Ćwiczenie nr 8
Pomiar mocy.
Cel ćwiczenia:
Poznanie podstawowych metod i przyrządów do pomiaru mocy prądu stałego i przemiennego w zakresie częstotliwości akustycznych, ze szczególnym uwzględnieniem częstotliwości 50Hz.
Obiekty badane:
Silnik na licencji firmy HITACHI , P=1,8W , U=15V , I=0,22A
Żarówki U=220V , P=150W
Spis przyrządów:
Amperomierz LM-3 kl.0,5 , zakr.I=(3 ; 7,5 ;15 ;30 ;75 ; 150 ; 300 ; 750 ; 1500 ; 3000 ; 7500)mA , αmax=(30,75)działek , 60mV-20Ω , nr inw.F-IVa-332
Amperomierz LE-1 kl.0,5 , zakr.I=(2,5 ; 5)A , αmax=50 działek , 2,5A-200mΩ , 5A-55mΩ nr inw.F1-IVa-262
Woltomierz LM-3 kl.0,5 , zakr.U=(0,15 ; 0,3 ; 0,75 ; 1,5 ; 3 ; 7,5 ; 15 ; 30 ; 75 ; 150 ; 300 ; 750)V , 1000Ω/V
αmax=(30,75)działek , nr inw.F1-IVc-520
Woltomierz LE-1 kl.0,5 , zakr.U=(150,300)V , αmax=(60,75)działek , 150V-45mA , 300V-22,5mA , nr inw.F1-IVa-86
Watomierz LW-1 kl.0,5 , zakr.U=(100,200,400)V , zakr.I=(2,5 ; 5)A , α=100 działek , 0,8...1...1,5Un , 0...1...1,3In , 150Ω/V , 2,5A-170mΩ ,5A-48mΩ , nr inw.F1-IVa-551
Metex typ M-3640D
-wykorzystywany jako woltomierz na zakresie 2V , błąd pomiaru ΔU=±(1,5%w.m.+5LSD)
-wykorzystywany jako miliamperomierz na zakresie 200mA , błąd pomiaru ΔI=±(1,8%w.m.+5LSD)
Opornik dekadowy typ DR5b-16 , producent INCO Pyskowice , klasa 0,05
(1÷10)×10000Ω Idop=0,007A
× 1000Ω Idop=0,02A
× 100Ω Idop=0,07A
× 10Ω Idop=0,2A
× 1Ω Idop=0,7A nr inw.F1-IVa-170
Autotransformator laboratoryjny typ AL 2500 producent INCO
wyjście A (0÷250)V ΣImax=10A nr inw.F1-IVa-365
Generator funkcji typ G432 MERA TRONIK Rwy=50Ω , Umax=5Vp-p , S=20VA nr inw.F1-IVh-943
I.Pomiar mocy silnika prądu stałego.
a.Układ poprawnego pomiaru napięcia odbiornika.
b.Układ poprawnego pomiaru prądu odbiornika.
Tabela 1
Rodzaj |
U |
I |
P |
±ΔUkl |
±ΔIkl |
±ΔPkl |
błąd metody ΔPm |
Podb zm |
Podb p |
układu |
[V] |
[mA] |
[W] |
[V] |
[mA] |
[W] |
[W] |
[W] |
[W] |
Układ a |
15,00 |
59,0 |
0,89 |
0,08 |
0,4 |
0,01 |
-0,02 |
0,89±0,03 |
0,87±0,01 |
Układ b |
15,00 |
57,0 |
0,86 |
0,08 |
0,4 |
0,01 |
-0,06 |
0,86±0,07 |
0,80±0,01 |
Przykładowe obliczenia:
II.Pomiar mocy żarówek.
a.Układ poprawnego pomiaru napięcia odbiornika.
b.Układ poprawnego pomiaru prądu odbiornika.
Tabela2
Rodzaj |
U |
I |
P |
Sobl |
ΔUkl |
ΔIkl |
ΔPkl |
ΔSobl |
błąd metody ΔPm |
Podb zm |
Podb p |
cos ϕ bez popr |
cosϕ z popr |
±Δcos ϕ bez popr. |
±Δcos ϕ z popr |
układu |
[V] |
[A] |
[W] |
[W] |
[V] |
[A] |
[W] |
[W] |
[W] |
[W] |
[W] |
- |
|
- |
- |
Układ a |
220 |
2,03 |
440,0 |
446,6 |
1,5 |
0,02 |
5,0 |
7,5 |
-4,4 |
440,0±9,4 |
435,6±5,0 |
0,99 |
0,98 |
0,04 |
0,03 |
Układ b |
220 |
2,00 |
435,0 |
440,0 |
1,5 |
0,02 |
5,0 |
7,4 |
-1,5 |
435,0±6,5 |
433,5±5,0 |
0,99 |
0,99 |
0,04 |
0,03 |
Przykładowe obliczenia:
III.Pomiar poboru mocy przez generator funkcji w stanie jałowym.
