Pomiar napięcia i prądu stałego przyrządami analogowymi i cyfrowymi, WYDZIAŁ ELEKTRONIKI

WYDZIAŁ ELEKTRONIKI

KATEDRA MIERNICTWA ELEKTRONICZNEGO

LABORATORIUM PODSTAW MIERNICTWA

Ćwiczenie: 1

Imię i nazwisko:

Temat:

Pomiar napięcia i prądu stałego przyrządami analogowymi i cyfrowymi.

Data wykonania ćwiczenia:

Data odbioru sprawozdania:

Ocena zaliczenia:

Uwagi:

1. CEL ĆWICZENIA.

Celem ćwiczenia jest poznanie:

parametrów typowych woltomierzy i amperomierzy prądu stałego oraz warunków poprawnej ich eksploatacji,
metod obliczania i eliminowania błędów pomiaru, wynikających ze zmiany wartości mierzonej wskutek włączania przyrządu pomiarowego,
zachowania się woltomierzy i amperomierzy prądu stałego w przypadku pomiarów sygnału stałego ze składową zmienną.

2. SPIS PRZYRZĄDÓW.

Multimetr LG DM-441B:

błąd podczas wykonywania ćwiczenia - ±(0,1%+4cyfry)
R_A=100Ω

Woltomierz cyfrowy TYP V544:

błąd podczas wykonywania ćwiczenia - 0,05%(wartości zmierzonej)+0,01%(zakresu)

Woltomierz analogowy LM-3:

klasa: 0,5
zakres: α_max = 75 działek (3V)
R_W=1000[Ω/V]*zakres[V]

Zasilacz stabilizacyjny

Opornik dekadowy:

klasa: 0,05

Dzielnik napięcia

Rezystor wzorcowy 100Ω:

dokładność (klasa): 0,01

Amperomierz analogowy LM-3:

klasa: 0,5
zakres: α_max = 75 działek (3mA)
R_A=20Ω

3. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW.

3.1. Pomiar napięcia wyjściowego źródła o różnej rezystancji wewnętrznej.

Schemat układu pomiarowego przedstawia rysunek nr 1.

0x01 graphic

Rys. 1

3.1.1 Tabela wyników pomiarów napięcia wyjściowego źródła o różnej rezystancji wewnętrznej trzema różnymi miernikami.

Miernik 1 - Woltomierz analogowy LM-3

Miernik 2 - Multimetr LG DM-441B

Miernik 3 - Woltomierz cyfrowy V544

R_W [Ω]	Miernik 1		Miernik 2		Miernik 3
R_W [Ω]		U_V[V]	ΔU_gr [V]	U_V[V]	ΔU_gr [V]	U_V[V]	ΔU_gr [V]
0	4,79	0,04	4,708	0,009	4,704	0,004
10	4,78	0,04	4,708	0,009	4,704	0,004
100	4,71	0,04	4,708	0,009	4,704	0,004
1000	4,21	0,04	4,707	0,009	4,704	0,004
10000	2,02	0,04	4,702	0,009	4,701	0,004

0x01 graphic

Do obliczenia błędów w pomiarze miernikiem analogowym LM-3 skorzystałem z wzorów, które znajdują się poniżej razem z przykładowymi obliczeniami.

Poniżej znajdują się obliczenia błędów dla multimetru LG DM-441B, a pod nimi dla woltomierza cyfrowego V544.

LG DM-441B:

0x01 graphic

V544:

0x01 graphic

Po przeprowadzonej analizie wyników pomiarów można stwierdzić, że pomiary dokonane multimetrem LG DM-441B oraz woltomierzem cyfrowym nie zawierają błędów metody. Można przyjąć, że rezystancja wewnętrzna tych przyrządów jest na tyle duża, że błąd metody jest pomijalnie mały. Uwzględniamy więc tylko błędy pomiaru spowodowane niedokładnością tych mierników.

