WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Laboratorium Miernictwa Elektronicznego

Ćwiczenie nr 1

Temat: Opracowanie dokumentacji pomiarów

Data wykonania ćwiczenia:

Data oddania sprawozdania:

Grupa nr ..................

1.

2.

3.

4.

Ocena:

1.

2.

3.

4.

Prowadzący:

Cel ćwiczenia:

- zapoznać z wykonywaniem pomiarów podstawowych wielkości elektrycznych oraz charakterystyk

układów,

- nauczyć sposobów opracowania wyników pomiarów: przeprowadzania rachunku błędów, zasad za-

pisu wyniku pomiaru, tworzenia wykresów, aproksymacji,

-

zapoznać z możliwościami wykorzystania komputera w procesie opracowania wyników pomiarów.

Przebieg ćwiczenia:

W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci wykonują pod nadzorem prowadzącego ćwiczenia pomia-

ry określone protokołem i wpisują ich rezultaty do przygotowanych tabel. Po zakończeniu pomiarów
przystępują do zapoznania się z możliwościami opracowania uzyskanych wyników z wykorzystaniem
komputera i pakietu Matlab. Uzyskane wartości wpisują, a wyświetlone na ekranie wykresy przeryso-
wują do przygotowanego formularza. Zadaniem domowym jest ręczne tzn. bez użycia wydruków kom-
puterowych opracowanie sprawozdania według zaleceń podanych w poszczególnych punktach pomia-
rowych protokołu oraz zasad zawartych w części teoretycznej. Każdy ze studentów opracowuje spra-
wozdanie oddzielnie (dopuszcza się wykonanie kserokopii protokołu dla każdego studenta). Tabele
sprawozdania winny zawierać przepisane z protokołu wyniki pomiarów, wyniki wymaganych obliczeń
pośrednich oraz wyniki końcowe. Wybór układu tabel pozostaje w gestii studenta.

Do oceny całości ćwiczenia należy przedłożyć oryginał protokołu pomiarów oraz wykonane przez

każdego ze studentów sprawozdanie wraz z wnioskami. Ocenie podlegać będzie rzetelność przeprowa-
dzonych obliczeń oraz staranność i poprawność wykonanych wykresów.

Uwaga:

W układach pomiarowych ćwiczenia występuje transformator. Pracę z jego wykorzystaniem po-

winna cechować szczególna ostrożność. Jest to urządzenie, które w zależności od sposobu załączenia
dokonuje podwyższenia lub obniżania podawanego napięcia zmiennego. W zakresie realizowanych
punktów pomiarowych transformator będzie pracował wyłącznie w układzie obniżania napięcia. Niepo-
prawne załączenie transformatora może spowodować uszkodzenie generatora sygnału podawanego na
jego wejście. W związku z powyższym studenci w trakcie zestawiania lub modyfikacji układu pomia-
rowego mają obowiązek wyłączyć zasilanie zastosowanych przyrządów. Ich włączenie i wykonanie
pomiarów może nastąpić dopiero po sprawdzeniu połączeń przez prowadzącego ćwiczenie i udzieleniu
przez niego zgody.

1

2

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Laboratorium Miernictwa Elektronicznego

PROTOKÓŁ POMIARÓW

Temat : Pomiary wybranych wielkości elektrycznych i podstawowych

charakterystyk układów

Grupa nr ..................

1.

2.

3.

4.

Data:

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

Cel pomiarów:

- określenie napięcia wytwarzanego na zaciskach zasilacza napięcia stałego,
- określenie wartości mocy wydzielonej na rezystorze,

-

wyznaczenie charakterystyki amplitudowej transformatora,

-

wyznaczenie rodziny charakterystyk przetwarzania transformatora.

1. Zapoznanie z wyposażeniem stanowiska pomiarowego

Na podstawie oględzin przyrządów na stanowiskach, wskazówek prowadzącego oraz instrukcji ob-

sługi przyrządów pomiarowych sporządzić wykaz przyrządów pomiarowych wykorzystywanych w ćwi-

czeniu oraz wykaz ich parametrów i wypełnić tabelę 1.1 i 1.2.

