POLITECHNIKA ÅšWI
TOKRZYSKA
W KIELCACH
WYDZIAA
ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI
I INFORMATYKI
LABORATORIUM METROLOGII (I)
INSTRUKCJA LABORATORYJNA
TEMAT ĆWICZENIA:
POMIAR SEM METOD
KOMPENSACYJN

LABORATORIUM METROLOGII ELEKTRYCZNEJ (I)
2
Pomiar SEM metodÄ… kompensacyjnÄ….
1. Wprowadzenie.
Kompensacyjna metoda pomiarowa jest odmianą metody porównawczej, polega
ona na bezpośrednim porównaniu mierzonej wielkości z wielkością tego samego rodzaju,
obraną za jednostkę. W przypadku pomiaru napięcia, wielkością mierzoną jest napięcie, a
jednostką  wzorce napięcia. Stan kompensacji (zrównania) napięcia mierzonego z
napięciem wzorcowym stwierdza się na podstawie zaniku prądu w określonej gałęzi
układu pomiarowego. Zanik ten obserwuje się na podziałce odpowiednio czułego
wskaz
nika np. galwanometru.
Całkowita niedokładność wyników uzyskanych w metodzie kompensacyjnej
pomiaru SEM składa się z błędu nieczułości, niedokładności z
ródła napięcia wzorcowego
oraz błędów wykonania oporników kompensacyjnych. y
ródłami napięcia wzorcowego są
najczęściej nasycone ogniwa kadmowe tzw. ogniwa wzorcowe. y
ródła te dostarczają
napiÄ™cia tylko o jednej nieregulowanej wartoÅ›ci, równej 1,01895 V Ä… 5µV. Na ogół
napięcia mierzone różnią się, co do wartości od napięć wzorcowych, dlatego też w
praktyce buduje się układy kompensacyjne, w których ogniwo wzorcowe pracuje
bezprądowo, a moc potrzebną do wykonania pomiarów dostarcza z
ródło pomocnicze.
Poszczególne kompensatory, zawierające z
ródło pomocnicze, różnią się tylko
sposobami wytwarzania i regulowania napięcia kompensującego.
2. Układy pomiarowe, sposób przeprowadzenia pomiaru.
2.1. Pomiar siły elektromotorycznej metodą kompensacji pojedynczej.
Układ połączyć według następującego schematu:
Rys.1 Pomiar siły elektromotorycznej metodą kompensacji pojedynczej  schemat
pomiarowy.
Podany na rysunku 1 układ składa się z obwodu prądu pomocniczego Ip oraz tzw.
obwodu zerowania. Obwód prądu pomocniczego Ip zasilany jest ze z
ródła o napięciu Up i
zamyka się przez opornik regulacyjny R1, opór normalny Rn oraz miliamperomierz
magnetoelektryczny. Obwód zerowy stanowią połączone szeregowo galwanometr G z
LABORATORIUM METROLOGII ELEKTRYCZNEJ (I)
3
Pomiar SEM metodÄ… kompensacyjnÄ….
opornikiem zabezpieczajÄ…cym Rd oraz z
ródło mierzonej SEM Ex. Regulowany przy
pomocy opornika R1 i mierzony jednocześnie amperomierzem prąd pomocniczy Ip
wytwarza na oporze normalnym Rn spadek napiÄ™cia Ip·Rn skierowany przeciwnie do
działającej w obwodzie SEM Ex. Stan równowagi układu tzn. zanik prądu Ig w obwodzie
zerowym osiąga się przez takie nastawienie prądu Ip, przy którym galwanometr wskazuje
zero Ig=0. W takich warunkach spełniona jest zależność:
Ex=Ip·Rn
Określająca wartość SEM Ex.
Należy pamięta, że osiągnięcie stanu równowagi wymaga zachowania oznaczonej
na schemacie biegunowości Up i Ex oraz spełnienia warunków Up>Ex.
W oparciu o znajomość przybliżonej wartości Ex i oporności Rn określa się
przewidywalną wartość prądu pomocniczego IpH"Ex/Rn a stąd zakres amperomierza,
oporność R1 oraz napięcie Up.
Graniczne bÅ‚Ä™dy systematyczne, wzglÄ™dny ´gEx i bezwzglÄ™dny "gEx oblicza siÄ™
przez zróżniczkowanie zależnoÅ›ci Ex=Ip·Rn wzorów:
´ • = ´ ™ + ´ Rn [%]
g X g p g
´ Å" •X
g
" Å" • = • Å" [V]
g X X
100
gdzie:
™Ä™ Ä…max
´ ™Ä„ = Å" klÄ™ = Å" klÄ™
g
™Ä„ Ä…Ä„
W powyższych wzorach: IA -oznacza zakres pomiarowy amperomierza.
klA -klasę dokładności.
"gRn -błąd wyrównania opornika
Uchyb czuÅ‚oÅ›ci ´cEx wyznacza siÄ™ w oparciu o znajomość czuÅ‚oÅ›ci wyrażonej np.
dz/V i zaÅ‚ożonej niedokÅ‚adnoÅ›ci "Ä… odczytu  zera na galwanometrze. Wartość ´c oblicza
siÄ™ wg wzoru:
"Ä…
´C• = Ä…
X
´•
X
CzuÅ‚ość ukÅ‚adu ´ wyznacza siÄ™ doÅ›wiadczalnie w toku pomiaru Ex.
Głównym z
ródłem uchybów i zarazem wadą metody kompensacji pojedynczej jest
duża wartość bÅ‚Ä™du ´gI, zwiÄ…zanego z klasÄ… amperomierza. Mimo tej wady metoda ta
znajduje ze względu na jej prostotę szerokie zastosowanie w technice, w szczególności w
układach do pomiarów temperatur termoelementami.
