Elektronika | Felsőoktatás » Tényi V. Gusztáv - Egyenfeszültség- és egyenáram mérése

KANDÓ KÁLMÁN VILLAMOSMÉRNÖKI FŐISKOLAI KAR Műszertechnikai és Automatizálási Intézet MÉRÉSTECHNIKA LABORATÓRIUMI MÉRÉSEK ÚTMUTATÓ 2. sz mérés Egyenfeszültség- és egyenáram mérése Összeállította: Tényi V. Gusztáv Budapest 2005 220/04 BMF - Kandó - MAI 2. sz mérés Méréstechnika laboratórium 1. A mérés célja: A műszerből származó véletlen hiba számítása és ábrázolása a mért mennyiség függvényében. A közvetlen- és differenciamérés összehasonlítása. Az ellenállás értékének megállapítása áram és feszültségmérés útján (1 mérési pontban). A számított eredmény (szorzat, hányados) hibáinak megállapítása. (Szorgalmi feladat: az ellenállás értékének megállapítása az U-I karakterisztika mérése és a közelítő egyenes meghatározása útján). 2. A méréshez szükséges elmélet: Ajánlott témakörök: Méréstechnika jegyzet ( Szerk. Dr Horváth Elek )  A mérési hiba  Hibák

halmozódása matematikai műveletek során Példagyűjtemény A felkészültségét ellenőrző főbb kérdések: 1. Hogyan mérünk feszültséget differencia módszerrel? 2. Hogyan számítható a differencia módszernél a meghatározandó feszültség bizonytalansági tartománya? 3. Milyen jellemzői vannak egy referenciának (pl: itt a kimeneti feszültség értéke, a pontosság, a stabilitás, a tápfeszültségfüggés, a hőmérsékletfüggés)? 4. Hogyan mér ellenállást, ha feszültség- és árammérő áll rendelkezésre? Rajzolja meg a mérés kapcsolási rajzát! 3. Mérési feladatok: 3.1 Előkészítendő feladat: A műszerből származó véletlen hiba számítása és ábrázolása a mért mennyiség függvényében. A műszerek kiválasztása véletlen hiba szemszögéből  Számítsa ki és helyezze el táblázatba (lehetőségei szerint használjon táblázatkezelő programot!) az 5. pont alatt felsorolt különböző típusú feszültségmérő-műszerek

(a műszerből származó) bizonytalansági tartományának (h) alakulását, a mérendő mennyiség (U x )függvényében, egyenfeszültség-mérő üzemmódban, az 1V  U  10V feszültségtartományban.  A számításhoz használja fel a bevezető mérésnél megadott specifikációs adatokat! A méréshatár körültekintő megválasztásával, illetve ha szükséges méréshatár váltással törekedjen arra, hogy a mérési hiba (a műszerből származó) mindig a lehető legkisebb legyen! 2 BMF - Kandó - MAI 2. sz mérés Méréstechnika laboratórium  Ábrázolja az eredményeket, mindhárom műszerre, egy közös ábrában!  Állapítsa meg, hogy a vizsgált tartományon belül, hol, melyik műszerrel érhető el kisebb mérési bizonytalanság! 3.2 Határozza meg az adott kapcsolás elemein a feszültségeket közvetlen méréssel, majd az arra alkalmasakat differenciamódszerrel is! Határozza meg és hasonlítsa össze az egyes módszerekkel a

bizonytalansági tartományokat és adja meg a mérési feltételeket! A mérési feladat első részének terve: A mérés célja: Az 1. sz mérőpanel adott mérési kialakítás (műkapcsolás) pontjain a feszültség értékének megállapítása közvetlen módon, a bizonytalansági tartományok kiszámítása . A mérés elve: A mérőműszerek működési elve A mérés módszere: Összehasonlító módszer A mérési eljárás: a) A mérendő objektum: A feladat elvégzéséhez az 1. sz mérőpanelon állítsa össze az alábbi kapcsolást: R1 = 1 kΩ ; 0,5 W R2 = 10 kΩ ; 0,5 W R3 = 10 kΩ ; 0,5 W   b)  c)   d)  e) f) 1. ábra Mérje meg az összes lehetséges ponton a feszültséget egy analóg és egy digitális műszerrel! Időben egy mérést végezzen! A mérés feltételei, határadatai: (előkészítendő feladat) A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása: Elektromechanikus multiméter: Ganzuniv Digitális multiméter : a

