Sprawozdanie z ćwiczenia na temat. Badanie dokładności multimetru cyfrowego dla funkcji pomiaru napięcia zmiennego

Transkrypt

1 Szablon sprawozdania na przykładzie ćwiczenia badanie dokładności multimetru..... ================================================================== Stronę tytułową można wydrukować jak podano niżej lub skorzystać z pieczątki dostępnej w laboratorium zawierającej w innym układzie te same dane. ================================================================================ Laboratorium Podstaw Miernictwa (elektrycznego) Sprawozdanie z ćwiczenia na temat Badanie dokładności multimetru cyfrowego dla funkcji pomiaru napięcia zmiennego Semestr... (np. elektroniki, automatyki) Grupa... Wykonał zespół... w składzie Oceny 1. Kowalski Jan Rok akademicki 00.../00...

2 1. Dane o zastosowanych przyrządach Multimetr badany typu..., firmy... nr fabryczny... Podstawowe funkcje pomiarowe i podzakresy: napięcie stałe o podzakresach , napięcie przemienne o podzakresach....., (inne funkcje ) Charakterystykę dokładnościową badanego multimetru podaną przez wytwórcę dla funkcji pomiaru napięcia przemiennego przedstawiono w Tablicy 1. Tablica 1. Dane o dokladności badanego multimetru typu... w warunkach odniesienia (przez rok od sprawdzenia) dla funkcji pomiaru napięcia przemiennego L.p. Zakres Pasmo częstotliwości w khz Błąd dopuszczalny jako ±(%wsk. + %zakr). W badanym multimetrze funkcję pomiaru napięcia przemiennego zrealizowano stosując przetwornik pomiarowy prostownikowy napięcia przemiennego na napięcie stałe i pomiar napięcia stałego. Schemat zastosowanego przetwornika przedstawiono na rysunku (rys. 1). Ze schematu widać, że w pętli sprzężenia wzmacniacza operacyjnego zastosowane jest dwupołówkowe prostowanie (dwie diody w dwu równoległych gałęziach o przeciwnych biegunowościach), natomiast wyjście przetwornika wyprowadzone jest na filtr z jednej z gałęzi równołegłych jako spadek napięcia prądu jednopołówkowego. Wskazanie wartości napięcia skutecznego sinusoidalnego otrzymuje się w multimetrze przeskalowując napięcie stałe mnożnikiem... Dla napięcia niesinusoidalnego powstałby błąd dodatkowy, bo potrzebny współczynnik miałby inną wartość. Rys.1. Schemat przetwornika prostownikowego napięcia przemiennego na napięcie stałe zastosowanego w multimetrze badanym Multimetr wzorcowy typu...., firmy.... Podstawowe funkcje pomiarowe i podzakresy: napięcie stałe o podzakresach , napięcie przemienne o podzakresach....., (inne funkcje ) Dla funkcji prądu przemiennego multimetr realizuje pomiar napięcia skutecznego zgodnie z definicją (w dużym zakresie zmian kształtu przebiegu nie jest wrażliwy na niesinusoidalność). Charakterystykę dokładnościową wzorcowego multimetru dla funkcji pomiaru napięcia przemiennego przedstawiono w Tablicy. Tablica. Dane o dokładności wzorcowego multimetru typu... w warunkach odniesienia po roku od sprawdzenia dla funkcji pomiaru napięcia przemiennego L.p. Zakres Pasmo częstotliwości w khz Błąd dopuszczalny jako (%wsk. + %zakr).

