CHLAŚCIAK MARCIN gr.2.2

SPRAWOZDANIE

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się:

• z podstawowymi cechami mierników napięcia i prądu (stałego i zmiennego)

• ze sposobami zmiany zakresów pomiarowych i skalowaniem

• z zastosowaniem amperomierzy i woltomierzy do pomiarów prądów i napięć stałych oraz sinusoidalnie zmiennych oraz odkształconych

Prąd elektryczny - ładunek przepływający w ciągu pewnego czasu przez
przekrój poprzeczny przewodnika.

Prąd stały - prąd, którego wartość jest wielkością stałą niezmienną w
czasie. Jednostką prądu elektrycznego jest amper [A].

Napięcie elektryczne - stosunek pracy wykonanej przy przemieszczaniu ładunku
między dwoma punktami do przemieszczanego ładunku.

Prądem zmiennym - prąd zmieniający swoje natężenie i biegunowość w czasie.
Prąd sinusoidalnie zmienny - prąd przemienny o zmianach okresowych opisanych
funkcją sinusoidalną:

I(t)=I_m·sin(ωt + ϕ)

gdzie:

I_m - wartość maksymalna (amplituda)

ω - pulsacja określona wzorem:ω=2πf

przy czym: f - liczba okresów na sekundę (częstotliwość)

ϕ - kąt fazowy

Dla prądu sinusoidalnie zmiennego

Wielkościami mierzonymi są ampery [A] i wolty [V].

Wielkościami liczonymi są rezystancja dodatkowa oraz rezystancja bocznika, aby można było mierzyć odpowiednio określone napięcia i natężenia prądu w przedstawionych poniżej układach elektrycznych.

Pierwsza część ćwiczenia polega na skalowaniu ustroju magnetoelektrycznego w układzie woltomierza.

Wykorzystujemy tu ustrój magnetoelektryczny o parametrach podanych poniżej, licząc wcześniej rezystancję dodatkową, aby skalowanym miernikiem można było mierzyć napięcie U=15V:

I_max.=15mA R_w=8Ω

R=R_w+R_o

R_o=R-R_w

R_o=1000Ω−8Ω=992Ω

R_w - rezystancja wzorcowa

I_max - maksymalne natężenie

R_d - rezystancja dodatkowa (regulowana w celu wyskalowania badanego urządzenia)

U - napięcie mierzone

U₁ - napięcie dopuszczalne dla organu pomiarowego

U_z - napięcie zastępcze

m - stosunek napięcia mierzonego do dopuszczalnego

Schemat pomiarowy:

gdzie:

E - źródło napięcia stałego

R - rezystor

V_w - woltomierz wzorcowy

R_d - rezystor dodatkowy

V_b - miernik skalowany

Wyniki pomiarów zebrane zostały w tabelce:

L.p.	napięcie rosnące				napięcie malejące
		Uw	Um	ΔU	p=-ΔU	Uw	Um	ΔU	p=-ΔU
		V	V	V	V	V	V	V	V
1.	1.5	2	-0.5	0.5	14	14	0	0
2.	3.8	4	-0.2	0.2	12	12.6	-0.4	0.4
3.	5.7	6	-0.3	0.3	9	9.3	-0.3	0.3
4.	7.7	8	-0.3	0.3	6	6.3	-0.3	0.3
5.	10.7	11	-0.3	0.3
6.	13.6	14	-0.4	0.4

ΔU - uchyb pomiarowy, p - poprawka, U_m - napięcie mierzone na badanym urządzeniu.

