INSTYTUT METROLOGII

LABORATORIUM MIERNICTWA ELEKTRONICZNEGO

SPRAWOZDANIE NR 5.

POMIAR NAPIĘCIA I PRĄDU STAŁEGO PRZYRZĄDAMI ANALOGOWYMI I CYFROWYMI.

Cezary Kozłowski 21.05.1998r.

Dawid Kwiecień

Elektronika i Telekomunikacja

Rok I

Cel ćwiczenia:

Poznanie podstawowych parametrów woltomierzy i amperomierzy napięcia stałego oraz wykorzystaniu ich do pomiarów w różnych obwodach. Ćwiczenie wskazuje jak parametry przyrządu i obwodu mogą wpływać na wynik pomiaru.

Spis przyrządów :

• miernik uniwersalny LM-3 kl. 0,5

• woltomierz LM-3 kl. 0,5

• multimetr cyfrowy V-544

• multimetr cyfrowy VC-10T

• zasilacz ZT - 980 - 1M

• generator

• sumator napięć AC-DC

• rezystor dekadowy DR 56 -16 kl. 0,05

• dzielnik napięcia

Pomiar napięcia stałego na wyjściu :

a) zasilacza napięciowego

	a [dz]/ az [dz]	Uz [V]	U [V]	DU [V]	dU [%]	U ± DU [V]
LM -3	68/75	3	2,72	0,015	0,55	2,72± 0,015
	74/75	3	2,96	0,015	0,51	2,96± 0,015
	52,5/75	7,5	5,25	0,038	0,73	5,25± 0,038
	73,5/75	7,5	7,35	0,038	0,52	7,35± 0,038
	43/75	15	8,6	0,075	0,87	8,6± 0,075
	54/75	15	10,8	0,075	0,70	10,8± 0,075
LE - 3	13,5/75	15	2,7	0,15	5,6	2,7± 0,15
	15/75	15	3	0,15	5	3± 0,15
	21/75	15	4,2	0,15	3,6	4,2± 0,15
	37/75	15	7,4	0,15	2,1	7,4± 0,15
	43/75	15	8,6	0,15	1,8	8,6± 0,15
	54/75	15	10,8	0,15	1,4	10,8± 0,15
V 544	----	10	2,682	0,0024	0,09	2,682± 0,0024
	----	10	2,930	0,0025	0,085	2,930± 0,0025
	----	10	5,182	0,0036	0,07	5,182± 0,0036
	----	10	7,271	0,0047	0,065	7,271± 0,0047
	----	10	8,540	0,0053	0,062	8,540± 0,0053
	-----	15	10,636	0,0068	0,064	10,636± 0,0068

b) dzielnika napięcia

	stała	a [dz]/ az [dz]	Uz [V]	U [V]	DU [V]	dU [%]	U ± DU [V]
LM -3	0	0/75	1,5	0	0,008	----	0± 0,008
	1	48/75	1,5	0,96	0,008	0,84	0,96± 0,008
	2	48/75	3	1,92	0,015	0,78	1,92± 0,015
	3	71/75	3	2,84	0,015	0,39	2,84± 0,015
	4	39/75	7,5	3,9	0,038	0,98	3,9± 0,038
	5	49/75	7,5	4,9	0,038	0,76	4,9± 0,038
	6	59/75	7,5	5,9	0,038	0,65	5,9± 0,038
	7	69/75	7,5	6,9	0,038	0,55	6,9± 0,038
	8	40/75	15	8	0,075	0,94	8± 0,075
	9	45,5/75	15	9,1	0,075	0,83	9,1± 0,075
	10	51/75	15	10,2	0,075	0,74	10,2± 0,075
LE - 3	0	0/75	15	0	0,15	----	0± 0,15
	1	----	----	----	----	----	-------
	2	6,5/75	15	1,3	0,15	11,54	1,3± 0,15
	3	9/75	15	1,8	0,15	8,4	1,8± 0,15
	4	11/75	15	2,1	0,15	7,2	2,1± 0,15
	5	14/75	15	2,8	0,15	5,4	2,8± 0,15
	6	17/75	15	3,4	0,15	4,4	3,4± 0,15
	7	21/75	15	4,2	0,15	3,6	4,2± 0,15
	8	26,5/75	15	5,3	0,15	2,9	5,3± 0,15
	9	35/75	15	7	0,15	2,2	7± 0,15
	10	51/75	15	10,2	0,15	1,5	10,2± 0,15
V 544	0	----	1	0,001	0,00001	1	0,001± 0,00001
	1	----	1	0,990	0,0006	0,06	0,990± 0,0006
	2	----	10	1,968	0,001	0,051	1,968± 0,001
	3	----	10	2,938	0,0016	0,055	2,938± 0,0016
	4	----	10	3,907	0,0021	0,054	3,907± 0,0021
	5	----	10	4,878	0,0026	0,053	4,878± 0,0026
	6	----	10	5,859	0,0031	0,053	5,859± 0,0031
	7	----	10	6,856	0,0036	0,053	6,856± 0,0036
	8	----	10	7,876	0,0041	0,0052	7,876± 0,0041
	9	----	10	8,922	0,0046	0,0052	8,922± 0,0046
	10	----	10	10,001	0,0051	0,0051	10,001± 0,0051

