WYDZIAŁ ELEKTRONKI TELEKOMUNIKACJI I INFORMATYKI KATEDRA METROLOGII I SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH LABORATORIUM METROLOGII I TECHNIKI EKSPERYMENTU GRUPA 4A
Ćwiczenie nr 1 Podstawowe mierniki i pomiary elektryczne	Imię i nazwisko	Dariusz Kos
		Data wykonania ćwiczenia	22.03.2005
		Data odbioru sprawozdania	4.04.2005
		Ocena zaliczenia
		Uwagi i podpis

Sprawozdanie

6.4.2. Wzorcowanie woltomierza

Poniższa tabela zawiera wyniki wzorcowania woltomierza magnetoelektrycznego Vielfachmesser III na zakresie 2.5 V. Jako woltomierz wzorcowy użyty został multimetr cyfrowy Agilent 34401A.

Tablica 6.1

Ub [V]	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5
Uw [V]	0.53880	1.05228	1.5631	2.0658	2.5549
ε [mV]	38.80	52.28	63.1	65.8	54.9
δ [%]	7.76	5.23	4.21	3.29	2.20

np. U_b = 0.5V, U_w = 0.53880V

Zależność U_w(U_b) zbliżona jest do funkcji tożsamościowej, a niewielkie odchylenia wynikają z bezwzględnych błędów pomiarowych.

Z wykresu błędu względnego wynika, że im większą wartość napięcia mierzymy, tym mniejszy błąd pomiarowy zostaje popełniony. Wielkość tego błędu może być spowodowana niedokładnością przyrządów pomiarowych.

Sprawdzenie klasy woltomierza:

Wniosek: Woltomierz nie zachował swojej nominalnej klasy 1.5.

6.4.3. Pomiar rezystancji wewnętrznej woltomierza metodą podstawiania.

W zadaniu tym należało wyznaczyć rezystancję wewnętrzną woltomierza metodą, która polegała na podstawieniu rezystora dekadowego w miejsce woltomierza i ustawieniu rezystacji tego rezystora tak, by przepływał przez niego taki prąd, jaki płynął przez woltomierz. Rezystancja uzyskana na rezystorze dekadowym odpowiadała rezystancji wewnętrznej woltomierza.

I_w = 0.0512A, R_d = R_v = 50001.0Ω.

6.4.4. Zmiana zakresu pomiarowego woltomierza

W zadaniu tym należało dokonać wzorcowania woltomierza o dwukrotnie rozszerzonym zakresie pomiarowym. Do wyznaczenia rezystancji posobnika posłużyliśmy się poniższym wzorem:

gdzie:

n - mnożnik zakresu pomiarowego; w tym przypadku n = 2

R_a - rezystancja wewnętrzna woltomierza; z zad. 6.4.3 wiemy, że R_a = 50001.0Ω

stąd:

R_d = R_p = 50001.0Ω.

Tablica 6.2

Ub [V]	1	2	3	4	5
Uw [V]	1.08504	2.1135	3.1193	4.1208	5.1021
ε [mV]	85.04	113.5	119.3	120.8	102.1
δ [%]	8.50	5.68	3.98	3.02	2.04

Zależność U_w(U_b) zbliżona jest do funkcji tożsamościowej, a niewielkie odchylenia wynikają z bezwzględnych błędów pomiarowych.

Wykres błędu względnego pokazuje, że tendencja malenia błędu względnego została zachowana, natomiast wartości tego błędu dla zakresu napięć 0V÷2.5V wzrosły prawie dwukrotnie.

6.4.5. Pomiary miliamperomierzem magnetoelektrycznym

Poniższa tabela zawiera wyniki wzorcowania miliamperomierza magnetoelektrycznego:

Tablica 6.3

Ib [mA]	10	20	30	40	50	60	70	75
Iw [mA]	10.0378	20.197	30.437	40.611	50.714	60.897	71.208	76.161
ε [μA]	37.8	197	437	611	714	897	1208	1161
δ [%]	0.38	0.98	1.46	1.53	1.43	1.50	1.73	1.55

Zależność U_w(U_b) zbliżona jest do funkcji tożsamościowej, a niewielkie odchylenia wynikają z bezwzględnych błędów pomiarowych.

Wykres błędu względnego pokazuje, że wartości tego błędu oscylują w granicach 0.4%÷1.8%. Błędy pomiarowe mogą wynikać z niedokładności przyrządów pomiarowych.

Sprawdzenie klasy miliamperomierza:

Wniosek: Miliamperomierz nie zachował swojej nominalnej klasy 0.5.

6.4.6.1. Pomiary napięcia z wykorzystaniem funkcji pamiętania wyniku oraz wartości maks. i min.

U_m = 9.43V.

