LABORATORIUM MIERNICTWA ELEKTRYCZNEGO

Temat: Pomiar napięcia stałego miernikami analogowymi i cyfrowymi.

I Cel ćwiczenia.

Zapoznanie się z parametrami typowych woltomierzy prądu stałego. Zapoznanie się z możliwościami zastosowania woltomierzy prądu stałego do pomiarów sygnału zmiennego ze składową stałą ( ocena wskazań w kontekście zasady działania przyrządów ).

II Spis przyrządów.

• V₁ woltomierz EM, nr inw F-IVa-225,

kl.0.5, f= 15÷50÷500 Hz, I=50 mA, zakres (15, 30, 60 ) V,

kl. 1, f= 15÷50÷500 Hz, I=100 mA, zakres 7.5 V

• V₂ multimetr ME, UM-Z3, kl.2.5, 50 kΩ/V, zakres (0.1, 0.3, 1, 3, 10, 30, 100,

300, 1000 ) V, α_max= 30, 50 dz., nr inw F1-IVa-566,

• V₃ woltomierz cyfrowy typ V 541,

używany zakres U_=10 V 1LSD=1 mV,na zakresie 10 V R_w=10 MΩ ± 10%

używany zakres U_∼=10 V , na zakresie 10 V Z_w=10 MΩ ± 10%

dla U_ błąd ±0.05% wartości mierzonej

±0.01% wartości max zakresu

dla U_∼ błąd 40 Hz ÷ 10 k Hz ±0.05% wartości mierzonej

±0.01% wartości max zakresu

20 Hz ÷ 40 Hz, 10 kHz ÷ 20 kHz ±0.1% wartości zmierzonej

±0.05% pełnej skali

• V₄ woltomierz ME, kl.0.5, 1000 Ω/V, zakres ( 0.15, 0.3, 0.75, 1.5, 3, 7.5, 15, 30,

75, 150, 300, 750 ) V, α_maX=30,70 dz. nr inw F1-IVc-520

• generator funkcji typ 6432 Meratronik, f=1Hz ÷ 1.1 Mhz, R_wy=50 Ω, U_{max wy}=2.5 nr inw F1-IVa-555

• zasilacz stabilizowany typ2T-980-3M Umitra Cemi, U_zasilania=220 V, f=50 Hz,

• U_wy= 0÷50 V

• ogniwo alkaiczne Varta 9 V

III Pomiary.

1 Pomiar napięcia źródła elektrochemicznego.

1.1 Opis zadania pomiarowego.

Wykonujemy pomiar napięcia baterii wykorzystując kolejno wszystkie woltomierze a następnie łącząc je równolegle wykonujemy jednoczesny pomiar napięcia.

1.2Układ pomiarowy

1.3 Tabela wyników pomiarów.

	pomiar pojedynczy		pomiar jednoczesny
Woltomierz	UX		UX
	V	V	V	V
V 1	8,80	± 0,08	8,80	± 0,08
V 2	8,7	± 0,3	8,4	± 0,3
V 3	9,343	± 0,006	8,971	± 0,006
V 4	9.00	± 0,08	9,20	± 0,08

V₁ woltomierz EM

V₂ multimetr ME

V₃ woltomierz cyfrowy

V₄ woltomierz ME

1.4 Przykładowe obliczenia.

2 Pomiar napięcia zasilacza stabilizowanego.

2.1 Opis zadania pomiarowego.

Wykonujemy pomiar napięcia elektronicznego zasilacza stabilizowanego, o wartości napięcia zbliżonej do wartości napięcia źródła elektrochemicznego. Pomiar wykonujemy stosując kolejno wszystkie woltomierze a następnie łącząc je równolegle wykonujemy jednoczesny pomiar napięcia.

2.2Układ pomiarowy.

2.3Tabela wyników pomiarów.

	pomiar pojedynczy		pomiar jednoczesny
woltomierz	UX		UX
	V	V	V	V
V 1	8,90	0,08	8,80	0,08
V 2	8,4	0,3	8,2	0,3
V 3	9,065	0,006	8,881	0,006
V 4	9.20	0,08	8.90	0,08

V₁ woltomierz EM

V₂ multimetr ME

V₃ woltomierz cyfrowy

V₄ woltomierz ME

2.4 Przykładowe obliczenia.

3.Pomiar składowej stałej sygnału okresowo zmiennego.

