Tomasz Czerwiński 27.02.1998

LABORATORIUM MIERNICTWA ELEKTRONICZNEGO

Ćw. 2a. Kompensacyjna metoda pomiaru napięcia i jej zastosowanie w kompensacyjnym przetworniku A/C

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z parametrami technicznymi oraz zastosowaniem źródeł napięcia wzorcowego. Nabycie umiejętności wykorzystywania komparatora analogowego do pomiarów praktycznych. Zapoznanie się z parametrami technicznymi ogniwa normalnego. Poznanie metody kalibracji źródła wzorcowego za pomocą ogniwa normalnego.

1. Zapoznanie się z normą z parametrami technicznymi źródeł napięcia wzorcowego.

• źródło napięcia wzorcowego ZD-1.

1. Napięcie E_x oblicza się ze wzoru: E_x=R^.10 mA

2. niedokładność pomiarową oblicza się ze wzoru 1=10 mA0,05%

3. klasa rezystora = 0,05%

• kompensator analogowy KN-1

4. Ilość działek =20

5. dla C=500 mikroA/działka opór wewnętrzny komparatora R_w=2kOhmy

6. dla C=5 mikroA/działka opór wewnętrzny komparatora R_w=500, 250 Ohm

2. Pomiar napięcia źródła E_x metodą kompensacyjną z użyciem wzorca ZD-1

1. układ:

2. wykreślenie tabelki oraz zmierzenie i zanotowanie wyników:

Ex[V]	+	U+	-	U-	KN-1 [mikroA/działka]
0,5	+0,14	0,53	-15	0,52	5
1,2	+4	1,24	-15	1,23	5
5	+6	5,03	-4	5,02	5
10	+1	10,1	-5	10,09	5

3. Pomiar napięcia źródła E_x metodą kompensacyjną z użyciem wzorca ZB-1

a) układ:

2. wykreślenie tabelki oraz zmierzenie i zanotowanie wyników:

Ex[V]	+	U+	-	U-	KN-1 [mikroA/działka]
0,5	+2,5	0,53	-23	0,52	5
1,2	+2,5	1,24	-19	1,23	5
5	+7	5,17	-9	5,16	5
10	+11	10,15	-2	10,14	5

4. Sprawdzenie układu z komparatorem typu binarnego.

Uwagi: wyniki pomiarów pokrywały się z wynikami pomiarów uzyskanych z użyciem komparatora analogowego KN-1

5. Pomiar E_x metodą kompensacji podwójnej z zastosowaniem źródła ZD-2

schemat źródła ZD-2:

parametry rezystora: R=

parametry źródła - ogniwo Westona OH6

E_N200=1,0187; R_W600

parametry źródła ZD-2 - klasa przyrządu dla

parametry tłumika do galwanometru TG-1: tłumienie k=

1. dokonano nastawy prądu z wykorzystaniem ogniwa Westona uwzględniając błędy rezystora, źródła i nieczułości galwanometru.

2. sprawdzono wrażliwość źródła prądu ze względu na zmianę rezystancji

Ex[V]	R+[]	ALFA+	R-[]	ALFA-	tłumik TG-1
0,5	524	26	523	-3	10
1,2	1,231	18	1,232	-2	1
5	5,068	4	5,069	-2	1
10	10,124	4	10,125	-2	1

5. Omówienie oraz prezentacja wyników pomiaru.

Błąd pomiaru napięcia δ wyraża się wzorem:

δE=δEw +δz

gdzie δEw jest błędem wzorca; natomiast δz jest błędem zrównoważenia układu, równym dla poprawnie zrealizowanego układu (próg pobudliwości>>ziarno regulacji źródła wzorcowego)

błędowi nieczułości układu pomiarowego δn.

δn=min/SEw

gdzie:

min jest rozdzielczością wskaźnika zera

S - czułością układu pomiarowego i S=E

stąd:

δn=(min*Ew)/(

Przejdę teraz do omówienia błędu wzorca δEw.

Zależy on od metody pomiarowej.

