Tomasz Czerwiński 27.02.1998
LABORATORIUM MIERNICTWA
Ćw. 2a. Kompensacyjna metoda pomiaru napięcia i jej zastosowanie w kompensacyjnym przetworniku A/C
Cel ćwiczenia:
Zapoznanie się z parametrami technicznymi oraz zastosowaniem źródeł napięcia wzorcowego. Nabycie umiejętności wykorzystywania komparatora analogowego do pomiarów praktycznych. Zapoznanie się z parametrami technicznymi ogniwa normalnego. Poznanie metody kalibracji źródła wzorcowego za pomocą ogniwa normalnego.
1. Zapoznanie się z normą z parametrami technicznymi źródeł napięcia wzorcowego.
źródło napięcia wzorcowego ZD-1.
Napięcie Ex oblicza się ze wzoru: Ex=R.10 mA
niedokładność pomiarową oblicza się ze wzoru 1=10 mA0,05%
klasa rezystora = 0,05%
kompensator analogowy KN-1
Ilość działek =20
dla C=500 mikroA/działka opór wewnętrzny komparatora Rw=2kOhmy
dla C=5 mikroA/działka opór wewnętrzny komparatora Rw=500, 250 Ohm
2. Pomiar napięcia źródła Ex metodą kompensacyjną z użyciem wzorca ZD-1
układ:
wykreślenie tabelki oraz zmierzenie i zanotowanie wyników:
Ex[V] |
+ |
U+ |
- |
U- |
KN-1 [mikroA/działka] |
0,5 |
+0,14 |
0,53 |
-15 |
0,52 |
5 |
1,2 |
+4 |
1,24 |
-15 |
1,23 |
5 |
5 |
+6 |
5,03 |
-4 |
5,02 |
5 |
10 |
+1 |
10,1 |
-5 |
10,09 |
5 |
3. Pomiar napięcia źródła Ex metodą kompensacyjną z użyciem wzorca ZB-1
a) układ:
wykreślenie tabelki oraz zmierzenie i zanotowanie wyników:
Ex[V] |
+ |
U+ |
- |
U- |
KN-1 [mikroA/działka] |
0,5 |
+2,5 |
0,53 |
-23 |
0,52 |
5 |
1,2 |
+2,5 |
1,24 |
-19 |
1,23 |
5 |
5 |
+7 |
5,17 |
-9 |
5,16 |
5 |
10 |
+11 |
10,15 |
-2 |
10,14 |
5 |
4. Sprawdzenie układu z komparatorem typu binarnego.
Uwagi: wyniki pomiarów pokrywały się z wynikami pomiarów uzyskanych z użyciem komparatora analogowego KN-1
5. Pomiar Ex metodą kompensacji podwójnej z zastosowaniem źródła ZD-2
schemat źródła ZD-2:
parametry rezystora: R=
parametry źródła - ogniwo Westona OH6
EN200=1,0187; RW600
parametry źródła ZD-2 - klasa przyrządu dla
parametry tłumika do galwanometru TG-1: tłumienie k=
dokonano nastawy prądu z wykorzystaniem ogniwa Westona uwzględniając błędy rezystora, źródła i nieczułości galwanometru.
sprawdzono wrażliwość źródła prądu ze względu na zmianę rezystancji
Ex[V] |
R+[] |
U+ [V] |
R-[] |
U- |
tłumik TG-1 |
0,5 |
524 |
26 |
523 |
-3 |
10 |
1,2 |
1,231 |
18 |
1,232 |
-2 |
1 |
5 |
5,068 |
4 |
5,069 |
-2 |
1 |
10 |
10,124 |
4 |
10,125 |
-2 |
1 |
5. Omówienie oraz prezentacja błędów pomiarowych.
Błąd pomiaru napięcia δ wyraża się wzorem:
δE=δEw +δz
gdzie δEw jest błędem wzorca; natomiast δz jest błędem zrównoważenia układu, równym dla poprawnie zrealizowanego układu (próg pobudliwości >>ziarno regulacji źródła wzorcowego) błędowi nieczułości układu pomiarowego δn.