3.1 Opis zadania pomiarowego.

Wykonujemy pomiar składowej stałej sygnału okresowo zmiennego wytwarzanego

przez generator funkcyjny woltomierzami: cyfrowym, magnetoelektrycznym i elektromagnetycznym . Obserwujemy wskazania mierników w zależności od

częstotliwości sygnału okresowo zmiennego.

3.2Układ pomiarowy.

woltomierz cyfrowy

U~		położenie regulatora skład. stałej	U_
V	V		V	V
1,970	0,002	+	2,56	0,02
1,970	0,002	-	2,60	0,02
2,030	0,003	0	0.00	0,01

f= 50 Hz zwiększając częstotliwość co 10 Hz nie obserwujemy zmian wskazania

woltomierza,

f= 40 Hz ostatnia dekada waha się od 1÷4,

f= 30 Hz wahają się dwie ostatnie dekady, dekada przedostatnia zmienia się od 7÷9

f= 3 Hz wahają się wszystkie dekady, pierwsza zmienia się od 1÷3,

woltomierz ME

składowa stała generatora funkcyjnego + max

U_V=2,6 V

f=30 Hz zwiększając częstotliwość co 10 Hz nie obserwujemy zmian wskazania

woltomierza,

f= 3 Hz wskazówka woltomierza waha się,

woltomierz EM

zakres 7.5 V

I = 100 mA

R_v=75 Ω

R_{wew źródła}=50 Ω

U_V=2 V

przy pojedynczych hercach obserwujemy drgania wskazówki w granicy jednej działki

tak więc wartość napięcia obliczona nie zgadza się z wartością wskazaną

Wnioski i spostrzeżenia.

Rozpatrując pomiar jednoczesny napięcia ( wszystkie woltomierze są połączone równolegle ) możemy stwierdzić, że pomiar ten jest obarczony większym błędem niż pomiar pojedynczy (napięcie zmierzone było mniejsze niż przy pomiarze pojedynczym ). Spowodowane to było tym, iż przy połączeniu równoległym rezystancja wypadkowa zmniejsza się, a więc wzrasta obciążenie źródła i spadek napięcia na nim. Tak więc wykonując pomiar napięcia woltomierzem należy dążyć do tego aby R_V>>R_źr. Jednak taki sposób pomiaru daje nam możliwość porównania ze sobą wszystkich woltomierzy ponieważ mierzą one to samo napięcie.

W następnym punkcie ćwiczenia dokonywaliśmy pomiaru składowej stałej sygnału okresowo zmiennego, wykonując pomiary zapoznaliśmy się z możliwością wykonania takiego pomiaru, oraz zaobserwowaliśmy zmiany wskazań w zależności od częstotliwości sygnału okresowo zmiennego. I tak wykorzystując woltomierz cyfrowy możemy dokonać pomiaru składowej zmiennej i stałej. Stwierdziliśmy, że dla f≥50Hz nie zmieniają się wskazania woltomierza natomiast dla f≤50Z obserwujemy stopniowe zmniejszanie dokładności pomiaru. Spowodowane jest to tym, iż czas

integracji miernika dostosowany jest do f= 50Hz. Wykonując pomiar woltomierzem ME zaobserwowaliśmy, że przy zmniejszeniu częstotliwości do 30 Z nie ma zmian wskazania miernika ( częstotliwość wyjściowa 50 Z ), dopiero przy fu Z obserwujemy wahanie wskazówki, dzieje się tak dlatego, że wychylenie wskazówki w tym mierniku zależy od kierunku prądu i dopiero przy tak niskiej częstotliwości czas trwania okresu jest wystarczająco dłuższy od czasu bezwładności organu ruchomego. Należy jednak zwrócić uwagę na to, iż woltomierz wskazuje tylko składową stałą sygnału okresowo zmiennego i wykonując ten pomiar należy znać wartość składowej zmiennej sygnału, ponieważ przy odpowiednio dużej jej wartości miernik może ulec uszkodzeniu pomimo, iż wskazanie nie przekroczyło wartości zakresu pomiarowego. Przy pomiarze woltomierzem EM stwierdziliśmy, że napięcie wskazane przez miernik było niż napięcie obliczone ( którego wartość obliczyliśmy z sumy geometrycznej zmierzonej wcześniej woltomierzem elektronicznym składowej stałej i składowej zmiennej ). Ten błąd spowodowany był tym, iż R_V było zbliżone do R_{we źr} i tym samym spadek napięcia na R_{we źr} był zbliżony do spadku napięcia na rezystancji wewnętrznej woltomierza.

1

1

---