WAT – WYDZIAŁ ELEKTRONIKI – Instytut Systemów Elektronicznych

ZAKŁAD SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH

Laboratorium Miernictwa Elektronicznego

(dla Wydziału Cybernetyki)

Przedmiot: PODSTAWY ELEKTRONIKI I MIERNICTWA

Ćwiczenie nr 1m

PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE

Temat:

POMIARY PODSTAWOWYCH WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH

Data wykonania ćwiczenia:
........................................................................
Data oddania sprawozdania:
.........................................................................
Ocena:
........................................................................

Grupa: ............................................................

1. .............................................................

2. .............................................................

3. ..............................................................

4. ..............................................................

Prowadzący:

.........................................................................

Uwagi prowadzącego ćwiczenie:








1. Zapoznanie z wyposażeniem stanowiska pomiarowego

Na podstawie oględzin przyrządów na stanowiskach, wskazówek prowadzącego oraz instrukcji

obsługi przyrządów pomiarowych sporządzić wykaz przyrządów pomiarowych wykorzystywanych w
ćwiczeniu oraz wykaz ich parametrów i wypełnić tabelę 1.1 i 1.2.

Tabela 1.1. Wykaz przyrządów pomiarowych.

Lp.

Nazwa

przyrządu

Typ

Producent

Oznaczenia

na schematach

1.

Zasilacz

stabilizowany

2.

Multimetr

analogowy

3.

Multimetr

cyfrowy

4.

Rezystor

dekadowy

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

Tabela 1.2. Zestawienie parametrów wykorzystywanych przyrządów pomiarowych

Wartość parametru przyrządu

Lp. Nazwa i typ

przyrządu

Funkcja

Nazwa parametru

Podzakresy

V

1.

Zasilacz

stabilizowany

Błąd podstawowy

%

mV

V

V

Podzakresy

kV

R

wew

U „-„

Klasa dokładności

µA

mA

mA

Podzakresy

A

R

wew

I „-„

Klasa dokładności

Podzakresy

Klasa dokładności

2.

Multimetr

analogowy

R

R

wew

mV

V

kV

Podzakresy

R

wew

U „-„

Błąd podstawowy

µA

mA

A

Podzakresy

R

wew

I „-„

Błąd podstawowy

Podzakresy

3.

Multimetr

cyfrowy

R

Błąd podstawowy

Zakres rezystancji

Dekada x

4.

Rezystor

dekadowy

Klasa dekady

pomiarowa

pomiarowe

pomiarowe

pomiarowe

pomiarowe

pomiarowe

pomiarowe

pomiarowe

2

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

2. Pomiar napięcia stałego woltomierzem analogowym i cyfrowym

Zasilacz

V

A

V

C

U

Rys. 2. Schemat układu do pomiaru napięcia woltomierzem analogowym i cyfrowym.

Gdzie:

V

A

– woltomierz analogowy (multimetr analogowy);

V

C

– woltomierz cyfrowy (multimetr cyfrowy).

2.1. Odczyt mierzonego napięcia na podstawie wskazań przyrządów i zapis wyniku pomiaru

- Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 2.
- Zanotować wartości zakresów pomiarowych multimetrów dla poszczególnych pomiarów.
- Ustawić przełączniki zakresów pomiarowych multimetrów na wartości podane w tabeli 2.1.
- Ustawić napięcie wyjściowe z zasilacza o wartościach podanych w tabeli 2.1.
- Dokonać odczytu wskazań woltomierza cyfrowego
- Zanotować maksymalną liczbę działek dla danego zakresu pomiarowego woltomierza analogowego.
- Dokonać odczytu wskazań woltomierza analogowego w działkach (

α

m

).

- Wyznaczyć stałą podziałki.
- Obliczyć wartość napięcia wskazywanego przez woltomierz analogowy.

Tabela 2.1

U

wyjściowe

U

U

mC

U

NA

α

max

α

S

u

U

mA

V

V

V

V

dz

dz

V/dz

V

0,5

2

8

11

NC

- Wyznaczyć błędy graniczne dla poszczególnych pomiarów w o parciu o wyniki z tabeli 2.1 oraz

parametry przyrządów z tabeli 1.2;

- Zapisać w tabeli 2.2 wyniki pomiarów w postaci X = X

m

± ∆

g

X z uwzględnieniem odpowiedniej liczby

cyfr znaczących.

