Ćw. 1: Wprowadzenie do obsługi przyrządów pomiarowych

Transkrypt

1 Wydział: EAIiE Kierunek: Imię i nazwisko (e mail): Rok: 2018/2019 Grupa: Zespół: Data wykonania: Zaliczenie: Podpis prowadzącego: Uwagi: LABORATORIUM METROLOGII Ćw. 1: Wprowadzenie do obsługi przyrządów pomiarowych Wstęp Celem ćwiczenia jest poznanie obsługi podstawowych przyrządów pomiarowych, takich jak multimetr analogowy i cyfrowy. Sprawozdanie należy wypełnić pismem technicznym. Każdy punkt sprawozdania powinien być wykonany starannie. Wykresy i schematy należy rysować ołówkiem z wykorzystaniem linijki. Szczególną uwagę należy zwrócić na opracowanie wniosków, które powinny być sformułowane na podstawie zdobytej wiedzy wstępnej oraz przeprowadzonych pomiarów. Wnioskiem nie jest opis wykonanych na zajęciach pomiarów! Każdy punkt ćwiczenia powinien zawierać: schemat układu pomiarowego, krótki opis metodyki pomiarów, tabele z wynikami pomiarów i wynikami końcowymi oraz wykresy, obliczenia: wzory i przykład obliczeń, wnioski, wykaz zastosowanych przyrządów. Podstawą wykonania sprawozdania jest instrukcja do ćwiczenia, którą można pobrać ze strony Katedry Metrologii AGH: > dydaktyka > Materiały dla studentów. Program ćwiczenia: 1. Pomiar bezpośredni napięcia stałego multimetrem cyfrowym 2. Pomiar bezpośredni napięcia stałego multimetrem analogowym 3. Pomiar bezpośredni rezystancji metodą dwuprzewodową multimetrem cyfrowym 4. Pomiar bezpośredni rezystancji metodą czteroprzewodową multimetrem cyfrowym 5. Pomiar bezpośredni wartości skutecznej napięcia zmiennego multimetrem cyfrowym 6. Pomiar częstotliwości napięcia zmiennego multimetrem cyfrowym z wykorzystaniem funkcji statystycznych str. 1

2 1. Pomiar bezpośredni napięcia stałego multimetrem cyfrowym a) Schemat Pomiar napięcia U we i U wy Źródło napięcia: zasilacz NDN V in LM317 V ou t Multimetr RIGOL Uwe V ad j Uwy V Płytka Pomiar U Rysunek 1 Pomiar napięcia stałego multimetrem cyfrowym. b) Wyniki pomiarów Tabela 1 Rigol DM3051 U [V ] gr U[V ] gr U Uwe Uwy c) Wzory i przykładowe obliczenia Błąd graniczny bezwzględny i względny pomiaru napięcia obliczamy wg wzorów: gr U... [ V ] gr U... Dla pomiaru napięcia U we na zakresie..... współczynniki a i b wynoszą odpowiednio: a=.., b=....., skąd: gr U... gr U... str. 2

3 d) Wnioski Jakie parametry posiadał użyty multimetr cyfrowy i co one oznaczają (liczba cyfr znaczących, rozdzielczość)? Od czego zależą błędy graniczne pomiarów multimetrem cyfrowym? W jaki sposób poprawnie zapisuje się wynik pomiaru? Jak należy dobrać zakres pomiarowy przyrządu aby minimalizować wartość błędu względnego? e) Wykaz przyrządów i użytych elementów str. 3

4 2. Pomiar bezpośredni napięcia stałego multimetrem analogowym a) Schemat b) Wyniki pomiarów Tabela 2 Lp. klasa UM-3a / UM-4b/UM-5B Z U [V ] [dz.] c U [ V / dz] U [V ] gr U[V ] gr U m Uwe Uwy c) Wzory i przykładowe obliczenia Stałą zakresową przyrządu obliczamy ze wzoru: c U... Dla zakresu pomiarowego Z U...[ V ], oraz liczby działek na podziałce m...[ dz.], stała zakresowa przyrządu wynosi: c U... Na tej podstawie wynik pomiaru napięcia wynosi: str. 4

5 U 1... Błąd graniczny bezwzględny i względny pomiaru napięcia obliczamy wg wzorów: gr U... [ V ] gr U... Podstawiając wartości otrzymujemy:.. d) Wnioski Jaki ustrój pomiarowy posiadał użyty miernik i jakie było jego przeznaczenie (prąd stały czy zmienny)? Na czym polega pomiar z wykorzystaniem przyrządu analogowego (czym różni się od cyfrowego)? Wytłumacz dlaczego dobór zakresu pomiarowego ma duże znaczenie dla otrzymywanej dokładności pomiaru. e) Wykaz przyrządów i użytych elementów str. 5

