INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH
WYDZIAA
ELEKTRONIKI WAT
Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych
Laboratorium Miernictwa Elektronicznego 1
Ćwiczenie 4
Temat: POMIARY NAPI
CIA PRZEMIENNEGO
Data wykonania ćwiczenia:
Grupa:
..................................................................
Zespół w składzie: Data oddania sprawozdania:
..................................................................
1.
Ocena:
..................................................................
2.
Prowadzący ćwiczenie:
3.
..................................................................
Uwagi prowadzącego ćwiczenie:
Wykaz przyrządów znajdujących się na stanowiskach
Lp. Nazwa przyrzÄ…du Typ Producent
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
A) Zestawienie parametrów wykorzystywanych przyrządów pomiarowych
Tabela ta jest podstawą opracowania sprawozdania z ćwiczenia.
błąd graniczny "gU,
typ oznaczenia: rodzaj
rodzaj zakres impedancja
przyrządu w.z. - wartość zakresu przetwornika
przyrządu częstotliwości wejściowa
w.m. - wartość mierzona AC/DC
dla zakresów
"gU = Ä…1,5% w.z. 10Hz-20kHz
1,5mV÷
dla zakresu 1,5mV:
150mV: m.cz. - wartości
średniej
10M&! ćłćł60pF
"gU = Ä…(1,5% w.z.+1,5%w.m)
30Hz ÷10kHz
multimetr
V-640
analogowy w.cz. - wartości
dla zakresów
"gU = Ä…(1,5% w.z.+1,5%w.m)
10Hz÷30Hz
szczytowej
0,5V÷ 1,5kV:
10kHz÷20kHz
100M&!
ćłćł20pF
dla zakresu 200,000 mV:
"U = Ä…(1,0% w.m + 0,1% w.z)
10 Hz ÷ 45 Hz
"U = Ä…(0,2% w.m + 0,1% w.z)
45 Hz ÷ 20 kHz
"U = Ä…(2,0% w.m + 0,2% w.z)
20 kHz ÷ 50 kHz
Przetwornik
"U = Ä…(4,0% w.m + 0,2% w.z)
50 kHz ÷ 100 kHz rzeczywistej
multimetr 1 M&! Ä… 2%
DM3052 wartości
cyfrowy
dla zakresu 2 V÷ 750,00 V: ćłćł<100pF
skutecznej
(True RMS)
"U = Ä…(1,0% w.m + 0,1% w.z)
10 Hz ÷ 45 Hz
"U = Ä…(0,2% w.m + 0,1% w.z)
45 Hz ÷ 20 kHz
"U = Ä…(1,0% w.m + 0,1% w.z)
20 kHz ÷ 50 kHz
"U = Ä…(2,0% w.m + 0,2% w.z)
50 kHz ÷ 100 kHz
B) Sposób podłączenia mierzonego napięcia do gniazd wejściowych multimetru cyfrowego
Gniazda wejściowe multimetru
cyfrowego DM3052
HI (+)
+
Mierzone napięcie
(stałe lub zmienne)
-
LO (-)
2
1. DOBÓR ZAKRESU POMIAROWEGO DO WARTOŚCI MIERZONEGO NAPI
CIA
1.1. Układ pomiarowy
Badany
Generator
woltomierz
pomiarowy
analogowy lub
m.cz.
cyfrowy
1.2. Pomiary
W układzie jak w p. 1.1 na ustalonym zakresie Uz wybranego woltomierza (multimetru) analogowego
dokonać pomiaru 10 ró\
nych wartoÅ›ci napięć generatora. SEM generatora zmieniać w zakresie 0.1Uz gen. ÷ Uz gen.
ze skokiem 0.1Uz. Wartości zmierzone jako wartości UV zapisać w tabeli.
Częstotliwość f = 1 kHz.
Woltomierz (multimetr) analogowy typ ..................
Zakres woltomierza Uz= .........
Zakres napięcia generatora Uz gen. =& & & & & ..
SEM UV uB(UV)
´U
V V V %
0,1Uz.gen.
0,2Uz.gen.
0,3Uz.gen.
0,4Uz.gen.
0,5Uz.gen.
0,6Uz.gen.
0,7Uz.gen.
0,8Uz.gen.
0,9Uz.gen.
Uz.gen.
Powtórzyć pomiary dla wybranego woltomierza cyfrowego. Wyniki zapisać w tabeli. Pamiętać o zanotowaniu
wszystkich cyfr wyniku  patrz formuła na błąd graniczny w tabeli na str. 2.
Woltomierz (multimetr) cyfrowy typ ..................
Zakres woltomierza Uz= .........
Zakres napięcia generatora Uz gen. =& & & & & ..
SEM UV uB(UV)
´U
V V V %
0,1Uz.gen.
0,2Uz.gen.