δn=min/SEw
gdzie:
min jest rozdzielczością wskaźnika zera
S - czułością układu pomiarowego i S=E
stąd:
δn=(min*Ew)/(
Przejdę teraz do omówienia błędu wzorca δEw. Zależy on od metody pomiarowej. W ogólności napięcie wyjściowe źródła wzorcowego określone jest wzorem:
Ew=Ip*Rw
Dla pomiaru metodą kompensacji podwójnej z użyciem ogniwa Westona OH:
Ip jest stosunkiem spadku napięcia na rezystorze Rk=101.870,01 do napięcia wzorcowego
En ogniwa Westona równego 1,01870,0002V, czyli po podstawieniu:
Ew=En*(Rw/Rk)
Jest ono określone błędem granicznym:
δEw=δEn+stabilność prądu(0,005%)+δRw+δRk
gdzie:
δEn - błąd wzorca napięcia En (ogniwa Westona)
δRw, δRk - klasa oporników wzorcowych (δRw - w zależności od zakresu; δRk = 0,01
OSTATECZNIE po zsumowaniu wszystkich omówionych błędów błąd pomiaru napięcia δEx przybiera postać:
δE=δEn+0.005%+δRw+δRk+(min*Ew)/(*Ew)
gdzie odpowiednio:
δEn = 0,01/1.0187 * 100%
δRk= 0,01/101.87*100%
δRw= jest zależne od zakresu mierzonego oporu i wynosi: r*100 - 0,05; r*10 - 0,05; r*1 - 0,01; r*0,1 - 0,5
b) dla pomiaru z użyciem źródeł ZD-1 oraz ZB-1
źródło ZB-1 jest źródłem z regulacją binarną napięcia wyjściowego wg zależności:Ew=2^n[V], gdzie n{0,1,...,9}, klasy 0,2% Rozróżnia ono1024 stany napięcia wzorcowego; jego rozdzielczość wynosi: Ewr=0.01*2^0=10mV; zakres pomiarowy Ewmax=10,23[V] i błąd nastawy źródła napięcia wzorcowego δEw=0.2%
dla źródła ZD-1 podobnie rozdzielczość wynosi 10mV oraz błąd nastawy źródła wzorcowego 0,2%
CZYLI OSTATECZNIE błąd pomiaru napięcia metodą kompensacyjną z użyciem źródeł ZB-1 oraz ZD-1 będzie miał postać:
δδ(min*Ew)/(*Ew)
Prezentacja błędów pomiarowych dotyczących pomiaru kompensacyjnego z użyciem źródła ZB-1:
Ex[V] |
Ex[%]+ |
Ex[%]- |
+ |
U+ |
- |
U- |
KN-1 [A/ działka] |
0,5 |
0,052 |
0,05 |
+2,5 |
0,53 |
-23 |
0,52 |
5 |
1,2 |
0,051 |
0,004 |
+2,5 |
1,24 |
-19 |
1,23 |
5 |
5 |
0,025 |
0,002 |
+7 |
5,17 |
-9 |
5,16 |
5 |
10 |
0,019 |
0,041 |
+11 |
10,15 |
-2 |
10,14 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Prezentacja błędów pomiarowych dotyczących pomiaru kompensacyjnego z użyciem źródła ZD-1:
Ex[V] |
Ex[%]+ |
Ex[%]- |
+ |
U+ |
- |
U- |
KN-1 [A/ działka] |
0,5 |
0.747 |
0,003 |
+0,14 |
0,53 |
-15 |
0,52 |
5 |
1,2 |
0,036 |
0,003 |
+4 |
1,24 |
-15 |
1,23 |
5 |
5 |
0,027 |
0,035 |
+6 |
5,03 |
-4 |
5,02 |
5 |
10 |
0,111 |
0,01 |
+1 |
10,1 |
-5 |
10,09 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Prezentacja błędów pomiarowych dotyczących pomiaru wrażliwości źródła ze względu na zmianę rezystancji:
Ex[V] |
Ex[%]+ |
Ex[%]- |
R+[] |
U+ [V] |
R-[] |
U- |
TG-1 |
0,5 |
0,105 |
0,105 |
524 |
26 |
523 |
-3 |
10 |
1,2 |
0,01 |
0,01 |
1,231 |
18 |
1,232 |
-2 |
1 |
5 |
0,01 |
0,01 |
5,068 |
4 |
5,069 |
-2 |
1 |
10 |
0,01 |
0,01 |
10,124 |
4 |
10,125 |
-2 |
1 |
5. Wnioski dotyczące pomiarów.
Jak widać z załączonej analizy błędów pomiarowych metoda kompensacyjna pomiaru napięcia jest metodą bardzo dokładną, lecz służy do pomiaru napięcia, którego wartość jest nam w przybliżeniu znana. Do tego napięcia musimy dobierać odpowiednie wzorce napięcia. Jest ona jednak dość uciążliwa. Jak wynika z pomiarów źródło wzorcowe jest mało wrażliwe na zmianę rezystancji. Błędy pomiarowe zależą głównie od niedokładności źródła oraz klasy zastosowanych rezystorów: wzorcowego oraz nastawnego, a także od możliwości odczytu wskazań na komparatorze.