Ćwiczenie 14. Sprawdzanie przyrządów analogowych i cyfrowych. Program ćwiczenia:

Transkrypt

1 Ćwiczenie 14 Sprawdzanie przyrządów analogowych i cyfrowych Program ćwiczenia: 1. Sprawdzenie błędów podstawowych woltomierza analogowego 2. Sprawdzenie błędów podstawowych amperomierza analogowego 3. Sprawdzenie błędów woltomierza cyfrowego Wykaz przyrządów: zasilacz stabilizowany napięcia stałego NDN multimetr cyfrowy wzorcowy RIGOL DM3058E multimetr analogowy sprawdzany UM 3a woltomierz cyfrowy tablicowy sprawdzany V628 rezystor suwakowy 16 Ω, 4A 2x dzielnik napięcia DNa 18 Literatura: [1] Zatorski A., Sroka R., Podstawy metrologii elektrycznej, Wydawnictwo AGH, Kraków 2011 [2] Zatorski A. Podstawy Metrologii i techniki eksperymentu. Wyd. AGH, Skrypt SU 1685, Kraków, 2006 [3] Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A. Metrologia elektryczna. WNT, Warszawa 1979, 1991, 1994, 2009 [4] Tumański S., Technika pomiarowa, Wydawnictwa Naukowo Techniczne, 2007, Warszawa Załączniki: Nr 1. Wyciąg z instrukcji obsługi multimetru RIGOL DM3058E Nr 2. Wyciąg z instrukcji obsługi woltomierza V628 Zakres wymaganych wiadomości do testu: budowa i zasada działania przyrządów analogowych magnetoelektrycznych, magnetoelektrycznych z prostownikiem i elektromagnetycznych, pomiar przyrządem analogowym; pojęcia: klasy, skali, podziałki, działki elementarnej; regulacja napięcia i prądu, budowa i zasada działania przyrządów cyfrowych, pomiar przyrządem cyfrowym; pojęcia: liczby cyfr znaczących, rozdzielczości, czułości, wyznaczanie i obliczanie błędów granicznych w pomiarach przyrządem analogowym i cyfrowym 1

2 Celem ćwiczenia jest poznanie techniki pomiarowej sprawdzania elektrycznych przyrządów pomiarowych. Przez sprawdzenie przyrządu należy rozumieć weryfikację, czy jego błędy podstawowe nie są większe od deklarowanych np. przez producenta. Prawna kontrola metrologiczna ma istotne znaczenie w przyrządach przeznaczonych między innymi do ochrony zdrowia i życia oraz stosowanych podczas rozliczeń towarów i usług. 1. Sprawdzenie błędów podstawowych woltomierza analogowego Przyrządem wzorcowym we wszystkich punktach tego ćwiczenia będzie multimetr RIGOL DM3058E. Wyciąg z dokumentacji technicznej tego multimetru jest załącznikiem nr 1 do niniejszej instrukcji. Z przedstawionej dokumentacji wynika że przyrząd ten spełnia wszystkie wymagania wymienione w instrukcji Głównego Urzędu Miar (GUM). Na zakresie DC V przyrząd ten mierzy z błędem granicznym ±(0.015% wartości mierzonej % zakresu). Przyrządem sprawdzanym w tym punkcie będzie przyrząd magnetoelektryczny z prostownikiem, multimetr UM 3a na zakresie V z = 6 V prądu stałego. Klasa tego przyrządu, deklarowana przez producenta wynosi 1. Maksymalny błąd bezwzględny (wartość bezwzględna) tego woltomierza można policzyć ze wzoru: max = ( kl. V z ) / ) Połączyć układ według schematu z rysunku 1. V b V w Rys. 1. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania błędu podstawowego woltomierza napięcia stałego. V b woltomierz badany; V w woltomierz wzorcowy 2) Przyrząd wzorcowy ustawić w tryb pomiaru napięcia stałego na zakresie 20 V, a multimetr badany w tryb pomiaru napięcia stałego na zakresie 15 V. 3) Włączyć wyjście zasilacza. Regulując napięcie na zasilaczu uniwersalnym (pokrętło fine i voltage) wskazówkę woltomierza badanego nastawić na ocyfrowane działki (wartości W m ) i odczytać odpowiadające im wartości na woltomierzu wzorcowym (wartości W w ). Pomiary należy wykonać przy zwiększaniu i zmniejszaniu napięcia. Uzyskane wyniki należy umieścić w tabeli sprawozdania. 4) Wyłączyć wyjście zasilacza NDN. 5) Na podstawie wykonanych pomiarów należy sporządzić wykres poprawek i obliczyć czy błąd podstawowy badanego woltomierza uprawnia do stwierdzenia, że przyrząd spełnia warunki klasy Δ max (kl V z )/100 Przykładowe zagadnienia do opracowania wniosków: Co jest celem sprawdzania przyrządów? Jakie są zasady sprawdzania woltomierzy analogowych? Czy badany woltomierz spełnia wymagania dokładności deklarowane przez producenta? 2