3

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

Tabela 2.2

U

Ma

∆

g

U

A

U

A =

U

Ma

± ∆

g

U

A

U

Mc

∆

g

U

C

U

C =

U

Mc

± ∆

g

U

C

V

V

(..................) V

V

V

(..................) V

2.3. Dobór zakresu pomiarowego do wartości mierzonej
- W układzie jak na rys. 2 na zasilaczu ustawiać napięcia zgodnie z danymi w tabeli 2.3. według

woltomierza cyfrowego.

- Przełącznikiem podzakresów w woltomierzu analogowym wybierać wartości zgodnie z danymi w

tabeli 2.3.

- Dokonać odczytu wskazań woltomierza analogowego w działkach.
- Wyznaczyć stałą podziałki dla poszczególnych wartości.
- Obliczyć wartość napięcia wskazywanego przez woltomierz analogowy.
- Obliczyć błąd graniczny na wybieranych zakresach pomiarowych.
- Wyznaczyć dokładność pomiaru napięcia.
- Wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli 2.3.
Tabela 2.3

U

NA

U

wejściowe

α

A

S

UA

U

∆

g

U

A

δ

%

U

mA

V

V

dz

V/dz

V

V

%

0,2

0,5

0,7

1

0,8

0,2

1,0

2,5

3

2,8

0,2

1,0

6,0

10

8,0

mA

4

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

- Wykreślić zależność dokładności pomiaru od wartości mierzonej dla poszczególnych zakresów

woltomierza analogowego w jednym układzie współrzędnych.

- Podobny ciąg czynności wykonać dla woltomierza cyfrowego ustawiając wartości napięć według

woltomierza analogowego. Wyniki pomiarów i obliczeń umieścić w tabeli 2.4.

Tabela 2.4

U

NC

U

wejściowe

U

mC

∆

g

U

C

δ

%

U

mC

V

V

V

V

%

0,2

0,5

0,7

1

0,8

0,2

1,0

6,0

10

8,0

- Wykreślić zależność dokładności pomiaru od wartości mierzonej dla poszczególnych zakresów

woltomierza cyfrowego w jednym układzie współrzędnych.

3. Pomiar prądu stałego amperomierzem analogowym i cyfrowym

Zasilacz

A

A

A

C

R

I

U

Rys. 3. Schemat układu do pomiaru prądu amperomierzem analogowym i cyfrowym.
Gdzie:

A

A

– amperomierz analogowy;

A

C

– amperomierz cyfrowy;

R – rezystor dekadowy.

5

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

3.1. Odczyt mierzonego natężenia prądu na podstawie wskazań przyrządów i zapis wyniku

pomiaru

- Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 3.
- Ustawić napięcie wyjściowe z zasilacza o wartości równej 2V.
- Ustawić przełączniki zakresów pomiarowych amperomierzy odpowiednio do wartości, jak w tabeli 3.1.
- Regulować dekadami rezystora dekadowego tak, aby na wskaźniku prądu zasilacza uzyskać wartości

podane przez prowadzącego (w tabeli 3.1).

- Dokonać bezpośredniego odczytu wskazywanej wartości przez amperomierz cyfrowy i zapisać ją w

tabeli 3.1.

- Zanotować maksymalną liczbę działek dla danego zakresu pomiarowego amperomierza analogowego.
- Dokonać odczytu wskazań amperomierza analogowego w działkach -

α

m

.

- Wyznaczyć stałą podziałki.
- Obliczyć wartość napięcia wskazywanego przez amperomierz analogowy.
- Wyniki pomiarów zanotować w tabeli 3.1.

Tabela 3.1

I

zasilacza

I

I

mC

I

NA

α

max

α

S

A

I

mA

mA

mA

mA

mA

dz

dz

mA/dz

mA

NC

- Wyznaczyć błędy graniczne dla poszczególnych pomiarów w o parciu o wyniki z tabeli 3.1 oraz

parametry przyrządów z tabeli 1.2.

- Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 3.2 w postaci X = X

m

± ∆

g

X z uwzględnieniem odpowiedniej liczby

cyfr znaczących.

Tabela 3.2

I

mA

∆

g

I

A

I

A =

I

mA

± ∆

g

I

A

I

mC

∆

g

I

C

I

C =

I

mC

± ∆

g

I

C

mA

mA

(..................) mA

mA

mA

(..................) mA

6

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

3.2. Dobór zakresu pomiarowego do wartości mierzonej

- W układzie jak na rys. 3 odłączyć amperomierz cyfrowy.
- W zasilaczu ustawić napięcie 2V.
- Przełącznikiem podzakresów w amperomierzu analogowym wybierać wartości zgodnie z danymi w

tabeli 3.3.

