Data	LABOLATORIUM PODSTAW MIERNICTWA	Grupa studencka
				Zespół
		Imię i nazwisko Janek 1M2 Ocena	Ćwiczenie Nr 5 Temat: Pomiary parametrów napięć zmiennych.	Nr stanowiska
				Nazwisko prowadzącego
Imię i nazwisko Ocena

• Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych właściwości przyrządów pomiarowych do pomiaru napięć zmiennych, ze szczególnym uwzględnieniem przyrządów prostownikowych o prostowaniu liniowym oraz szczytowym.

• I. Obserwacja przebiegów czasowych na wejściu i wyjściu badanych prostowników

Tej części Sochon kazał w ogóle nie zamieszczac w protokole. Mielismy podpiac uklad pomiarowy jak na rysunku ponizej i popatrzec na to jak prostowniki modyfikuja sygnal.

Jesli jednak zmieni zdanie to zamieszczam kilka rad z forum elka.mine.nu od bipkacza:

„warto dać na generatorze f=1kHz, Um=10V, a na oscyloskopie 0.2 ms/dz, 5V/dz, ustawcie sobie tak poziomą position, żeby wszystko pasowało w kratki - szybciej się rysuje. Przy prostowniku wartości średniej lepiej oscylogramy narysować w domu, bo wyglądają dokładnie tak, jak powinny w teorii, przy prostownikach szczytowych KONIECZNIE na każdym oscylogramie umieścić obydwa sygnały- wejściowy i wyjściowy, do tego napisać jakie paramtery (f, c, r) były dla nich. Ja zrobiłem dla każdego prostownika szczytowego 5 oscylogramów:

pierwszy bez psujących go parametrów (f=1kHz, c=1.5 mikroF (wbudowany), r=0)
drugi ze ZMNIEJSZONĄ częstotliwością (ja zwiększyłem i nic się nie zmienia - za to mi ciachnął punkty)
trzeci ze zmniejszoną pojemnością (u mnie był taki sam jak pierwszy niezależnie czy dawałem kondensator najmniejszy, czy największy - w protokole napisałem o najmniejszej pojemności)
czwarty i piąty z obciążeniem odpowiednio R1 i R2”.

1. Schemat układu pomiarowego

2. Wykaz przyrządów

Gen - generator napięć sinusoidalnych, typ GNS 002, nr .........................

UB 071 - układ badany zawierający prostownik wartości średniej (jedno- i dwupołówkowy)

, typ UB 071, nr ........................

OSC - oscyloskop dwukanałowy, typ HC-5502, nr ........................

3. Wyniki pomiarów

Oscylogramy....

II. (A) Projekt prostownikowego woltomierza wartości średniej wyprostowanej, wywzorcowanego do pomiaru wartości skutecznej napięcia sinusoidalnego

Na 5 zespolow 4 dostaly podpunkt b(czyli z prostownikiem wartosci szczytowej) i 1 czesc a(z prostownikiem dwopolowkowym).

Mamy: woltowierz, opornik dekadowy, mostek Gretza i musimy z tego calego badziewia zrobic cos co pokaze wartosc skuteczna napiecia sygnalu na wejsciu.

Tak ma wygladac schemat tego woltomierza.

1. Schemat zaprojektowanego układu pomiarowego

2. Wykaz przyrządów

R - rezystor dekadowy, typ ........................., nr .........................

mA - miliamperomierz magnetoelektryczny, typ ........................., nr .........................

D_1-4 - zestaw diod z części „P” układu UB 071

5. Wzory i obliczenia

Kazdy zespol mial inne dane, moj takie:

• Uz=3V(napiecie zakresowe powstalego woltomierza)

• Iz=3V(napiecie zakresowe uzytego amperomierza)

W zrozumieniu pomaga schemat zamieszony na elka.ine.nu przez bonso(nast. str.).

Jezeli na wejsciu pojawi sie Uz=Usk, to oznacza ze napiecie szczytowe sygnalu wynosi Um=√2 Usk.

Zakladajac ze diody sa idealne(nie ma na nich oporu i Ud=0V), z prawa Ohma wynika, ze wartosc szczytowa natezenia pradu w tym obwodzie wynosi Im = Um/(Rv + Rd) = √2 Usk/(Rv + Rd).

Miliamperomierz bedzie mierzyl wartosc srednia sygnalu, ktory na mostku zostal wyprostowany, czyli wartosc srednia wyprostowana Iow.

