Sprawozdanie

Pomiar napięcia i prądu stałego przyrządami analogowymi i cyfrowymi

Wykaz przyrządów

1. Multimetr VC-10T

Dla zakresu 02 V i 2 V R_we = 1000 MΩ dla pozostałych zakresów R_we = 10 MΩ

Prąd wejściowy = 100 pA

Dokładność ±0,1 % U_x ±1 cyfra

2. Generator KZ1404

3. Zasilacz stabilizowany ZNP-1

4. Sumator napięć AC-DC

5. Opornik dekadowy

6. Multimetr analogowy V640

R_we = 100 MΩ

Dokładność = 1,5 %

7. Dzielnik napięcia

8. Rezystor wzorcowy RN-1 100 Ω

9. Woltomierz LM-3

Rwe = 1000 Ω/V

Klasa = 0,5

10. Woltomierz LE-3

7,5 V - 100 mA

15-60 V - 50 mA

Klasa = 1

11. Miliamperomierz i miliwoltomierz LM-3

Rwe = 1000 Ω/V

Klasa = 0,5

Układy pomiarowe

Pomiar napięcia stałego

a) na wyjściu zasilacza napięciowego b) na wyjściu regulowanego dzielnika napięcia

Pomiar napięcia stałego zakłóconego sygnałem zmiennym

Pomiar natężenia prądu

a) metodą bezpośrednią b) metodą pośrednią

Pomiary natężenia prądów w sieci elektrycznej

Tabele pomiarowe

1. Pomiar napięcia na wyjściu zasilacza napięciowego

VC-10T
U	Rwe	Uab	δM.	δ
[V]	[M.Ω]	[V]	[%]	[%]
1,429	1000	1,429	0,0000	0,17
2,99	10			0,43
5,66	10			0,29
8,3	10			0,19
9,78	10	9,78	0,0000	0,2

LM-3
U	Rwe	UAB	δM.	δ
[V]	[k om]	[V]	[%]	[%]
1,46	1,5	1,47	-0,7	0,5
9,98	15	10,05	-0,07	0,5

LE-3
U	Rwe	UAB	δM.	δ
[V]	[Ω]	[V]	[%]	[%]
1,43	75	1,62	-11,8	1
9,93	300	10,26	-3,3	1

V640
U	Rwe	UAB	δM.	δ
[V]	[M.Ω]	[V]	[%]	[%]
1,42	100	1,42	0,0000	1,5
9,70	100	9,7	0,0000	1,5

Wzory i obliczenia:

Uab = U * (Rwe+Rw) / Rwe

δ_M. U = - Rw / (Rw + Rwe) * 100 %

Rwe = Uzakr / Iwej - obliczenie Rwe dla LE-3

Iwej = 100 mA dla zakresu 7,5 V

Iwej = 50 mA dla pozostałych zakresów

Przykłady:

Dla przeprowadzonych obliczeń założyłem, że rezystancja wewnętrzna zasilacza Rw wynosi 10 Ω.

Dla LM-3: U = 1,46 V - napięcie zmierzone

Zakres = 1,5 V

Rwe = 1000 Ω/V * 1,5 V = 1500 Ω

Uab = 1,46 V * (1500 Ω + 10 Ω) / 1500 Ω = 1,46973 V ≅ 1,47 V

δm. U = - 10 Ω / (1500 Ω + 10 Ω) * 100% = 0,66225 % ≅ 0,7 %

2. Pomiar napięcia na wyjściu dzielnika napięcia

Uwe				Podział	Uwy
VC-10T	LM-3	LE-3	V640			VC-10T	LM-3	LE-3	V640
[V]	[V]	[V]	[V]	[-]	[V]	[zakres]	[V]	[V]
9,78	9,98	9,93	9,70	0,9	8,71	0,1	0	8,70

3. Pomiar napięcia zakłóconego sygnałem zmiennym

U_DC = 5 V

U				Zakłócenie
VC-10T	LE-3	LM-3	V640	f	Uamp
[V]	[V]	[V]	[V]	[Hz]	[V]
1,4 do 7,8	-2 do 11,5	1,0 do 8,5	0,0 do 8,8	0,3	4
4,2 do 4,9	4,6 do 4,8	4,4 do 4,9	4,3 do 4,7	3
4,54 do 4,57	4,48	4,62	4,49	15
4,53	4,48	4,61	4,49	60
3,4 do 6,0	2,0 do 9,0	3,2 do 6,4	2,8 do 6,4	0,3		1,8
4,5 do 4,8	4,9 do 5,1	4,6 do 4,8	4,5 do 4,7	3
4,66	4,96	4,73	4,55	15
4,66	4,95	4,73	4,55	30
4,66	4,95	4,73	4,55	60

4. Pomiar natężenia prądu

1. metodą bezpośrednią

2. metodą pośrednią

Wzory i obliczenia

Wnioski

W pierwszej części ćwiczenia mierzyliśmy napięcie na wyjściu zasilacza stabilizowanego czterema różnymi miernikami: VC-10T, V640, LM-3 oraz LE-3.