- Ustawić dekady rezystora dekadowego tak, aby natężenie prądu odczytywane ze wskaźnika prądowego

zasilacza przyjmowało wartości zgodnie z danymi z tabeli 3.3.

- Dokonać odczytu wskazań amperomierza analogowego.
- Obliczyć błąd graniczny na wybieranych zakresach pomiarowych.
- Wyznaczyć dokładność pomiaru natężenia prądu.
- Wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli 3.3.
- Wykreślić zależność dokładności pomiaru od wartości mierzonej dla poszczególnych zakresów w

jednym układzie współrzędnych.

Tabela 3.3

I

NA

Izasilacza

α

A

S

iA

I

∆

g

I

A

δ

%

I

mA

mA

mA

dz

mA/dz

mA

mA

%

2

5

7

10

9

2

10

20

30

25

2

30

60

100

90

mA

- Odłączyć amperomierz analogowy.
- Podobny ciąg czynności wykonać dla amperomierza cyfrowego.
- Wyniki pomiarów i obliczeń umieścić w tabeli 3.4.
- Wykreślić zależność dokładności pomiaru od wartości mierzonej dla poszczególnych zakresów w

jednym układzie współrzędnych.

7

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

Tabela 3.4

I

NC

I

zasilacza

I

mC

∆

g

I

C

δ

%

I

mC

mA

mA

mA

mA

%

0,2

0,5

0,7

1

0,8

0,2

1,0

6,0

10

8,0

4. Pomiar rezystancji omomierzem analogowym i cyfrowym

Ω

A

Ω

C

R

Rys. 4. Schemat układu do pomiaru rezystancji omomierzem analogowym i cyfrowym.

Gdzie:

Ω

A

– omomierz analogowy;

Ω

C

– omomierz cyfrowy;

R – rezystor dekadowy.

4.1. Odczyt mierzonej rezystancji na podstawie wskazań przyrządów i zapis wyniku pomiaru

- Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 4.
- Ustawić przełączniki multimetrów w położenia odpowiadające pomiarowi rezystancji.
- Dokonać pomiaru rezystancji zadanych na rezystorze dekadowym omomierzem cyfrowym.
- Dokonać pomiaru rezystancji zadanych na rezystorze dekadowym omomierzem analogowym.
- Pomiaru dokonać dla zadanych zakresów pomiarowych i wartości dekady podanych w tabeli 4.1.
- Wyniki pomiarów i obliczeń umieścić w tabeli 4.1.

8

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

Tabela 4.1

R

dekady

R

R

mC

α’

∆α

∆X

Xmin

R

mA

Ω

Ω

Ω

dz

dz

Ω

Ω

Ω

NC

- Wyznaczyć dokładność oraz błędy graniczne dla poszczególnych pomiarów w o parciu o wyniki z

tabeli 4.1 i parametry przyrządów z tabeli 1.2.

- Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 4.2 w postaci X = X

m

± ∆

g

X z uwzględnieniem odpowiedniej liczby

cyfr znaczących.

Tabela 4.2

R

mA

δ

%

R

A

∆

g

R

A

R

A =

R

mA

± ∆

g

R

A

R

mC

∆

g

R

C

δ

%

R

C

R

C =

R

mC

± ∆

g

R

C

Ω

%

Ω

(..................)

Ω

Ω

Ω

%

(..................)

Ω

4.2. Dobór zakresu pomiarowego do wartości mierzonej
- Przełącznikiem podzakresów w omomierzu analogowym ustawić wartości jak w tabeli 4.3.
- Ustawić wartości rezystora dekadowego zgodnie z danymi z tabeli 4.3.
- Dokonać odczytu wskazań omomierza analogowego.
- Wyznaczyć dokładność pomiaru rezystancji.
- Wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli 4.3.
Tabela 4.3

R

NA

R

w

α’

∆α

∆X

Xmin

R

mA

δ

%

R

mA

∆

g

R

A

Ω

k

Ω

dz

dz

Ω

Ω

Ω

%

k

Ω

0,01

0,1

x10

1

0,1

1

x100

10

(5k

Ω)

(50k

Ω)

9

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

1

10

50

x1000

(500k)

100

- Wykreślić krzywe dokładności pomiaru w funkcji wartości mierzonej dla poszczególnych zakresów w

jednym układzie współrzędnych.

