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.

pomiary.

pomiar za pomocą pojedynczej kompensacji

10V				5V				1V				0,2V
R [Ω]	ΔR [Ω]	EX [V]	ΔEX [mV]	R [Ω]	ΔR [Ω]	EX [V]	ΔEX [mV]	R [Ω]	ΔR [Ω]	EX [V]	ΔEX [mV]	R [Ω]	ΔR [Ω]	EX [V]	ΔEX [mV]
1010	0,6	10,1	12	504	0,3	5,04	6	103	0,1	1,03	2	21	0,01	0,21	1
1009	0,6	10,09	12	503	0,3	5,03	6	102	0,1	1,02	2	20	0,01	0,20	1
Błąd nieczułości
1mV				0,7mV				0,3mV				0,2mV

pomiar za pomocą podwójnej kompensacji

10V		5V		1V		0,2V
R[Ω]	EX[V]	R[Ω]	EX[V]	R[Ω]	EX[V]	R[Ω]	EX[V]
1010,4	10,104	507,7	5,077	102,8	1,028	21,1	0,211
1010,3	10,103	507,6	5,076	102,7	1,027	21,0	0,210
ΔR[Ω]	ΔEX[mV]	ΔR[Ω]	ΔEX[mV]	ΔR[Ω]	ΔEX[mV]	ΔR[Ω]	ΔEX[mV]
0,6	10	0,3	5	0,1	2	0,1	1
Błąd nieczułości
0,02mV		0,02mV		0,005mV		0,005mV

przykładowe obliczenia.

pomiar metodą pojedynczej kompensacji

Napięcie wzorcowe jest określone wzorem : , gdzie :

I_ST - prąd w obwodzie napięcia wzorcowego ,

R_odcz - rezystancja odczytana ze wskaźnika.

Wynik odczytany ze wskaźnika ma postać trzech cyfr : , czyli błąd określony jest wzorem : . Należy również uwzględnić błąd ziarnistości regulacji ( dyskretyzacji ), który dla naszego przypadku wynosi +/-1Ω

Błąd na dokładność pomiaru wyznaczamy ze wzoru ( korzystając z metody różniczki zupełnej ): , np.

Błąd spowodowany dyskretyzacją ustawionego napięcia jest stały i wynosi 10mV.

Błąd nieczułości możemy obliczyć z proporcji przyjmując, że minimalne widoczne odchylenie wskazówki komparatora czy galwanometru wynosi 0,5 dz. Korzystamy ze wzoru :

Podobnie postępujemy w pozostałych przypadkach.

pomiar metodą podwójnej kompensacji

Różnica w obliczaniu błędów polega na tym, że w tej metodzie nie uwzględniamy dokładności ustawienia prądu płynącego przez obwód. Jednak ta metoda wymaga zastosowania dokładnego wzorca napięcia np. ogniwo Westona. W czasie obliczeń korzystamy ze wzoru : , gdzie :

E_N - napięcie wzorcowe ( 1,0187+/-0,0002 V ) ,

R_w - rezystor wzorcowy ( 101,87+/-0,01 Ω ) ,

R_N - rezystor nastawny.

Błędy policzyliśmy metodą różniczki zupełnej za pomocą programu komputerowego „Błędy”.

spis przyrządów.

regulator napięcia wzorcowego ZD-1 ; dokładność : 100Ω - kl. 0,05 ; 10Ω - kl. 0,05 ; 1Ω - kl. 0,1

komparator napięć ; kl. 1,5

regulator napięcia wzorcowego ZD-2 ; dokładność : 100Ω,10Ω - kl.0,05 ; 1Ω - kl.0,1 ; 0,1Ω - kl.0,5

ogniwo Westona

galwanometr

uwagi i wnioski.

Podczas pomiarów metodą kompensacyjną należy stosować wzorzec wielkości zgodnej z wielkością mierzoną. W przypadku pomiaru napięcia mamy do dyspozycji różne wzorce napięcia np. ogniwo Westona, wysoko stabilizowany zasilacz itp. Dokładność pomiaru zależy głównie od dokładności tego wzorca, ale także od dokładności jego regulacji i dokładności komparatora ( czułości ). Dokładność wzorca jest wielkością niezależną od mierzącego i niemożliwą do usunięcia. Kolejnym elementem wprowadzającym niedokładność jest element regulacyjny wielkość wzorcową. W naszym przypadku był to dzielnik rezystancyjny dekadowy. Błąd podstawowy określony był przez klasę, jednak posiadał także tzw. błąd dyskretyzacji związany ze skończoną ilością ustawianych rezystancji. Jednak nie możemy sumować tego błędu z błędem związanym z klasą. Czułość komparatora czy galwanometru ma podstawowe znaczenie w ustawieniu za pomocą regulatora dokładnie takiego samego napięcia, jak napięcie mierzone. W ćwiczeniu przyjęliśmy, że wychylenie jest zauważalne, gdy wskazówka wychyli się o 0,5dz.

Na podstawie pomiarów można zauważyć, że dokładność pomiaru jest minimalnie większa dla kompensacji podwójnej. Jednak czułość galwanometru, a co za tym idzie dokładność pomiaru, zależy bardziej od zastosowanej metody kompensacji. Widać to szczególnie przy analizie wyników i wielkości czułości, mianowicie dla kompensacji podwójnej błąd nieczułości jest około 50 razy mniejszy, niż dla kompensacji pojedynczej.

Obecnie kompensację stosuje się w przetwornikach A/C, jednak charakteryzują się one małą częstotliwością próbkowania. Metodę kompensacyjną stosuje się również przy pomiarach mostkowych, które są jednymi z dokładniejszych pomiarów.

---