Ze skryptu, wlasnych rozwazan, bierzemy wzor: Xow = 2Xm/Pi, czyli

Iow = 2√2/Pi * Usk/(Rv + Rd).

W takim przypadku Iow musi byc rowne pradowi zakresowemu Iz.

Iz = 2√2/Pi * Usk/(Rv + Rd)

Iz*Rd = 2√2/Pi * Usk - Iz*Rv

Rd = 2√2/Pi * Usk/Iz - Rv

4. Teoretyczna charakterystyka przetwarzania woltomierza

Os X: wolty [0 - Uz]

Os: Y ampery [0 - Iz]

Wykres to linia prosta przech przez (0,0) i (Uz, Iz)

II. (B) Projekt woltomierza wartości szczytowej, wywzorcowanego do pomiaru wartości skutecznej napięcia sinusoidalnego

Mamy: woltowierz, opornik dekadowy, jeden z prostownikow szczytowych i musimy z tego calego badziewia zrobic cos co pokaze wartosc skuteczna napiecia sygnalu na wejsciu.

Tak ma wygladac schemat tego woltomierza.

1. Schemat zaprojektowanego układu pomiarowego

2. Wykaz przyrządów

R - rezystor dekadowy, typ ........................., nr .........................

V - woltomierz magnetoelektryczny, typ ........................., nr .........................

UB 081 - wkładka UB 081 realizująca wybrany prostownik szczytowy

3. Obliczenia

Kazdy zespol mial inne dane, moj takie:

• Uz=3V(napiecie zakresowe powstalego woltomierza)

• Uv=3V(napiecie zakresowe uzytego woltomirza)

• woltomierz ma byc wrazliwy na skladowa stala

• stala rozladowania kondensatora ma byc mniejsza od 20ms

Krok 1: gdy ma byc wrazliwy na skladowa stala to nalezy wybrac jako prostownik ten z polaczeniem szeregowym(ten z rownoleglym usuwa skladowa stala).

Jezeli na wejsciu ma byc maksymalnie napiecie skuteczne Uz=Usk=3V, to oznacza, ze jego wartosc szczytowa (zgodnie ze skryptem, calkami, etc dla ksztaltu sygnalu sinusoidalnego) bedzie Um=√2 Usk

Prostownik wartosci szczytowej w ukł szeregowym protsuje sygnal w taki sposob(zgodnie z zalozeniami bezstratnie), ze na wyjsciu z prostownika jest napiecie stale rowne Um=√2 Usk, czyli w moim przypadku Um=3√2 V.

Czyli w obwodzie woltomierz-opornik jest jakies stalenapiecie. Teraz opor trzeba dobrac tak, zeby na woltowmierzu odkladalo sie maksymalnie Uv.

W obwodzie stale napiecie, wiec woltomierz V mierzy dokladnie to napiecie.

No to wychodzi:

Um = Urd + Uv => Urd = Um - Uv

I = Um/(Rd + Rv)

Rd = Urd/I = [Um - Uv]/[Um(Rd + Rv)] = [1 - Uv/Um](Rd + Rv)

Rd = Rd - Uv/Um*Rd + Rv - Uv/Um*Rv

Rd * Uv/Um = Rv[1 - Uv/Um]

Rd = Rv [Um/Uv - 1] = Rv [√2 Usk/Uv - 1] = Rv [√2 3V/3V - 1] = Rv [√2 - 1]

O ile pamietam dla moich danych Rv=1000 Ohm/Vzakresu * 3Vzakresowe= 3kOhm

czyli Rd = 1242 Ohm

Czyli taka wartosc trzeba ustawic teoretycznie na Rd zeby wszystko gralo.

W tym pkcie trzeba jeszcze policzyc pojemnosc kondensatora Cx.

t=RC , gdzie R - obciazenie zewnetrzne prostownika, czyli R = Rv + Rd, a t ma byc miejsze od danego przez prowadzacego (my mielismy 20ms).

t > R*Cx

t/(Rv + Rd) > Cx

20ms/4242Ohm > Cx

47,6 μF > Cx

Po wyliczeniu tej pojemnosci trzeba znalezc taki kondensator w pudelku i dolaczyc do prostownika na plytce w srodku.

