POMIARY WARTOŚCI SKUTECZNEJ
NAPIĘCIA OKRESOWO ZMIENNEGO
GRUPA
Damian Barkowski
Stanisław Piskozub
1) Cel ćwiczenia:
Ćwiczenie ma za zadanie zapoznanie z definicją i znaczeniem wartości skutecznej
napięcia oraz zaznajomienie się z typowymi przyrządami do pomiarów
bezpośrednich i pośrednich wartości skutecznej. Poznanie ograniczeń poprawnego
pomiaru napięć zmiennych, wynikające z parametrów technicznych woltomierzy
napięć zmiennych jak i również wyznaczania ostatecznego wyniku pomiaru.
2) Przebieg ćwiczenia:
Na początku ćwiczenia na generatorze został ustawiony sygnał sinusoidalny o
częstotliwości 50 HZ (do panelu dołączony był również oscyloskop w celu
sprawdzenia poprawności przebiegu napięcia zmiennego, czyli kształt sinusoidy).
Pierwsze pomiary został wykonany dla 4 woltomierzy podłączonych jednocześnie do
generatora:
Następnie, zostały przeprowadzone analogiczne pomiary z tym, że każdy woltomierz
był podłączony oddzielnie do generatora:
W ostatnim przypadku napięcie zostało zmierzone z sieci.
3) Przyrządy pomiarowe użyte w ćwiczeniu:
Nazwa (typ, model) woltomierza
Zakres
Rozdzielczość
Dokładność
Częstotliwość
Multimetr PeakTech 4150
20 mV
1 mV
±0.5% ± 20 dgts
±1.5% ± 20 dgts
±2.5% ± 20 dgts
±5% ± 20 dgts
45 Hz – 1 kHz
1 kHz – 10 kHz
10 kHz – 20 kHz
20 kHz – 50 kHz
Digital Multimeter M3900
2 V
20 V
200 V
1 mV
10 mV
100 mV
±0.8%±3 dgts
40 Hz – 1 kHz
Multimetr V-543
10 µV – 1000 V
10 mV
±0.1% ± 5 dgts
±0.05% ± 5 dgts
±0.1% ± 5 dgts
20 Hz – 40 Hz
40 Hz – 10 kHz
10 kHz – 20 kHz
Klasa
Conway Model 639
1.5%
---------------
-----------------
30 Hz – 3 kHz
4) Tabele pomiarowe:
a) Tabela wyników pomiaru napięcia bez wzmocnienia (woltomierze połączone RAZEM):
Woltomierz
𝑈
𝑧𝑎𝑘𝑟𝑒𝑠𝑢
[V]
𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
[V]
∆𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
[V]
𝜕𝑈
[%]
𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
±
∆𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
Multimetr V-543
10
1.158
0.055
0.4318
1.158 ± 0.055
Conway 639
5
1.049
0.075
7.1497
1.049 ± 0.075
PeakTech 4150
2
1.1546
0.025773
2.2322
1.1546 ± 0.025773
M3900
2
1.160
0.01228
1.0586
1.160 ± 0.01228
b)
Tabela wyników pomiaru napięcia bez wzmocnienia (woltomierze połączone OSOBNO):
Woltomierz
𝑈
𝑧𝑎𝑘𝑟𝑒𝑠𝑢
[V]
𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
[V]
∆𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
[V]
𝜕𝑈
[%]
𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
±
∆𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
Multimetr V-543
10
1.952
0.055
0.2561
1.952 ± 0.055
Conway 639
5
1.96
0.075
3.8265
1.96 ± 0.075
PeakTech 4150
2
1.9506
0.029753
1.5253
1.9506 ± 0.0297515
M3900
2
1.955
0.01864
0.9535
1.955 ± 0.018576
c)
Tabela wyników pomiaru napięcia z sieci (woltomierze połączone RAZEM):
Woltomierz
𝑈
𝑧𝑎𝑘𝑟𝑒𝑠𝑢
[V]
𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
[V]
∆𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
[V]
𝜕𝑈
[%]
𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
±
∆𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
Multimetr V-543
10
3.508
0.055
0.1425
3.508 ± 0.055
Conway 639
5
3.50
0.075
2.1429
3.50 ± 0.075
PeakTech 4150
20
3.496
0.03748
1.0721
3.496 ± 0.03748
M3900
20
3.49
0.05792
1.6596
3.49 ± 0.05792
d)
Tabela wyników pomiaru napięcia z sieci (woltomierze połączone OSOBNO):
Woltomierz
𝑈
𝑧𝑎𝑘𝑟𝑒𝑠𝑢
[V]
𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
[V]
∆𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
[V]
𝜕𝑈
[%]
𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
±
∆𝑈
𝑧𝑚𝑖𝑒𝑟𝑧𝑜𝑛𝑒
Multimetr V-543
10
3.510
0.055
0.1425
3.510 ± 0.055
Conway 639
5
3.55
0.075
2.1127
3.55 ± 0.075
PeakTech 4150
20
3.492
0.03746
1.0727
3.492 ± 0.03746
M3900
20
3.49
0.05792
1.6596
3.49 ± 0.05792
e)
Charakterystyka częstotliwościowa woltomierzy:
Woltomierz
Górna częstotliwość graniczna
(wartość przybliżona) [kHz]
Dolna częstotliwość graniczna
(wartość przybliżona) [Hz]
Multimetr V-543
60
12
Conway Model 639
20
7
Digital Multimeter M3900
5
18
Multimetr PeakTech 4150
20
14
5) Wnioski:
Nie trudno zauważyć, że podczas pomiarów woltomierzami bez wzmocnienia
połączonymi jednocześnie napięcie spada dość istotnie. Dzieje się tak dlatego, że
każdy woltomierz posiada rezystancję wewnętrzną. Taką sytuację można
wyeliminować stosując odpowiednie wzmocnienie prądowe. Z pomiarów wynika, że
podczas mierzenia napięć zmiennych najlepszym rozwiązaniem jest używanie
mierników cyfrowych. Charakterystyka częstotliwościowa pokazuje, że nie wszystkie
mierniki są odporne na zmianę częstotliwości badanego napięcia. Najbardziej
„odporny” na zmianę częstotliwości górnej granicznej okazał się Multimetr V-543,
natomiast zmianę częstotliwości granicznej dolnej najlepiej „znosi” woltomierz
analogowy Conway Model 639.