POLITECHNIKA WROCŁAWSKA Instytut Metrologii Elektrycznej	Szymon Piesik Paweł Olasz	Wydział: ELEKTRYCZNY Rok: II Grupa: III Rok Akademicki: 1997/1998
LABORATORIUM Z MIERNICTWA ELEKTRYCZNEGO.
Data ćwiczenia: 1997. 11 . 13.	Temat: Kompensacyjna metoda	Ocena:
Nr ćwiczenia: 3	pomiaru napięcia.

1.Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest poznanie kompensacyjnych metod bezpośredniego porównania wartości wielkości mierzonej ze znaną wartością wzorcową.

2.Wyznaczenie wartości napięcia żródła badanego E_x metodą bezpośredniego porównania

z wartością napięcia żródła wzorcowego E_w.

2.1. Tabela pomiarowa.

Lp.	Żródło wzorcowe	Komparator	Ew	δEw	ΔER	S	δnEx	Ex	δEx	Ex±ΔEx
	typ	typ	V	%	mV	dz/V	%	v	%	V
1.	ZB - 1	SFC 2211	10,12	±0,2	±10	10	±0,1	10	±0,3	10,00±0,03
2.	ZB - 1	KN - 1	10,12	±0,2	±10	100	±0,01	10	±0,3	10,00±0,03
3.	ZD - 1	KN - 1	10,1	±0,15	±10	150	±0,006	10	±0,25	10,000±0,025
4.	ZD - 2	Galwanometr	10,091	±5,2	±1	2000	±0,0005	10	±0,1	10,00±0,01

gdzie: E_W - napięcie wzorcowe

δE_W - błąd żródła

ΔE_R - ziarno regulacji żródła

S - czułość układu kompensacyjnego

δ_nE_x - błąd nieczułości

E_x - napięcie mierzone

δE_x - błąd względny wyznaczenia napięcia mierzonego

2.1.1.Wzory i obliczenia.

a).Pomiar napięcia przy użyciu żródła napięcia wzorcowego ZB-1 i komparatora SFC 2211

Czułość tego układu jest równa ziarnistości danego żródła, natomiast błąd nieczułości

jest równy błędowi ziarnistości żródła i wynosi : , ( ΔE_R = Δ_nE_x )

więc dla danego układu:

Całkowity błąd pomiaru napięcia w układzie kompensacyjnym wynosi:

δE_x = δE_w + δE_z gdzie: δE_z - błąd zrównoważenia układu

W tym układzie można przyjąć, że δE_z = δE_R , a δE_R = ΔE_R / E_w więc:

ΔE_x = (10*0,3) / 100 = 0,03 V

b). Pomiar napięcia przy użyciu żródła napięcia wzorcowego ZB-1 i komparatora KN - 1

Czułość układu kompensacyjnego wyliczymy ze wzoru:

gdzie: Δa - odstrojenie wskażnika

równowagi od zera

ΔE_x - wymuszenie napięciowe

potrzebne do odstrojenia

wskażnika

Dla podanego układu :

Błąd nieczułości wyliczymy ze wzoru:

Δa_min - minimalne dostrzegalne wychylenie

Błąd całkowity pomiaru napięcia metodą kompensacyjną obliczymy tak samo jak w

poprzednim układzie i wyniesie on: δE_x = 0,3 %, ΔE_x = 0,03 V.

c). Pomiar napięcia przy użyciu żródła napięcia wzorcowego ZD-1 i komparatora KN - 1

Napięcie wzorcowe: E_w = R * I_p = 1010 *10*10^-3 = 10,1 V

Błąd wyznaczenia napięcia żródła wzorcowego wyznaczymy ze wzoru : δE_w = δI_p + δR

gdzie:

δI_p = 0,1 %

δE_w = 0,15 %

Czułość układu z wzoru jak w poprzednim układzie: S = 1,5 / 0,01 = 150 dz / V

Błąd nieczułości także jak w poprzednim układzie :

δ_nE_x = 0,1 / (150*10) = 0,00006 = 0,006 %

Błąd całkowity pomiaru napięcia w układzie kompensacyjnym obliczymy także tak samo

jak w poprzednim układzie:

δE_x = 0,15 + 0,01*100/10,1 = 0,25 % ΔE_x = 0,025 V

d). Pomiar napięcia przy użyciu żródła napięcia wzorcowego ZD-2 i galwanometru

magnetoelektrycznego jako komparatora

Napięcie wzorcowe: E_w = 1009,1*0,01 = 10,091 V

Błąd wyznaczenia napięcia wzorcowego: δE_w = δR + δE_n + δR_n gdzie:

δR_n = 0,02 %, δE_n = 0,02 %,

δE_w = 0,05 + 0,02 + 0,02 = 0,09 %

Czułość układu z wzoru jak w poprzednich układach: S = 4 / 0,002 = 2000 dz / V

Błąd nieczułości także jak w poprzednim układzie :

δ_nE_x = 0,1 / (2000*10) = 0,000005 = 0,0005 %

Błąd całkowity pomiaru napięcia w układzie kompensacyjnym obliczymy także tak samo

jak w poprzednich układach:

δE_x = 0,09 + 0,001*100/10,091 = 0,1 % ΔE_x = 0,01 V

3.Spis przyrządów.

- badane żródło napięcia Ex-1, napięcia : 0,1÷15 V

- żródło wzorcowe ZB-1 , napięcia : E_w = 0,01*Σ2ⁿ [V] gdzie n∈<0,9>, błąd żródła ±0,2%,

ΔE_R = 10 mV

- żródło wzorcowe ZD-1 , opornik dekadowy R: 10*100Ω kl.0,05; 10*10Ω kl.0,05;

10*1Ω kl.0,1; nap.wyjściowe E_w = R*10mA;

- żródło wzorcowe ZD-2 , opornik dekadowy R: 10*100Ω kl.0,05; 10*10Ω kl.0,05;

10*1Ω kl.0,1; 10*0,1Ω kl.0,5; nap. wyjściowe E_w = R*10mA;

- komparator SFC 2211, zakres max 15V;

- komparator KN-1 , kl.1,5; czułość: C = 5, 50, 500 μA/dz ; R_w=2000Ω dla C=500; R_w=500Ω

dla C=50; R_w=250Ω dla C=5.

- galwanometr magnetoelektryczny, czułość C=19,2÷68*10^-9 A/dz;

- ogniwo Westona , E_n200 = 1,0187±0,0002 V , R_w<600Ω;

4.Galwanometr magnetoelektryczny.

Galwanometry są to mierniki o bardzo dużej czułości, przeznaczone do wykrywania zaniku lub pomiaru małych prądów stałych. Odczyt wskazań jest dokonywany po ustaleniu się odchylenia wskazówki. Budowa galwanometrów jest podobna do budowy ustrojów magnetoelektrycznych.

Różnice konstrukcyjne wynikają z odmiennego ich przeznaczenia. Konstrukcja galwanometru zapewnia dużą czułość i niewielki okres drgań własnych ( T₀ = 0,2÷10s ) organu ruchomego. Dzięki małemu okresowi drgań własnych odchylenie ustala się szybko, co ułatwia przeprowadzenie pomiaru.

Dużą czułość ustroju uzyskuje się przez: zwiększenie momentu napędowego ( stosuje się o dużej indukcji w szczelinie), zmniejszenie momentu zwracającego ( stosuje się zawieszenie organu ruchomego na taśmach sprężystych ) i zastosowanie wskazówki świetlnej umożliwiającej odczyt bardzo małych kątów skręcenia taśm.

Galwanometry mają tłumienie magnetyczne. Wynika ono ze współdziałania prądów indukowanych w cewce w czasie jej obrotu i pola magnesu trwałego. Wartość prądów indukowanych w cewce zależy od rezystancji galwanometru R_g i rezystancji obwodu zewnętrznego R_z . Wartość rezystancji zewnętrznej, przy której występuje tłumienie krytyczne, a więc najkrótszy czas ustalania się wskazań, nazywa się rezystancją wewnętrzną krytyczną R_zk.

5.Uwagi i wnioski.

W wyniku przeprowadzonych pomiarów możemy stwierdzić, że błędy pomiaru napięcia metodą kompensacyjną we wszystkich przypadkach są podobne i wachają się od 0,1 przy żródle napięcia wzorcowego ZD - 2 do 0,3 przy żródle napięcia ZB - 1.

Wśród wykorzystanych komparatorów najmniejszy błąd nieczułości posiadał galwanometr. Posiadał on także największą czułość. Okazał się on najdokładniejszy spośród użytych komparatorów.

---