Tabela 1.1.

Wykaz przyrządów pomiarowych.

Lp.

Nazwa przyrządu

Typ

Numer fabryczny

Producent

Oznaczenia na

schematach

1.

Zasilacz napięcia

stałego

2.

Multimetr

analogowy

3.

Multimetr cyfrowy

4.

Generator

3

Tabela 1.2.

Zestawienie parametrów wykorzystywanych przyrządów pomiarowych.

Lp.

Nazwa i typ

przyrządu

Funkcja

pomiarowa

Nazwa

parametru

Wartość parametru

1.

Zasilacz
napięcia

stałego

Zakresy

napięcia

Zakresy

pomiarowe

R

wew

U

DC

klasa

Zakresy

pomiarowe

I

DC

klasa

Zakresy

pomiarowe

Zakresy

częstotliwości

2.

Multimetr

analogowy

U

AC

klasa

Zakresy

pomiarowe

R

wew

U

DC

Błąd

podstawowy

Zakresy

pomiarowe

Zakresy

częstotliwości

3.

Multimetr

cyfrowy

U

AC

Błąd

podstawowy

4.

Generator

Zakresy

częstotliwości

4

2. Jednokrotny pomiar napięcia na zaciskach zasilacza napięcia stałego.

Rys. 1. Schemat układu pomiarowego do pomiaru napięcia.

Zadanie pomiarowe:

W układzie jak na rys.1 dokonać jednokrotnego pomiaru napięcia U

C

i U

A

wolto-

mierzem cyfrowym V

C

i analogowym V

A

. Wyniki zanotować w tabeli 2.1. W tabeli 1.2 zapisać dane

niezbędne do wyznaczania błędów granicznych.

Tabela 2.1.

Wyniki jednokrotnego pomiaru napięcia zasilacza.

Zakres woltomierza cyfrowego

U

ZC

= ...........................

Zakres woltomierza analogowego

U

ZA

= ...........................

U

C

U

A

V

V

Zalecenia dotyczące opracowania wyników pomiarów:

Korzystając z zależności obowiązujących dla

pomiarów technicznych wyznacz graniczny przedział ufności, wynik pomiaru i dokładność pomiaru.

Wyniki zapisz w odpowiedniej tabeli.

3. Seria pomiarów napięcia na zaciskach zasilacza napięcia stałego.

Rys. 3.1. Schemat układu pomiarowego do pomiaru napięcia.

Zadanie pomiarowe:

W układzie jak na rys. 3.1 dokonać 10-15 pomiarów napięcia U

C

woltomierzem

cyfrowym V

C

(poszczególne pomiary należy wyzwalać ręcznie lub skorzystać z możliwości pamięcio-

V

V

Z

V

C

V

A

U

≈ 100mV

V

Z

V

C

U

≈ 100mV

5

wych przyrządów – np.: multimetr APPA207 może zapamiętać 7 pomiarów, co wymaga przeprowadze-

nie dwóch serii). Wyniki zanotować w tabeli 3.1.

Tabela 3.1.

Wyniki serii pomiarów napięcia zasilacza.

Zakres woltomierza U

ZC

= ..................

Lp.

-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

U

C

V

Zalecenia dotyczące opracowania wyników pomiarów:

Korzystając z zależności obowiązujących dla

pomiarów laboratoryjnych o średniej dokładności wyznacz graniczny przedział ufności, wyniki pomiaru i

dokładność pomiaru. W odpowiednio skonstruowanej tabeli zamieść również wyniki obliczeń błędów

cząstkowych granicznego przedziału ufności.

4. Pomiar mocy czynnej

Rys. 4.1. Schemat układu pomiarowego do pomiaru mocy czynnej.

Zadanie pomiarowe:

W układzie jak na rys. 4.1 dokonać jednorazowych odczytów wskazań amperomie-

rza i woltomierza cyfrowego V

C

dla ustalonych natężeń prądu w obwodzie, równych w przybliżeniu 8%,

8.4%, 8.8%, 9.2%, 9.6% i 10% wartości znamionowej prądu I

N

rezystora R. Wyniki zanotować w tabeli

4.1. W tabeli z wykazem aparatury zapisać dane niezbędne do wyznaczania błędów granicznych oraz

wartość rezystancji wejściowej woltomierza.

