INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH WYDZIAŁ ELEKTRONIKI WAT Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych
Laboratorium Systemów Elektronicznych 1
Sprawozdanie 4
Temat: Pomiary napięcia przemiennego
Grupa: E1Y1S1

DOBÓR ZAKRESU POMIAROWEGO DO WARTOŚCI MIERZONEGO NAPIĘCIA

Pomiary

Zbudowaliśmy układ pomiarowy według schematu dla woltomierza analogowego typu V-640 i ustawiliśmy częstotliwość generowanego napięcia na 1 kHz.. Zakres generatora wynosił 1 V, a zakres multimetru ustawiliśmy na 5 V. Jest to najniższy możliwy zakres do odczytu generowanego napięcia o wartości 1 V, dlatego łatwiej można przybliżyć wskazania woltomierza.

Siłę elektromotoryczną (SEM) generatora zmienialiśmy w zakresie od 0,3 U_{z gen.} do U_{z gen.} co 0,1 U_z. Wartości 0,1 U_z i 0,2 U_z są poza zakresem badanego generatora.

Podobne czynności wykonaliśmy dla woltomierza cyfrowego typu DM3052. Zakres wybranego multimetru wynosi 1000 V. Użyliśmy tego samego generatora co poprzednio, więc wartości 0,1 U_z i 0,2 U_z są poza zakresem.

Otrzymane wyniki mierzonego napięcia przenieśliśmy do kolumn Uv w protokole.

Następnie określiliśmy błędy graniczne wynikające z dokładności przyrządu w oparciu o tabelę na stronie drugiej protokołu, oraz ze wzoru $\text{ub}\left( \text{Uv} \right) = \frac{gU}{\sqrt{3}}$ niepewności standardowe i procentowe dokładności tych pomiarów ze wzoru $\delta U = \frac{uB(Uv)}{\text{Uv}}\ \bullet 100\%$.

Wyniki przenieśliśmy do odpowiednich kolumn w tabeli i sporządziliśmy wykres zależności δ_U w funkcji U_v.

WPŁYW CZĘSTOTLIWOŚCI MIERZONEGO NAPIĘCIA NA DOKŁADNOŚĆ POMIARU

Pomiary

Podłączyliśmy woltomierz analogowy typu V-640 i woltomierz cyfrowy typu DM3052 do generatora pomiarowego według schematu dostępnego w protokole do tego polecenia. W tym schemacie wystąpił błąd, a mianowicie zamiast drugiego badanego woltomierza znajdował się oscyloskop, co udało się nam zweryfikować.

Zakres napięcia woltomierza analogowego ustawiliśmy na 1,5 V, a cyfrowego na 1000 V.

Otrzymane wyniki pomiarów wpisaliśmy do kolumn UV protokołu, po czym określiliśmy je jako wyrażenie wynik = U_V ± u_B(U_V).

Wyniki z poza zakresu częstotliwości zgodnie z poleceniem nie braliśmy pod uwagę.

Przyrządy analogowe cechuje większa dokładność wskazań od przyrządów cyfrowych. Wiąże się to z tym, że w przyrządach cyfrowych następuje konwersja sygnału na jego odzwierciedlenie cyfrowe. W przyrządach analogowych za to często występuje błąd związany z odczytem danej wartości.

WPŁYW IMPEDANCJI WEWNĘTRZNEJ ŹRÓDŁA MIERZONEGO NAPIĘCIA NA DOKŁADNOŚĆ POMIARU

Pomiary

W układzie jak w punkcie 3.1 protokołu dokonaliśmy pomiaru napięcia harmonicznego dla różnych wartości rezystancji R_d, dla dwóch różnych częstotliwości f=1 kHz i f = 20 kHz dla dwóch różnych woltomierzy. Wyniki zapisaliśmy w tabeli. SEM generatora przyjęliśmy 1 V dla wszystkich pomiarów.

