Pomiar napięć i prądów stałych

Transkrypt

1 Ćwiczeie r Pomiar apięć i prądów stałych Cel ćwiczeia: zapozaie z wyzaczaiem parametrów statystyczych sygału oraz określaiem iepewości wyiku pomiaru apięcia i prądu stałego.

2 1. Pomiary wielokrote Pomiary wielokrote wykoujemy w celu otrzymaia wyików opisujących badae zjawisko. Moża wymieić astępujące sytuacje gdzie mamy do czyieia z pomiarami wielokrotymi: - mierzoa wielkość jest stała w czasie wykoywaia pomiarów jedak a skutek przypadkowych i iemożliwych do określeia zjawisk (p. zmiay badaego obiektu, parametrów przyrządów pomiarowych, wpływu otoczeia) wyiki uzyskae z kolejych pomiarów różią się między sobą. Celem tego pomiaru jest określeie błędów przypadkowych i wyzaczeie iepewości pomiaru, - mierzoa wielkość ie jest w czasie wykoywaia pomiarów i ulega zmiaom w sposób przypadkowy. Pomiary mają a celu wyzaczeie parametrów statystyczych badaej wielkości takich jak: wartość średia, odchyleie stadardowe, wartości graicze, - mierzoe są parametrów wielu obiektów o podobych właściwościach różiące się w sposób przypadkowy między sobą. Pomiary wykoywae są w celu oszacowaia parametrów całej serii a podstawie zbadaej określoej próby.. Niepewość pomiaru Teoria iepewości przyjmuje losowy model iedokładości. Wartość prawdziwa 0 x wielkości mierzoej jest rówa wartości oczekiwaej zmieej losowej: 0 x E( xˆ) (1) Dla skończoej liczby pomiarów estymatą wartości oczekiwaej jest średia arytmetycza x : 1 x x i i1 () Miarą iedokładości pomiaru jest iepewość u pomiaru wyzaczoa metodami typu oraz typu B. Niepewość stadardową szacowaą metodą typu tj. u określa estymata odchyleia stadardowego średiej arytmetyczej serii wyików pomiarów: u 1 ( 1) i1 ( x x) i (3) Niepewość rozszerzoa jest rówa: U k( p) (4) u p - poziom ufości k(p) - współczyik rozszerzeia. Jeśli p=0,99 to k(p)=3 a jeśli p=0,95 to k(p)=.

3 Niepewość szacowaą metodą typu B moża wyrazić astępująco: - dla prostokątego rozkładu gęstości prawdopodobieństwa (p. pomiary woltomierzem cyfrowym): x u B max (5) 3 - dla trójkątego rozkładu gęstości prawdopodobieństwa (p. pomiary częstościomierzem cyfrowym): x u B max (6) 6 max x jest błędem maksymalym (graiczym) przyrządu lub przetworika (p. mostka tesometryczego). Wielkość tą moża wyzaczyć a podstawie daych umieszczoych w dokumetacji przyrządu. Niepewość stadardową wypadkową (łączą) określa zależość: u c u u (7) B 3. Opis staowiska R D589 DMM V RS3C komputer PC Rys.1. Uproszczoy schemat staowiska pomiarowego Staowisko wyposażoe jest w multimetr cyfrowy. Multimetr w ćwiczeiu używay jest a zakresie 10V apięcia stałego. W zależości od kofiguracji staowiska zamieie zamiast przedstawioego a schemacie układu z diodą Bad-Gap D589 (1,V) może zostać użyte ogiwo wzorcowe. Multimetr współpracuje z komputerem za pomocą iterfejsu a do tworzeia oprogramowaia wykorzystywae jest środowisko LabView. Do programowaia przyrządu wykorzystyway jest język SCPI. Dokumetacja z poleceiami sterującymi multimetrem będzie dostępa w trakcie wykoywaia ćwiczeia. W zależości od kofiguracji staowiska może zostać użyty multimetr wyposażoy w iterfejs komuikacyjy RS3C lub USB. 4. Wykoaie ćwiczeia 4.1. Uruchomić komputer oraz środowisko LabVIEW Załączyć zasilaie multimetru, skofigurować do właściwego pomiaru (fukcja, zakres pomiarowy). 4.. Dołączyć do właściwych zacisków multimetru badae źródło apięcia. Sprawdzić poprawość wyświetlaego wyiku W środowisku LabVIEW utworzyć owy plik (Blak VI). Zapisać plik pod swoją azwą we wskazaym przez prowadzącego miejscu (domyślie folder Studet) adając mu azwę w

