WYDZIAŁ ELEKTRONIKI KATEDRA MIERNICTWA ELEKTRONICZNEGO LABOLATORIUM PODSTAW MIERNICTWA GRUPA V (3)
Ćwiczenie nr 4	Imię i nazwisko	Paweł Kobylarz
	Data wykonania ćwiczenia
Temat: Multimetry	Data odbioru sprawozdania
Cyfrowe	Ocena zaliczenia
	Uwagi:

2.1.1. Wstępna kontrola multimetru.

Pomiar	wartość zakresowa	V
napięcia DC	rozdzielczość	V
Pomiar	wartość zakresowa	V
napięcia AC	rozdzielczość	V
Pomiar	wartość zakresowa	
rezystancji	rozdzielczość	

2.1.4. Pomiar napięcia stałego w obecności zakłóceń

fzakł	Hz	50	75	100
Umax	V
Umin	V
	mV
	V

2.1.5. Pomiar górnej częstotliwości granicznej przetwornika AC/DC

U	V	1.000	0.9900	0.7071
f	kHz	1.0

2.1.6. Pomiar prądu wzorcowego źródła prądowego omomierza:

Zakres		1 k	10 k	100 k
Rxz	k
Iwz	mA

2.1.7 Określenie stanów logicznych na wyjściach cyfrowych gniazda wyjściowego multimetru.

waga	x 1000							x 100							x 10							x 1
	8	4	2	1	8	4	2	1	8	4	2	1	8	4	2	1
nr styku	16	15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
U [V]
stan logiczny
postać dziesiętna

2.2.2. Pomiar ilości impulsów w cyklu pomiarowym multimetru:

U	V	0.1	0.5	1.0	2.0
ti	ms
T	ms
n	-

1. Wykaz sprzętu pomiarowego:

a)	multimetr cyfrowy V-543
b)	multimetr cyfrowy G-1001.500
c)	generator sinusoidalny PW-12
d)	zasilacz BS-525
e)	dzielnik napięcia DNa-18
f)	rezystor dekadowy (Rmax = 100 k)
g)	rezystor dekadowy (Rmax = 10 k)
h)	oscyloskop dwukanałowy DT-516A
i)	przewody połączeniowe: 2x BNC-bananki
j)	przewód połączeniowy do wyjść cyfrowych multimetru.

2. Zadania pomiarowe.

2.1. Badania multimetru cyfrowego V-543.

2.1.3. Określenie wartości przekroczenia zakresu pomiarowego.

Dokładność dzielnika napięcia pozostawiała wiele do życzenia i początkowy wynik odbiegał trochę od oczekiwanego: najwyższym napięciem, przy którym nie następowało przepełnienie było 11,996 V. Małą poprawę przyniosła regulacja po zmniejszeniu napięcia podawanego na dzielnik do wartości tylko nieznacznie przekraczającej przepełnienie, co pociągnęło za sobą zmniejszenie skoku napięcia między dwoma kolejnymi ustawieniami dzielnika. (11,997 V). Znacznie dokładniejszym (choć niewygodnym i mało pewnym) sposobem regulacji okazało się bezpośrednie ustawianie napięcia na zasilaczu. Wskazywana wartość napięcia oscylowała wokół granicy zakresu, przyjmując wartości z jej otoczenia. Kilka razy licznik wyświetlił wartość 11,999 V, co jest wielkością maksymalną również w/g dokumentacji technicznej.

Ta metoda nie nadaje się co prawda do dokonywania pomiarów, ponieważ wartość napięcia nie jest ustabilizowana i trudno ją regulować, jednak w tym przypadku chodziło jedynie o sprawdzenie możliwości wyświetlacza.

2.1.5 Pomiar górnej częstotliwości granicznej przetwornika AC/DC

Przetwornik pracuje poprawnie do częstotliwości 80,6 kHz. Powyżej tej częstotliwości tłumienie jest zbyt silne.

2.1.6. Pomiar prądu wzorcowego źródła prądu omomierza.

Wartość natężenia płynącego prądu można obliczyć ze wzoru

Przy czym Uwz wynosi 1000 V dla każdego zakresu.

2.1.7. Określenie stanów logicznych na wyjściach cyfrowych gniazda wejściowego multimetru.

Na styki 1-16 wyprowadzona jest liczba dwójkowa (w kodzie BCD) zgodna ze wskazaniem licznika. Poziomy sygnałów są zgodne ze standardem TTL.

2.2.1. Obserwacja przebiegów na wyjściu integratora i źródła prądowego.

Przebiegi oscyloskopowe zostały przeprowadzone po podaniu na multimetr napięć 0,1 i 0,5 V.

Przebieg A - wyjście integratora

przebieg B - impuls źródła prądowego.

0,1 V 0,5 V

Widać, że multimetr pracuje z przetwarzaniem napięcia na częstotliwość. Oba oscylogramy mają tą samą podstawę czasu (2 ms/cm), więc oba przebiegi muszą mieć różną częstotliwość. Przebiegi na oscylogramie II powinny mieć 5-krotnie krótszy czas całkowania (mierzy się tu 5-krotnie większe napięcie), i tak jest w istocie.