Dla celów porównawczych założyliśmy, że rezystancja zasilacza wynosi 10 Ω (w praktyce jest to ok. 10 - 50 Ω).

Najdokładniejszym przyrządem był miernik cyfrowy VC-10T o błędzie podstawowym 0,1% i dzięki dużej rezystancji wejściowej w praktyce nie wprowadzał dodatkowych błędów metody podczas pomiarów dlatego, że rezystancja źródła napięcia była o 6 rzędów mniejsza. Z tych samych względów pomiary miernikiem LE-3 były obarczone największym błędem metody (3 do 12 % przy założeniu jw.). Dla miernika LM-3 rząd błędu metody był równy (dla zakresu 1,5 V) lub mniejszy rzędowi błędu podstawowego miernika (0,07% do 0,7%). Analogicznie jak dla VC-10T błąd metody przy mierzeniu napięcia V640 był w praktyce równy 0% (rezystancja Rwe=100 MΩ) lecz uchyb tego przyrządu jest znacznie większy (1,5%) niż dla VC-10T (0,1 % + 1 znak).

Następnie mierzyliśmy napięcie na wyjściu dzielnika napięcia przy stałej podziału równej 0,9. Pomiary miały sens tylko w przypadku mierników VC-10T i V640 ze względu na ich dużą rezystancję wejściową (10 MΩ i 100 MΩ). Miernik LE-3 stale wskazywał 0 (mała Rwe w porównaniu z Rwe dzielnika = 1 MΩ). Takie wskazanie wynika z tego, że po przyłączeniu woltomierza o rezystancji rzędu kilkudziesięciu - kilkuset omów do dzielnika, otrzymujemy połączenie równoległe Rwe _VOLT. i Rwe _DZIEL. co jest w przybliżeniu równe Rwe _VOLT.. Otrzymujemy obwód jak na rysunku:

Miernik LM-3 wskazywał zawsze ok. 1/10 zakresu bez względu na jego wybór. Jest to spowodowane zmienną i uzależnioną od zakresu rezystancją wejściową miernika wynoszącą 1000 Ω/V. Przeprowadzając analogiczne obliczenia jak dla LE-3 otrzymamy spadek napięcia na Rwe _VOLT. równy:

U = 10V / 101500 Ω * (Zakres*1000 Ω/V) ≈ 0,1 * Zakres

widzimy więc, że przyrząd będzie zawsze wskazywał 1/10 zakresu (dla parametrów obwodu jak w naszym przypadku: stała podziału=0,9, R_DZIEL = 1MΩ, Rwe=1000 Ω/V).

W trzeciej części ćwiczenia mierzyliśmy napięcie stałe równe 5 V z dodanym sygnałem sinusoidalnym o różnych amplitudach i różnych częstotliwościach. Dla częstotliwości rzędu kilku hz wskazania mierników nie były stałe. Okazało się, że miernik cyfrowy VC-10T jest najbardziej podatny na zakłócenia sygnałem zmiennym i jego wskazania ustalały się dla częstotliwości wyższych niż dla przyrządów analogowych.

W ostatniej części ćwiczenia mierzyliśmy prąd metodą pośrednią i bezpośrednią.

Stosując metodę pośrednią widzimy, że błąd metody maleje wraz ze wzrostem rezystancji obwodu, wynika to ze wzoru na δ_M.

V

Z

V

Z

G

Z

AC+DC

V

V

V

E

R1

R3

R5

R4

R2

100kΩ

900kΩ

≈100 Ω ΩΩΩΩΩΩΩ Ω ΩΩ

Prąd płynący przez ten obwód będzie wynosił ok. 10V/100kΩ = 0,1 mA i wywoła spadek na Rwe _VOLT równy ok. 0,01 V. Wskazanie zera przez ten przyrząd nie jest więc grubym błędem i wynika z jego wewnętrznej budowy.

10V

---