0,3Uz.gen.
0,4Uz.gen.
0,5Uz.gen.
0,6Uz.gen.
0,7Uz.gen.
0,8Uz.gen.
0,9Uz.gen.
Uz.gen.
3
Polecenie. Korzystając z danych zawartych w tabeli na str. 2 określić błędy graniczne "gU wynikające z dokładności
u\
ytego przyrządu, którymi obarczone były pomiary napięcia generatora, niepewności standardowe uB(Um) oraz
procentowe dokÅ‚adnoÅ›ci tych pomiarów ´U wg zale\
ności:
" U
g
uB (UV ) =
3
uB (UV )
´U = Å"100% .
UV
Uwaga: błąd graniczny "gU nie jest ró\
nicą pomiędzy wartością SEM a wartością zmierzoną - wyznacza się go
w oparciu o zapisane w tabeli na str.2 formuły określania dokładności. Obliczenia wykonać dla woltomierza
analogowego i cyfrowego pamiętając o zasadach podawania niepewności wyników pomiarów.
Na podstawie wypełnionych tabel wykreślić zale\
noÅ›ci ´U w funkcji Um. Zapisać wskazania dotyczÄ…ce doboru
zakresu woltomierza do wartości mierzonego napięcia i uzasadnić je.
2. WPA
YW CZ
STOTLIWOÅšCI MIERZONEGO NAPI
CIA NA DOKA
ADNOŚĆ POMIARU
2.1. Układ pomiarowy
Generator Badany
pomiarowy woltomierz
Oscyloskop
2.2. Pomiary
W układzie jak w p. 2.1 dokonać pomiaru napięć harmonicznych generatora odpowiadających ustalonemu przez
prowadzącego zajęcia poło\
eniu pokrętła regulatora napięcia wyjściowego o częstotliwościach zawartych w tabeli.
Doboru przyrządu do pomiaru napięcia o danej częstotliwości nale\
y dokonać na podstawie własności zestawionych
w tabeli na str. 2. Wartości zmierzone wpisać do tabeli jako UV. W przypadku gdy dany woltomierz nie jest
przeznaczony do pomiaru napięcia o zadanej częstotliwości nale\
y wpisać do tabeli znak "-".
Woltomierz typ& & & . Woltomierz typ& & & .
Zakres napięcia Uz =& & .. Zakres napięcia Uz =& & ..
f UV Wynik UV Wynik
kHz V V V V
0,01
0,5
15
50
80
200
500
1000
Polecenie. Korzystając z danych zawartych w tabeli na str. 2 określić wyniki pomiarów jako wyra\
enie:
wynik = UV Ä… uB(UV),
gdzie uB(UV) jest niepewnością standardową pomiaru (p. polecenie punktu 1.2).
Wskazać przyrządy, które charakteryzują się największą dokładnością wskazań dla podanych częstotliwości.
Pamiętać o zasadach zaokrąglania wyników.
4
3. WPA
YW IMPEDANCJI WEWN
TRZNEJ y
RÓDA
A MIERZONEGO NAPI
CIA
NA DOKA
ADNOŚĆ POMIARU
3.1. Układ pomiarowy
Rw.gen. Rd
+
Generator
Badany
pomiarowy
woltomierz
-
3.2. Pomiary
W układzie jak w p. 3.1 dokonać pomiaru napięcia harmonicznego z
ródła o regulowanej rezystancji
wewnętrznej Rw = Rwgen+Rd dla ró\
nych wartości rezystancji Rd. Pomiary wykonać kolejno dla dwu ró\
nych
częstotliwości. Wartości zmierzone jako Um zanotować w tabelach. Jako SEM generatora przyjąć wskazanie
woltomierza (lub kalibrowanego układu wyjściowego) wbudowanego w generator.
woltomierz typ ................... SEM= ..............................
Rd [k&!] 0 100 200 300 400 500 600 800 1000 1500
f=1kHz
Um [V]
ćłZwećł= .............
f=20kHz
Um [V]
ćłZwećł= .............
woltomierz typ ................... SEM= ..............................
Rd [k&!]
0 100 200 300 400 500 600 800 1000 1500
f=1kHz
Um [V]
ćłZwećł= .............
f=20kHz
Um [V]
ćłZwećł= .............
Polecenie. Na podstawie informacji zawartych w tabeli na str. 2 obliczyć moduły impedancji wejściowych
wybranych woltomierzy ćłZwećł - nale\
y przyjąć, \
e od strony z
ródła woltomierz stanowi równoległe połączenie
rezystancji i pojemności o wartościach wskazanych w tabeli na str. 2. Wyniki obliczeń zapisać w tabelach .