Zalecenia dotyczące opracowania wyników pomiarów:

Korzystając z zależności obowiązujących dla

pośrednich pomiarów technicznych wyznacz wartości mierzonej mocy w kolejnych pomiarach, wyniki

pomiarów i dokładności pomiarów. Za wartość mierzonej mocy przyjmij iloczyn wskazań woltomierza i

amperomierza:

P=I

A

⋅U

V

V

Z

V

C

A

R

6

W obliczeniach błędów pomiń błąd metody związany z poborem prądu przez woltomierz cyfrowy (posia-

da on dużą rezystancje wewnętrzną).

Wyniki końcowe i wyniki obliczeń pośrednich umieść w odpowiedniej tabeli. Na podstawie przeprowa-

dzonych pomiarów sporządź wykres P=f(U

V

), nanieś na niego obliczone w poszczególnych punktach

graniczne przedziały ufności i dokonaj jego aproksymacji metodą graficzną.

Tabela3.

Wyniki pomiaru prądu i napięcia w układzie z rys.4.1.

I

N

= ............

Lp.

I

A

U

V

-

mA

V

1

2

3

4

5

6

5. Pomiar charakterystyk amplitudowych transformatora.

Rys. 5.1. Schemat układu pomiarowego do pomiaru charakterystyk transformatora. Należy zwrócić uwa-

gę na sposób załączenia transformatora - sygnał z generatora musi być podany na zaciski ozna-
czone "wy" (transformator obniża wtedy napięcie).

Definicja:

Charakterystyką amplitudową układu nazywamy zależność stosunku napięcia wyjścio-

wego U

wy

do napięcia wejściowego U

we

od częstotliwości f, przy ustalonym U

we

=const.

G

V

V

1

V

V

2

Uwe

Uwy

~

wy

we

7

Zadanie pomiarowe:

W układzie jak na rys. 5.1, dla wybranych częstotliwości generatora G i ustalonego

poziomu napięcia wejściowego U

we

=1V, dokonać jednorazowego odczytu wskazań woltomierza V

2

. Wy-

niki zanotować w tabeli 5.1. Doboru częstotliwości f dokonać w taki sposób, aby przy obserwowanych

zmianach napięcia wyjściowego U

wy

pomiary wykonywane były "gęściej". W zakresach częstotliwości, w

których U

wy

nie zmienia się, pomiary należy wykonywać rzadziej.

Tabela 5.1.

Wyniki pomiarów napięcia wyjściowego transformatora w funkcji częstotliwości przy

U

we

=1V.

Lp.

-

f

kHz

U

wy

V

Lp.

-

f

kHz

U

wy

V

Lp.

-

f

kHz

U

wy

V

Zalecenia dotyczące opracowania wyników pomiarów:

Na podstawie wyników zapisanych w tabeli

5.1 sporządzić wykres zależności

we

wy

U

U

K

=

w funkcji częstotliwości stosując graficzną metodę aproksymacji. Wyznaczyć oraz zapisać w odpowied-

niej tabeli stosunek K/K

0

wyrażony w decybelach. Na oddzielnym rysunku sporządzić jego wykres w

funkcji częstotliwości. Jako poziom odniesienia potraktować wartość K

0

=K(1kHz). Jeżeli pozwalają na to

otrzymane wyniki pomiarów, określić częstotliwości graniczne badanego układu, jako częstotliwości,

przy których wartość K[dB] spada do poziomu (-3dB).

6. Pomiar charakterystyk przetwarzania transformatora.

Definicja:

Charakterystyką przetwarzania układu nazywamy zależności napięcia wyjściowego U

wy

od wejściowego U

we

, przy ustalonej częstotliwości f=const.

