Ćwiczenie nr 1

PODSTAWOWE POMIARY ELEKTRYCZNE

Zagadnienia teoretyczne do samodzielnego przygotowania:

Prąd elektryczny, natężenie, napięcie prądu.

Obwody elektryczne.

Oporniki elektryczne i ich rodzaje.

Prawo Ohma.

Prawa Kirchhoffa.

Czynności do wykonania przed przystąpieniem do ćwiczenia:

Zapoznać z instrukcją obsługi urządzeń pomiarowych:

- multimetru cyfrowego

- generatora funkcyjnego

Przebieg ćwiczenia:

a) Pomiary napięcia zmiennego (sinusoidalnego) - pomiary multimetrem cyfrowym

UWAGA : NIE DOPUŚCIĆ DO ZWARCIA KROKODYLKÓW

Czarny kabel BNC (zakończony z drugiej strony krokodylkami) podłączyć do wyjścia generatora

Przygotować multimetr do pomiaru napięcia zmiennego.

Sprawdzić w instrukcji zakres pomiarowy miernika dla napięcia zmiennego, oraz zakres częstotliwości, przy których pracuje poprawnie i zanotować to w sprawozdaniu

Ustawić w generatorze sygnał sinusoidalny o maksymalnej amplitudzie, sprawdzić w instrukcji generatora jaką ma ona wartość i wybrać odpowiedni zakres multimetru

Poprosić prowadzącego o skontrolowanie układu

Włączyć generator.

Wyniki pomiarów napięcia wraz z dokładnością dla danego zakresu pomiarowego notować w sprawozdaniu.

Pomiarów dokonywać w pobliżu częstotliwości 42 Hz; 50 Hz; 350 Hz; 950 Hz; 3,5 kHz.

Po zakończeniu pomiarów wyłączyć generator.

b) Pomiary częstotliwości prądu zmiennego (sinusoidalnego) - pomiary multimetrem cyfrowym

UWAGA : NIE DOPUŚCIĆ DO ZWARCIA KROKODYLKÓW

Czarny kabel BNC (zakończony z drugiej strony krokodylkami) podłączyć do wyjścia generatora

Przygotować multimetr do pomiaru częstotliwości.

Sprawdzić w instrukcji zakres pomiarowy miernika dla częstotliwości, przy których pracuje poprawnie i zanotować to w sprawozdaniu

Ustawić w generatorze sygnał sinusoidalny o maksymalnej amplitudzie, sprawdzić w instrukcji generatora jaką ma ona wartość i wybrać odpowiedni zakres multimetru

Poprosić prowadzącego o skontrolowanie układu

Włączyć generator.

Wyniki pomiarów częstotliwości wraz z dokładnością dla danego zakresu pomiarowego notować w sprawozdaniu.

Pomiarów dokonywać w pobliżu częstotliwości 42 Hz;18 kHz; 2 MHz.

Po zakończeniu pomiarów wyłączyć generator.

c) Pomiar rezystancji.

Przygotować multimetr do pomiaru rezystancji.

Rezystorem mierzonym jest rezystor suwakowy o rezystancji znamionowej 10kΩ

Pomiarów dokonujemy tymi samymi końcówkami, co przy pomiarach napięć i prądów

Sprawdzić jaką maksymalną wartość rezystancji można mierzyć multimetrem i zanotować w sprawozdaniu

Pomiaru rezystancji dokonać dla pięciu oporników umieszczonych na płytce

Wyniki pomiarów wszystkich pięciu rezystancji zanotować w sprawozdaniu wraz wykorzystywanego dokładnością dla wykorzystywanego zakresu pomiarowego.

d) Pomiar oporu za pomocą mostka Wheatstone’a

Zestaw obwód pomiarowy przedstawiony na rysunku przy czym

Rezystorem mierzonym X będzie rezystor użyty w pkt c).

Jako rezystor R przyjmij wzorcowy rezystor dekadowy.

Jako rezystor R1+ R2 przyjmij rezystor suwakowy o oporze znamionowym 1kΩ.

Do pomiaru użyj miliamperomierza cyfrowego.

Jako źródła prądu użyj zasilacza prądu stałego 0-30V

  1. Potencjometr dzielnika rezystancji R1 + R2 ustaw w połowie skali (w tym celu możesz użyć multimetra cyfrowego)

  2. Ustaw rezystor dekadowy R na maksymalną wartość

  3. Multimetr ustaw w zakresie pomiaru A (gniazdo A)

  4. Zasilacz ustaw na 0V (pokrętło V maksymalnie w lewo)

  5. Włącz zasilacz

  6. Zasilacz ustaw na ok 4V

  7. Zmieniając ustawienia rezystora R doprowadź do sytuacji gdy multimetr wskazuje wartość poniżej 0.1A

  8. Wyłącz zasilacz

  9. Multimetr ustaw w zakresie pomiaru mA (zmień gniazdo z A na mA)

  10. Włącz zasilacz

  11. Zmieniając ustawienia rezystora R doprowadź do sytuacji gdy multimetr wskazuje wartość 0.00mA

Ponieważ w układzie między C i D prąd nie płynie rezystancję X można obliczyć ze wzoru:

X = R*R1/R2

Oblicz błąd pomiarowy ∆X =X(∆R/R + ∆R1/R1 + ∆R2/R2)

Dokładność opornika dekadowego jest określona klasami dokładności jego poszczególnych dekad. Klasa dekady odpowiada granicznemu błędowi względnemu dla dowolnej nastawy, stąd

, ,

Wtedy względna niepewność standardowa łączna opornika Rw, wynika z zależności:

Dane techniczne pojedynczych dekad

Zakres rezystancji Niedokładność. [%] Prąd max.[A]
10 x 0.01 Ω 1 5
10 x 0.1 Ω 0.5 1.5
10 x 1 Ω 0.1 0.5
10 x 10 Ω 0.05 0.15
10 x 100 Ω 0.05 0.05
10 x 1 kΩ 0.05 0.015
10 x 10 kΩ 0.05 0.005
10 x 100 kΩ 0.05 0.0015
10 x 1 MΩ 0.05 0.0003

e) Sprawdzenie prawa Ohma dla prądu stałego

Korzystając z zasilacza prądu stałego oraz rezystorów użytych w pkt d) (jako rezystor badany użyj tego samego rezystora X który był badany w pkt c) zbudować układ pomiarowy, według schematu. Do pomiaru napięcia i natężenia użyj multimetrów cyfrowych dostępnych multimetrów.

Regulując napięcie na zasilaczu w zakresie od 0 do 30V (0V, 3V, 6V … 30V) Dokonać pomiarów i zanotować wartości napięcia i natężenia prądu odczytanych z mierników

Przedstawić zależność I = f(U) w postaci wykresu

Wyznaczyć wartości X (na rysunku oznaczony jako R) dla poszczególnych pomiarów, ze wzoru: X= I U

Oblicz błąd pomiarowy dla poszczególnych pomiarów ∆Xi =Xi(∆Ui/Ui + ∆Ii/Ii) a następnie oblicz wartość średnią błędu.

f) Porównaj wyniki pomiarów rezystancji X otrzymanych w punktach c)-e)