Laboratorium miernictwa elektronicznego

Pomiar napięć sinusoidalnych metodą analogowego

przetwarzania w przyrządach analogowych i cyfrowych

Wydział elektroniki, Data: 18 kwietnia 1998

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było poznanie źródeł i charakteru błędów w pomiarach napięć zmiennych oraz poznania parametrów technicznych woltomierzy napięć zmiennych.

Program ćwiczenia:

1. Pomiar napięcia sinusoidalnego o częstotliwości 50 Hz.

1. na wyjściu transformatora,

2. na wyjściu generatora,

2. Badanie wpływu częstotliwości na wynik pomiaru.

1. pomierzyć wyjście generatora przy częstotliwości 100Hz ÷ 100 kHz,

2. zbadać zachowanie woltomierzy przy częstotliwościach 0,1Hz÷ 50Hz,

3. Zmierzyć stałą dzielnika napięcia dla kilku wartości przy częstotliwości 50Hz i 10kHz. Wyniki porównać ze stałą znamionową dzielnika.

Spis przyrządów:

1. Woltomierz cyfrowy V541.

W woltomierzu tym zastosowano dwupołówkowy przetwornik wartości skutecznej.

Impedancja wejściowa: 1MΩ/80pF

Błąd przyrządu: 40Hz ÷ 10kHz - ±(0,05% + 0,05%)

20Hz ÷ 40Hz, 10kHz ÷ 20kHz - ±(0,1% + 0,05%)

2. Woltomierz cyfrowy DM-4500.

Przyrząd ten wyposażony jest w przetwornik wartości skutecznej.

Błąd przyrządu: 20Hz - ±(1% + 15dg)

50Hz ÷ 1kHz ±(0.5% + 15dg)

10kHz ±(1% + 15dg)

20kHz ±(5% + 30dg)

3. Woltomierz analogowy magneto-elektryczny V640.

W przyrządzie zastosowano dwupołówkowy przetwornik wartości średniej.

Impedancja wejściowa: 100MΩ

błąd przyrządu: ±1.5% wartości zakresu

10Hz ÷ 30Hz, 10kHz ÷ 20kHz - ±3% wartości zakresu

4. Woltomierz analogowy elektromagnetyczny LE-1.

Klasa przyrządu: 0.5

Rezystancja wewnętrzna: dla zakresu: 15V: 46Ω

30V: 178Ω

5. Woltomierz cyfrowy G-1002.500

W woltomierzu tym zastosowano przetwornik wartości średniej ze skalowaniem przyrządu w wartości skutecznej napięć sinusoidalnych.

Impedancja wejściowa: 1MΩ/20pF

Błąd przyrządu: 45Hz ÷ 20kHz ±(0.5% + 5dg)

20kHz ÷ 50kHz ±(0.7% + 9dg)

6. Generator KZ/405 (o rezystancji wyjścia 50Ω)

7. transformator sieciowy na 24V

8. Regulowany dzielnik napięcia

Klasa 1,0

Rezystancja wejściowa: 100kΩ

Uwemax=250V, 0 ÷ 10kHz

Układy pomiarowe:

Rysunek 1: Układ pomiaru napięcia generatora.

Rysunek 2: Układ pomiaru napięcia transformatora.

Rysunek 3: Układ pomiaru napięcia dzielnika.

Wyniki pomiarów:

1. Pomiar napięcia transformatora po kolei wszystkimi woltomierzami.

Woltomierz nr.:1 - zakres 100V, odczyt 24,68V błąd graniczny: ±0,06V

pomiar: 24,68±0,06V

Woltomierz nr.:2 - zakres 200V, odczyt 24,40V błąd graniczny: ±0,27V

pomiar: 24,40±0,27V

Woltomierz nr.:3 - zakres 50V, skala 5dz, skok podziałki 0,1 odczyt 2,42dz

odczyt obliczony:24,2V błąd graniczny: ±0,8V

pomiar: 24,2±0,8V

Woltomierz nr.:4 - zakres 30V, skala 30dz, odczyt 24,4 odczyt obliczony: 24,4V

błąd graniczny: ±0,2V

pomiar: 24,4±0,2V

Woltomierz nr.:5 - zakres 200V, odczyt 24,6V błąd graniczny: ±0,6V

pomiar: 24,6±0,6V

2. Pomiar napięcia transformatora wszystkimi woltomierzami naraz.

(wszystkie zakresy nie uległy zmianie)