LABORATORIUM METROLOGII ELEKTRYCZNEJ (I)
4
Pomiar SEM metodÄ… kompensacyjnÄ….
2.2. Pomiary.
Wyniki pomiarów zanotować w tabeli:
Lp. Ip Rn ExÄ…"gEx ´
"gEx "cEx Uwagi
Ä… CA mA &! V Dz/mV
Wyznaczanie czułości układu:
"I=& "Ä…=&
2.3. Pomiar siły elektromotorycznej metodą kompensacji podwójnej.
Układ połączyć według następującego schematu:
Rys.2 Pomiar siły elektromotorycznej metodą kompensacji podwójnej  schemat
pomiarowy.
Cechą odróżniającą metodę kompensacji podwójnej od pojedynczej jest to, że w
iloczynie prądu pomocniczego i oporności, określającym zbierany spadek napięcia,
wielkością zmienną (regulowaną) jest oporność, natomiast prąd pomocniczy posiada ściśle
założoną wartość stałą. Wartość Ip=Ipn tego prądu zakłada się na wstępie pomiarów,
kierując się wymaganiami dotyczącymi ilości miejsc, jakie odczytywać chcemy w wyniku
pomiaru Ex. DysponujÄ…c np. opornikami dekadowymi o najmniejszej dekadzie 10×0,1 i
żądając jednocześnie, aby odczyt Ex w woltach obejmował 5 miejsc po przecinku, należy
przyjąć:
Ipn×0,1=10-5A
stÄ…d:
Ipn=10-5A/0,1=10-4A(10-3)  może być też taka wartość.
LABORATORIUM METROLOGII ELEKTRYCZNEJ (I)
5
Pomiar SEM metodÄ… kompensacyjnÄ….
W oparciu o ustaloną w ten sposób wartość prądu pomocniczego Ip=Ipn oraz
znajomość napięcia zasilającego Up wyznacza się orientacyjną wartość sumy oznaczonych
na schematach oporności R1+R2, a mianowicie
UP •
X
R1 + R H" >
2
Ipn ™
pn
Przyjęta w ten sposób i ewentualnie zaokrąglona wartość sumy R1+R2 jest
wielkością niezmienną przy wszystkich dalszych czynnościach pomiarowych. Pierwszy
etap pomiaru obejmuje nastawienie prądu pomocniczego na ustaloną uprzednio wartość
Ip=Ipn. Należy w tym celu nastawić oporniki R1 i R2 na wartość:
•n
R1 = R1n =
™
pn
Gdzie: En -siła SEM ogniwa normalnegoEn=1,0189V.
Ipn -10-4
Po nastawieniu oporności R1=R1n i R2=R2n włącza się układ przez regulację prądu
pomocniczego opornikami regulacyjnymi R3 i R4 do stanu równowagi (Ig=0). W
warunkach takich równowaga układu oznacza, że prąd pomocniczy Ip osiągnął dokładnie
wartość:
•n
™Ä„ = ™Ä„n =
R1n
Po skompensowaniu przełącza się układ na mierzoną Ex i tym razem równoważy
się go wyłącznie przez regulacje oporności R1 i R2 przy jednoczesnym spełnieniu warunku
R1+R2=const. Podczas tej czynności nie może ulec zmianie nastawienie oporników
regulacyjnych R3, gdyż powodowałoby to zmianę nastawionego w pierwszym etapie prądu
pomocniczego Ip=Ipn. Przy spełnieniu wszystkich wyżej wymienionych warunków
mierzona SEM Ex określona będzie wzorem:
Ex=Ipn·R1×5
Gdzie: R1× -oznacza nastawionÄ… na oporniku wartość opornoÅ›ci przy kompensacji
Bezwzględny błąd graniczny oblicza się ze wzoru:
•nR1×´•n •n (R1× - R1n )2´R
"g• = +
X
R1n100 R1n100
Natomiast względny błąd graniczny wynosi:
"g Å" •
X (R1× - R1n )
´ Å" • = Å"100 = ´•n + 2 Å"´R
g X
• R1n
X
gdzie:
´En -klasa dokÅ‚adnoÅ›ci ogniwa normalnego
´R -klasa dokÅ‚adnoÅ›ci oporników dekadowych
LABORATORIUM METROLOGII ELEKTRYCZNEJ (I)
6
Pomiar SEM metodÄ… kompensacyjnÄ….
Wyniki pomiarów zanotować w tabeli:
Lp. Ipn En R1+R2 R1n,R1× R2n,R2× ExÄ…"g·Ex ´ "gEx Uwagi
V &! &! &! V Dz/mV %
"Ä…=& "R1=&
3. Pytania kontrolne:
1. Na czym polega zasada kompensacji pojedynczej?
2. Co jest z
ródłem błędów?
3. Jak oblicz się stałą amperomierza?
4. Jak dobrać opór Rd, aby galwanometr tłumił się prawidłowo?
5. Według jakich zasad dobiera się wartość prądu pomocniczego Ip?
6. Jak nastawia się prąd Ip na żądaną wartość?
7. Na czym polega wyższość metody kompensacji podwójnej nad kompensacją
pojedynczÄ…?
8. Jak dobrać oporność w obwodzie galwanometru, aby otrzymać krytyczne
warunki tłumienia jego organu ruchomego?
4. Literatura.
1. Jelonek A., Gąszczak J.  Podstawa miernictwa elektrycznego dla elektroników
Wrocław 1969r.
2. Lebson S., Szczepaniak Cz.  Kompensatory prądu stałego Warszawa 1972r.