Elektronika | Felsőoktatás » BMF Méréstechnikai és műszerismereti alapok

KANDÓ KÁLMÁN VILLAMOSMÉRNÖKI FŐISKOLAI KAR Műszertechnikai és Automatizálási Intézet MÉRÉSTECHNIKA LABORATÓRIUMI MÉRÉSEK ÚTMUTATÓ 1. sz mérés Méréstechnikai és műszerismereti alapok Összeállította: Tényi V. Gusztáv Budapest 2005 220/04 BMF - Kandó - MAI 1. sz mérés Méréstechnika laboratórium 1. A mérés célja: A lineáris hálózatban 1 műszerrel történő feszültség- ill. árammérés A mérési eredmények metrológiailag helyes megadása és a mérés értékelése. Számított eredmények (összeg, különbség) bizonytalanságainak meghatározása. 2. A méréshez szükséges elmélet: Ajánlott témakörök: Méréstechnika jegyzet ( Szerk. Dr Horváth Elek )  Mérési hiba  Hibák halmozódása matematikai műveletek során Példagyűjtemény Villamosságtan jegyzet ( Thevenin, Norton helyettesítő kép, ) Kandó-MAI honlap – Műszerkezelési útmutató A felkészültségét ellenőrző főbb kérdések: 1. 2. 3. 4.

5. 6. 7. 8. Milyen helyettesítő képeket ismer a lineáris hálózatoknál(2 pólus)? Hogyan határozható meg egy lineáris hálózat helyettesítő képe(2 pólus)? Definiálja a metrológiailag helyes formában megadott mérési eredmény fogalmát! Milyen esetekben célszerű abszolút, ill. relatív formában megadni a hibát? Hogyan határozza meg egy analóg műszernél a műszer pontossági osztályából adódó hiba? Hogyan határozza meg egy digitális műszernél a műszer pontossági osztályából adódó hiba? Hogyan határozhatók meg mérési eredmények összegének és különbségének hibái? Állapítsa meg az 1. sz ábrán lévő kapcsolásban a megengedhető áramértéket, és a tápfeszültség maximális értékét! R5 = 15 Ω ; 0,5 W R6 = 30 Ω ; 0,5 W 1. ábra Ajánlás a számításhoz: A terhelhetőségből kiszámítható az ellenálláson megengedhető maximális áram. Soros kapcsolásban a két ellenálláson átfolyó áram azonos. Tehát az

ellenállásokon megengedhető maximális áramok közül a kisebbet kell választani a mérőáram határértékének. 2 BMF - Kandó - MAI 1. sz mérés Méréstechnika laboratórium A maximális áram és az eredő ellenállás ismeretében számítható a maximális tápfeszültség értéke. 3.Mérési feladatok: 3.1 Egyenfeszültség mérése A műszer fogyasztásából származó rendszeres hiba és a műszer bizonytalanságából származó véletlen hiba meghatározása A mérési feladat terve: A mérés célja: Az 1. sz mérőpanel adott mérési pontjain a feszültség értékének megállapítása, a fogyasztásból származó korrigálható hiba és a bizonytalansági tartomány kiszámítása . A mérés elve: A mérőműszerek működési elve A mérés módszere: Összehasonlítás A mérési eljárás: a) A mérendő objektum: A feladat elvégzéséhez az 1. sz mérőpanelon talál egy erre a célra kialakított kapcsolást, melynek Thevenin helyettesítő

képét ábrázoltuk. b) c) d) e) 2. ábra  A feszültségmérés, az U m1 pontokon, mindegyik műszerrel, időben egyszeri mérés lesz. A mérés feltételei, határadatai:  A ± 12 V-os táplálásból adódóan, max. 24 V várható A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása:  Elektromechanikus multiméter Ganzuniv  Analóg elektronikus műszer Transorivohm  Digitális multiméter TR 1667/B, és/vagy  Digitális multiméter HM 8012 A mérési pont kijelölése:  Ezt a tápfeszültség már meghatározza. A mérési adatok dokumentálásához szükséges táblázat: Műszerek Um U mh RV K ±h p ±h 1. táblázat 3 BMF - Kandó - MAI 1. sz mérés Méréstechnika laboratórium U m - a mért érték, U mh - a feszültségmérő műszer méréshatára, R v - a műszer belső ellenállása, ±h p - a műszer pontossági osztálya ill. hibaösszetevői, K - korrekció (a műszer fogyasztásából származó) f) A mérés adatainak

kiértékeléséhez szükséges számítások, elemzések, szempontok: A fogyasztásból származó korrekció meghatározásának menete: 3. ábra K  Im  Rg  Um Rg RV R g meghatározása: 1. műszer eredményéből U m1  U g 2. műszer eredményéből U m2  U g RV 1 R g  RV 1 RV 2 R g  RV 2 Ebből meghatározható R g értéke. A műszerek eredményeiből páronként Ön több R g értéket kap. Szűrje ki közülük a durva hibával terhelt eredményt és elemezze, hogy ez miért következett be? A keresett R g , jó közelítéssel, a “fennmaradt” R g -k számtani átlaga (Magyarázza meg, hogy miért!). A mérési bizonytalansági tartomány meghatározása : Példák a műszer pontosságából származó bizonytalanság kiszámítására: Analóg műszerek: Pl. Ganzuniv – 4 U m = 15,5 V ± ? U mh = 30 V ± h p = 1,5 % U 30V  h   hp  mh  1,5%   2,9% Um 15,5V 4 BMF - Kandó - MAI 1. sz mérés Méréstechnika

