Ćwiczenie nr 2
Przyrząd analogowy
Cel ćwiczenia:
Obiekt badany:
Woltomierz ME max=50 działek , zakr.U=1;10V , kl.1,5
EM max=50 działek (skala nierównomierna) , zakr.U=10V , kl.1,5
Spis przyrządów:
Rezystor dekadowy TYP DR5a-16 zakr. 1000*(0÷10)Ω , błąd 0,05% ,. Idop=20mA
zakr. 100*(0÷10)Ω , błąd 0,05% ,. Idop=70mA
zakr. 10*(0÷10)Ω , błąd 0,05% ,. Idop=0,2A
zakr. 1*(0÷10)Ω , błąd 0,1% ,. Idop=0,7A
zakr. 0,1*(0÷10)Ω , błąd 0,5% ,. Idop=2A
Metex M-4650CR ,zakres DC_200mV,2V,20V,200V,1000V ; 4 dekady; błąd(0,05% w.zm. +3LSD) nr inw.IV h-1225
Zasilacz TYP 2T-980-3M Uzas.=220V , f=50Hz , reg.U (0÷50)V , reg.I (0÷10)A
Zasilacz TYP 5351M Uzas.=220V , f=50Hz , reg.U (0÷10)V , reg.I (0÷10)A*(1 ; 0,1 ; 0,01)
Generator funkcyjny typ KZ1404A zakr.0,05Hz÷1MHz nr inw.IV-h-905
Wzmacniacz napięcia ku=1 ; 2 ; 5 ; 10 ; 20 ; 50
Wzmacniacz mocy
I.Zależność wychylenia wskazówki od napięcia podanego na zaciski badanego woltomierza.
Schemat:
Tabela:
|
Uwz |
Unominalne |
α |
błąd |
L.p. |
[V] |
[V] |
[dz] |
[V] |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2 |
0,1958 |
0,2 |
10 |
0,0042 |
3 |
0,3966 |
0,4 |
20 |
0,0034 |
4 |
0,5832 |
0,6 |
30 |
0,0168 |
5 |
0,7904 |
0,8 |
40 |
0,0096 |
6 |
0,9837 |
1,0 |
50 |
0,0163 |
Przykładowe obliczenia:
błąd=Unominalne-Uwz
błąd=0,2-0,1958=0,0042
zależność U=f(α)
Wnioski:
Wyznaczona charakterystyka zależności napięcia w funkcji wychylenia wskazówki woltomierza nie jest idealnie linią prostą.Wartości zmierzone woltomierzem wzorcowym dla różnych wychyleń wskazówki woltomierza badanego odbiegają od wartości jakie powinien wskazywać woltomierz na zakresie 1V. Największa różnica między wartością nominalną a wartością zmierzoną wyniosła 0,0168 co stanowi 1,68% zakresu pomiarowego.Wynika z tego, że badany woltomierz nie zachowuje swojej klasy, która wynosi 1,5.
IIWyznaczanie rezystancji wewnętrznej badanego woltomierza.
Schemat:
Wyznaczona rezystancja:62Ω
Błąd wynikający z klasy dokładności rezystora R:
błąd=60*0,05%+2*0,1%=0,03+0,002=0,032Ω
Wnioski:
Wyznaczając rezystancję wewnętrzną woltomierza podaliśmy napięcie takie aby wychylenie wskazówki badanego woltomierza było maksymalne(α=αmax) .Następnie tak regulowaliśmy rezystor R aby wychylenie wskazówki było równe połowie podziałki. Wówczas spadki napięć na rezystorze i woltomierzu były takie same a więc i rezystancja nastawiona na rezystorze R była równa rezystancji wewnętrznej woltomierza.Wyznaczona rezystancja wynosi 62Ω. Jednakże aby wskazówka badanego woltomierza przesunęła się o jedną działkę rezystancję rezystora R trzeba było zmienić o 5Ω.Przyjmując, że człowiek jest w stanie zauważyć zmianę o 0,1 działki to dokładność wyznaczenia rezystancji wewnętrznej woltomierza wynosi 0,5Ω. Jest to wielkość znacznie przekraczająca błąd wprowadzany przez rezystor R który wynosi 0,032Ω.
III.Rozszerzenie zakresu badanego woltomierza do 50V.
Schemat jak w punkcie poprzednim.
Obliczona rezystancja: 3038Ω
|
Uwz |
Unominalne |
α |
błąd |
błąd |
L.p. |
[V] |
[V] |
[dz] |
[V] |
[%] |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,00 |
2 |
9,88 |
10 |
10 |
0,12 |
0,24 |
3 |
19,77 |
20 |
20 |
0,23 |
0,46 |
4 |
29,77 |
30 |
30 |
0,23 |
0,46 |
5 |
40,05 |
40 |
40 |
0,05 |
0,10 |
6 |
50,00 |
50 |
50 |
0 |
0,00 |
Wnioski:
Wyznaczając rezystancję potrzebną do rozszerzenia zakresu pomiarowego woltomierza do 50V skorzystaliśmy z wcześniej wyznaczonej rezystancji wewnętrznej woltomierza na zakresie 1V, która wynosi 62Ω. Z proporcji wyznaczyliśmy rezystancję jaką powinien mieć woltomierz na zakresie 50V. Pomniejszając otrzymaną wartość o 62Ω otrzymaliśmy wartość jaką trzeba nastawić na rezystorze R aby rozszerzyć zakres.
