Magdalena Woźnica Andrzej Karaś		dr Grażyna Dacko	Ćwiczenie nr: 3
rok: I	semestr: letni	Kompensacyjna metoda pomiaru napięcia i jej zastosowanie w kompensacyjnych przetwornikach A/C.
Wydział Elektroniki i Telekomunikacji Politechniki Wrocławskiej					Ocena:
11.05.2000 r.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest poznanie zasady pomiaru oraz źródeł błędów w pomiarze napięcia metodą bezpośredniego porównania z wzorcem oraz sposobu technicznej realizacji tej zasady i zwrócenie uwagi, że zautomatyzowanie pomiaru tą metodą doprowadziło do powstania kompensacyjnych przetworników A/C.

2. Opis ćwiczenia.

1. Pomiar napięcia stałego metodą kompensacji.

Pomiary wykonać w następujących układach:

• Źródło napięciowe z regulacją dekadową i komparator analogowy,

• Źródło napięciowe z regulacją dekadową i komparator dwustanowy,

• Źródło napięciowe z regulacją binarną i komparator analogowy,

• Źródło napięciowe z regulacją binarną i komparator dwustanowy.

• Pomiary z wykorzystaniem przetwornika A/C z kompensacją schodkową i binarną.

3. Spis przyrządów:

• Dekadowe źródło napięcia wzorcowego:




R_RW = 101,87 

E_RW = 101,87⋅I

stabilność prądu 0,005%

×0,1 - kl. 0,5

Klasa R: ×1 - kl. 0,1

×10 - kl. 0,05

×100 - kl. 0,05

• Binarne źródło napięcia wzorcowego:


[V]

E_W = ± 0,2%E_W

R_W = 100 

Ziarno regulacji wzorca: 0,01 V

• Komparator analogowy KN-1:

Ilość działek
=20

• Komparator dwustanowy typ SFC 2211 rozpoznający dwa stany
  oraz
  .

4. Tabele i wyniki pomiarów.

1. Pomiar napięcia stałego metodą kompensacji:

komparator	źródło	Ew [V]	ΔEw [V]	δEw [%]	Δziarna [V]	Δnieczułości [V]	Ex ΔEx [V]	δEx [%]
analogowy	dekadowe	0,212	0,0003	0,12	0,001		0,212 0,001	0,5
analogowy	dekadowe	2,067	0,0025	0,12	0,001		2,067 0,004	0,2
dwustanowy	dekadowe	0,211	0,0003	0,12	0,001		0,211 0,001	0,5
dwustanowy	dekadowe	2,067	0,0025	0,12	0,001		2,067 0,004	0,2
analogowy	binarne	0,21	0,0004	0,2	0,01	0,02	0,21 0,02	9,5
analogowy	binarne	2,06	0,0041	0,2	0,01	0,01	2,06 0,01	0,5
dwustanowy	binarne	0,21	0,0004	0,2	0,01	0,02	0,21 0,02	9,5
dwustanowy	binarne	2,06	0,0041	0,2	0,01	0,01	2,06 0,01	0,5

4.1.2 Sprawdzenie układu z automatycznym przetwornikiem a/c.

a) Przetwornik z kompensacją binarną.

Ex[V]	Ew[V]	ΔEX [V]	δEX [%]	t [ms]
0,2	0,20	0	0	0,6
2,0	2,07	0,07	3,5	0,8

b) Przetwornik z kompensacją schodkową.