laboratórium Digitális műszerek: 1.a U m = 15,5 V ± h(?) U mh = 20 V; 3 ½ digit h ö = ± ( 0,1% + 2 dig )   E V / dig   Z dig  h   hrdg %   100% U m V    Az E (érzékenység) meghatározása: 1 9. 9 9 1 dig ≡ 0,01 V 0,01  2   h   0,1%   100%   (0,1%  0,13%) 15,5   h  0,23% 1.b U m = 3,2 V ± h(?) U mh = 20 V; 3 ½ digit h ö = ± ( 0,1% + 2 dig ) 0,01  2   h   0,1%   100%   (0,1%  0,625%) 3,2   h  0,725% Láthatóan a mérési tartomány alsó részében való mérés akár háromszoros bizonytalansághoz is vezethet. 2. U m = 15,5 V ± ? U mh = 50 V; 4 ¾ digit h ö = ± ( 0,05%rdg + 0,004%fs )   U h   hrdg %  h fs  mh %  Um   50   h   0,05%  0,004 %   (0,05%  0,013%) 15,5   h  0,063% A mérés műveleti sorrendje:  Ahhoz, hogy az

U m feszültség megjelenjen a mérőpontokon, az 1. sz mérőpanelra +12V-os tápfeszültséget kell adnia. Ezt a mérőhelyen található kettős (v két külön) tápegységről teheti meg. A mérőpanelra való bekötés előtt állítsa be a tápegységen a 12 V kimeneti feszültségeket, ellenőrizze és állítson be kb. 500 mA áramkorlátot  Az így beállított és ellenőrzött feszültséget a DC kapcsolókkal adja rá a mérőpanelre (lehetőleg egyszerre!) 5 BMF - Kandó - MAI 1. sz mérés Méréstechnika laboratórium  Mérje meg a kapcsolás kimeneti pontjainak feszültségét a mérőhelyen található feszültségmérőkkel (2. ábra)!  A mérési eredményeket és műszeradatokat rögzítse az előkészített táblázatba.  Számítsa ki a mérés hibáit:  a fogyasztásból származó korrekciót (K),  a műszerből származó bizonytalansági tartományt (h).  Adja meg a mérés eredményét metrológiailag helyes formában,

műszerenként! Számításait részletesen írja le, a képletekkel és a részeredményekkel együtt! 3.2 Az áramkörben folyó áram meghatározása méréssel A mérési feladat terve: A mérés célja: (előkészítendő feladat) A mérés elve: (előkészítendő feladat) A mérés módszere: (előkészítendő feladat) A mérési eljárás: a) A mérendő objektum: A feladat elvégzéséhez az 1. sz mérőpanelon talál egy erre a célra kialakított kapcsolást, mely áramkörnek csak a megszakítási pontjai (I m – kék, fehér banánhüvelyek) vannak kivezetve. 4. ábra b) A mérés feltételei, határadatai:  A ± 12 V-os táplálásból adódóan, max. 200 mA várható c) A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása:  Elektromechanikus multiméter Ganzuniv  Digitális multiméter TR 1667/B, vagy  Digitális multiméter HM 8012 d) A mérési pont kijelölése:  Ezt a tápfeszültség már meghatározza. e) A mérési adatok

dokumentálásához szükséges táblázat: Műszerek Im I mh R A v. ΔU 1. táblázat Im 6 - a mért érték, K ±h p ±h BMF - Kandó - MAI 1. sz mérés Méréstechnika laboratórium I mh RA - a feszültségmérő műszer méréshatára, - a műszer belső ellenállása, ±h p - a műszer pontossági osztálya ill. hibaösszetevői K - korrekció (a műszer fogyasztásából származó) f) A mérés adatainak kiértékeléséhez szükséges számítások, elemzések, szempontok: A fogyasztásból származó korrekció meghatározásának menete: A korrekciót csak a mért áramértékek és a műszer adatainak figyelembevételével lehet meghatározni (mivel csak ezeket ismerjük a valóságos mérés esetén!)! A mérendő hálózatot most is a Thevenin helyettesítéssel modellezzük 5. ábra K  UgA UgA  RgA RgA  RA U gA, R gA meghatározása: 1. műszer eredményéből I m1  2. műszer eredményéből I m2  U gA R gA  R A1 U gA R gA 

