WYDZIAŁ ELEKTRONIKI KATEDRA MIERNICTWA ELEKTRONICZNEGO LABORATORIUM PODSTAW MIERNICTWA GRUPA _____________
Ćwiczenie nr 1	Imię i nazwisko	Bartosz Gatz
Temat Podstawowe mierniki	Data wykonania ćwiczenia	1996.03.29
i pomiary elektryczne	Data odbioru sprawozdania	1996.04.19
	Ocena zaliczenia
	Uwagi

Celem ćwiczeń było zapoznanie się z podstawowymi miernikami elektrycznymi oraz metodyką pomiarów podstawowych wielkości elektrycznych takich jak napięcie, prąd, czy rezystancja. W ćwiczeniach zapoznano się także z komputerowym wspomaganiem obróbki danych pomiarowych. Wykonano osiem ćwiczeń.

ćwiczenie 1

Celem ćwiczenia było wzorcowanie woltomierza - miernika uniwersalnego ustawionego na zakres 2,5 V woltomierzem wzorcowym, którym był multimetr cyfrowy METEX M-4650CR ustawionego na zakres 20 V. Zmieniając napięcie dzielnikiem napięcia obserwowano odchylenia we wskazaniach obydwu mierników. Tabela zawiera wyniki pomiarów i obliczeń.

Ub	V	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
Uw	V	0,479	0,990	1,485	1,979	2,467
e	mV	21	10	15	21	33
d	%	4,38	1,01	1,01	1,06	1,33

Wartość e to różnica pomiędzy wartościami U_b - czyli wartością napięcia odczytaną z woltomierza wzorcowanego i U_w - czyli wartością napięcia odczytaną z woltomierza wzorcowego. Wartość błędu d obliczono ze wzoru:

Poniższy wykres obrazuje zależność różnicy i błędu od napięcia.

ćwiczenie 2

Celem ćwiczenia był pomiar rezystancji wewnętrznej woltomierza. Do wyznaczenia tej wielkości posłużono się metodą podstawiania. W pierwszym etapie zmierzono prąd płynący przez woltomierz badany - miernik uniwersalny Vielfachmesser III. Prąd mierzono przy użyciu multimetru cyfrowego METEX M-4650CR. Zmierzony prąd miał wartość:

I_w = -0,490 mA

W drugim etapie odłączono woltomierz i na jego miejsce wstawiono rezystor dekadowy. Wartość rezystancji zmieniano tak długo, aż multimetr wskazał ponownie wartość prądu I_w. Następnie odczytano wartość rezystancji:

R_d = R_w = 50211 W

ćwiczenie 3

Celem ćwiczenia było rozszerzenie zakresu pomiarowego woltomierza badanego poprzez wstawienie do układu dodatkowego oporu - u nas był to rezystor dekadowy. Opór R_p określa opór posobnika - wyznaczony dla maksymalnego wskazania woltomierza badanego poprzez regulację rezystancji na rezystorze dekadowym.

R_d = R_p = 52010 W

Poniższa tabela zawiera wyniki pomiarów odczytane podczas wzorcowania woltomierza o rozszerzonym zakresie. Zawiera także wyniki obliczeń.

Ub	V	1	2	3	4	5
Uw	V	0,993	2,000	3,009	4,010	5,001
e	mV	7	0	9	10	1
d	%	0,7	0	0,29	0,25	0,02

Do obliczeń stosowano te same wzory, co w ćwiczeniu 1.

Na podstawie tabeli można narysować wykres dla różnic w odczycie napięć na obydwu woltomierzach i dla błędów zależnych od napięcia.

ćwiczenie 4

Celem tego ćwiczenia było wzorcowanie miliamperomierza magnetoelektrycznego ustawionego na zakres 75 mA. Tabela zawiera wyniki pomiarów i obliczeń, do których stosowano te same, co wcześniej wzory.

Ib	mA	10	20	30	40	50	60	70	75
Iw	mA	10,01	20,01	30,09	40,08	50,68	60,34	70,23	75,14
e	mA	10	10	90	80	680	340	230	140
d	%	0,09	0,05	0,29	0,19	1,34	0,56	0,33	0,19

Na podstawie tabeli utworzono wykres:

ćwiczenie 5

W tym ćwiczeniu dokonywano pomiarów omomierzem. Pomiar był dwuetapowy. W pierwszym etapie zwarto zaciski pomiarowe omomierza i regulując rezystor dekadowy ustawiono na nim taką rezystancję, dla której wskazanie miliamperomierza było maksymalne. W drugim etapie dołączono rezystor pomiarowy R_w i dokonano odczytu wskazań miliamperomierza. Wyniki zanotowano w tabeli.

a/amax		1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1
Rw	W	0	283	624	1160	1708	2520	3840	6001	10990	22550

Na podstawie tabeli można wykreślić krzywą skalowania:

Wyznaczono także błąd nieczułości dla wskazań ze środka oraz bliskich początku i końca skali omomierza. Wyniki pomiarów i dokonanych na ich podstawie obliczeń zawiera tabela:

a/amaax	Rw [W]	+D Rw [W]	-D Rw [W]	+D Rw/Rw [%]	-D Rw/Rw [%]
0,1	22550	6500	4100	28,8	18,2
0,5	2520	210	190	8,3	7,5
0,9	283	47	63	16,6	22,3

Jak łatwo zauważyć błędy dwóch skrajnych pomiarów były prawie trzy razy większe od błędów pomiaru środkowego. Wynika to ze specyficznej budowy miernika - najmniejszy błąd popełniamy podczas pomiarów rezystancji zbliżonych do rezystancji wewnętrznej miernika. Zależność błędu względnego opisuje zależność:

w której przez kl rozumiemy klasę miernika. Powyższą zależność można także zilustrować przybliżonym wykresem:

DR_z/R_z [%] 0,2 0,4 0,6 0,8 1 a_x/a_max

Dodatkowo w ćwiczeniu zmierzono odchylenie a/a_max dla jednego z rezystorów zainstalowanych na dołączonej do doświadczeń płytce. Wynik tego pomiaru to:

a/a_max = 0,46

Posługując się wykresem ilustrującym krzywą skalowania można określić przybliżoną rezystancję opornika R_x ≅ 3000 W.

