałym poziomie. Wynika z tego prostoliniowość charakterystyki I_b=f(I_w). Duży błąd pomiaru należy wytłumaczyć dużymi błędami odczytu.

W części pierwszej badaliśmy układ zasilany napięciem przemiennym. Większość pomiarów jest zbliżona do rzeczywistych wartości poszczególnych elementów. W ostatnim przypadku wartość mierzonej impedancji jest mniejsza od impedancji obliczanej. Wynika to z tego, że w obliczeniach nie uwzględniliśmy rezystancji kondensatora.

W drugiej części ćwiczenia wykorzystaliśmy ustrój elektromagnetyczny i przekładniki prądowy oraz napięciowy. W tym przypadku dokładność pomiarów była znacznie większa szczególnie jeśli chodzi o skalowanie woltomierza. W przypadku skalowania amperomierza wystąpiły duże błędy pomiarowe. Wynikają one najprawdopodobniej z uszkodzenia przekładnika prądowego, oraz w znacznie mniejszym stopniu z błędów odczytu.

W trzeciej części ćwiczenia

---