Pomiar napięcia stałego zakłóconego sygnałem zmiennym :

• z generatora podajemy napięcie sinusoidalne, które sumujemy w sumatorze z napięciem stałym, a następnie dokonujemy pomiarów napięcia na wyjściu sumatora

	V 543		LM-3
f[Hz]	Ux [V]	Dmax [V]	ax [dz]/ az [dz]	Uz[V]	Ux [V]	Dmax [V]
0,5	2,4¸7,2	±2,6	(33¸65)/75	7,5	3,3¸6,5	±1,7
1	2,8¸7,1	±2,2	(41¸57)/75	7,5	4,1¸5,7	±0,9
5	3,4¸6,5	±1,6	(48¸50)75	7,5	4,8¸5	±0,2
10	3,9¸5,5	±1,1	(48¸49)75	7,5	4,8¸4,9	±0,15
20	4,6¸5,2	±0,4	48/75	7,5	4,8	±0,2
50	4,9	±0,1	48/75	7,5	4,8	±0,2
70	4,9	±0,1	48/75	7,5	4,8	±0,2

III. Pomiar natężenia prądu stałego w obwodzie elektrycznym.

metoda bezpośrednia

R

U=10V

	V 543		LM-3
R[kW]	I [mA]	Dmet [mA]	a [dz]/ az [dz]	Iz[mA]	I[mA]	Dmet [mA]	It[mA]
1	9,99	0,01	50/75	15	10	0	10
5	2,02	0,02	50/75	3	2	0	2
7	1,416	0,014	36/75	3	1,44	0,01	1,43

- wzory stosowane do obliczeń




metoda pośrednia

U=10V R

	V 543		LM - 3				LE -3
R [kΩ]	U [V]	Dmet [mA]	a [dz]/ az [dz]	Uz [V]	U[V]	Dmet [mA]	a [dz]/ az [dz]	Uz [V]	U[V]	Dmet [mA]
1	10,001	0,001	51/75	15	10,2	0,2	51/75	15	10,2	0,2
5	10,001	0,0002	51/75	15	10,2	0,04	51/75	15	10,2	0,04
7	10,001	0,001	51/75	15	10,2	0,027	51/75	15	10,2	0,027

dla V 543 It1000=10 [mA] I=10,001[mA]

It5000=2[mA] I=2,0002[mA]

It7000=1,43[mA] I=1,429[mA]

dla LM - 3 It1000=10[mA] I=10,2[mA]

It5000=2[mA] I=2,04[mA]

It7000=1,43[mA] I=1,457[mA]

dla LE - 3 It1000=10[mA] I=10,2[mA]

It5000=2[mA] I=2,04[mA]

It7000=1,43[mA] I=1,457[mA]

• wzory stosowane do obliczeń




Wnioski :

Przy pomiarze napięcia z zasilacza, wskazania przyrządów nie są jednakowe. Przy założeniu, że wielkość mierzona jest jednakowa dla wszystkich pomiarów, powinniśmy zawsze otrzymać ten sam wynik , ale o różnej szerokości pola błędu. Analizując wyniki odczytane z tabeli dochodzimy do wniosku , że tak nie jest . Wynika to z faktu, iż wykonując pomiar wpływamy na wielkość mierzoną. Przy pomiarze napięcia spowodowane jest to skończoną rezystancją wejściową woltomierzy.