Do obliczenia modułów impedancji wejściowych skorzystaliśmy z poniższego wzoru:

$$\frac{1}{|Zwe|} = \ \frac{1}{R} + \ \omega C$$

Który po przekształceniu wygląda tak:

$$\left| \text{Zwe} \right| = \ \frac{R}{R\ \bullet \ \omega C + 1}$$

gdzie  ω = 2πf

Wyniki zapisaliśmy w tabeli i sporządziliśmy wykresy zależności Um w funkcji stosunku Rw/|Zwe| gdzie Rw = Rd +600 Ω (lub Rw = Rd + 50 Ω).

Wykres dla woltomierza analogowego typu V-640 f = 1 kHz, SEM = 1 V

Wykres dla woltomierza analogowego typu V-640 f = 20 kHz, SEM = 1 V

Wykres dla woltomierza cyfrowego typu DM3052 f = 1 kHz, SEM = 1V

Wykres dla woltomierza cyfrowego typu DM3052 f = 20 kHz, SEM = 1V

Zgodnie ze wzorem na błąd pomiaru impedancja wejściowa woltomierza musi być o 1,9 razy większa od impedancji źródła, by błąd pomiaru nie był większy niż 10 %.

Moduł impedancji wejściowej miernika maleje wraz ze wzrostem częstotliwości. Możemy więc uznać, iż impedancja wejściowa tego miernika ma charakter pojemnościowy.

WPŁYW KSZTAŁTU MIERZONEGO NAPIĘCIA NA DOKŁADNOŚĆ POMIARU

Pomiary

Po podłączeniu obu woltomierzy, generatora funkcji i oscyloskopu według załączonego schematu otrzymaliśmy wartości mierzonego napięcia o kształtach sinusoidalnych, trójkątnych i prostokątnych różne dla innych rodzajów mierników.

Zgodnie z dołączoną tabelką na stronie drugiej protokołu woltomierz analogowy typu V-640 w przedziale małych częstotliwości sygnału działa na przetworniku AC/DC wartości średniej, a woltomierz cyfrowy typu DM3052 działa tylko na przetworniku AC/DC wartości skutecznej.

Dzięki tej informacji mogliśmy skorzystać z poniższych wzorów:

WOLTOMIERZ ANALOGOWY V-640	WOLTOMIERZ CYFROWY DM3052
$$Usr = \ \frac{1}{\text{kksin}}\ \bullet \ \alpha\ \approx 0,9\ \alpha$$	$$Usr = \ \frac{1}{\text{kk}}\ \bullet \ \alpha$$
Usk = kk  •   Usr	Usk =  α
Uszczyt = ka  • Usk	Uszczyt = ka  •  α

Parametry kk i ka dla danego kształtu mierzonego napięcia zostały podane w poleceniu, zatem przykładowo dla napięcia sinusoidalnego w woltomierzu analogowym V-640 wyniki będą wyglądać tak:

Usr  ≈ 0, 9  • 1, 95 = 1, 755

Usk = 1, 11  • 1, 755 = 1, 948

Uszczyt = 1, 41  • 1, 948 = 2, 747

dla    kk = 1, 11    i    ka = 1, 41

Obliczone wyniki zapisaliśmy w tabeli.

POMIARY NAPIĘCIA OKRESOWEGO METODAMI OSCYLOSKOPOWYMI

5.1.2 Pomiary

Połączyliśmy generator pomiarowy z oscyloskopem według schematu dla kroku 1 i odczytaliśmy wysokość oscylogramu sygnału badanego, po czym wpisaliśmy wyniki do tabeli.

Niestety w kolejnym kroku nie mogliśmy wygenerować z generatora wzorcowego napięcia o częstotliwości 1 MHz, ponieważ dany typ generatora może wygenerować częstotliwość napięcia jedynie do 100 kHz.

Na tym skończyliśmy wykonywanie kolejnych poleceń, ponieważ czas na wykonanie ćwiczenia minął.