mérőhelyen találhatók közül választható A mérési pont kijelölése: (előkészítendő feladat) A mérési adatok dokumentálásához szükséges táblázat: (előkészítendő feladat) 1. táblázat A mérés adatainak kiértékeléséhez szükséges számítások, elemzések, szempontok: (előkészítendő feladat – lásd 1. sz mérés ) 3 BMF - Kandó - MAI 2. sz mérés Méréstechnika laboratórium A mérés műveleti sorrendje:  (előkészítendő feladat)  .  Adja meg műszerenként a mérési eredményeket a bizonytalanságokkal együtt! Határozza meg, hogy mely pontokon célszerű a differenciamódszerrel mérni és miért? A mérési feladat második részének terve: A mérés célja: Az 1. sz mérőpanel adott mérési kialakítás (műkapcsolás), a fentiek szerint kiválasztott pontjain a feszültség értékének megállapítása differencia módszerrel, a bizonytalansági tartományok kiszámítása . Kirchoff II. törvénye A mérés elve:

A mérés módszere: Differencia módszer A mérési eljárás: a) A mérendő objektum: A feladat elvégzéséhez az 1. sz mérőpanelon már össze állított kapcsolást használja: 2. ábra  A kiválasztott pontokon lévő feszültség mérése, az előző feladatnál használt műszerekkel.  Időben egy mérést végezzen! b) A mérés feltételei, határadatai:  ( előkészítendő feladat ) c) A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása:  Elektromechanikus multiméter: Ganzuniv  Digitális multiméter: a mérőhelyen találhatók közül választható d) A mérési pont kijelölése:  (előkészítendő feladat) e) A mérési adatok dokumentálásához szükséges táblázat: (az előző feladatnál előkészített táblázatot célszerű folytatni!) f) A mérés adatainak kiértékeléséhez szükséges számítások, elemzések, szempontok: A módszert akkor alkalmazhatjuk előnyösen, ha rendelkezésre áll a mérendő feszültséggel

közel azonos értékű, nagy pontossággal (vagy a mérőműszer pontosságánál min. két nagyságrenddel pontosabb) ismert feszültségreferencia. 4 BMF - Kandó - MAI 2. sz mérés Méréstechnika laboratórium A mérés elvi kapcsolása az 3. ábrán látható 3. ábra A műszer fogyasztásából származó korrekció megállapítása: U K u  I m * R gx  d R gx Rv  A mérés bizonytalansági tartományának megállapítása: Ha az U REF feszültségreferencia szembe kapcsolódik a mérendő U x feszültséggel, akkor a műszer az U d különbségi feszültséget méri. Ha az U REF ±H UREF hibával adott, és az U d véletlen mérési hibája: ±H Ud , H ux = ± (H Ud + H UREF ) akkor az U x meghatározásának eredő hibája: A módszer akkor igazán előnyös, ha az U d H ux is igaz. Például:  Közvetlen mérés analóg műszerrel: 3V U xm  2,58 V  1,5%  2,58 V  1,74%  2,58 V  45 mV 2,58 V  Differencia módszerrel, ugyanazzal a

műszerrel, U REF =2,5 V±1 mV felhasználásával: U d  80mV ; U mh  100mV  1,5%  100mV  1,5mV  U xm  (U REF  U d )  ( HUREF  HUd )  (2,5V  0,08V )  (1mV  1,5mV )  0,0025V  2,58V  2,5mV  2,58V  *100%  2,58V  0,1% 2,58V A mérés műveleti sorrendje:  Állítson be a kettős tápegység egyik kimenetén (galvanikusan függetlenül!) 5V tápfeszültséget (U T1 ), a tervezésnél meghatározott áramkorláttal!  Állítson be a kettős tápegység másik kimenetén (galvanikusan függetlenül!) 10V tápfeszültséget (U T2 ), a tervezésnél meghatározott áramkorláttal!  Helyezze üzembe az 1. sz mérőpanelen kialakított REF jelű, nagy pontosságú feszültségreferenciát úgy, hogy a +U t és GND t bemenetre kapcsolja rá a kettős tápegység másik oldalán beállított 10V tápfeszültséget! Ekkor az U REF kimeneten a GND REF -hez képest 2.500V feszültség jelenik meg Az U REF bizonytalansága +10oC

hőmérsékletingadozást és +10mA terhelőáram-változás mellett sem haladja meg a +1mV-ot, tehát 2,5V +1mV pontosságú feszültségreferenciaként használható.  Válassza ki a mért feszültségek közül azokat, melyek a referencia-feszültség értékéhez közeliek.  Állítsa össze a 2. ábra szerinti kapcsolást! 5 BMF - Kandó - MAI 2. sz mérés Méréstechnika laboratórium  Mérje meg a kapcsolásban a kiválasztott feszültségeket, az adott műszerekkel ! Jegyezze fel a mért adatokat az előkészített táblázatba!  Adja meg a mérések eredményeit a bizonytalansággal, műszerenként! Értékelje az előző feladatban tett megállapításait, illetve milyen további tapasztalásai vannak!? 3.3 Az ellenállás értékének megállapítása áram és feszültségmérés útján Számított eredmény ( szorzat, hányados ) hibáinak meghatározása. A legkisebb mérési hibákat adó mérési elrendezés kiválasztása. A mérési feladat