3 Jako źródło napięcia probierczego w ćwiczeniu użyty został generator funkcyjny, a do obserwacji przebiegu stosowanego napięcia oscyloskop.. Badanie dokładności w warunkach odniesienia Jako zakres podstawowy badanego multimetru do badania dokładności wybrano podzakres 1V, ponieważ jest to jeden z najdokładniejszych podzakresów oraz dlatego, że dostępne, największe napięcie skuteczne z generatora wynosiło 7V. Badanie na wyższych podzakresach było niewykonalne. Procedura wykonywanych pomiarów była następująca. Doprowadzonym do zacisków badanego multimetru napięciem wymuszano kolejno wskazania stanowiące ciąg liczb n zwymiarowanych w woltach, gdzie n przyjmowało kolejno wartość 1,, 3...9, 10. Dla każdego wskazania za pomocą multimetru wzorcowego wykonywano pomiar napięcia na zaciskach badanego multimetru. Doświadczenie powtórzono dwukrotnie. Dla wskazań, dla których wyniki nie były dostatecznie powtarzalne, powtarzano pomiar dodatkowo, żeby wyjaśnić, które z wyników są najlepiej powtarzalne i te przeniesiono do sprawozdania. Wyniki i opracowanie wyników przedstawiono w Tablicy 3. Tablica 3. Wyniki badania dokładności multimetru nr fabr.... dla funkcji pomiaru napięcia przemiennego na podzakresie 1V w warunkach odniesienia: temp. otoczenia..., wilgotność..., ciśnienie atmosferyczne...., napięcie sieci zasilającej 0V, częstotliwość 50Hz, napięcie probiercze sinusoidalne o częstotliwości 1000Hz. L.p. A 1 B 1 A B A śr B śr ±δ ±δ dop 1 Objaśnienia A 1, A serie wskazań nastawianych na badanym multimetrze w woltach B 1, B serie wyników pomiaru napięcia na zaciskach badanego multimetru dla odpowiednich wskazań A 1, A. A śr średnia z odpowiadających sobie wskazań A 1, A B śr średnia z odpowiadających sobie wyników pomiarów B 1, B błąd wskazania badanego multimetru jako A śr B śr ±δ niepewność wyznaczenia błędu wskazania równa błędowi dopuszczalnemu multimetru wzorcowego jako ±(%wsk. + %zakr), ponieważ rozrzut odpowiednich A 1, A i B 1, B zignorowano ±δ dop błąd dopuszczalny badanego multimetru jako ±(%wsk. + %zakr). Rys.. Wykres błędu wskazań badanego multimetru na podzakresie 1V w funkcji wskazania:... krzywa błędu podstawowego wskazania;... krzywe (granic) niepewności wyznaczenia błędu wskazania;... krzywe wyznaczające granice błędu dopuszczalnego badanego multimetru. 3

4 Wnioski z wykonanego badania (Orzeczenie) Wersja I. Na podstawie otrzymanych wyników badań stwierdza się, że badany multimetr na podzakresie 1V w warunkach odniesienia spełnia deklarowaną przez wytwórcę dokładność. Wersja II. Ze względu na wyniki sprawdzenia dla wskazań.... nie można jednoznacznie stwierdzić, że badany multimetr na podzakresie 1V w warunkach odniesienia spełnia deklarowaną przez wytwórcę dokładność. Do jednoznacznego rozstrzygnięcia potrzebne byłoby wykonanie dokładniejszych pomiarów (wykonanie sprawdzenia przy użyciu dokładniejszego przyrządu wzorcowego), ponieważ przedział niepewności wyznaczenia błędu podstawowego badanego przyrządu nie mieści się całkowicie w granicach jego błędu dopuszczalnego. 3. Badanie dokładności w funkcji częstotliwości napięcia probierczego Badanie przeprowadzono napięciem probierczym sinusoidalnym o nastawianej częstotliwości. Częstotliwość nastawiano taką, żeby w każdym wyróżnionym w dokumentacji badanego multimetru paśmie częstotliwości znalazło się po kilka, jednostajnie rozmieszczonych, punktów charakterystyki. Napięciem probierczym wymuszano zawsze jednakowe wskazanie V na podzakresie 1 V (tj. takie dla którego wykonano sprawdzenie przy częstotliwości odniesienia 1000Hz), a następnie multimetrem wzorcowym mierzono nastawione napięcia na zaciskach badanego multimetru. Doświadczenie wykonano dwa razy. Wyniki i ich opracowanie zestawiono w Tablicy 4. Tablica 4. Wyniki badania dokładności w funkcji częstotliwości. Pozostałe warunki są warunkami odniesienia. L.p. f w khz U wz1 w V U wz w V U śr ±δ ±δ dop 1 Objaśnienia f - częstotliwość sinusoidalnego napięcia probierczego U wz1, U wz wyniki pomiaru napięcia na zaciskach badanego multimetru, gdy jego wskazanie wynosiło V na podzakresie 1 V U śr średnia wartość napięcia - bład wskazania równy ( U śr ) ±δ - niepewność wyznaczenia błędu wskazania równa błędowi dopuszczalnemu multimetru wzorcowego jako ±(%wsk. + %zakr), ponieważ rozrzut odpowiednich pomiarów zignorowano ±δ dop - błąd dopuszczalny badanego multimetru jako ±(%wsk. + %zakr) dla odpowiedniej częstotliwości. Rys. 3. Wykres błędu badanego multimetru dla wskazania V na podzakresie 1 V w funkcji częstotliwości (pozostałe objaśnienia jak pod rys. ) 4