W przypadku miernika analogowego błąd metody jest składnikiem dominującym co przejawia się już przy pomiarze rezystancji obwodu wynoszącej 100Ω. W tabeli poniżej przedstawione są wyniki pomiarów po korekcie.

R_W=R_N [Ω]	Miernik 1		Miernik 2		Miernik 3
R_W=R_N [Ω]		U_X[V]	ΔU_X [V]	U_X[V]	ΔU_X [V]	U_X[V]	ΔU_X [V]
0	4,79	0,04	4,708	0,009	4,704	0,004
10	4,78	0,04	4,708	0,009	4,704	0,004
100	4,77	0,04	4,708	0,009	4,704	0,004
1000	4,77	0,04	4,707	0,009	4,704	0,004
10000	4,71	0,04	4,702	0,009	4,701	0,004

Poniżej znajdują się przykładowe obliczenia do korekty błędu dla miernika analogowego:

0x01 graphic

3.2. Pomiar stałej dzielnika „k” o rezystancji wejściowej 1kΩ/1MΩ.

Schemat układu pomiarowego przedstawia rysunek nr 2.

0x01 graphic

Rys. 2

3.2.1. Wyniki pomiarów przy rezystancji wejściowej 1kΩ.

Wyniki pomiarów, gdzie na wejściu znajduje się woltomierz analogowy LM-3, a na wyjściu multimetr LG DM-441B:

k_N	U_A [V]	U_we [V]	ΔU_we [V]	U_C [V]	U_wy [V]	ΔU_wy [V]	k_zm=U_wy/U_we	Δk_zm	δk_zm [%]
k_N	U_A [V]	U_we [V]	ΔU_we [V]	U_C [V]	U_wy [V]	ΔU_wy [V]	k_zm=U_wy/U_we	Δk_zm	δk_zm [%]
0,2	4,79	4,79	0,04	0,938	0,938	0,005	0,196	0,004	0,445
0,4	4,79	4,79	0,04	1,879	1,879	0,006	0,392	0,008	0,411
0,8	4,79	4,79	0,04	3,763	3,763	0,008	0,786	0,014	0,383
1,0	4,79	4,79	0,04	4,705	4,705	0,009	0,982	0,018	0,377

Wyniki pomiarów, gdzie na wejściu znajduje się multimetr LG DM-441B, a na wyjściu woltomierz analogowy LM-3:

k_N	U_C [V]	U_we [V]	ΔU_we [V]	U_A [V]	U_wy [V]	ΔU_wy [V]	k_zm=U_wy/U_we	Δk_zm	δk_zm [%]
k_N	U_C [V]	U_we [V]	ΔU_we [V]	U_A [V]	U_wy [V]	ΔU_wy [V]	k_zm=U_wy/U_we	Δk_zm	δk_zm [%]
0,2	4,706	4,706	0,009	0,94	0,94	0,04	0,200	0,001	0,027
0,4	4,706	4,706	0,009	1,85	1,85	0,04	0,393	0,007	0,372
0,8	4,706	4,706	0,009	3,73	3,73	0,04	0,793	0,008	0,198
1,0	4,706	4,706	0,009	4,79	4,79	0,04	1,018	0,018	0,373

3.2.2. Wyniki pomiarów przy rezystancji wejściowej 1MΩ.

Wyniki pomiarów, gdzie na wejściu znajduje się woltomierz analogowy LM-3, a na wyjściu multimetr LG DM-441B:

k_N	U_V [V]	U_we [V]	ΔU_we [V]	U_V [V]	U_wy [V]	ΔU_wy [V]	k_zm=U_wy/U_we	Δk_zm	δk_zm [%]
k_N	U_V [V]	U_we [V]	ΔU_we [V]	U_V [V]	U_wy [V]	ΔU_wy [V]	k_zm=U_wy/U_we	Δk_zm	δk_zm [%]
0,4	4,79	4,79	0,04	1,835	1,835	0,006	0,383	0,017	0,922
0,8	4,79	4,79	0,04	3,704	3,704	0,008	0,773	0,027	0,721
1,0	4,79	4,79	0,04	4,706	4,706	0,009	0,982	0,018	0,373