terve: A mérés célja: Határozza meg az 1 sz. mérőpanelen található R1 és R2 ellenállás értékét áram és feszültségmérés módszerével ! A 5. vagy az 6 ábra szerinti kapcsolás közül mindig azt válassza, amely a műszerek fogyasztása figyelembevételével kisebb rendszeres hibát eredményez. (előkészítő feladat) A mérés elve: (előkészítő feladat) A mérés módszere: A mérési eljárás: a) A mérendő objektum: R1 = 1 kΩ ±10%; 0,5 W R2 = 10 kΩ ±10%; 0,5 W 4. ábra  b)  c)   d)  Időben egy mérést végezzen! A mérés feltételei, határadatai: Állapítsa meg a kapcsolásra megengedhető tápfeszültség értékét ( előkészítendő feldat). A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása: Elektromechanikus multiméter: Ganzuniv 4 Digitális multiméter : a mérőhelyen találhatók közül választható. A mérési pont kijelölése: A megengedhető (maximális) tápfeszültségen belül válasszon egy

értéket, ehhez vegye figyelembe a mérendő ellenállás melegedéséből származható hibát. A kiválasztott tápfeszültség értéke célszerűen a maximális érték harmada – tizede. Vegye figyelembe továbbá a műszerek méréshatárának hatását (törekedjen a legkisebb – műszerből származó- bizonytalanságra)! e) A mérési adatok dokumentálásához szükséges táblázat: 6 BMF - Kandó - MAI  2. sz mérés Méréstechnika laboratórium Készítse el a mérés és a számítás adatainak rögzítésére szolgáló táblázatot! I. II. 2. táblázat f) A mérés adatainak kiértékeléséhez szükséges számítások, elemzések, szempontok: (előkészítendő feladat) A mérés műveleti sorrendje:  Állítsa be a tápegységen a tervezésnél kiszámolt tápfeszültséget és áramkorlátot !  Állítsa össze az egyes mérendő ellenálláshoz kiválasztott kapcsolásokat ! A mérési összeállítások: 5. ábra 6. ábra  Mérje meg

az áram-, feszültség értékeket és rögzítse a táblázatba! 7 BMF - Kandó - MAI     2. sz mérés Méréstechnika laboratórium Ezeket rögzítse az előkészített táblázatba, a szükséges műszeradatokkal együtt! Korrigálja a – korrigálandó - mért jellemzők eredményét és az ellenállás kiszámítása után, adja meg az ellenállás meghatározásának bizonytalanságát! Adja meg az eredményt metrológiailag helyes formában! Melyik ellenállásnál, mely mérési összeállítást javasolja és miért? Adja meg, hogy hol az a határ (R x ) és feltételek, ahol már a másik kapcsolást célszerű használni! Értékelje, hogy a két mérési összeállításnál, a mérés alapján a műszerek kiválasztására, elhelyezésére mit javasol? Szorgalmi feladat:  Vegye fel az R1 vagy R2 ellenállás U-I karakterisztikáját !  Határozza meg a mérési pontokra legjobban illeszkedő egyenes egyenletét ( regressziós egyenes ) ! Ha

lehetősége van, ehhez használjon táblázatkezelő programot !  Hasonlítsa össze az ellenállásra kapott eredményeket és értékelje a módszereket ! 4. A mérésen szerzett ismereteket ellenörzõ főbb kérdések:      Miért célszerű mindig a lehető legkisebb méréshatárban mérni? Milyen esetben előnyös a feszültségmérés differencia módszerrel? Milyen hibát okozhat az árammérő belső ellenállása áram- és feszültségméréssel történő ellenállásmérésnél? Hogyan korrigálható a hiba? Milyen hibát okozhat a feszültségmérő belső ellenállása áram- és feszültségméréssel történő ellenállásmérésnél? Hogyan korrigálható a hiba? Hogyan számítható ki a véletlen hiba áram- és feszültségméréssel történő ellenállásmérésnél? 5. A méréshez szükséges eszközök: Analóg elektromechanikus műszer Digitális multiméter Digitális multiméter Tápegység (egyenfeszültségű) 1. sz mérőpanel 8

Ganzuniv TR 1667/B HM 8012 1 db 1 db 1 db 1 db 1 db