background image

SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM MIERNICTWA ELETRONICZNEGO 

Numer grupy 

Temat ćwiczenia 

Pomiar napięcia stałego przyrządami analogowymi i 

cyfrowymi   

Numer ćwiczenia 

Data wykonania 

ćwiczenia 

23.04.2014 

Termin zajęć 

Środa, godz. 11

15

-13

00

 

Data oddania 

sprawozdania 

26.04.2014 

Wersja 

Skład grupy 

Prowadzący 

Ocena 

Trocki Piotr, 214895 

Adrian Koszowski, 208676 

 

mgr inż. Kamil Płachta 

 

 

Cel ćwiczenia: 

 

Poznanie i badanie zachowania podstawowej wielkości, czyli napięcia dla różnych 

parametrów woltomierza analogowego i cyfrowego, sprawdzenie dla jakich warunków 
powinna przebiegać prawidłowa eksploatacja tego urządzenia. Celem również jest poznanie 
zagadnienia błędu pomiaru oraz jego eliminacja, by otrzymane wyniki były jak najbardziej 
dokładne.   

Wstęp teoretyczny: 

 

Na wstępie chciałbym omówić czym jest napięcie elektryczne. Jest to jedna z 

podstawowych jednostek wielkości elektrycznych. Symbolem tej wielkości jest U i wyraża 
się ja w Voltach [V]. W encyklopedii możemy wyczytać, że jest to różnica potencjałów 
między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub że jest to stosunek pracy wykonanej 
podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami. Pomiar tej jednostki dokonuje 
się za pomocą amperomierza, który cechuje się wysoką rezystancją wewnętrzną( rezystancja 
równa nieskończoności występuje tylko w „idealnym”  woltomierzu). Punkt o potencjale 
wyższym oznacza się „+” natomiast o potencjale niższym „-”. Na rysunku rysuję się strzałkę, 
której grot pokazuje punkt o wyższym potencjale. By zmierzyć napięcie na danym obwodzie 
należy podłączyć do niego woltomierz równolegle. Tym przyrządem możemy również 
mierzyć napięcie na danych zaciskach źródła napięcia oraz tzw. spadek napięcia na 
elementach przez które płynie prąd w obwodzie. Zależność pomiędzy spadkami napięć i 
siłami elektromotorycznymi w obwodach elektrycznych opisuje drugie prawo Kirchhoffa. 
Wyróżniamy 5 rodzajów woltomierzy: magnetoelektryczne, elektromagnetyczne, 
elektrodynamiczne, elektrostatyczne, cyfrowe.  

background image

Spis przyrządów: 

1.  Zasilacz stabilizowany DF 1730SB3A, 

2.  Multimetr LG DM 441B, ± (0,1% + 4 dgt), 

3.  Opornik dekadowy DR 4b-16 klasa 0.05 

4.  Dzielnik rezystancyjny 1 kΩ  1 MΩ 

5.  Woltomierz analogowy klasy 0,5 

 

Przebieg Ćwiczenia: 

Pomiar napięcia idealnego 

Pierwszym ćwiczeniem, które wykonaliśmy do badania napięcia prądu stałego polegało na 
tym, że do zasilacza który generuje E=5[V] zostaje podłączony równolegle woltomierz. W 
pierwszej kolejności był analogowy. Odczytywane wartości znajdowały się na przedziałach 
od 0,15 do 750 [V].   

 

Tabele poniżej przedstawiają wyniki pomiarów:  

U

Vzakr

 

U

V

 

0.15-3 

Brak * 

7,5 

5,03 

15 

5,025 

30 

5,025 

75 

150 

300 

750 

Tabela 1.  Pomiar napięcia na różnych zakresach woltomierza analogowego 

background image

 

Opis tabeli: 

U

Vzakr

 – zakres woltomierza. 

U

V

 – napięcie wskazywane przez woltomierz. 

*- Wskazówka woltomierza znajdowała się poza zakresem. 

 

Następnie tą samą czynność wykonaliśmy dla woltomierza cyfrowego. 

U

Vzakr

 

U

V

 

0,1 do 1 

Brak * 

10 

100 

5,02 

1000 

5,2 

Tabela 2.. Pomiar napięcia na różnych zakresach woltomierza cyfrowego 

 

Opis tabeli: 

U

Vzakr

 – zakres woltomierza. 

U

V

 – napięcie wskazywane przez woltomierz. 

*- Wskazówka woltomierza znajdowała się poza zakresem 

background image

Pomiar napięcia rzeczywistego 

Następnym ćwiczeniem było podobne do pierwszego, lecz do powyższego układu dodany 
został równolegle opornik dekadowy. Podane napięci było mierzone na amperomierzu 
analogowy, którego zakres był stały i wynosił on 7,5[V]. Natomiast dla woltomierza 
cyfrowego wynosił on 10[V]. 