- Odłączyć amperomierz analogowy.
- Podobny ciąg czynności wykonać dla omomierza cyfrowego.
- Wyniki pomiarów i obliczeń umieścić w tabeli 4.4.

Tabela 4.4

R

NC

R

w

R

mC

∆

g

R

C

δ

%

R

mC

Ω

Ω

Ω

Ω

%

0,2

0,5

0,7

1

1,0

0,2

1,0

6,0

10

10,0

10

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

5. Pomiar rezystancji metodą techniczną

Zas.

Aa

Vc

U

U

R

U

A

I

R

a)

Zas.

Aa

Vc

U

I

R

I

V

I

R

b)

Rys. 5. Schemat układu do pomiaru rezystancji metodą techniczną

(przy wykorzystaniu amperomierza i woltomierza):

a) układ z poprawnie mierzonym prądem;
b) układ z poprawnie mierzonym napięciem.

Gdzie:

Aa – woltomierz analogowy;
Vc – woltomierz cyfrowy;
R – rezystor dekadowy;
Zas. – zasilacz stabilizowany.

- Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 5a lub 5b.
- Przełączniki funkcji pomiarowych w multimetrze analogowym ustawić na pomiar prądu.
- Przełączniki funkcji pomiarowych w multimetrze cyfrowym ustawić na pomiar napięcia.
- Wybrać najwyższe z podzakresów dla ustawionych funkcji pomiarowych przyrządów.
- Na zasilaczu ustawić napięcie 9V.
- Ustawić dekady rezystora dekadowego na wartości zadane w tabeli 5.1.

- Dobrać zakresy pomiarowe tak, aby wskazania przyrządów były jak najbliższe wartości wybranego

podzakresu.

- Dokonać odczytu wskazań obydwu przyrządów.
- Wyznaczyć stałą podziałki miernika analogowego.
- Obliczyć wartość natężenia prądu w układzie oraz wartość mierzonej rezystancji bez korygowania

wyniku z uwzględnieniem poprawki na błąd metody.

- Wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli 5.1.

11

Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

Tabela 5.1

R

w

I

N

α

N

α

m

S

I

I

m

U

N

U

m

R

m

Ω

mA

dz

dz

mA/dz

mA

V

V

Ω

- Obliczyć błędy graniczne i dokładności pomiaru prądu i napięcia. Wyniki zapisać w tabeli 5.2.
- Wyznaczyć dokładność pomiaru rezystancji i błąd graniczny pomiaru rezystancji.
- Zapisać wynik pomiaru w postaci X = X

m

± ∆

g

X z uwzględnieniem odpowiedniej liczby cyfr

znaczących.

Tabela 5.2

R

w

∆

g

I

∆

g

U

δ

%

I

δ

%

U

δ

%

R

∆

g

R

R = R

m

± ∆

g

R

Ω

mA

V

%

%

%

Ω

Ω

- Dla wybranej wartości R

w

wyznaczyć błąd metody pomiaru rezystancji.

- Obliczyć wartość rezystancji mierzonej z uwzględnieniem poprawki na błąd metody.
- Obliczyć błąd graniczny ustawienia zadanej rezystancji. Wyniki obliczeń zapisać w tabeli 5.3.
- Wartości R

w

, R

m

i R

mR

z uwzględnieniem ich błędów granicznych umieścić na wspólnej osi liczbowej i

porównać.

Tabela 5.3

R

w

∆

g

R

w

R

m

∆

g

R

R

mR

∆

g

R’

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

6. Opracowanie sprawozdania.

Oprócz wyżej sporządzonych treści sprawozdanie powinno zawierać:

- wykorzystywane w obliczeniach wzory oraz przykłady obliczeń;
- wymagane wykresy;
- interpretację uzyskanych wyników (wnioski i spostrzeżenia) oraz zwrócenie uwagi na:

- sposób włączania przyrządów pomiarowych do układu pomiarowego;
- sposób odczytywania wyniku pomiaru i wyznaczaniu błędu i dokładności pomiaru dla różnych

przyrządów;

- dobór zakresu pomiarowego do wartości mierzonej oraz możliwości minimalizowania błędu

pomiaru.

12