Ex[V]	Ew[V]	ΔEX [V]	δEX [%]	t [ms]
0,2	0,21	0,01	5	1,4
2,0	2,05	0,05	3	5

5. Przykładowe obliczenia.

1. Obliczenia do tabeli 4.1.1:
















ΔE_X= ΔE_W+( Δ_Ziarna lub Δ_{Nieczułości})=0,0003+0,001=0,0013≈0,001V

2. Obliczenia do tabel 4.1.2:

ΔE_X= 0,21 - 0,20 = 0,01




6. Wnioski.

Kompensacyjna metoda pomiaru napięcia polega na uzyskaniu warunku: E_x=E_w. W praktyce warunek ten uzyskuje się poprzez regulację wartości E_w za pomocą rezystancji R_w. Jak widać z załączonej analizy błędów pomiarowych metoda kompensacyjna pomiaru napięcia jest metodą dosyć dokładną, lecz służy do pomiaru napięcia, którego wartość jest nam w przybliżeniu znana. Do tego napięcia musimy dobierać odpowiednie wzorce. Metoda ta jest jednak dość uciążliwa oraz wymaga wnikliwej analizy błędów pomiarowych. Błędy pomiarowe zależą głównie od niedokładności źródła, klasy zastosowanych rezystorów: wzorcowego oraz nastawnego, w dużej mierze także od rozdzielczości komparatora i jego pobudliwości, a także od możliwości odczytu wskazań na komparatorze. W związku z tym na błąd pomiaru E_w nakładają się niedokładności: wykonania rezystorów i niestabilności prądu :
.

Z wykonanych pomiarów wynika, że w przypadku źródeł dekadowego i binarnego oraz komparatorów analogowego i dwustanowego, wyniki pomiarów nie odbiegają od siebie, lecz różnią się jedynie błędami. Ponieważ ostateczny błąd pomiaru wartości E_x jest sumą błędu napięcia E_w i błędu ziarna lub błędu nieczułości (zależy, który z tych błędów jest większy). Z analizy wyników możemy wywnioskować, że im mniejsze ziarno ty dokładniejszy otrzymujemy wynik. Dlatego też przy użycie dekadowego źródła napięcia o ziarnie 1mV - błąd nie przekroczył 1% natomiast w metodzie z użyciem binarnego źródła napięcia o ziarnie 10mV - błąd osiągnął wartość aż 9,5%.

W przypadku pomiaru napięcia o nieznanej wartości najlepszym algorytmem pomiaru przez operatora, (czyli przy wykonaniu najmniejszej ilości czynności) jest użycie źródła o dekadzie dziesiętnej i komparatora analogowego. Natomiast metoda z użyciem binarnego źródła napięcia jest niewygodna i bardzo niedokładna wymagająca znania choćby przybliżonej wartości napięcia mierzonego.

Jednak obie te metody ta charakteryzują się małymi błędami dla większych wartości napięcia badanego a większymi dla jego małych wartości.

Kompensacyjne metody pomiaru stosuje się w przypadkach, gdy potrzebujemy dokonać dokładnego pomiaru napięcia. Niestety potrzebne są do tego dokładne, regulowane źródła napięcia wzorcowego. Dodatkową trudnością jest fakt, że pomiar nie należy do najszybszych. Wyjściem w takiej sytuacji może być użycie przetwornika A/C sterowanego mikroprocesorowo, który dokona kompensacji badanego napięcia. W takim przypadku stosuje się algorytmy: schodkowy, dekadowy i binarny, z których najszybszy jest chyba binarny. Wyniki pomiarów pokrywały się z uzyskanymi w wcześniejszych pomiarach innymi metodami. Przy pomocy oscyloskopu dokonywaliśmy pomiaru czasu pomiaru. Porównując czasy komparacji różnych algorytmów pracy przetwornika a/c możemy powiedzieć, że najdłużej trwa kompensacja schodkowa(przy dużych wartościach badanego napięcia widać było miganie wyniku na wyświetlaczu) i jest najdokładniejszą z tych metodo można wnioskować po wielkości błędów bezwzględnych ΔE.

Kompensacyjna metoda pomiaru napięcia została wykorzystana przy budowie przetworników A/C, ponieważ główną zasadą działania tych przyrządów jest porównywanie napięci mierzonego z napięciem kompensującym U_R. Polega to mniej więcej na tym, że do póki napięcie U_X nie będzie równe U_R to komparator będzie generował sygnał otwierający bramkę podłączoną do układu zliczającego impulsy, po zrównaniu się tych napięć komparator zmieni swój stan i zablokuje bramkę wówczas licznik przestanie zliczać impulsy. Stan licznika po zamknięciu bramki jest równoważnikiem cyfrowym chwilowej wartości napięcia U_X.

---