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:

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 ; klasa 0,2

R_d - rezystor dodatkowy

V_b - miernik skalowany : klasa 0,5

Wyniki pomiarów zebrane zostały w tabelce:

L.p.	napięcie rosnące					napięcie malejące
		Uw	Um	Um	ΔU	p=-ΔU	Uw	Um	Um	ΔU	p=-ΔU
		V	Dz	V	V	V	V	Dz	V	V	V
1.	4	21,25	4,25	0,25	-0,25	14,1	74,25	14,85	0,85	-0,85
2.	6	31,75	6,35	0,35	-0,35	13	68	13,6	0,6	-0,6
3.	8	42,25	8,45	0,45	-0,45	11	57,75	11,55	0,55	-0,55
4.	10	53	10,6	0,6	-0,6	9	47,75	9,55	0,55	-0,55
5.	12	63,5	12,7	0,7	-0,7	7	37	7,4	0,4	-0,4
6.	14	73,75	14,75	0,75	-0,75	3	16,5	3,3	0,3	-0,3

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

Druga część ćwiczenia polega na skalowaniu mierników elektromagnetycznych .

Wykorzystujemy w tym celu ustrój magnetoelektryczny o następujących parametrach takich samych jak w poprzednim układzie (patrz obliczenia do poprzednich pomiarów), licząc przedtem rezystancję bocznika, aby skalowanym miernikiem można było mierzyć prąd o natężeniu I = 300mA

R_w - rezystancja wzorcowa

I_max - maksymalne natężenie płynące przez skalowany przyrząd.

R_b - rezystancja bocznika (regulowana w celu wyskalowania badanego urządzenia)

I - mierzone natężenie prądu

I_b - prąd płynący przez opór bocznikujący

U₁ - dopuszczalne napięcie dla organu pomiarowego

n - stosunek natężenia prądu mierzonego do prądu dopuszczalnego

Schemat układu pomiarowego:

Wartości ze skalowanego amperomierza zebrane są w postaci wskazów, bez uwzględnienia zakresu podziałki i zakresu pomiarowego. W celu odczytania rzeczywistej wartości natężenia należy odczytaną wartość pomnożyć przez odpowiedni przelicznik k₁:

Aby jednak móc porównać wartości natężenia obu amperomierzy w celu wyskalowania badanego przez nas urządzenia, należy wartość odczytaną (I_s) pomnożyć przez odwrotność współczynnika k₁:

W tabeli poniżej zebrane są wszystkie wyniki pomiarów.

L.p.	prąd rosnący						prąd malejący
		Iw	Is·k1	Is	Is·k2	ΔI	p=-ΔI	Iw	Is·k1	Is	Is·k2	ΔI	p=-ΔI
		mA	mA	mA	mA	mA	mA	mA	mA	mA	mA	mA	mA
1.	50	3,5	14	56	-6	6	270	18,25	73	292	-22	22
2.	100	6,75	27	108	-8	8	235	15,75	63	252	-17	17
3.	150	10	40	160	-10	10	190	12,5	50	200	-10	10
4.	250	16	64	256	-6	6	105	7	28	112	-7	7

Ostatnią częścią (przynajmniej teoretycznie) 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

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.	4	4,25	0,25	-0,25	14,1	14,85	0,85	-0,85
2.	6	6,35	0,35	-0,35	13	13,6	0,6	-0,6
3.	8	8,45	0,45	-0,45	11	11,55	0,55	-0,55
4.	10	10,6	0,6	-0,6	9	9,55	0,55	-0,55
5.	12	12,7	0,7	-0,7	7	7,4	0,4	-0,4

Niestety, z powodu barku czasu nie zdążyliśmy wykonać tej części ćwiczenia.

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.

---