Wyniki pomiarów, gdzie na wejściu znajduje się multimetr LG DM-441B, a na wyjściu woltomierz analogowy LM-3:

k_N	U_V [V]	U_we [V]	ΔU_we [V]	U_V [V]	U_wy [V]	ΔU_wy [V]	k_zm=U_wy/U_we	Δk_zm	δk_zm [%]
k_N	U_V [V]	U_we [V]	ΔU_we [V]	U_V [V]	U_wy [V]	ΔU_wy [V]	k_zm=U_wy/U_we	Δk_zm	δk_zm [%]
0,4	4,706	4,706	0,009	0,03	0,03	0,04	0,006	0,394	1312
0,8	4,706	4,706	0,009	0,16	0,16	0,04	0,034	0,766	478,8
1,0	4,706	4,706	0,009	4,79	4,79	0,04	1,018	0,018	0,373

0x01 graphic

3.3. Pomiar prądu w obwodach o dużej rezystancji.

Schemat układu pomiarowego przedstawia rysunek nr 3.

0x01 graphic

Rys. 3

Miernik 1 - Analogowy amperomierz LM-3 (rys. 3 schemat 2)

Miernik 2 - Multimetr LG DM-441B (rys. 3 schemat 2)

Miernik 3 - Woltomierz cyfrowy V544 i rezystor wzorcowy 100Ω (rys. 3 schemat 1)

R_O [Ω]	Miernik 1		Miernik 2		miernik 3
R_O [Ω]		I_A[mA]	ΔI_gr [mA]	I_A[mA]	ΔI_gr [mA]	I_A[mA]	ΔI_gr [mA]
10	1,996	0,015	0,5368	0,0009	0,5383	0,0004
100	1,996	0,015	1,1867	0,0016	1,1880	0,0007
1000	1,992	0,015	1,8311	0,0022	1,830	0,002
10000	1,960	0,015	1,9291	0,0023	1,931	0,002

Obliczenia błędów:

- dla Miernika 1;

- dla Miernika 2;

- dla Miernika 3;

Najdokładniejszy wynik pomiaru:

R_O [Ω]	Miernik
R_O [Ω]		I_X[mA]	ΔI_X [mA]
10
100
1000
10000

4. WNIOSKI KOŃCOWE.

Po przeprowadzeniu wszystkich pomiarów można zauważyć, że podczas pomiaru badanego obwodu wprowadzamy dodatkowy błąd pomiaru - błąd metody pomiarowej. Oczywiście dałoby się go uniknąć w przypadku np. woltomierza o nieskończonej rezystancji wewnętrznej lub amperomierza o zerowej rezystancji. Taka sytuacja ma miejsce w przypadku pomiaru napięcia w punkcie 3.1. Podczas pomiaru napięcia woltomierzem LM-3 natrafiamy na coraz to mniejsze wartości napięcia wraz ze wzrostem rezystancji obwodu. Przyczyną tego jest oczywiście mała rezystancja wewnętrzna woltomierza. W przypadku pozostałych mierników taka sytuacja nie zachodzi ponieważ przyrządy cyfrowe mają dużą rezystancję wewnętrzną.

W kolejnych pomiarach, czyli w pomiarze napięcia u wyjścia dzielnika napięciowego używanego do pomiarów napięć przyrządami, które nie obejmują danego zakresu. Jednak taki układ również wprowadza dodatkowe błędy pomiaru związane z jego budową i użytymi rezystorami.

Mierząc natężenie prądu sytuacja ma się odwrotnie niż w pomiarze napięcia. Tutaj lepszy okazuje się amperomierz analogowy a to ze względu na jego małą rezystancję wewnętrzną.

Wyszukiwarka