5 Wnioski z wykonanych badań (Orzeczenie) Wniosek I. Na podstawie wyników badań stwierdza się, że dla wskazania bada-ny multimetr w całym paśmie częstotliwości spełnia (nie spełnia) deklarowaną przez wytwór-cę dokładność, gdy pozostałe warunki są zgodne z warunkami odniesienia Wniosek II. Stwierdza się, że dla danej częstotliwości błąd wskazania V jest o p% większy (mniejszy) niż był przy częstotliwości 1kHz, więc największy błąd występujący dla wskazania X przy częstotliwości 1kHz wzrośnie (zmaleje) o ( X / )p% i pozostanie (nie pozostanie) w granicach błędu dopuszczalnego. W takim przypadku można stwierdzić, że w całym podzakresie 1V i danej częstotliwości badany multimetr zachowuje (nie zachowuje) dokładność deklarowaną przez wytwórcę. (Gdyby dla jakiejś częstotliwości błąd najbardziej wzrósł (zmalał) dla wskazania V, niż był przy częstotliwości 1kHz, to należałoby analogicznie rozpatrzyć wskazanie o największym (najmniejszym ujemnym) błędzie przy częstotliwości 1kHz, czy po przeliczeniu mieści się w granicach dopuszczalnego i orzec o dokładności na zakresie 1 V we wszystkich wyróżnionych pasmach częstotliwości). 4. Badania dokładności przy napięciu niesinusoidalnym Realizowany jest tu program wyłącznie jako ćwiczenie dydaktyczne, ponieważ badany multimetr nie jest przeznaczony do pomiaru napięcia niesinusoidalnego. Napięciem o przebiegu prostokątnym (symetrycznym, tj. o wypełnieniu 50/50% i średniej wartości równej zeru) i częstotliwości 1kHz doprowadzonym do zacisków badanego multimetru wymuszono wskazanie V i zmierzono doprowadzone napięcie za pomocą woltomierza wzorcowego. Otrzymano wynik..... V. Średnia wyprostowana wartość prostokątnego przebiegu napięcia równa się amplitudzie i została w multimetrze badanym przemnożona przez współczynnik skali napięcia skutecznego sinusoidalnego... Dzieląc więc wskazanie V przez współczynnik... otrzymujemy... V...V, tj. liczbę odpowiadającą wskazaniu multimetru wzorcowego. Wartość skuteczna i wartość amplitudy dla badanego przebiegu są takie same, więc liczby powinny być prawie równe. Odejmując błąd podstawowy.... dla wskazania V otrzymujemy jeszcze dokładniejsze spełnienie oczekiwanej równości. Jak wyżej, lecz ten sam cel zrealizowano doprowadzając do zacisków badanego multimetru napięcie o przebiegu trójkątnym. Dzieląc wskazanie V przez... otrzymujemy wartość średnią wyprostowaną V, która dla przebiegu trójkątnego stanowi 0.5 amplitudy, więc amplituda wynosi...=...v. Wartość skuteczna napięcia o przebieg trójkątnym i danej amplitudzie wynosi 1 / 3...V=...V V, tj. prawie równa się wskazaniu multimetru wzorcowego. Odejmując błąd podstawowy.... dla wskazania V otrzymujemy jeszcze dokładniejsze spełnienie oczekiwanej równości. 5