6 3. Pomiar bezpośredni rezystancji metodą dwuprzewodową multimetrem cyfrowym a) Schemat b) Wyniki pomiarów Tabela 3 UWAGA: Jednostki z odpowiednimi wielokrotnościami wpisać przy wyniku pomiaru Oznaczenie rezystora R. R. R. R Rigol DM3051 Z R R R gr gr c) Wzory i przykładowe obliczenia Błąd graniczny bezwzględny i względny pomiaru rezystancji obliczamy wg wzorów: R gr... [ ] gr R... Dla pomiaru rezystancji R.. na zakresie... współczynniki a i b wynoszą odpowiednio: a=..., b=...., skąd: gr R 1... R 1 gr... str. 6

7 d) Wnioski Na czym polega pomiar rezystancji metodą dwuprzewodową (jakie wielkości tak naprawdę są mierzone w celu wyznaczenia R)? Jakie są zalety i wady pomiaru dwuprzewodowego? Czy tą metodą można mierzyć małe rezystancje o małych wartościach? Od czego zależą błędy graniczne pomiaru rezystancji? Odpowiedzi uzasadnij. e) Wykaz przyrządów i użytych elementów str. 7

8 4. Pomiar bezpośredni rezystancji metodą czteroprzewodową multimetrem cyfrowym a) Schemat b) Wyniki pomiarów Tabela 4 UWAGA: Jednostki z odpowiednimi wielokrotnościami wpisać przy wyniku pomiaru Rigol DM3051 Lp. R 4W grr 4W grr 4W R 2W grr 2W grr 2W 1 c) Wzory i przykładowe obliczenia Błąd graniczny bezwzględny i względny pomiaru rezystancji obliczamy wg wzorów: 4W gr R... [...] gr R 4W... 2W gr R [...]... gr R... 2W Dla pomiaru rezystancji R 1 na zakresie.. współczynniki a i b wynoszą odpowiednio: a=.., b=....., skąd: 4W gr R... gr R 4W... str. 8

9 2W gr R... gr R 2W... Wiedząc, że w celu pomiaru rezystancji o małych wartościach należy stosować metodę czteroprzewodową, można wyznaczyć błąd pomiaru powodowany zastosowaniem niewłaściwej metody dwuprzewodowej (błąd metody). Jego wartości wynoszą: R R 2W 4W R [...] R R 4W R 100 d) Wnioski Na czym polega pomiar rezystancji metodą czteroprzewodową i czym różni się od metody dwuprzewodowej? Kiedy należy stosować metodę czteroprzewodową i jakie są jej zalety? Wytłumacz różnice w wynikach pomiarowych dla tego samego rezystora mierzonego metodą 2W i 4W. e) Wykaz przyrządów i użytych elementów str. 9

10 5. Pomiar bezpośredni wartości skutecznej napięcia zmiennego multimetrem cyfrowym a) Schemat b) Wyniki pomiarów Tabela 5 Lp Rigol DM3051 U rms [V ] gr U rms [V ] gr U rms c) Wzory i przykładowe obliczenia Błąd graniczny bezwzględny i względny pomiaru napięcia obliczamy wg wzorów: gr U... [ V ] gr U... Dla pomiaru napięcia U 1 na zakresie... współczynniki a i b wynoszą odpowiednio: a=.., b=....., skąd: gr U... gr U... str. 10

11 d) Wnioski Co to jest wartość skuteczna napięcia? Jakie są metody jej pomiaru? W jaki sposób jest realizowany pomiar wartości skutecznej we współczesnych multimetrach cyfrowych? Porównaj wartości błędów granicznych dla pomiaru napięcia stałego i wartości skutecznej i wytłumacz obserwowane różnice. e) Wykaz przyrządów i użytych elementów str. 11

12 6. Pomiar częstotliwości napięcia zmiennego multimetrem cyfrowym z wykorzystaniem funkcji statystycznych a) Schemat b) Wyniki pomiarów Tabela 6 Lp. Rigol DM3051 n f [ ] f ave [khz] f max [ khz] min khz 1 2 Obliczanie błędów i niepewności w tego typu pomiarach wykracza poza ramy ćwiczenia i zostanie omówione w ćwiczeniu numer 2. c) Wnioski d) Wykaz przyrządów i użytych elementów str. 12