Narysować na oddzielnych wykresach dla ka\
dego z woltomierzy zmianÄ™ wskazania (czyli Um) w funkcji
stosunku Rw /ćłZwećł, gdzie Rw=Rd+600&! (lub Rw=Rd+50&!) dla obydwu częstotliwości. Na ka\
dym z wykresów
nanieść SEM z
ródła napięcia. Dla przypadku częstotliwości 1kHz oszacować ile razy impedancja wejściowa
woltomierza musi być większa od impedancji z
ródła aby spadek dokładności wskazań ze wzrostem Rw był nie
większy ni\
o 10%. Wyciągnąć wnioski co do wpływu częstotliwości mierzonego napięcia na wymaganą
wartość impedancji wejściowej woltomierza.
5
4. WPA
YW KSZTAA
TU MIERZONEGO NAPI
CIA NA DOKA
ADNOŚĆ POMIARU
4.1. Układ pomiarowy
Generator
Oscyloskop
funkcji
Badany Badany
woltomierz woltomierz
1 2
4.2. Pomiary
W układzie jak w p. 4.1 notować w tabeli wskazania ą woltomierzy z ró\
nymi typami przetworników
AC/DC przy pomiarach napięcia sinusoidalnego, trójkątnego i prostokątnego.
Kontrolować stałość wartości międzyszczytowej SEM np. SEMp-p=6V przy zmianie kształtu napięcia za pomocą
dołączonego oscyloskopu.
typ woltomierza
rodzaj przetwornika AC/DC
Ä… [V]
napięcie sinusoidalne
Uśr [V]
współcz. kształtu kk=1.11
współcz. szczytu ka=1.41
Usk [V]
Uszczyt [V]
Ä… [V]
napięcie trójkątne
Uśr [V]
współcz. kształtu kk=1.15
współcz. szczytu ka=1.732
Usk [V]
Uszczyt [V]
Ä… [V]
napięcie prostokątne
Uśr [V]
współcz. kształtu kk=1
współcz. szczytu ka=1 Usk [V]
Uszczyt [V]
Polecenie. BazujÄ…c na wskazaniach Ä… oraz na informacji o rodzaju przetwornika wykorzystanego
w woltomierzu, obliczyć wartości charakterystyczne napięć: średnią, skuteczną i szczytową i zapisać je do tabeli.
W sprawozdaniu przedstawić zale\
ności, według których wyznaczono te wartości oraz przykładowe obliczenia.
6
5. POMIARY NAPI
CIA OKRESOWEGO METODAMI OSCYLOSKOPOWYMI
5.1. Metoda porównawcza (metoda podstawiania).
5.1.1. Układy pomiarowe
Krok 1
Ux
Generator
CH1
Oscyloskop
pomiarowy
Generator
Woltomierz
napięcia
elektroniczny
wzorcowego
U
Krok 2
Generator
CH1
Oscyloskop
pomiarowy
Generator
Woltomierz
napięcia
elektroniczny
Uw p-p=Ux
wzorcowego
U
Krok 3
Generator
Oscyloskop
pomiarowy
Generator
Woltomierz
napięcia
elektroniczny
wzorcowego
U
5.1.2. Pomiary
Sposób wykonania pomiarów.
Krok 1:
- mierzone napięcie o parametrach podanych w tabeli połączyć zgodnie z p. 5.1.1,
- regulując nastawami oscyloskopu, ustawić odpowiednią wysokość oscylogramu  H (zalecane pełne pole
pomiarowe),
- UWAGA: parametry kanału CH1 nie muszą być kalibrowane.
Krok 2:
- nie zmieniając nastaw oscyloskopu, podłączyć napięcie wzorcowe m.cz. na wejście CH1 oscyloskopu,
- ustawić wartość napięcia m.cz. tak aby otrzymać wysokość oscylogramu  H (jak w kroku 1).
Krok 3:
- ustawione napięcie wzorcowe podłączyć do woltomierza (nie regulując jego wartości),
- odczytać wartość napięcia m.cz.,
- wyniki pomiarów zanotować w tabeli.
7
 a) Pomiar napięcia w.cz.
Ux p-p = & & & & & ..[V]
f MHz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
H dz
Um.cz. V
Uw.cz. V
Oznaczenia:
Ux p-p = const.  wartość międzyszczytowa napięcia w.cz. ustawiona na generatorze pomiarowym,
H  wysokość oscylogramu sygnału badanego (zalecane pełne pole pomiarowe),
Um.cz  wartość skuteczna napięcia wzorcowego m.cz. zmierzona woltomierzem,
Uw.cz. = Um.cz  zmierzona wartość skuteczna badanego napięcia w.cz.
b) Pomiary napięć odkształconych
Ux p-p = & & & & & ..[V]
Kształt napięcia
H dz
Um.cz. V
Ux zm. V
Oznaczenia:
Ux p-p = const.  wartość międzyszczytowa mierzonego napięcia ustawiona na generatorze pomiarowym,
H  wysokość oscylogramu sygnału badanego (zalecane pełne pole pomiarowe),
Um.cz  wartość skuteczna napięcia wzorcowego m.cz. zmierzona woltomierzem,
Ux zm. = Um.cz Å"2 2  zmierzona wartość miÄ™dzyszczytowa badanego napiÄ™cia.