Zadanie pomiarowe:

W układzie jak na rys. 5.1 dla 10 wartości napięć z przedziału (0,U

weMAX

], gdzie

U

weMAX

jest napięciem maksymalnym określonym przez prowadzącego ćwiczenie (np. U

weMAX

=1,5V)

oraz dla trzech ustalonych częstotliwości f

1

=1kHz, f

2

=f

max

, f

3

=f

max

+1kHz, gdzie f

max

jest częstotliwością,

8

przy której charakterystyka amplitudowa osiągnęła wartość maksymalną, dokonać jednorazowego od-

czytu wskazań woltomierzy V

1

i V

2

. Wyniki zanotować w tabelach 6.1, 6.2 i 6.3.

Tabela 6.1.

Wyniki pomiarów napięcia wyjściowego transformatora w funkcji napięcia wejściowego,

przy ustalonej częstotliwości f

1

.

f

1

=1kHz

Lp.

-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

U

we

V

U

wy

V

Tabela 6.2.

Wyniki pomiarów napięcia wyjściowego transformatora w funkcji napięcia wejściowego,

przy ustalonej częstotliwości f

2

.

f

2

= f

max

= ....... kHz

Lp.

-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

U

we

V

U

wy

V

Tabela 6.3.

Wyniki pomiarów napięcia wyjściowego transformatora w funkcji napięcia wejściowego,

przy ustalonej częstotliwości f

3

.

f

3

= (f

max

+ 1kHz) = ....... kHz

Lp.

-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

U

we

V

U

wy

V

Zalecenia dotyczące opracowania wyników pomiarów:

Na podstawie wyników pomiarów zapisanych

w tabelach 6.1, 6.2 i 6.3 sporządzić we wspólnym układzie współrzędnych wykresy zależności

U

wy

=f(U

we

). Dokonać aproksymacji każdej z trzech zależności metodą najmniejszych kwadratów z wyko-

rzystaniem wielomianu 1-go stopnia. Sporządzić odpowiednią tabelę z wynikami obliczeń cząstkowych

współczynników wielomianu.

9

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Laboratorium Miernictwa Elektronicznego

SPRAWOZDANIE

(wybrane elementy opracowane z wykorzystaniem komputera)

Temat : Pomiary wybranych wielkości elektrycznych i podstawowych

charakterystyk układów

Grupa nr ..................

1.

2.

3.

4.

Data:

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

1. Jednokrotny pomiar napięcia na zaciskach zasilacza napięcia stałego

Tabela 1.

Wyniki obliczeń

błędy graniczne

dokładności

Δ

g

U

C

V

δ

%

U

C

%

Δ

g

U

A

V

δ

%

U

A

%

2. Seria pomiarów napięcia na zaciskach zasilacza napięcia stałego

Tabela 2.

Wyniki obliczeń

napięcie średnie

U

Cs

V

błąd średni przypadkowy wartości średniej

Δ

sp

U

Cs

V

błąd graniczny przypadkowy wartości średniej Δ

gp

U

Cs

V

błąd graniczny systematyczny

Δ

gs

U

C

V

błąd graniczny pomiaru

ΔgU

C

V

dokładność pomiaru

δ

%

U

C

%

3. Pomiar mocy metodą techniczną

Tabela 3.

Wyniki obliczeń

Lp.

P

Δ

g

U

V

Δ

g

I

A

δ

%

U

V

δ

%

I

A

δ

%

P

Δ

g

P

-

W

V

mA

%

%

%

mW

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

10

1

2

3

4

5

6

7

8

3

4

5

6

Rys.1. Wykres zależności P=f(U

V

)

4. Pomiar charakterystyki amplitudowej transformatora

Rys.2. Charakterystyka amplitudowa transformatora w skali liniowej.

Rys.3. Charakterystyka amplitudowa transformatora w skali logarytmiczno-liniowej.

11

Rys.4. Charakterystyka amplitudowa transformatora w skali logarytmiczno-logarytmicznej.

5. Pomiar charakterystyk przetwarzania transformatora

Rys.5. Rodzina charakterystyk przetwarzania transformatora

Tabela 2.

Współczynniki wielomianu aproksymującego U

wy

=a

1

U

we

+a

0

f

Hz

a

1

V/V

a

0

V