4 postaci rok_grupa_azwisko (p. 015 Kowalski.vi). Po każdej pozytywej modyfikacji programu zaleca się go zapisywać Z palety Express wybrać Istrumet ssistat. Skofigurować port wejściowy zgodie z ustawieiami multimetru w zależości od użytego iterfejsu komuikacyjego. Dodać koleje kroki obsługi multimetru, tak aby multimetr został skofiguroway do pomiaru apięcia stałego z domyślym parametrami i wykoał pomiar tego apięcia a astępie wartość apięcia została odczytaa i przetworzoa do postaci liczbowej (Numeric). Nazwać wartość wyjściową (Toke) jako wyik pomiaru W tworzoej aplikacji dodać elemet pokazujący aktualie zmierzoą wartość (idicator) oraz wyświetlający dotychczas zmierzoe wartości a wykresie (waveform chart). Dostosować zakresy i rozdzielczości aby wyik był wyświetlay z rozdzielczością z jaką mierzoy jest przez multimetr. Opisać wyświetlae wartości (zamiast etykiety label adać odpowiedią azwę dotyczy to każdego umieszczoego a paelu elemetu) Użyć struktury While Loop tak, aby program był zatrzymyway po aciśięciu klawisza STOP a paelu. Dodać elemet wskazujący, który pomiar jest wykoyway od mometu uruchomieia programu. Sprawdzić działaie uruchamiając kilkukrotie program. Zaobserwować jak zachowuje się multimetr w trakcie pomiaru W razie potrzeby z palety Time ad Dialog dodać elemet taktujący pętlę (Waitig util ext multiple) i dodać wartość opóźieia odpowiadającą jedej sekudzie Rozbudować program o wyświetlaie średiej liczoej a bieżąco. Wyik ma być wyświetlay a wskaźiku (idicator) oraz pokazyway a wykresie (waveform chart) Dodać algorytm wyliczający odchyleie stadardowe pomiaru jako pierwiastek z wariacji ( ). N - liczba próbek x i - wartość kolejej próbki N 1 N xi x i (1) N 1 i0 N i Z wyzaczoej wartości odchyleia stadardowego wyliczyć wartość iepewości typu pomiaru i przedstawić ją a wskaźiku z odpowiedią liczba miejsc zaczących Korzystając z daych multimetru cyfrowego rozbudować program o bieżące wyliczaie iepewości typu B i jej wyświetlaie Na podstawie wyliczoej iepewości typu i typu B wyliczyć iepewość całkowitą pomiaru oraz iepewość rozszerzoą i przedstawić ją a wskaźiku Uruchomić program. Zaobserwować jakiego rzędu są iepewości po 10, 50, 100, 00, 300 pomiarach Utworzyć histogram aktualizoway a bieżąco. Jedą z metod jest wykorzystaie tablicy ilości zdarzeń. Poieważ w ćwiczeiu wykorzystyway jest multimetr o dużej rozdzielczości wyiku to ależy ograiczyć wielość tablicy tylko do przedziału obejmującego część wyiku po przeciku. Dla sześciu miejsc po przeciku daje to tablicę o milioie elemetów (p. apięcie 1,59513V będzie ozaczało elemet w tablicy o ideksie 59513). Tablica elemetów ma być a bieżąco aktualizowaa w trakcie pomiarów więc ależy ją umieścić w rejestrze przesuwym (Shift register). Przed rozpoczęciem działaia pętli trzeba utworzyć czystą tablicę (zawierającą elemety 0) o właściwym rozmiarze (Iitlialize array).

5 Do uaktualieia zawartości tablicy potrzeba przeliczyć bieżący wyik pomiaru a ideks, pamiętając o tym, że wykorzystujemy tylko miejsca po przeciku. Przed użyciem liczby jako ideks tablicy zaleca się jej kowersję formatu z DBL a I3. Zwiększeie o 1 wartości komórki o wyzaczoym ideksie w tablicy zwiększy liczbę zdarzeń opisaych jako liczba wystąpień daego wyiku pomiaru w serii pomiarów. Modyfikacja komórek tablicy zgodie z uzyskaymi wyikami pomiarów w całej serii pozwoli a zbudowaie histogramu. Uzupełioą tablicę ależy zaprezetować a wykresie (Waveform graph). Po sprawdzeiu działaia ależy dobrać sposób wyświetlaia daych a wykresie (Commo plot) aby odpowiadał typowi używaemu w przypadku histogramu. Warto także wyłączyć automatycze skalowaie osi X i ograiczyć ręczie zakres wyświetlaych wartości do przedziału, w którym zajdują się mierzoe wartości Korzystając ze zmieej lokalej (Structures - Local) rozbudować program o automatycze skalowaie histogramu, tak aby moża było zaobserwować odchyleie 3 wokół wartości średiej Dodać a wykresie kursory pokazujące wartość średią, -3 i +3. W tym celu ależy a wykresie włączyć wyświetlaie kursorów (Visible items a astępie Cursor leged), utworzyć trzy kursory (Create Cursor -> Free). Każdy z kursorów azwać azwą wartości, do której będzie się odosił (x śr, -3, +3.). Do aktualizacji położeia kursora wykorzystamy jego atrybuty (a wykresie wybieramy Create -> Property Node). Należy określić, który kursor ależy ustawić (ctive Cursor) oraz jaką pozycję ma o przyjąć (Cursor Positio X). Po utworzeiu własości ależy zmieić je a tryb do zapisu (Chage to Write). Dodając koleją własość (dd elemet -> properties) ależy pamiętać, o tym że są oe odczytywae od góry do dołu, więc jako pierwsza ma być odczytaa iformacja, który kursor modyfikujemy a astępie co z im chcemy zrobić (odwrota kolejość będzie prowadziła do wpływaia pozycji jedego kursora a drugi). Literatura 1. Steve W. Smith "Cyfrowe przetwarzaie sygałów. Praktyczy poradik dla iżyierów i aukowców", BTC. Świsulski D. "Komputerowa techika pomiarowa. Oprogramowaie wirtualych przyrządów pomiarowych w LabVIEW" gecja Wydawicza PK, Tłaczała W. "Środowisko LabVIEW w eksperymecie wspomagaym komputerowo" WNT Chruściel M. "LabVIEW w praktyce", BTC Chwaleba., Poiński M., Siedlecki. "Metrologia elektrycza" WNT