cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z:

parametrami typowych woltomierzy i amperomierzy prądu stałego oraz z warunkami poprawnej ich eksploatacji,

metodami obliczania i eliminowania błędów pomiaru, wynikających ze zmiany wartości mierzonej wskutek włączenia przyrządu pomiarowego,

możliwościami zastosowania woltomierzy i amperomierzy prądu stałego do pomiarów sygnału zmiennego ze składową stałą; ocena wskazań w kontekście zasady działania przyrządów i kształtu mierzonego sygnału.

spis przyrządów.

woltomierz magnetoelektryczny LM-3 R_V=1000Ω/V, kl. 0,5

woltomierz magnetoelektryczny LE-3 7,5V - 100mA, 15..60V - 50mA kl. 1

multimetr VC-10T R_WE - 0,2;2V - 1000MΩ, pozostałe podzakresy: 10MΩ; dokładność:+/-0,1% wartości mierzonej+/-1 znak; tłumienie zakłóceń: f=50Hz >100dB; pomiar prądu: dokładność +/-0,3% wartości mierzonej+/-0,1% podzakresu, spadek napięcia - 0,1mV/znak,

woltomierz V-530 R_WE - 1;100mV - 1000MΩ; pozostałe zakresy: 10MΩ; dokładność: +/-0,05% wartości mierzonej +/-0,01% pełnej skali; tłumienie zakłóceń 50Hz: z filtrem - 80dB, bez filtra - 50dB.

pomiary.

pomiar napięcia DC,

LE-3		LM-3		VC-10T		V530
U[V]	ΔU[V]	U[V]	ΔU[V]	U[V]	ΔU[V]	U[V]	ΔU[V]
RAZEM
RW=500Ω
1	0,1	0,95	0,05	0,91	0,01	0,916	0,001
RW=50Ω
4,35	0,1	4,3	0,05	4,21	0,01	4,266	0,003
RW=5Ω
6,8	0,1	6,85	0,05	6,66	0,01	6,749	0,004
RW=0,5Ω
7,2	0,1	7,2	0,05	7,03	0,01	7,124	0,004
OSOBNO
RW=500Ω
1	0,1	6,8	0,05	7,09	0,01	7,183	0,004
RW=50Ω
4,4	0,1	7,2	0,05	7,1	0,01	7,183	0,004
RW=5Ω
6,9	0,1	7,3	0,05	7,1	0,01	7,183	0,004
RW=0,5Ω
7,25	0,1	7,3	0,05	7,1	0,01	7,183	0,004

pomiar napięcia AC+DC,

LM-3		VC-10T		V530
U[V]	ΔU[V]	U[V]	ΔU[V] +/-1znak	U[V]	ΔU[V] +/-1znak
1Hz
5,1	0,6	---	---	---	---
50Hz
5,05	0,05	4,93	0,01	4,993	0,004
100Hz
5,05	0,05	4,93	0,01	4,992	0,004

--- - niemożność odczytu,

DC - 5V,

AC - 1V,

pomiar prądu DC,

LM-3		VC-10T		Rezystor 1Ω
I[mA]	ΔI[mA]	I[mA]	ΔI[mA]	U[mV]	ΔU[mV] +/-1 znak
2,5	0,02	2,46	0,03	2,4	0,003
3	0,02	2,95	0,03	3	0,003
				I=2,4mA	ΔI=0,004
				I=3mA	ΔI=0,004

rezystor wzorcowy 1Ω kl. 0,01

napięcie mierzone woltomierzem VC-10T

przykładowe obliczenia.

obliczanie błędów mierników analogowych ze wzoru:

obliczanie błędów mierników cyfrowych:

=0,05%*7,124+/-1 znak=0,004+/-1 znak

obliczanie błędów pomiaru prądu metodą pośrednią:

błędy wskazań woltomierza obliczamy ze wzoru na błąd pomiaru miernikami cyfrowymi, natomiast błąd rezystora wzorcowego z jego klasy dokładności. Błąd pomiaru obliczam metodą różniczki zupełnej.

wnioski.

Przy połączeniu równoległym woltomierzy, napięcie wskazywane na każdym z nich jest mniejsze, niż byłoby wskazywane, gdyby było mierzone każdym woltomierzem osobno. Jest to spowodowane równoległym połączeniem impedancji wejściowych woltomierzy i spadkiem napięcia na każdej z nich. Dla wszystkich mierników włączonych równolegle odwrotność impedancji zastępczej jest równa sumie odwrotności poszczególnych składowych impedancji. Dla mierników cyfrowych impedancje są tak duże, że ich odwrotności w sumowaniu można praktycznie zaniedbać, ponieważ nie wpływają one znacząco na wynik pomiaru (ale tylko w przypadku małej wydajności prądowej źródła, ponieważ cały prąd z tego źródła płynie przez najmniejszą impedancję). Dlatego w przypadku pomiaru napięcia przy dużej R_W wszystkimi miernikami razem napięcie przez nie zmierzone równe jest spadkowi napięcia na najmniejszej impedancji miernika LE-3. Natomiast przy pomiarze napięcia ze źródła o małej R_W, różnice we wskazaniach woltomierzy (podczas pomiaru razem i osobno) maleją, dlatego że moc źródła jest wystarczająco duża i nawet duży pobór mocy przez LE-3 z obiektu pomiarowego nie wpływa znacząco na wartość napięcia mierzonego. Aby wyeliminować błąd wprowadzany przez LE-3, należałoby zastosować na jego wejściu wzmacniacz. W praktyce stosuje się wzmacniacze operacyjne, które charakteryzują się dużą impedancją wejściową i małą wyjściową, a co za tym idzie małym poborem mocy z obiektu mierzonego.

Podczas pomiaru napięcia stałego ze składową zmienną można było zauważyć, że najlepszy do tego celu jest miernik analogowy, gdyż przy małych częstotliwościach zakłócających możliwe jest oszacowanie wartości napięcia stałego, jednak z dużym błędem uzależnionym od amplitudy zakłócającej. W miernikach cyfrowych dla częstotliwości 1Hz odczyt był niemożliwy ze względu na szybkie zmiany wyświetlanej wartości. Jednak dla zakłócenia o częstotliwości sieciowej 50Hz, mierniki cyfrowe posiadają wbudowane filtry tłumiące, co umożliwia dokładny pomiar napięcia stałego. Również miernik analogowy umożliwia ten pomiar mimo iż nie posiada żadnego filtru.

Pomiar prądu stałego wykonywaliśmy za pomocą miliamperomierza analogowego i cyfrowego oraz metodą pośrednią poprzez pomiar spadku napięcia na rezystancji wzorcowej. W czasie pomiaru ważny jest dobór miernika o jak najmniejszej rezystancji. W miernikach cyfrowych pomiar napięcia realizowany jest metodą pośrednią poprzez pomiar spadku napięcia na znanej rezystancji.

---