 

 

 

Tabele poniżej przedstawiają wyniki pomiarów i obliczeń: 

 

  

R

W

 

U

V

 

R

V

 

∆r 

a[%] + n 
dgt 

∆ U

V

 

δ U

V

 

U

V

 ±∆ U

V

 

L.p

[Ω] 

[V] 

[Ω] 

[V] 

[V] 

[%] 

[V] 

9990000  0,005 

0,1 + 4 

0,009 

0,18 

5±0,009 

50 

9990000  0,005 

0,1 + 4 

0,009 

0,18 

5±0,009 

500 

9990000  0,005 

0,1 + 4 

0,009 

0,18 

5±0,009 

750 

4,99 

9990000  0,00499 

0,1 + 4 

0,00899 

0,18016  4,99±0,00899 

1000 

4,99 

9990000  0,00499 

0,1 + 4 

0,00899 

0,18016  4,99±0,00899 

2000 

4,999 

9990000  0,004999  0,1 + 4 

0,008999  0,18001

4,999±0,00899 

3000 

4,998 

9990000  0,004998  0,1 + 4 

0,008998  0,18003

4,998±0,00898 

4000 

4,998 

9990000  0,004998  0,1 + 4 

0,008998 

0,18003

4,998±0,00898 

background image

5000 

4,997 

9990000  0,004997  0,1 + 4 

0,008997  0,18004

4,997±0,008997 

10 

6000 

4,997 

9990000  0,004997  0,1 + 4 

0,008997  0,18004

4,997±0,008997 

11 

7000 

4,996 

9990000  0,004996  0,1 + 4 

0,008996  0,18006

4,996±0,008996 

12 

8000 

4,996 

9990000  0,004996  0,1 + 4 

0,008996  0,18006

4,996±0,008996 

13 

9000 

4,995 

9990000  0,004995  0,1 + 4 

0,008995  0,18008  4,995±0,008995 

14 

10000 

4,995 

9990000  0,004995  0,1 + 4 

0,008995  0,18008  4,995±0,008995 

 Tabela 3. Pomiar napięcia na różnych zakresach opornika dekadowego przy użyciu woltomierza cyfrowego 

 

Opis tabeli: 

R

W

 – rezystancja wewnętrzna źródła  

U

V

 – napięcie wskazywane przez woltomierz. 

R

V

 – rezystancja wewnętrzna woltomierza. 

a[%] + n cyfr – dokładność woltomierza podana przez producenta. 
∆p – błąd podstawowy. 
∆d – błąd dyskretyzacji. 
∆r – rodzielczość. 
n – liczba cyfr. 

Obliczenia i wzory 

%

100

*

*

100

%

V

V

V

v

U

U

U

r

n

d

a

p

d

p

U

U

 

[%]

18

.

0

100

*

5

009

.

0

]

[

009

.

0

004

.

0

005

.

0

]

[

004

.

0

001

,

0

*

4

]

[

004999

.

0

100

999

,

4

*

1

.

0

V

V

U

V

U

V

d

V

p

 

background image

 

Podana poniżej tabela przedstawia wyniki pomiarów woltomierza analogowego 

 

  

R

W

 

U

V

 

∆ U

V

 

δ U

V

 

U

V

 ±∆ 

U

V

 

L.p. 

 [Ω] 

[V] 

[V] 

[%] 

[V] 

5,03 

0,02515 

0,503 

5,03 

50 

0,025 

0,5 

100 

4,97 

0,02485 

0,497 

4,97 

250 

4,9 

0,0245 

0,49 

4,9 

500 

4,71 

0,02355 

0,471 

4,71 

750 

4,59 

0,02295 

0,459 

4,59 

1000 

4,45 

0,02225 

0,445 

4,45 

2000 

0,02 

0,4 

3000 

3,61 

0,01805 

0,361 

3,61 

10 

4000 

3,29 

0,01645 

0,329 

3,29 

11 

5000 

3,02 

0,0151 

0,302 

3,02 

12 

6000 

2,8 

0,014 

0,28 

2,8 

13 

7000 

2,61 

0,01305 

0,261 

2,61 

14 

8000 

2,45 

0,01225 

0,245 

2,45 

15 

9000 

2,3 

0,0115 

0,23 

2,3 

16 

10000 

2,16 

0,0108 

0,216 

2,16 

 Tabela 4. Pomiar napięcia na różnych zakresach opornika dekadowego przy użyciu woltomierza analogowego klasy 0,5 

 

Opis tabeli: 

R

W

 – rezystancja wewnętrzna źródła  

U

V

 – napięcie wskazywane przez woltomierz. 

 

background image

Obliczenia i wzory 

%

100

*

100

*

V

V

V

v

U

U

U

U

kl

U

 

5

,

0

%

100

*

5

025

,

0

025

,

0

100

5

*

5

,

0

V

U

U

 

 

Pomiar napięcia na dzielniku 

Następnym ćwiczeniem był pomiar stałej dzielnika k na dzielniku napięcia oraz zachowania 
napięcia na tym urządzeniu. Pomiar był dokonywany przy użyciu woltomierza cyfrowego. Na 
wejściu dzielnika było 5[V]. 