W ogólności napięcie wyjściowe źródła wzorcowego określone jest wzorem:

Ew=Ip*Rw

a) Dla pomiaru metodą kompensacji podwójnej z użyciem ogniwa

Westona OH:

Ip jest stosunkiem spadku napięcia na rezystorze Rk=101.87 +- 0,01 do napięcia wzorcowego

En ogniwa Westona równego 1,0187+-0,0002V, czyli po podstawieniu:

Ew=En*(Rw/Rk)

Jest ono określone błędem granicznym:

δEw=δEn+stabilność prądu(0,005%)+δRw+δRk

gdzie: δEn - błąd wzorca napięcia En (ogniwa Westona) ,,,

δRw, δRk - klasa oporników wzorcowych (δRw - w zalelności od zakresu; Rk = 0,01

OSTATECZNIE po zsumowaniu wszystkich omówionych błędów błąd pomiaru napięcia δEx przybiera postać:

δE=δEn+0.005%+δRw+δRk+(min*Ew)/(*Ew)

gdzie odpowiednio:

δEn = const = 0,0002%

δRk = const = 0,01/*100%=0,002%

δRw= jest zalelne od klasy rezystorów użytych do pomiaru oporu i wynosi odpowiednio dla dekad rezystora dekadowego źródła ZD2 :

100 - 0,05; 10 - 0,05; 1 - 0,01; 0,1 - 0,5

b) dla pomiaru z użyciem źródeł ZD-1 oraz ZB-1

- źródło ZB-1 jest źródłem z regulacją binarną napięcia wyjściowego wg zależności:Ew=2^n[V], gdzie

n{0,1,...,9}, klasy 0,2% Rozróżnia ono1024 stany napięcia wzorcowego; jego rozdzielczość wynosi:

Ewr=0.01*2^0=10mV; zakres pomiarowy Ewmax=10,23[V] i błąd nastawy źródła napięcia wzorcowego

δEw=0.2%

CZYLI OSTATECZNIE błąd pomiaru napięcia metodą kompensacyjną z użyciem źródeł ZB-1 oraz ZD-1 będzie miał postać:

δδ(min*Ew)/(*Ew)

Prezentacja błędów pomiarowych dotyczących pomiaru kompensacyjnego z użyciem źródła ZB-1:

Ex[V]	Ex[%]+	Ex[%]-	+	U+	-	U-	KN-1 [A/ działka]
0,5	0,1	0,1	+2,5	0,53	-23	0,52	5
1,2	0,3	0,1	+2,5	1,24	-19	1,23	5
5	0,2	0,3	+7	5,17	-9	5,16	5
10	1,0	0,2	+11	10,15	-2	10,14	5

Prezentacja błędów pomiarowych dotyczących pomiaru kompensacyjnego z użyciem źródła ZD-2:

Ex[V]	Ex[%]+	Ex[%]-	+	U+	-	U-	KN-1 [A/ działka]
0,5	0,4	0,1	+0,14	0,53	-15	0,52	5
1,2	0,4	0,1	+4	1,24	-15	1,23	5
5	0,2	0,2	+6	5,03	-4	5,02	5
10	0,1	0,5	+1	10,1	-5	10,09	5

Prezentacja błędów pomiarowych dotyczących pomiaru wrażliwości źródła ze względu na zmianę rezystancji:

Ex[V]	Ex[%]+	Ex[%]-	R+[]	ALFA+	R-[]	ALFA-	TG-1
0,5	0,105	0,105	524	26	523	-3	10
1,2	0,01	0,01	1,231	18	1,232	-2	1
5	0,01	0,01	5,068	4	5,069	-2	1
10	0,01	0,01	10,124	4	10,125	-2	1

7. Wnioski dotyczące pomiarów.

Jak widać z załączonej analizy błędów pomiarowych metoda kompensacyjna pomiaru napięcia jest metodą dosyć dokładną, lecz służy do pomiaru napięcia, którego wartość jest nam w przybliżeniu znana. Do tego napięcia musimy dobierać odpowiednie wzorce napięcia. Jest ona jednak dość uciążliwa oraz wymaga wnikliwej analizy błędów pomiarowych. Jak wynika z pomiarów źródło wzorcowe jest mało wrażliwe na zmianę rezystancji. Błędy pomiarowe zależą głównie od niedokładności źródła, klasy zastosowanych rezystorów: wzorcowego oraz nastawnego, w dużej mierze także od rozdzielczości wskaźnika zera, a także od możliwości odczytu wskazań na komparatorze.

---