Przebiegi A i B są ze sobą powiązane. Krótki impuls na kanale B (impuls źródła prądowego) powoduje podanie na układ całkujący napięcia wzorcowego, co powoduje gwałtowny spadek napięcia na wyjściu integratora (kanał A). Następnie napięcie na wyjściu integratora wzrasta (tym szybciej, im większe jest napięcie). Po przekroczeniu pewnej granicznej wartości generowany jest impuls B.

Opracowanie

3.1. Obliczanie błędu dyskretyzacji

Błąd dyskretyzacji wynika z tego, że licznik może się pomylić o jeden impuls, więc jest on odwrotnością ilości zliczonych impulsów, czyli liczby pojawiającej się na wyświetlaczu miernika. Jeżeli założyć (jak pisze w poleceniu), że mierzymy napięcia z przedziału 100mV - 1 V i że do każdego pomiaru ustawiamy optymalny zakres, to we napięcia ze wspomnianego przedziału trzeba mierzyć na dwóch zakresach: na zakresie 100 mV dla napięć 100 mV - 119,99 mV i 120 mV - 1 V. Błędy dyskretyzacji wynoszą wtedy:

Dla zakresu 100 mV

maksymalny (dla 100,00 mV) 1/10000 = 10-4

minimalny (dla 119,99 mV) 1/11999 = 8,3 * 10-5

Dla zakresu 1 V:

maksymalny (dla 0,1200 V) 1/1200 = 8,3 * 10-4

minimalny (dla 1,0000 V) 1/10000 = 10-4

A więc przy optymalnym wykorzystaniu zakresów możemy uzyskać błąd dyskretyzacji zawierający się w przedziale 8,3 * 10-5 do 8,3 * 10-4 , przy czym obie te skrajne wartości występują w środku przedziału - dla wartości 120 mV następuje gwałtowny, ponad 10-krotny wzrost błędu dyskretyzacji.

Należy tutaj jednak zauważyć, że jest to co prawda optymalne wykorzystanie zakresów, ale nie jest ono zgodne z zaleceniami producenta, który podaje w danych technicznych wartości zakresowe 10n do 10n+1. Gdybyśmy chcieli postępować zgodnie z tymi zaleceniami, otrzymalibyśmy błąd dyskretyzacji z przedziału 10-4 do 10-3 (dla 1 V 1/10000, dla 100 mV 1/1000).

3.2. Analiza wyników uzyskanych w punkcie 2.1.4.

Woltomierz V-543 mierzy napięcie metodą podwójnego całkowania, dzięki czemu jest odporny na zakłócenia. Układy całkujące są szczególnie odporne na zakłócenia powodowane przez sygnał o pewnej, zależnej od czasu całkowania, częstotliwości (lub jej harmonicznych). W miernikach czas całkowania jest ustalany tak, aby tłumione były zakłócenia o częstotliwości 50 Hz. Jest to podyktowane tym, że w sieci występuje napięcie o częstotliwości 50 Hz i większość zakłóceń ma właśnie tą częstotliwość.

Analiza uzyskanych wyników potwierdza rozważania teoretyczne. Największą odporność na zakłócenia miernik osiąga dla częstotliwości 50 Hz (podstawowa częstotliwość tłumiona) i dla 100 Hz (jej harmoniczna). Stosunkowo duże zakłócenia wystąpiły przy zakłócaniu sygnałem o częstotliwości 75 Hz, a więc takim, który nie był całkowany w czasie będącym wielokrotnością jego okresu.

Istnieje jeszcze jedna prawidłowość, która mówi, że generalnie zakłócenia są tym lepiej eliminowane, im większa jest ich częstotliwość. Najwyraźniej okres zakłóceń i okres całkowania różniły się nieco (mimo wszystko pewien błąd występował). Zgodnie z tą prawidłowością sygnał 100 Hz powinien być tłumiony nieco lepiej niż o częstotliwości 50 Hz, co znajduje potwierdzenie w otrzymanych wynikach pomiaru (dla 50 Hz rozrzut jest nieco większy).

3.3. Tabela 4.6

Patrz punkt 2.2.2.

3.4. Obliczanie napięcia, do jakiego jest ładowany integrator na podstawie schematu.

Dane są:

Uwe = 0,5V

C = 22 nF

I = 1 mA

R=2 kW

Od razu można obliczyć napięcie na wejściu integratora.

Układ całkujący zmienia napięcie na swoim wyjściu według zależności

Zgodnie z tą zależnością można obliczyć od razu napięcie, do którego ładuje się integrator impulsem prądowym:

Podobnie można wyznaczyć okres impulsów prądowych. Wzór wyjściowy

(Iwe - prąd płynący do integratora.)

wystarczy trochę przekształcić...

...i obliczyć wartość prądu wpływającego do integratora:

Otrzymujemy wtedy:

---