 

Schemat pomiarowy 

 

 

 

 

background image

Wyniki przedstawiono w tabeli  

  

U

V

 

U

VV

 

∆ U

V

 

δ U

V

 

U

V

 ±∆ U

V

 

L.p. 

 

[V] 

[V] 

 

[V] 

[%] 

[V] 

Nie 
istnieje 

0,496 

0,5 

10,08065  0,004 

0,806452 

0,496 

0,984 

5,081301  0,016 

1,626016 

0,984 

1,469 

1,5 

3,403676  0,031 

2,110279 

1,469 

1,953 

2,560164  0,047 

2,406554 

1,953 

2,439 

2,5 

2,050021  0,061 

2,501025 

2,439 

2,93 

1,706485  0,07 

2,389078 

2,93 

3,428 

3,5 

1,458576  0,072 

2,10035 

3,428 

3,937 

1,270003  0,063 

1,600203 

3,937 

10 

4,46 

4,5 

1,121076  0,04 

0,896861 

4,46 

11 

10 

 

Opis tabeli: 

U-napięcie wejściowe wynoszące 5[V] 
R

W

 – rezystancja wewnętrzna źródła  

U

V

 – napięcie wskazywane przez woltomierz. 

U

VV

– napięcie idealne 

K- przekładnia dzielnika 
n- stopień podziału 

Obliczenia i wzory: 

n

U

U

U

U

K

U

U

U

U

VV

V

V

V

V

V

VV

U

*

*

1

,

0

%

100

*

U

 

background image

]

[

5

,

2

5

*

5

*

1

,

0

*

*

1

,

0

2,560164

953

,

1

5

%

41

,

2

%

100

*

953

,

1

047

,

0

]

[

047

,

0

953

,

1

2

V

n

U

U

U

U

K

U

V

U

VV

V

V

 

 

Wnioski: 

 

Poprzez podłączenie amperomierza do obwodu pomiar został obarczony błędem. 

Oczywiście możemy pozbyć się tego błędu, ale tylko w wszelakiego rodzaju formułach 
matematycznych lub w woltomierzu idealnym, który nie istnieje. W rzeczywistych 
warunkach błąd pomiaru będzie zawsze obecny i jedynie co możemy z nim zrobić to starać 
się, by był jak najmniejszy. Zauważamy że błąd w woltomierzu cyfrowym jest mniejszy niż 
błąd w woltomierzu analogowym. Spowodowanie jest to tym, że  woltomierz cyfrowy ma 
większą rezystancję wewnętrzną niż woltomierz analogowy. Dla woltomierza analogowego 
również można zauważyć ciekawą rzecz. Otóż wraz ze wzrostem rezystancji znacznie maleją 
wskazania woltomierza. Dzieje się tak, ponieważ przyrząd ten ma mała rezystancję 
wewnętrzną  w porównaniu do rezystancji źródła. Natomiast w woltomierzu cyfrowym 
wahanie te są minimalne i dla naszych warunków i potrzeb możemy je pominąć. Minimalne 
waha w woltomierzu cyfrowym spowodowane są tym, że 

 

gdy rezystancja wewnętrzną źródła 

jest duża to dla rezystancji odkładana jest część napięcia powodując w ten sposób 
zmniejszanie się napięcia. Nazywamy to spadkiem napięcia na odbiorniku, czyli w naszym 
przypadku na woltomierzu. Duża rezystancja powoduje, że napięcie na wyjściu maleje 
dlatego bardzo ważna jest rezystancja wewnętrzną woltomierza, ponieważ ona znacząco 
wpływa na błąd. Widzimy, że w tym przypadku woltomierze cyfrowe są o wiele lepsze do 
woltomierzy analogowych, ponieważ obarczone są mniejszym błędem pomiarowym. W 
urządzeniu analogowym mam również do czynienia z błędem systematycznym, który polega 
na tym, że nasze oko nie jest doskonałym narządem i możemy omylnie odczytać błędną 
wartość. Na przyrządy analogowe otoczenie może również wpływać na błąd pomiaru.  
 

Kolejnym urządzeniem, które dołączyliśmy do układu był dzielnik napięcia. Dzięki 

temu urządzeniu można mierzyć wyższe napięcia na miernikach o niższych zakresach 
pomiarowych. Pomiar był dokonywany na wyjściu urządzenia oraz woltomierzem cyfrowym, 
ponieważ błąd metody dla urządzenia analogowego byłyby bardzo duży. Dzięki temu 
obliczona została stała K, czyli stosunek napięcia wejściowego do napięcia wyjściowego. 
Wraz ze wzrostem n stała K maleje, co oznacza że najdokładniejszy pomiar uzyskano dla 
n=10.