R A2 Ebből meghatározható U gA , R gA értéke. A mérés műveleti sorrendje:  Az 1. sz mérőpanelen megadott két pontra (kék-fehér kivezetések) kösse be az egyik árammérőt ! ( A műszert a legnagyobb méréshatárba állítsa, és utána csökkentse, ha lehet ! )  Adjon ± 12 V tápfeszültséget a panelra a tápegységről a DC kapcsoló segítségével!  A mérési adat felvétele után, kapcsolja ki a tápfeszültséget ( DC off ), cserélje ki az árammérőt és végezze el újból a mérést!  A mérési eredményeket és műszeradatokat írja be az előkészített táblázatba !  Számítsa ki a mérés hibáit :  a fogyasztásból származó korrekciót,  a műszer pontosságából származó bizonytalansági tartományt!  Adja meg a mérés eredményét metrológiailag helyes formában, műszerenként ! Számításait részletesen írja le, a képletekkel és a részeredményekkel együtt! 3.3 Számított eredmény (összeg, különbség)

hibáinak meghatározása A legkisebb mérési bizonytalanságot adó mérési elrendezés kiválasztása 7 BMF - Kandó - MAI 1. sz mérés Méréstechnika laboratórium A mérési feladat terve: A mérés célja: (előkészítendő feladat) A mérés elve: (előkészítendő feladat) A mérés módszere: (előkészítendő feladat) A mérési eljárás: a) A mérendő objektum: R5 = 15 Ω ; 0,5 W R7 = 150 Ω ; 0,5 W 6. ábra A fenti kapcsolásban (6. ábra) melyik két helyen célszerű mérni az áramokat, hogy mindhárom ágáram értékét a lehető legkisebb bizonytalansággal tudja meghatározni? b) A mérés feltételei, határadatai:  Állapítsa meg a kapcsolásra megengedhető tápfeszültség értékét (előkészítendő feladat!!!). c) A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása:  Elektromechanikus multiméter Ganzuniv  Digitális multiméter d) A mérési pont kijelölése:  A megengedhető tápfeszültség alatt válasszon egy

értéket, ehhez vegye figyelembe a műszerek méréshatár-adatait, és az elérhető legkisebb mérési bizonytalanságot!  Határozza meg a várható ágáramok értékét, és a tápegység beállítndó áramkorlátját! e) A mérési adatok dokumentálásához szükséges táblázat:  Készítse el a mérés és a számítás adatainak rögzítésére szolgáló táblázatot! I. II. 2. táblázat f) A mérés adatainak kiértékeléséhez szükséges számítások, elemzések, szempontok: 8 BMF - Kandó - MAI 1. sz mérés Méréstechnika laboratórium  Adja meg az egyes kapcsolásokból a kiszámítandó ágáramok műszerből származó bizonytalanságát meghatározó összefüggéseket (előkészítendő feladat)! Ehhez vegye figyelembe a Méréstechnika jegyzetben található ismereteket. A fogyasztásból származó hibát itt ne számoljon ! A mérés műveleti sorrendje:  Állítsa be a tápegységen a tervezésnél kiszámolt tápfeszültséget és

áramkorlátot!  Állítsa össze az egyes kapcsolásokat! A kapcsolás összeállítását mindig a nagyobb áramú körrel kezdje a tápforrás egyik sarkától a másikig (vastagabb vonal). Az A 5 árammérő mindkét kapcsolásban ugyanaz legyen A mérési összeállítások: 7. ábra  Mérje meg az áramértékeket! Ezeket rögzítse a táblázatba, a szükséges műszeradatokkal együtt! 8. ábra      Mérje meg az áramértékeket és rögzítse a táblázatba! Számítsa ki a hiányzó ágáramokat és az összes áramérték bizonytalansági tartományát! Hasonlítsa össze a két mérési összeállítás bizonytalansági tartományait! Mely mérési összeállítást javasolja és miért? Értékelje, hogy a két mérési összeállításnál az azonos ágban lévő áramértékek miért térnek el egymástól !?  Ennek alapján a műszerek kiválasztására, elhelyezésére mit javasol? 4. A mérésen szerzett ismereteket ellenörző főbb

kérdések: 9 BMF - Kandó - MAI       1. sz mérés Méréstechnika laboratórium Miért nem lehet a korrekciót elhanyagolni a méréseknél? Milyen feltételek fennállása esetén lehet elhanyagolni? Hogyan állapítja meg, hogy a feszültségmérésnél a mérőműszere milyen mértékben terheli a mérendő áramkört? A feszültségmérésnél mekkora R v /R g viszony mellett kerül a fogyasztásból származó hiba 1 % alá? Hogyan állapítja meg, hogy az árammérésnél a mérőműszere milyen mértékben terheli a mérendő áramkört? Az árammérésnél mekkora R A /R gA viszony mellett kerül a fogyasztásból származó hiba 1 % alá? Miért és milyen feltételek esetében kerülendő a mért eredmények különbségéből számítani az eredményt? 5. A méréshez szükséges eszközök:      10 Analóg elektromechanikus multiméter GANZUNIV Analóg elektronikus műszer TRANSORIVOHM Digitális multiméter TR 1667/.,vagy HM

8012 Tápegység (egyenfeszültségű) 1. sz mérőpanel 1 db 1 db 1 db 1 db 1 db