5.2. Metoda przesunięcia pionowego (zastosowanie trybu pracy ADD oscyloskopu)
5.2.1. Układ pomiarowy
CH1
Generator
pomiarowy
Przełącznik
rodzaju pracy
Oscyloskop
w poło\
eniu:
ADD
Zasilacz
napięcia
CH2
stałego
U
5.2.2. Pomiary
Połączyć układ pomiarowy zgodnie z p. 5.2.1.
Napięcie zasilacza U= = 0.
Przełącznik rodzaju pracy w poło\
eniu ADD (suma lub ró\
nica przebiegów doprowadzonych do obu kanałów).
Współczynniki odchylania kanałów Y1 i Y2 w tym samym poło\
eniu (DY1 = DY2).
8
Sposób wykonania pomiarów.
Krok 1:
- sprzÄ™\
enia kanałów Y1 oraz Y2 w poło\
eniu  masa GND,
- regulując przesuwem pionowym linię podstawy czasu ustawić na środku pola pomiarowego (rysunek).
Krok 2:
- przełącznik sprzę\
enia kanałów Y1 oraz Y2 w poło\
eniu DC  sprzÄ™\
enie stałoprądowe,
- regulując przesuwem pionowym ustawić oscylogram tak aby wierzchołki górne oscylogramu pokryły się
z linią środkową pola pomiarowego (rysunek).
Krok 3:
- regulując napięciem zasilacza U= , ustawić oscylogram tak aby wierzchołki dolne oscylogramu pokryły się
z linią środkową pola pomiarowego (rysunek).
- wynik pomiaru: Ux p-p = U=.
Krok 1 Krok 2 Krok 3
a) Pomiar napięcia w.cz.
Ux = & & & & & ..[Vp-p]
f MHz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
U= V
Ux p-p V
Ux sk. V
Oznaczenia:
- Ux = const. - wartość międzyszczytowa mierzonego napięcia ustawiona na generatorze pomiarowym,
- U= - wartość napięcia stałego odczytana z zasilacza lub z woltomierza napięcia stałego,
- Ux p-p = U= - zmierzona wartość międzyszczytowa badanego napięcia
U
xp- p
U = - wartość skuteczna badanego napięcia
xsk.
2 2
b) Pomiary napięć odkształconych
Ux = & & & & & ..[Vp-p]
Kształt napięcia
U= V
Ux p-p V
Oznaczenia:
- Ux = const. - wartość międzyszczytowa mierzonego napięcia ustawiona na generatorze pomiarowym,
- U= - wartość napięcia stałego odczytana z zasilacza lub z woltomierza napięcia stałego,
- Ux p-p = U= - zmierzona wartość międzyszczytowa badanego napięcia.
9
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:
1) Protokół pomiarowy z wypełnionymi tabelami.
2) Przykłady obliczeń do ka\
dego punktu pomiarowego.
3) Wymagane wykresy (odpowiednio opisane).
4) Porównanie wyników pomiarów z danymi technicznymi.
5) Wnioski wynikające z przeprowadzonych pomiarów i obserwacji.
Przykładowe pytania kontrolne:
1. Omówić definicje oraz sens fizyczny wartości charakterystycznych napięcia zmiennego (wartość średnia,
skuteczna i szczytowa).
2. Scharakteryzować parametry u\
ytkowe woltomierzy napięć zmiennych.
3. Omówić rolę, budowę i zasadę działania przetworników prostownikowych AC/DC w woltomierzach napięć
zmiennych.
4. Omówić budowę (schematy blokowe) i zasadę działania elektronicznych woltomierzy analogowych.
5. Omówić wpływ impedancji wewnętrznej woltomierza na jego wskazania.
6. Omówić wpływ kształtu mierzonego napięcia na wskazania woltomierzy.
7. Omówić wpływ częstotliwości mierzonego napięcia na wskazania woltomierzy.
Literatura dodatkowa:
1) A.Chwaleba, M.Poniński, A.Siedlecki,  Metrologia elektryczna , Wyd. 5, 6, 7, 8, 9 WNT,
1996r, 1998r, 2000r, 2003r, 2007r.
2) A.Jellonek, Z.Karkowski  Miernictwo radiotechniczne " WNT, 1972r
3) J. Parchański  Miernictwo elektryczne i elektroniczne W S i P 1991r.
4) J. Dusza, G. Gortat, A. Leśniewski  Podstawy miernictwa Ofic. Wyd. Politechniki Warszawskiej, 1998r.
10