3 2. Sprawdzenie błędów podstawowych amperomierza analogowego Przyrządem wzorcowym jest multimetr RIGOL DM3058E. Wyciąg z dokumentacji technicznej tego multimetru jest Załącznikiem nr 1 do niniejszej instrukcji. Z przedstawionej dokumentacji wynika, że przyrząd ten spełnia wszystkie wymagania wymienione w instrukcji GUM. Na zakresie DC A przyrząd ten mierzy z błędem granicznym ±(0.17% wartości mierzonej % zakresu). Przyrządem sprawdzanym w tym punkcie będzie przyrząd magnetoelektryczny z prostownikiem, multimetr UM 3a na zakresie 1,5 A. Klasa tego przyrządu, deklarowana przez producenta, wynosi 1. Maksymalny błąd bezwzględny (wartość bezwzględna) tego woltomierza można policzyć ze wzoru: max = ( kl I z ) / 100 1) Upewnić się, że wyjście zasilacza NDN jest wyłączone, a następnie połączyć układ według schematu z rysunku 2. A b A b R Rys. 2. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania błędu podstawowego amperomierza prądu stałego. R rezystor suwakowy 16 Ω, A b amperomierz badany, A w amperomierz wzorcowy 2) Przyrząd wzorcowy ustawić w tryb pomiaru prądu stałego na zakresie 2 A, a multimetr badany w tryb pomiaru prądu stałego na zakresie 1.5 A. 3) Na zasilaczu NDN pokrętłem current ustawić ograniczenie prądowe na wartość 1.6 A, a napięcie na 3V i upewnić się, że rezystor suwakowy R jest podłączony na regulację rezystancji. 4) Włączyć wyjście zasilacza. Regulując wartość rezystancji R należy tak zmieniać wartość prądu w obwodzie aby wskazówkę amperomierza badanego nastawiać na ocyfrowane działki (wartości W m ) i odczytywać odpowiadające im wartości na amperomierzu wzorcowym (wartości W w ). W razie trudności z ustawieniem odpowiedniej wartości prądu, regulację precyzyjną można zrealizować za pomocą zmiany napięcia na zasilaczu (pokrętło fine i voltage). Pomiary należy wykonać przy zwiększaniu i zmniejszaniu prądu. Uzyskane wyniki należy umieścić w tabeli sprawozdania. 5) Wyłączyć wyjście zasilacza. 6) Na podstawie pomiarów należy wykonać wykres poprawek i obliczyć czy błąd podstawowy badanego amperomierza uprawnia do stwierdzenia, że przyrząd spełnia warunki klasy Δ max (kl I z )/100 3

4 3. Sprawdzanie błędów podstawowych woltomierza cyfrowego prądu stałego Przyrządem wzorcowym jest multimetr RIGOL DM3058E. Wyciąg z dokumentacji technicznej tego multimetru jest Załącznikiem nr 1 do niniejszej instrukcji. Z przedstawionej dokumentacji wynika, że przyrząd ten spełnia wszystkie wymagania wymienione w instrukcji GUM. Na zakresie DC V przyrząd ten mierzy z błędem granicznym ±(0.015% wartości mierzonej % zakresu). W niniejszym ćwiczeniu przyrządem sprawdzanym jest woltomierz cyfrowy tablicowy V628, o zakresie 400 [mv]. Instrukcja użytkowania tego woltomierza jest załącznikiem nr 2 do niniejszej instrukcji. Błąd graniczny tego woltomierza jest określony dwuskładnikowo jako równy ±(0,1% wartości mierzonej + 0,025% wartości zakresowej). Jeżeli błąd przyrządu cyfrowego jest wyrażany za pomocą sumy dwóch składowych: procentu wartości wskazanej x oraz procentu zakresu pomiarowego Zx (a% wskazania +b% zakresu) to wzory obliczeniowe na błędy graniczne pomiaru tym przyrządem (bezwzględny i względny) mają postać: Współczynniki procentowe a i b są podawane przez producenta w dokumentacji technicznej przyrządu. 1) Połączyć układ według schematu z rysunku 3. Na zasilaczu NDN ustawić wartość napięcia na 5 V. 2) Na schemacie, precyzyjną regulację napięcia, zrealizowano poprzez kaskadowe połączenie dwóch dzielników napięcia typu DNa 18. 3) Dobrać zakres przyrządu wzorcowego na 2 V. Zakres przyrządu badanego jest stały i wynosi 0,4 V. 4) Włączyć wyjście zasilacza. Pomiaru należy dokonać regulując napięcie dzielnikami w taki sposób, aby nastawić następujące wskazania na wyświetlaczu woltomierza badanego (V b ): 0001, 0003, 0005, 0007, 0009, 0010, 0030, 0050, 0070, 0090, 0099, 0100, 0300, 0500, 0700, 0900, 0999, 1000, 2000, 3000, 3999 i odczytywać odpowiadające im wartości napięcia na woltomierzu wzorcowym (V w ). R 1 R 2 V b V w Rys. 3. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania błędu podstawowego woltomierza cyfrowego napięcia stałego. R 1 dzielnik napięcia DNa 18, R 2 dzielnik napięcia DNa 18, V b woltomierz badany; V w woltomierz wzorcowy 5) Pomiary należy powtórzyć przeciwnej polaryzacji. Uzyskane wyniki należy umieścić w tabeli sprawozdania. 4

5 6) Na podstawie wykonanych pomiarów należy obliczyć błąd woltomierza w postaci: ±(a % wartości mierzonej +b % zakresu) gdzie: a = max ( Δ/V b 100% ), b = (max Δ / Z Vb ) 100% i sprawdzić czy tak obliczony błąd podstawowy badanego woltomierza uprawnia do stwierdzenia, że przyrząd spełnia warunki niepewności pomiaru określone przez producenta. 5