Sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego z Metrologii Temat : „Woltomierz cyfrowy”

Sprawozdanie wykonał : Mieszko Mularczyk Automatyka i Robotyka, rok III, grupa 1 Wydział Elektryczny, Politechnika Szczecińska

1.Krótkie omówienie ćwiczenia: Ćwiczenie polegało na pomiarze napięcia stałego za pomocą woltomierza cyfrowego. Pomiaru dokonano za pomocą dwóch różnych woltomierzy korzystając z innych z dwóch różnych źródeł napięcia stałego. Następnie wykonano ćwiczenie polegające na badaniu wpływu błędu szeregowego zmiennego na pracę woltomierza.

2.Pomiar napięcia stałego przy pomocy woltomierza cyfrowego:

a) układ pomiarowy nr 1:

Układ ten składał się zasilacza Unitra typ 5121 (źródło napięcia stałego - wartość ustawiona przez prowadzącego ćwiczenie), woltomierza cyfrowego Mera-tronik typ V-544, oraz przewodów połączeniowych (ekranowanych, co jest widoczne na schemacie). Pomiaru napięcia dokonano na 3 zakresach miernika : 1V, 10V, 100V.

Schemat układu pomiarowego nr 1 przedstawia się następująco:

ŹR. NAP. STAŁEGO WOLTOMIERZ

Dane techniczne (dotyczące dokładności pomiarowej) woltomierza wynoszą:

1. błąd multiplikatywny wynosi ±0,05% wartości mierzonej

2. błąd addytywny wynosi ±0,01% zakresu pomiarowego na którym pracuje miernik

Tabela pomiarowa

L.p.	zakres	odczytane U [V]	błąd addytywny	błąd multiplikatywny	<ΔU> (suma błędow addyt. i multipl.)
1	1V	1,0221	0,0001	0,00051105	0,00061105
2	10V	1,025	0,001	0,0005125	0,0015125
2	100V	1,03	0,01	0,000515	0,010515

Prawidłowo zapisane wyniki:

1. dla zakresu 1V
   

2. dla zakresu 10V
   

3. dla zakresu 100V nie jest możliwe prawidłowe zapisanie wyniku, gdyż przy takim zakresie pomiarowym rozdzielczość odczytu wyniku była za mała

Wniosek: Ustawiony zakres woltomierza powinien być jak najbardziej zbliżony do wartości mierzonego napięcia.

b)układ pomiarowy nr 2:

Układ ten składał się z zasilacza Unitra typ 557-S (źródło napięcia stałego), miernika cyfrowego Digital Voltmeter G-10002.500, oraz przewodów połączeniowych (w tym przypadku nieekranowanych). Pomiaru napięcia dokonano na 3 zakresach miernika : 2V, 20V, 200V.

Schemat układu pomiarowego nr 2 przedstawia się następująco:

ŹR. NAP. STAŁEGO WOLTOMIERZ

Dane techniczne (dotyczące dokładności pomiarowej) woltomierza wynoszą:

1. błąd multiplikatywny wynosi ±0,1% wartości mierzonej (dla zakresu 2V) i ±0,2% wartości mierzonej (dla zakresu 20V i 200V)

2. błąd addytywny wynosi 2*rozdzielczość odczytu wyniku na którym pracuje miernik

Tabela pomiarowa

L.p.	zakres	odczytane U [V]	błąd addytywny	błąd multiplikatywny	<ΔU> (suma błędow addyt. i multipl.)
1	2V	1,837	0,002	0,001837	0,003837
2	20V	1,84	0,02	0,00368	0,02368
2	200V	1,8	0,2	0,0036	0,2036

Prawidłowo zapisane wyniki:

1. dla zakresu 2V
   

2. dla zakresu 20V
   

3. dla zakresu 200V
   

Wnioski: Dla układu pomiarowego nr 2 istniała możliwość prawidłowego zapisu wyniku dla dużego zakresu pomiarowego (200V), w przeciwieństwie do pierwszego układu pomiarowego. Wynika to z tego, że użyty woltomierz w układzie pomiarowym nr 2 miał znacznie mniejszą dokładność pomiarową i błąd systematyczny pomiaru napięcia był znacznie większy.

3.Badanie wpływu błędu szeregowego zmiennego na pomiar napięcia przy pomocy woltomierza cyfrowego.

W ćwiczeniu wykorzystano generator przebiegów sinusoidalnych, który podłączono do woltomierza cyfrowego (tego samego, który został użyty w układzie pomiarowym nr 1) przez kondensator 1μF, którego zadaniem było odcinanie składowej stałej napięcia z generatora.

Schemat układu pomiarowego nr 1 przedstawia się następująco:

GENERATOR WOLTOMIERZ

W tym ćwiczeniu mierzyliśmy maksymalną wartość napięcia z generatora (bez składowej stałej) dla różnych częstotliwości przebiegu z generatora (20Hz - 200Hz). Wartość maksymalną byliśmy w stanie uchwycić poprzez ręczne wyzwalanie pomiaru napięcia w woltomierzu cyfrowym (zakres 10V).

Tabela pomiarowa

L.p.	Częstotliwość f [Hz]	U [V]
1	20	9,704
2	30	3,565
3	40	0,957
4	50	0,044
5	60	0,373
6	70	0,355
7	80	0,243
8	90	0,075
9	100	0,013
10	110	0,074
11	120	0,077
12	130	0,051
13	140	0,028
14	150	0,010
15	160	0,027
16	170	0,028
17	180	0,020
18	190	0,007
19	200	0,007

Dodatkowo dla częstotliwości 20Hz dokonano pomiaru napięcia przy włączonym (w woltomierzu) filtrowaniu napięcia wejściowego. Filtr ten ma za zadanie eliminację zakłóceń zmiennych wpływających na pomiar.

Wartość tego napięcia wyniosła U=1,119V.

Stąd możemy obliczyć tłumienie filtra wbudowanego w woltomierz, ze wzoru:

stąd obliczamy tłumienie, które wynosi δ=18,76dB.

Dla pomiarów sporządzono wykres U=g(f), który jest załączony do sprawozdania. W tabeli pomiarowej zaznaczono zaś minima mierzonego napięcia kolorem niebieskim.

Wniosek: Analizując dane z tabeli oraz wykres, zauważamy, że minima występują dla częstotliwości 50Hz,100Hz,150Hz i 200Hz. Stąd wnioskujemy, że woltomierz został zaprojektowany tak, aby zakłócenia pochodzące z sieci zasilającej (napięcie przemienne o częstotliwości 50Hz) miały jak najmniejszy wpływ na wynik pomiaru (100,150 i 200Hz to wielokrotności 50, czyli wpływ harmonicznych napięcia sieci zasilającej też został zminimalizowany). Jednocześnie dostrzegamy, że wraz ze wzrostem częstotliwości, wpływ zakłóceń maleje.

+

GUARD

-

HI

LO

+

HI

-

LO

LO

-

HI

+

GUARD

1μF

---