ćwiczenie 6

To ćwiczenie podzielone zostało na dwie części. Dotyczą one pomiarów napięcia i rezystancji. Do pomiarów wykorzystany został multimetr cyfrowy METEX M-4650CR. Jest to urządzenie o tyle ciekawe, że posiada możliwość pracy w różnych trybach. W pierwszej części ćwiczenia multimetr podłączony został do zasilacza z regulowanym napięciem wyjściowym. Zmieniając to napięcie o ± 2 V wokół napięcia 10 V obserwowano wskazania multimetru dla każdego z trybów pracy. Tryby wybierano przyciskiem D-H MAX/MIN. Obserwacje zawarto w tabeli:

Tryb pracy		Wskazania multimetru
1.	normalny	multimetr wskazuje aktualną wartość napięcia i reaguje natychmiast na jego zmiany
2.	pamiętania	multimetr wyświetla zapamiętaną wartość napięcia i nie reaguje na żadne jego zmiany dokonane po operacji zapamiętania
3.	pamiętania maks.	multimetr wyświetla maksymalną uzyskaną wartość napięcia, reaguje jeżeli podana zostanie wartość większa (i ją traktuje jako największą uzyskaną), ignoruje wszelkie mniejsze wartości
4.	pamiętania min.	multimetr wyświetla minimalną uzyskaną wartość napięcia, reaguje jeżeli podana zostanie wartość mniejsza (i ją traktuje jako najmniejszą uzyskaną), ignoruje wszelkie większe wartości

Druga część ćwiczenia polegała na wykorzystaniu trybu normalnego i przyrostowego. W tym celu zmierzono w trybie normalnym wartości oporu dla pięciu rezystorów zamontowanych na specjalnej płytce. Następnie ustawiono tryb przyrostowy, aby zmierzyć różnice wartości oporu dla wszystkich pięciu oporników. Wyniki zawiera tabela:

Nr rezystora		1	2	3	4	5
Ri	kW	3,349	3,251	3,256	3,323	3,311
DRi	kW	0	0,096	0,093	0,025	0,037
Ri = R1 + DRi	kW	3,349	3,347	3,349	3,348	4,348

Na podstawie danych w tabeli dokonano obliczeń rezystancji średniej R_śr oraz odchylenia standardowego. Rezystancję średnią obliczono ze wzoru:

n = 5

R_ŚR = 3,298 kW

Z kolei do wyznaczenia odchylenia standardowego posłużono się wzorem o następującej postaci:

n=5

d = 0,0384 kW

ćwiczenie 7

W tym ćwiczeniu należało dokonać serii pomiarów rezystorów multimetrem METEX, tym razem jednak w sprzężeniu z komputerem, który dokonał obliczeń ( na wydruku laboratoryjnym - ćwiczenie 4.8.1 ). Ponieważ obliczeń tych dokonano też w ćwiczeniu 6, więc można było porównać je z tymi uzyskanymi przez komputer. I tak:

wartość średnia : 3,298 kW ( u mnie : 3,298 kW )

wartość maksymalna : 3,349 kW ( 3,349 kW )

wartość minimalna : 3,251 kW ( 3,251 kW )

odchylenie standardowe : 0,038 kW ( 0,0384 kW )

Jak więc widać wyniki są takie same. Tak też oczywiście powinno być. Rolą komputera nie jest bowiem „ulepszanie” wyników, ale przyspieszenie i usystematyzowanie pracy. Jak też wiadomo komputer dużo rzadziej popełnia błędy w obliczeniach (jeżeli program jest napisany poprawnie).

Drugim ćwiczeniem przeprowadzonym przy użyciu komputera było ćwiczenie polegające na dokonaniu serii pomiarów napięcia mające na celu wzorcowanie zasilacza regulowanego. Wyniki pomiarów oraz obliczeń dokonanych przez komputer zawarte są na wydruku laboratoryjnym dołączonym do sprawozdania.

ćwiczenie 8

Celem ćwiczenia było zaprojektowanie uniwersalnego miernika elektrycznego o schemacie i danych pokazanych na ilustracji:

I_z = 1mA R_d

mA

R_A = 20 W

R₁ R₂ R₃ R₄ R₅

• 50 mA 10 mA 2 mA 1 V 5 V

200 mV

Oto obliczenia:

Ponieważ U = 200 mV więc wskazówka amperomierza wychyli się maksymalnie. Przez amperomierz płynie wtedy prąd I = 1mA, a więc:

1mA ⋅ (20W + R_d) = 200mV ⇒ R_d = 180W

Ten sam prąd płynie przez gałąź zawierającą rezystory R₁, R₂ i R₃. W związku z tym:

R₁ + R₂ +R₃ = 200W

I₁ = 50mA ⇒ 49mA ⋅ R₁ = 1mA ⋅ (R₂ + R₃ +200W)

I₂ = 10mA ⇒ 9mA ⋅ (R₁ + R₂) = 1mA ⋅ (R₃ + 200W)

Z powyższych zależności otrzymujemy: R₁ = 8W; R₂ = 32W; R₃ = 160W

Licząc dalej:

R₄ = (1V - 200mV) / 2mA = 400W

R₅ = (5V - 1V) / 2mA = 2kW

---