Tu podpunkt 5.5.3b sie konczy. Jesli to mialby byc woltomierz niewrazliwy na skladowa stala, to ja proponowalbym uzyc prostownika szczytowego rownoleglego - on przesuwa sygnal do osi 0, czyli wtedy woltomierz mierzylby wartosc srednia napiecia z wyjscia prostownika, czyli 1/2*2Umax_zmiennego, czyli wszystkie obliczenia zostaja tak samo ja byly.

• III. Badanie właściwości zaprojektowanego woltomierza

5.5.4

a) zbudowanie woltomierza - ...

1. Schemat woltomierza

2. Wykaz przyrządów

Gen - generator napięć sinusoidalnych GNS 002

V - woltomierz cyfrowy napięcia zmiennego typ ......................., nr ..........................

C - zmienne kondensatory prostowników szczytowych wartości

UB - zaprojektowany woltomierz z punktu II.

3. Kalibracja zbudowanego woltomierza

Teraz trzeba sprawdzic czy wszystko dziala jak powinno, tzn ustawic na generatorze napiecie zakresowe i sprawdzajac na cyfrwym mierniku. Zbudowany woltomierz powinien pokazac za mala wartosc, poniewaz obliczenia czynione wczesniej sa przy idealnych zalozeniach. Wiec nalezy tak zmniejszyc opor Rd na dekadzie, aby przy Uz=3V nasz woltomierz pokazywal max wartosc. U mnie to chyba bylo Rd'=70Ohm (przy 1,2KOhm w teorii :).

4. Rzeczywista charakterystyka przetwarzania woltomierza

Wyznaczyc charakterystyke - czyli po pierwsze koniecznie zrobic tabelke i badac co pokazuje nasz woltomierz gdy ten cyfrowy pokazuje odpowiednio 0, 0.5, 1, 1.5 ... - do Uz. Oczywiscie pokazuje nie do konca to co powinien - to badziewie, ale nalezy wszystko zapisac do tabelki. Jednostki z woltomierza cyfrowego to musza byc wolty, a jednostki z naszego woltomierza to maja byc dzialki - nie wolty!

Lp.	U1	U2	U3	DU	dU
	[V]	[dz.]	[V]	[V]	[%]
1.
2.
3.
4.
5.

U₁ - wskazanie woltomierza cyfrowego (wartość rzeczywista napięcia wejściowego)

U₂ - wskazanie zbudowanego woltomierza ( w działkach)

U₃ - wskazanie zbudowanego woltomierza ( w woltach)

DU- różnica pomiędzy wartościami U₁ i U₂

Wykres:

Uzupelniwszy tabelke rysujemy wykres Uzbudowanego=f(Uprawdziwe) - Uzbudowanego ma byc wyrazone w Dz . Powinna wyjsc taka krzywa wygieta jak x^2 tylko o mniejszym nachyleniu znacznie, ale tej postaci.

Na tym samym rys trzeba narysowac tez teoretyczna poprawna charakterystyke przetwarzania U(U), czyli prosta y=x.

Wyjasnic skad sie biora roznice: napisac ze to wynika z roznych strat podczas prostowania, oporach na diodzie, napiecia progowego, etc.

5. Podziałka zaprojektowanego woltomierza:

Podzialka sporzadzonego woltomierza: odczytujac z wykresu/tabelki napisac dla ilu dzialek sa jakie napiecia. Np:

6. Mierzenie sygnalu

Dodatkowo mielismy tez zmierzyc jakies napiecie nowym woltomierzem i policzyc blad. Zmierzyc to wiadomo jak, a blad policzylem jako sume dwoch bledow wzgledych - blad odczytu - tj 0.2Dz/x + blad ekstrapolacji odrecznej krzywej wykresu miedzy punktami, ktory okreslilem na 5%. Nie wiem czy to jest wzorowe rozwiazanie, ale zadzialalo.

7. Charakterystyka błędu nieliniowości

Tego nie jestem pewny. Sochon opowiadal cos o tym, ze mozna to wyrazac jako np. wielkosc pola miedzy krzywa przetwarzania teoretyczna a rzeczywista wykresu lub przez max odleglasc miedzy tymi liniami lub przez max roznice nachylen wykresow?!?!

UB 081

R

V

GEN

UB 071

X

Y

OSC

Rd

V

Uv=3V

0 Dz

15 Dz

30 Dz

3 V

1.2 V

0 V

Urd=?

---