Im większy jest stosunek R_{v (} rezystancja woltomierza ) do R_{ź ( rezystancja} źródła ) tym mniejszy jest błąd metody, dlatego przy naszych pomiarach ( stała rezystancja źródła ) mniejszy błąd popełnimy przy pomiarze miernikami cyfrowymi ( Rv dużo większa niż w miernikach analogowych ). Należy jednak uważać, w sytuacji, kiedy błąd metody jest znikomy w porównaniu z błędem przyrządu. Wtedy wybieramy przyrząd o mniejszym błędzie przyrządu, ignorując błąd metody. Przy pomiarze napięcia z wyjścia dzielnika napięcia sytuacja jest trochę podobna. Błąd metody jest również wynikiem wpływu samego przyrządu na wielkość mierzoną, ale zależy od stosunku rezystancji woltomierza R_v do rezystancji wejściowej dzielnika R_dz ( im jest on większy tym błąd metody mniejszy ).

Woltomierze cyfrowe są bardziej czułe na sinusoidalnie zmienne zakłócenia sygnału stałego niż woltomierze analogowe. Woltomierze cyfrowe są przyrządami czulszymi niż analogowe co powoduje , że bardziej reagują one na zakłócenia. Przy pomiarze woltomierzem analogowym zakłócenia są mniej zauważalne, na co ma wpływ bezwładności układu mechanicznego wskazówki , opory ruchu itp. Tak więc do pomiaru napięć w układach w których mogą wystąpić zakłócenia harmoniczne powinniśmy stosować mierniki analogowe.

Przy pomiarze natężenia prądu błąd metody jest tym mniejszy im mniejsza jest rezystancja amperomierza ( idealny amperomierz powinien mieć zerową rezystancję). Podobnie jak w poprzednim punkcie wyniki również przemawiają na korzyść amperomierzy cyfrowych, jednak różnice pomiędzy błędami metody przy pomiarze przyrządami cyfrowymi i analogowymi nie są już tak duże niż przy pomiarach napięcia. Przy pomiarze prądu metodą pośrednią, na końcowy błąd wpływa wiele czynników. Przede wszystkim sam fakt włączenia w obwód rezystancji wzorcowej powoduje spadek natężenia prądu płynącego w obwodzie. Poza tym, rezystor wzorcowy jest również wykonany z pewną dokładnością, napięcie mierzone jest przez woltomierz z pewną dokładnością i ostatecznie błędy te należy dodać do siebie, co nie wpływa korzystnie na końcowy wynik. Jedynie na korzyść tej metody przemawia fakt, że znając wartość rezystancji wzorcowej można obliczyć błąd metody.

Na podstawie pomiarów wykonanych możemy stwierdzić, że znaczącą rolę w pomiarach odgrywa odpowiednie dobranie zakresu. Dotyczy to w szczególności przyrządów analogowych. Ponieważ błędy zależą proporcjonalnie od zakresu, więc mogą się one zmniejszyć nawet wielokrotnie, a ponadto zbyt duży zakres zmniejsza pole odczytowe.

Dzielniki napięcia pozwalają nam na podział napięcia wejściowego, co może być przydatne np. gdy napięcie wejściowe jest stosunkowo wysokie, a nie posiadamy przyrządu, który mierzy napięcie na tak wysokich zakresach. Należy przy tym pamiętać, aby oprócz błędów mierników, uwzględnić także błąd dzielnika.

A AA

V AA

---