Schemat układu:
Tabela3
U |
I |
S |
±ΔU |
±ΔI |
±ΔSkl |
błąd metody ΔSm |
[V] |
[mA] |
[VA] |
[V] |
[mA] |
[VA] |
[VA] |
220 |
62,7 |
13,8 |
1,5 |
1,4 |
0,4 |
-0,006 |
Przykładowe obliczenia:
IV.Pomiar mocy generatora funkcji w stanie obciążenia.
Schemat układu:
Tabela4
L.p. |
R |
U |
P |
±ΔR |
±ΔU |
±ΔP |
|
[Ω] |
[V] |
[W] |
[Ω] |
[V] |
[W] |
1 |
20,00 |
0,529 |
0,014 |
0,01 |
0,020 |
0,0008 |
2 |
30,00 |
0,690 |
0,016 |
0,02 |
0,020 |
0,0008 |
3 |
40,00 |
0,801 |
0,016 |
0,02 |
0,020 |
0,0008 |
4 |
50,00 |
0,907 |
0,016 |
0,03 |
0,030 |
0,0008 |
5 |
60,00 |
1,008 |
0,017 |
0,03 |
0,030 |
0,0008 |
6 |
70,00 |
1,071 |
0,016 |
0,04 |
0,030 |
0,0008 |
7 |
80,00 |
1,130 |
0,016 |
0,04 |
0,030 |
0,0007 |
8 |
90,00 |
1,180 |
0,015 |
0,05 |
0,030 |
0,0007 |
9 |
100,00 |
1,222 |
0,015 |
0,05 |
0,030 |
0,0007 |
10 |
200,00 |
1,463 |
0,011 |
0,10 |
0,040 |
0,0005 |
11 |
300,00 |
1,570 |
0,008 |
0,20 |
0,040 |
0,0004 |
12 |
400,00 |
1,627 |
0,007 |
0,20 |
0,040 |
0,0003 |
13 |
500,00 |
1,661 |
0,006 |
0,30 |
0,040 |
0,0002 |
Przykładowe obliczenia:
Wykres zależności P=f(R)
Wnioski:
W punkcie I mierzyliśmy moc silnika prądu stałego za pomocą dwóch układów. Pierwszy z nich do poprawnego pomiaru napięcia odbiornika prócz błędów mierników wprowadzał błąd metody zależny od wartości rezystancji wewnętrznej woltomierza. W naszym przypadku błąd ten wynosi 0,02W(Tabela 1). W przypadku układu drugiego, poprawnie mierzącego prąd odbiornika, błąd metody zależny jest od rezystancji wewnętrznej amperomierza i wynosi 0,06W(Tabela 1). W naszym przypadku widać, że dużo lepszym układem jest układ pierwszy, ponieważ błąd metody jest trzykrotnie mniejszy niż w przypadku układu drugiego. Przy dokonywaniu pomiarów w obydwu układach wskazania amperomierza wahały się do obliczeń przyjęliśmy wartości średnie wskazań. Wahania te były związane z dużymi oporami wewnętrznymi silnika w stosunku do jego mocy(silnik nie był najnowszy). W punkcie II mierzyliśmy moc pobieraną przez trzy żarówki połączone równolegle w takich samych układach jak w punkcie I. Z dokonanych pomiarów wynika , że lepszym układem okazał się układ drugi(mniejszy błąd metody - Tabela II). Widać więc, że wybór układu pomiarowego jest uzależniony od tego co chcemy mierzyć. W punkcie III mierzyliśmy moc pobieraną przez generator funkcji w stanie jałowym. Oczywiście zgodnie z oczekiwaniami moc pobierana przez generator S=(13,8±0,4)VA jest mniejsza od mocy znamionowej Sn=20VA. Różnica wynika z tego, że generator był nieobciążony. Pomiaru mocy w tym punkcie, podobnie jak w punkcie I, dokonywaliśmy za pomocą amperomierza i woltomierza ponieważ mierzona moc była zbyt mała aby zastosować w układzie watomierz (duża wartość błędu metody). W punkcie IV mierzyliśmy moc oddawaną przez generator funkcji przy różnym obciążeniu. Oczekiwaliśmy, że moc będzie największa gdy rezystancja obciążenia będzie równa rezystancji wewnętrznej generatora. Rezystancja wewnętrzna generatora wynosi 50Ω a funkcja P=f(R) osiągnęła maksimum przy rezystancji obciążenia równej 60Ω , co widać na wykresie. Jednakże różnica mocy przy obiążeniu 50Ω a 60Ω jest mniejsza niż błąd pomiaru co może być potwierdzeniem naszych oczekiwań.