Tablica 6.4

Tryb pracy		Opis zachowania multimetru
1	normalny	wyświetlanie bieżącej wartości napięcia
2	pamiętania (D-H)	pamiętanie bieżącej wartości napięcia - kolejne zmiany napięcia z zasilacza nie powodują już zmian wartości napięcia wyświetlanej przez multimetr
3	pamiętania min. (MIN)	pamiętanie najmniejszej wartości napięcia (7.52V) - kolejne zmiany napięcia z zasilacza powodują zmiany wartości napięcia wyświetlanej przez multimetr tylko wtedy, gdy napięcie z zasilacza jest niższe niż napięcie aktualnie wyświetlane przez multimetr
4	pamiętania max. (MAX)	pamiętanie największej wartości napięcia (11.28V) - kolejne zmiany napięcia z zasilacza powodują zmiany wartości napięcia wyświetlanej przez multimetr tylko wtedy, gdy napięcie z zasilacza jest wyższe niż napięcie aktualnie wyświetlane przez multimetr

6.4.6.2. Pomiar rezystancji

Zadanie to polegało na zmierzeniu rezystancji 5 rezystorów za pomocą multimetru ME-21. Wyniki pomiarów zawiera poniższa tabela:

Tablica 6.5

Nr rezystora	1	2	3	4	5
Ri [kΩ]	7.36	7.42	7.37	7.36	7.43

Wyznaczenie średniej arytmetycznej rezystancji:

Wyznaczenie odchylenia standardowego pojedynczego pomiaru rezystancji:

Wyznaczenie odchylenia standardowego średniej arytmetycznej rezystancji:

Wszystkie wyniki są zgodne obliczeniami komputera.

6.4.7. Pomiary mocy

Zadanie to polegało na wyznaczeniu mocy wydzielanej na rezystorze R_L = 100Ω i współczynnika przetwarzania mocy na częstotliowść układu AD7755.

Poniższe wzory posłużyły do wykonania odpowiednich obliczeń:

moc -
, współczynnik przetwarzania -

Tablica 6.6

U[V]	0.5	1.00	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0
f [kHz]	0.050	0.200	0.451	0.801	1.253	1.805	2.454	3.21
P [mW]	2.5	10	22.5	40	62.5	90	122.5	160
k [mW/kHz]	50.000	50.000	49.889	49.938	49.880	49.861	49.919	49.844

Charakterystyka f(P) jest liniowa, a jej niewielkie odchylenia spowodowane są błędami pomiarowymi, które wynikają z niedokładności przyrządów pomiarowych, niedokładnego określenia rezystancji badanego rezystora lub ewentualnych zakłóceń, które mogły dostać się do układu.

Uwaga:

Wartość współczynnika k odpowiada wartości częstotliwości sygnału generowanego przez generator.

6.4.9. Pomiary energii elektrycznej

W zadaniu tym pomiar energii elektrycznej zużywanej przez żarówkę odbywał się za pomocą układu laboratoryjnego składającego się m. in. z układu AD7755, multimetrów Agilent 34401A i Metex ME21 oraz komputera PC.

Pomiar odbywał się w czasie zadeklarowanym przez użytkownika. Komputer na bieżąco mierzył moc wydzielaną na żarówce i obliczał zużytą energię.

Obliczyliśmy teoretyczną wartość energii przy założeniu, że wartości napięcia i prądu żarówki nie zmieniają się w czasie:

E = U * I * t

dla napięcia 2V:

U = 2.002V, I = 27.0mA, t = 100s

E = 2.002V * 27.0mA * 100s = 54.054mW * 100s = 5405.4mWs =

≈ 1.502mWh

Wynik z komputera: 1.484mWh, ε = 0.018mWh

dla napięcia 4V:

U = 4.000V, I = 40.0mA, t = 100s

E = 4.000V * 40.0mA * 100s = 160mW * 100s = 16000mWs =

≈ 4.444mWh

Wynik z komputera: 4.414mWh, ε = 0.03mWh

Różnice między wartościami teoretycznymi i pomiarowymi świadczą o tym, że wartości napięcia i prądu żarówki ulegały zmianom w czasie.

6.5.7. Projekt uniwersalnego, wielozakresowego miernika elektrycznego.

Wyznaczenie oporu R_d:

Weźmy pod uwagę napięcie 200mV. Napięcie to odłoży się również na szeregowo połączone opory R_d, R_A, przez które będzie płynął prąd I_Z.

Wyznaczenie oporów R_w1, R_w2, R_w3 za pomocą równości odpowiednich napięć:

dla zakresu I₁ = 50mA:

czyli

dla zakresu I₂ = 10mA:

czyli

dla zakresu I₃ = 2mA:

czyli

Po rozwiązaniu układu równań:

otrzymujemy następujące wyniki:

R_w1 = 8Ω, R_w2 = 32Ω, R_w3 = 160Ω

Wyznaczenie oporów R_w4, R_w5:

Z poprzednich obliczeń wiemy, że R_w1 + R_w2 + R_w3 = R_d + R_A. Wynika z tego, że przez gałąź rezystorów R_w1, R_w2, R_w3 popłynie ten sam prąd, co przez gałąź oporów R_d i R_A. Zatem przez gałąź rezystorów R_w4, R_w5 będzie płynął prąd 2*I_Z. Napięcie, jakie odłoży się na rezystorze R_w4 przy zakresie U₄ = 1V będzie równe:

zatem:

natomiast napięcie, jakie odłoży się na rezystorze R_w5 przy zakresie U₅ = 5V będzie równe:

zatem:

Strona 9

---