Otrzymane błędy mieszczą się co prawda w klasie dokładności miernika, jednakże przy rozszerzaniu zakresu miernika poprzez zastosowanie rezystora trzeba poamiętać,że rezystancja potrzebna do tego obliczona jest z dużym błędem czego doświadczyliśmy w poprzednim punkcie wyznaczając rezystancję wewnętrzną woltomierza. Rozszerzenie zakresu pomiarowego miernika jest możliwe jednak znacznie pogarsza dokładność z jaką otrzymujemy wynik.
IV.Wyznaczeniezależności =f(U) po połączeniu badanego woltomierza ze wzmacniaczem napięcia.
Schemat:
|
Uwz |
Unominalne |
α |
błąd |
błąd |
|
L.p. |
[V] |
[V] |
[dz] |
[V] |
[%] |
ku |
1 |
0,0034 |
0,0 |
0 |
0,0034 |
0,34 |
1 |
2 |
0,1993 |
0,2 |
10 |
0,0007 |
0,07 |
|
3 |
0,3937 |
0,4 |
20 |
0,0063 |
0,63 |
|
4 |
0,5870 |
0,6 |
30 |
0,0130 |
1,30 |
|
5 |
0,7912 |
0,8 |
40 |
0,0088 |
0,88 |
|
6 |
0,9812 |
1,0 |
50 |
0,0088 |
0,88 |
|
7 |
0,0000 |
0,0 |
0 |
0,0000 |
0,00 |
2 |
8 |
0,0980 |
0,1 |
10 |
0,0020 |
0,40 |
|
9 |
0,1960 |
0,2 |
20 |
0,0040 |
0,80 |
|
10 |
0,2934 |
0,3 |
30 |
0,0066 |
1,32 |
|
11 |
0,3937 |
0,4 |
40 |
0,0063 |
1,26 |
|
12 |
0,4936 |
0,5 |
50 |
0,0064 |
1,28 |
|
Wykres zależności U=f(α)
Wnioski:
Dzięki zastosowaniu wzmacniacza napięcia mogliśmy zmniejszyć zakres pomiarowy woltomierza. Pierwszego pomiaru dokonaliśmy przy współczynniku wzmocnienia ku=1 ,nie zmieniając zakresu pomiarowego. Otrzymane wyniki mieściły się w granicach błędu miernika.Następny pomiar był dokonany dla współczynnika wzmocnienia ku=2 tzn. zakres pomiarowy zmniejszył się o połowę. Błędy pomiarów były nieco większe niż poprzednio jednakże nadal nie przekraczały klasy miernika.
V.Badanie zachowania woltomierza magnetoelektrycznego i woltomierza elektromagnetycznego przy napięciu sinusoidalnie zmiennym o stałej amplitudzie i zmieniającej się amplitudzie od 0,05 do100Hz.
Schemat:
Tabela:
|
f |
Wychylenie wskazówki mierników w [działkach] |
||
L.p. |
[Hz] |
ME[max] |
EM[min] |
EM[max] |
1 |
0,05 |
40 |
0 |
40 |
2 |
0,1 |
40 |
0 |
40 |
3 |
0,2 |
41 |
5 |
40 |
4 |
0,3 |
41 |
13 |
38 |
5 |
0,4 |
43 |
18 |
35 |
6 |
0,5 |
44 |
21 |
33 |
7 |
0,7 |
45 |
24 |
31 |
8 |
0,9 |
43 |
25 |
29 |
9 |
1 |
41,5 |
26 |
29 |
10 |
1,5 |
31 |
26 |
28 |
11 |
2 |
33 |
26 |
27 |
12 |
3 |
20 |
27 |
27 |
13 |
4 |
16 |
27 |
27 |
14 |
5 |
3 |
27 |
27 |
15 |
7 |
2 |
27 |
27 |
16 |
10 |
1 |
27 |
27 |
17 |
20 |
0 |
27 |
27 |
18 |
50 |
0 |
27 |
27 |
19 |
100 |
0 |
27 |
27 |
Wnioski:
W tym punkcie obserwowaliśmy zachowanie woltomierzy magnetoelektrycznego i elektromagnetycznego regulując częstotliwość mierzonego napięcia. Przy niższych częstotliwościach wskazówki obydwu mierników wahały się. Dla woltomierza elektromagnetycznego zapisywaliśmy minimalne i maksymalne wychylenie wskazówki.Ponieważ wychylenie wskazówki proporcjonalne jest do kwadratu prądu odczytane wartości były nieujemne. Wychylenie wskazówki woltomierza magnetoelektrycznego jest proporcjonalne do prądu tak więc dla przebiegu sinusoidalnego wskazuje ona wartości największą i najmniejszą równe sobie co do wartości bezwzględnej. Ponieważ miernik magnetoelektryczny był wyskalowany tylko w wartościach dodatnich odczytywaliśmy tylko wartość maksymalną.Przy najniższych częstotliwościach amplituda wychyleń woltomierza elektromagnetycznego była największa. Przy wzroście częstotliwości zaczęła maleć by przy częstotliwości 3Hz ustabilizować się. Powyżej 3Hz miernik wskazywał już tylko jedną wartość. Woltomierz magnetoelektryczny początkowo przy wzroście częstotliwości zwiększał swoją amplitudę, przy 0,7Hz osiągnął maksimum a następnie zaczął spadać. Przy 20Hz wskazówka woltomierza przestała się wahać i zatrzymała się na pozycji zero. Przeprowadzony pomiar wykazał, że miernik magnetoelektryczny służy do pomiarów napięć stałych natomiast miernik elektromagnetyczny do napięć zmiennych o częstotliwości powyżej kilku herców.
1