Drugą częścią ćwiczenia jest skalowanie ustroju elektromagnetycznego:

gdzie:

AT - autotransformator

P_p - przekładnik prądowy

P_b - przekładnik napięciowy

A_w - amperomierz wzorcowy

A_b - amperomierz skalowany

V_w - woltomierz wzorcowy

V_b - woltomierz skalowany

R₀ - rezystancja

Wyniki pomiarów:

k_j=2

k_u=380/110

Lp.	Uw	Ub	kuUb	Δu	Iw	Ib	kiIb	Δi
		V	V	V	V	A	A	A	A
1.	50	14	48.36	1.64	0.6	0.3	0.6	0
2.	100	29	100.18	-0.18	1.35	0.65	1.3	0.05
3.	120	35	120.91	-0.91	1.625	0.8	1.6	0.025
4.	150	44	152.0	-2	2	1	2	0
5.	175	51	176.18	-1.18	2.1	1.15	2.3	-0.2
6.	225	67	231.45	-6.45	3.03	1,5	3	0.03

Trzecia część ćwiczenia polegała na pomiarze impedancji, indukcyjności i pojemności.

gdzie:

Z-element badany

A-amperomierz

V-woltomierz

W-watomierz

Atr-autotransformator

Wyniki pomiarów:

Element badany	U	I	P	Z	R	Xl	Xg	L	C
		[V]	[A]	[W]					H	mF
	Z1 C	40	20	0,8	2000	2000
		60	31	1,6	1935,48	1935,484		1935,48		0,0016
	Z2 L	20	19	2	1052,63	1052,632
		40	40	8,4	1000	1000	1000		3,18
	Z3 R	6	48	12,4	139,535	139,53
		9	66	24,2	136,364	136,3636
	Z4 L+C	10	11	0,8	909,091	909,091
		15	15	1,8
	Z5 L+R	5	5	0,2	1000	1000
		12	10	1,6	1009	136	1000	1935
	Z6 C+R	11	5	0,2
		17	9	0,4	1939	136
	Z7 L+C+R	14	14	2,4
		19	19	4,2	944,83	136	1000	1935
	Z8 L+C+Ż	25	14	11,6
		36	18	22,4

O dokładności skalowanych przyrządów świadczy charakter wykresów U_w w funkcji U_m oraz Iw względem I_s·k₂ (k₂ - patrz wyżej). Powinna to być linia prosta, co też generalnie rzecz biorąc ma miejsce w obu przypadkach, jedynie w przy amperomierzu można zauważyć pewne zakłócenia w przebiegu tej prostej. Natomiast kąt nachylenia (a za razem współczynnik nachylenia a, prostej do osi U_w względnie I_w) i przesunięcie wykresu względem układu (współczynnik b) świadczy o błędzie systematycznym urządzenia. W momencie, gdy prosta ma nachylenie 45º i jest przesunięte o pewien wektor (w górę lub w dół), to można mówić o pewnym błędzie systematycznym, a w konsekwencji poprawce urządzenia. Natomiast jeśli wykresy zaczynają się rozchodzić lub krzyżować, co częściowo można zauważyć w przypadku amperomierza, wtedy błąd jest zmiennym i nie można go nazwać w sposób jak powyżej. Widać to również w postaci bardzo nieregularnego wykresu I_w względem uchybów poszczególnych pomiarów, w przeciwieństwie do analogicznego wykresu dla woltomierza, gdzie widoczny uskok jest tak niewielkim, przez co wręcz pomijalnym. Z tego wniosek, że urządzenia te są dość dobrze wyskalowane (zwłaszcza woltomierz) mając jedynie drobne zastrzeżenia do amperomierza, u którego w górnych rejonach charakterystyk pojawiają się pewne zakłócenia ( oba wykresy dotyczące amperomierza).Wynika z tego (m. in. ze wszystkich wykresów), że wartości rezystancji dodatkowej i bocznikującej zostały prawidłowo obliczone, a błędy wynikłe (albo zbyt duże dokładności) mogą być spowodowane niezbyt precyzyjnymi elementami powyższych układów elektrycznych. Czyli w rzeczywistości woltomierz nie musi być aż tak dokładny, a amperomierz - tak zły.

Z

A

W

U

ATr

w

U~

---