Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

1 z 5

Instrukcja do ćwiczenia 1

Dział – Pomiary wielkości elektrycznych.

Temat: Pomiar napięcia.

Cel ćwiczenia: Poznanie sposobu pomiaru napięcia.

I. Wprowadzenie.

Napięcie stałe U najczęściej mierzy się elektronicznym woltomierzem analogowym lub
cyfrowym, woltomierzem magnetoelektrycznym, rzadziej woltomierzem elektrostatycznym
lub kompensatorem.
Przy pomiarach napięcia woltomierzem analogowym wartość napięcia U

(w woltach) oblicza

się ze wzoru:

=

∗

(1.1)

gdzie: α – wychylenie woltomierza,

c

v

– stała podziałki woltomierza,

Stała podziałki woltomierza c

v

, określa ile woltów przypada na jedną działkę w mierniku.

Jednostka stałej podziałki jest V/dz. Stałą podziałki oblicza się ze wzoru:

=

(1.2)

gdzie: U

N

- jest znamionowym zakresem woltomierza wyrażonym w woltach, V;

α

N

- jest znamionową (maksymalną) liczbą działek woltomierza, wyrażoną w dz.

Mierząc miernikami popełniamy błędy pomiarowe:
Bezwzględny błąd pomiaru dla danego zakresu pomiarowego oblicza się ze wzoru:

∆ = ±

∗

(1.3)

gdzie: kl - oznacza klasę dokładności zastosowanego woltomierza.

Błąd bezwzględny wyrażony jest w V i stanowi stałą wartość pomiaru, zatem należy pamiętać
o pomiarze wielkości bliskiej nastawionemu zakresowi. Uniknie się wtedy dużego błędu
względnego.
Względny błąd niepewność wyniku pomiaru napięcia (wyrażona w procentach) w
warunkach znamionowych, wynosi:

%

= ±

∗

(1.4)

Gdy obwód źródła napięcia jest otwarty (rys. l.1), to napięcie U na zaciskach 1-2 jest równe
sem E źródła.

Rys. 1.1 Układ otwarty.

Rys.1.2 Układ z woltomierzem.

R

w

E

U

1

2

R

w

E

U

1

2

V

I

V

R

V

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

2 z 5

Jeżeli rezystancja źródła napięcia badanego wynosi R

w

, a rezystancja woltomierza wynosi R

V

(rys. 1.2), to woltomierz wskaże sem E źródła pomniejszoną o spadek napięcia na R

w

źródła,

zatem na zaciskach 1-2 napięcie obliczone jest ze wzoru:

=

−

∗

(1.5)

Jeżeli prąd I

V

w obwodzie wynosi:

=

(1.6)

to:

=

1 −

(1.7)

Gdy rezystancja zastosowanego woltomierza jest co najmniej 1000 razy większa niż
rezystancja źródła, czyli gdy 1000 R

w

< Rv, to w przemysłowych pomiarach napięcia można

pominąć błąd systematyczny bezwzględny.
W przypadku stosowania przyrządów cyfrowych dopuszczalny błąd bezwzględny
niepewności pomiaru zależy od zakresu i wartości mierzonej.

∆ = ±(|

| + |

|)

(1.8)

Gdzie: N

x

, N

z

oznaczają wynik pomoru i nastawiony zakres,

δ

x

δ

z

oznaczają względną niepewność przyrządu wartości mierzonej i wartości

końcowej zakresu,

Dopuszczalny względny błąd pomiarowy przyrządu cyfrowego oblicza się z wzoru:

= ±

∆

(1.9)

Pomiary napięcia przemiennego wykonuje się podobnie jak pomiary napięcia

stałego, jednak przed przystąpieniem do pomiarów należy określić, jaka miara napięcia
przemiennego ma być mierzona. Rozróżnia się następujące miary:
• wartość skuteczna,
• wartość średnia,
• wartość szczytowa (maksymalna),
• przebieg czasowy.

Wartość skuteczną napięcia sinusoidalnego można mierzyć odpowiednio

woltomierzem

elektronicznym

z

prostownikiem

liniowym

i

woltomierzem

magnetoelektrycznym z prostownikiem liniowym. Częstotliwość graniczna woltomierzy
magnetoelektrycznych z prostownikami wynosi ok. 1MHz. Częstotliwość graniczna
przyrządów elektronicznych dobrej klasy wynosi ok. 1 GHz.