Woltomierz nr.:1- odczyt 24,67V błąd graniczny: ±0,06V

pomiar: 24,67±0,06V

Woltomierz nr.:2 - odczyt 24,31V błąd graniczny: ±0,27V

pomiar: 24,31±0,27V

Woltomierz nr.:3 - odczyt 2,40dz odczyt obliczony: 24,0V błąd graniczny: ±0,8V

pomiar: 24,0±0,8V

Woltomierz nr.:4 - odczyt 24,4dz odczyt obliczony: 24,4V błąd graniczny: ±0,2V

pomiar: 24,4±0,2V

Woltomierz nr.:5 - odczyt 24,5V błąd graniczny: ±0,6V

pomiar: 24,5±0,6V

3. Pomiar napięcia generatora po kolei wszystkimi woltomierzami.

Woltomierz nr.:1 - zakres 10V, odczyt 7,004V błąd graniczny: ±0,008V

pomiar: 7,004±0,008V

Woltomierz nr.:2 - zakres 20V, odczyt 6,910V błąd graniczny: ±0,049V

pomiar: 6,910±0,049V

Woltomierz nr.:3 - zakres 15V, skala 5dz, skok podziałki 0,1 odczyt 2,18dz

odczyt obliczony:6,54V błąd graniczny: ±0,23V

pomiar: 6.54±0,23V

Woltomierz nr.:4 - zakres 15V, skala 30dz, odczyt 6,4 odczyt obliczony: 3,2V

błąd graniczny: ±0,1V

pomiar: 3,2±0,1V

Woltomierz nr.:5 - zakres 20V, odczyt 6,98V błąd graniczny: ±0,08V

pomiar: 6,98±0,08V

4. Pomiar napięcia generatora wszystkimi woltomierzami naraz.

(wszystkie zakresy nie uległy zmianie)

Woltomierz nr.:1- odczyt 3,268V błąd graniczny: ±0,007V

pomiar: 3,268±0,007V

Woltomierz nr.:2 - odczyt 3,216V błąd graniczny: ±0,031V

pomiar: 3,216±0,031V

Woltomierz nr.:3 - odczyt 0,99dz odczyt obliczony: 2,97V

błąd graniczny: ±0,23V

pomiar: 2,97±0,23V

Woltomierz nr.:4 - odczyt 6,4dz odczyt obliczony: 3,2V błąd graniczny: ±0,1V

pomiar: 3,2±0,1V

Woltomierz nr.:5 - odczyt 3,24V błąd graniczny: ±0,07V

pomiar: 3,24±0,07V

5. Pomiar napięcia generatora przy wysokich częstotliwościach.

nr wolt.	100Hz	500Hz	1kHz	5kHz	10kHz	50kHz	100kHz	500kHz
1	7,367	7,370	7,379	7,371	7,364	7,234	6,599
2	7,286	7,305	7,307	7,240	7,247	7,221	7,416
3	6,84	6,84	6,87	6,87	6,84	6,75	6,57
5	7,34	7,34	7,35	7,34	7,33	7,28	7,30	7,05

Przy pomiarze napięcia o częstotliwości 500kHz woltomierze nr.: 1,2 i 3 straciły zdolność wiarygodnego pomiaru. W wyższych częstotliwościach do pomiaru niezdolne były już wszystkie przyrządy.

6. Pomiar napięcia generatora przy niskich częstotliwościach.

Nr. wolt.	50Hz	20Hz	10Hz	5Hz	2Hz	1Hz	0,5Hz	0,2Hz	0,1Hz
1	7,366	7,361	7,352	7,275	6,5-7,4	5-7	2-5	0,3-1,7	0,04-0,6
2	7,251	7,054	6,455	5,544	1,5-3,6	0,5-2,1	0,2-1	0,09-0,44	0,04-0,23
3	6,84	6,84	6,8-6,9	6,6-7,1	4,8-7,8	3-10
5	7,33	7,29	7,19	6,67-7,21	4,3-7,0	2-5	0,4-2,5	0,1-0,5	0-0,2

W tabeli wyniki zapisaliśmy przedziałami ponieważ wskazania woltomierzy zmieniały się cyklicznie. Dla woltomierza nr.: 3 po przekroczeniu częstotliwości 1Hz drgania wskazówki przekraczały zakres.

7. Pomiar dzielnika napięcia.

K zadane	Uwy	K wyliczone	δk
30	2,15V	29,33	2,23%
60	4,30V	58,66	2,23%
90	6,54V	89,22	0,87%
Uwe = 7,33V, f = 50Hz

K zadane	Uwy	K wyliczone	δk
30	3,17V	43,42	44,73%
60	4,78V	65,48	9,13%
90	6,54V	89,59	0,46%
Uwe = 7,30V, f = 10KHz

Ponieważ dokonaliśmy pomiaru napięcia wejściowego przy obu częstotliwościach gdy generator był obciążony dzielnikiem o K = 90, spowodowało to wystąpienie najmniejszego błędu względnego stałej dzielnika dla K = 90. Natomiast zmiana poboru mocy z generatora i co za tym idzie napięcia wejściowego dla innych stałych spowodowało znaczny wzrost błędu.

Wykorzystane wzory:

• Błąd graniczny woltomierza analogowego:

• Obliczanie błędu granicznego przyrządu cyfrowego:

np.:

• Obliczanie stałej dzielnika:

• Obliczanie błędu względnego stałej dzielnika:

Wnioski:

Dla pomiaru napięcia z transformatora przedziały napięć pomierzonych przez poszczególne woltomierze pokrywają się. W przypadku pomiaru napięcia z generatora, który ma niewielką rezystancję wyjściową, dołączenie równolegle kilku woltomierzy z których jeden ma równie niewielką rezystancję wejściową powoduje znaczny przepływ prądu i duży spadek napięcia. Dlatego wyniki podczas pomiaru nr.: 4 są niższe niż się spodziewaliśmy. Woltomierz nr.:1 ma wyższe wskazania ponieważ mierzy wartość skuteczną, która jest większa od wartości średniej, którą wskazują inne woltomierze.

---