Wartość średnią wyprostowanego przebiegu napięcia zmiennego można mierzyć

za pomocą odpowiednio: woltomierza magnetoelektrycznego z prostownikiem liniowym.
Można też zastosować cyfrowy miernik wartości średniej.

Wartość szczytową napięcia mierzy się woltomierzem magnetoelektrycznym lub

cyfrowym wyposażonym w przetwornik wartości szczytowej.

Czasowy przebieg napięcia okresowego bada się za pomocą oscyloskopu

elektronicznego. Czasowy przebieg pojedynczego impulsu napięcia bada się za pomocą
oscyloskopu z pamięcią. Dokładność pomiarów oscyloskopem jest mała. Niepewność
pomiaru wynosi kilka procent.

Do pomiarów napięcia na źródle o bardzo malej mocy nie należy używać woltomierzy

elektromagnetycznych ani elektrodynamicznych, ani nawet magnetoelektrycznych, ponieważ
impedancja wejściowa tych woltomierzy jest mała w porównaniu z impedancja wejściową
woltomierzy elektronicznych, mających na wejściu tranzystor polowy, lub woltomierzy
elektrostatycznych.

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

3 z 5

II. Treść zadania.

Przeprowadzić pomiar napięcia stałego i napięcia przemiennego miernikami analogowymi
i cyfrowymi. Opracować wyniki pomiaru, obliczając błędy względne i bezwzględne pomiaru.
Pomiar przeprowadź dla 5 położeń przełącznika.

Sposób postępowania:

1.

Zapoznać się z treścią zadania.

2.

Zapoznaj się z przyrządami i elementami używanymi w ćwiczeniu.

3.

Uzupełnij w sprawozdaniu wykaz elementów (wpisz numery seryjny, zakresy i dane
znamionowe).

4.

Połącz układ pomiarowy zgodnie ze schematem.

5.

Dokonaj ustawienia elementów i zakresów pomiarowych.

6.

Zgłoś gotowość do wykonania pomiarów.

7.

Włącz zasilanie, dokonaj korekt ustawień i przejdź do odczytów.

8.

Zapisz w tabeli odczytane wielkości.

9.

Oblicz pozostałe wielkości tabeli(stalą podziałki miernika, wielkość wskazywana,
bledy pomiarowe zapisz granice zmian napięcia mierzonego).

10.

Wyłącz układ i dokonaj modyfikacji układu.

11.

Powtarzaj działania od punktu 4 do punktu 10.

12.

Rozłącz układ i posprzątaj stanowisko.

13.

Wyciągnij wnioski i wpisz je do sprawozdania.

14.

Wyślij sprawozdanie na serwer.

III. Sprawozdanie z przeprowadzonego ćwiczenia.

1. Schemat układu pomiarowego

a) Układ dla miernika analogowego,

b) Układ dla miernika cyfrowego,

2. Wykaz elementów

Rezystor R

S

– typ.

I

N

=

R

N

=

Woltomierze:

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

4 z 5

3. Tabela pomiarowa.

a) Tabela pomiarowa do pomiaru napięcia stałego miernikiem analogowym

Lp. U

N

α

n

c

v

α

U

Δ

v

δ

U%

U ±Δ

v

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

1

2

3

4

5

b) Tabela pomiarowa do pomiaru napięcia stałego miernikiem cyfrowym.

Lp.

U

N

U

Δ

U

δ

U%

U±Δ

U

-

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

1.

2.

3.

4.

5.

c) Tabela pomiarowa do pomiaru napięcia przemiennego miernikiem analogowym.

Lp. U

N

α

n

c

v

α

U

Δ

v

δ

U%

U ±Δ

v

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

1

2

3

4

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

5 z 5

d) Tabela pomiarowa do pomiaru napięcia przemiennego miernikiem cyfrowym.

Lp.

U

N

U

Δ

U

δ

U%

U±Δ

U

-

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

1.

2.

3.

4.

5.

4. Obliczenia

5. Uwagi i wnioski