FYZIKÁLNÍ PRAKTIK Ústav fyziky FEI VT BRNO Spolupracoval Příprava Šuranský Radek Opravy Jméno Ročník Škovran Jan Předn. skup. B ěřeno dne 8.03.00 čitel Stud. skupina Kód 7 Odevzdáno dne 5.04.00 Hodnocení Oddělení Název úlohy Vlastnosti ručkových měřících přístrojů Číslo úlohy 7. Teoretický úvod do měření Ručkovými meřícím přístroji se měří základní elektrické veličiny na principu silových účinků polí. Systém přístroje spočívá v otočném ústrojí převádějícím na ručku přístroje otáčivý pohyb a její výchylka pak udává na stupnici měřenou hodnotu dané měřené veličiny. Stupnice těchto přístrojů mohou být lineární nebo nelineární s nulou na počátku nebo i se stupnicí s potlačenou nulou a případně s prodlouženou stupnicí. Na stupnici měřícího přístroje s několika rozsahy není uvedena přímo velikost měřené veličiny, ale je nutné určit pro jednotlivé měřící rozsahy konstantu, kterou násobíme počet odečtených dílků na stupnici, a tím získáme naměřenou hodnotu měřené veličiny. každého měřícího přístroje musí být uvedeno(většinou v nějakém rohu stupnice) tyto údaje: správná pracovní poloha přístroje měřící soustava značka druhu proudu nebo napětí a třída přesnosti velikost zkušebního napětí voltmetrů bývá ještě uveden vnitřní odpor na jeden dílek a u ampérmetrů je uveden vnitřní odpor nebo úbytek napětí na maximální výchylce rozsahu. ěřící přístroje dělíme podle provedení a výroby a způsobu převádění elektrické veličiny na otáčivý pohyb na: magnetoelektrické (s otočnou cívkou, ) feromagnetické ( elektromagnetické ) elektrodynamické a jiné Přístroje magnetoelektrické výchylka ručku je úměrná střední hodnotě proudu či napětí a jejich stupnice je i tak cejchována. ěří se s nimi jen stejnosměrné proudy nebo napětí a při měření se musí brát zřetel na polaritu měřené veličiny, střídavé veličiny se s nimi dají měřit po připojení usměrňovače přístroj pak převádí střední hodnotu,co naměří, na ektivní hodnotu co je uvedena na stupnici,ale to ho se dá využít jen pro harmonický. Přístroje feromagnetické(elektromagnetické) jejich výchylka je úměrná ektivní hodnotě a jejich stupnice je tak cejchována.elektromagnetické měřící přístroje se vyrábějí jednodušeji, ale jsou méně citlivé než magnetoelektrické. Efektivní ( ) a střední( S ) hodnota je dinována vztahy u ( t a = ) dt T S = u( t) dt T (i) (ii)
označíme-li ještě u okamžitou hodnotu napětí a maximální hodnotu amplitudy můžeme pak psát:. Harmonický u = (iii) sin ft, S = 0, =. Jednocestné ideální usměrnění harmonického u (iv) u = sin ft pro sin ft 0 u = 0 pro sin ft 0 (v) S = = (vii) vedené vztahy neplatí pro všechny voltmetry, magnetoelektrický voltmetr s usměrňovačem a reaguje na střední hodnotu vstupního napětí,ale stupnice ukazuje ektivní hodnotu. 3. Dvoucestné ideální usměrnění harmonického u (vi). Úkol u = sin ft, S =, = (viii) (ix) (x) Zobrazte na osciloskopu a změřte(užitím všech přiložených voltmetrů) zadané hodnoty napětí a to neusměrněné a jednocestně i dvoucestně usměrněné.. Pokyny k měření Zobrazte na osciloskopu střídavého napětí zadané hodnoty. Vhodné měřící přístroje zapojte paralelně a změřte. Zobrazte na osciloskopu jednocestně usměrněné napětí zadané hodnoty. Voltmetry zapojte paralelně a změřte a S. Porovnejte údaje elektromagnetického přístroje s přístrojem magnetoelektrickým s usměrňovačem. jednocestně usměrněného napětí odvoďte převodový vztah mezi a pro magnetoelektrický voltmetr s usměrňovačem. Stejné proveďte pro dvoucestně usměrněné napětí. 3. Schéma měření 30V Tr S V X + ~ + ~ Schéma měření,při měření bez neusměr.st.signalu je S odpojen - - obr.:schéma měření, zapojení S(usměrňovače vedle ) Obr.:schéma jednocestného usměrňovače Obr.3: schéma dvojcestného usměrňovače
4. Použité přístroje a pomůcky OZN. PŘÍSTROJ POŮCKA POZNÁKA Tr síťový transformátor ---------- V voltmetr 5000Ω/V;TP=,5;magnetoelektrický s usměrňovačem V voltmetr TP=0,5;R i =4Ω;elektromagnetický(feromag.) V 3 voltmetr TP=0,5; 5000Ω/V;magnetoelektrický s otočnou cívkou S usměrňovač zapojení viz schéma měření 5. Postup měření Na osciloskopu jsme zobrazily a odečetli hodnotu neusměrněného,jednocestně a dvoucestně usměrněného střídavého napětí(viz TAB.3) Pak jsme odečítali s příslušných voltmetrů naměřená napětí na zadaných průbězích, tyto měření jsme provedli celkem třikrát a s naměřených hodnot jsme vypočetli aritmetický průměr (viz TAB. a příklad výpočtu) 6. Naměřené a vypočtené hodnoty v tabulkách TAB. : Tabulka naměřených hodnot převedených na aritmetický průměr TAB.: Použité přístroje V 3 Aritmetický průměr Neusměrněný 4,7 5,6 5, 3, Jednocestně,8 3,0 3,4 3,0 usměrněný Dvoucestně usměrněný 3,6 4,0 4,4 4,0 TAB.a Pro voltmetr V 3 Aritmetický průměr Neusměrněný,8 3,9 3,4 3,4 Jednocestně 7, 6, 6,8 6,7 usměrněný Dvoucestně usměrněný,7 3, 3,0,9 TAB.b Pro voltmetr V 3 3 Aritmetický průměr Neusměrněný ---------- ---------- ---------- ---------- Jednocestně 0,9,3,8,3 usměrněný Dvoucestně usměrněný,,6,,6 TAB.c Pro voltmetr 3
TAB 3. : Tabulka naměřených hodnot s jejich odchylkami vzhledem k amplitudě signálu V ± δ( ) ± δ() Neusměrněný 3,7 3,7 ± 0,899 3,3 Jednocestně usměrněný Dvoucestně usměrněný ± 0,36 3,06 30,56 30,56 ± 0,900 4,00 TAB.3a Pro voltmetr V ± δ( ) ± δ() Neusměrněný 33,04 33,04 ± 0,3 3,36 Jednocestně usměrněný Dvoucestně usměrněný V 3 Jednocestně usměrněný Dvoucestně usměrněný 33,4 33,4 ± 0,9 6,7 3,47 3,47 ± 0,3,96 TAB.3b Pro voltmetr S S ± δ( S ) ± δ() 35,50 35,50 ± 0,060,3 33,95 33,95 ± 0,,63 TAB.3c Pro voltmetr 3 7. Příklad výpočtu 3. Výpočet ektivní hodnoty st. signálu neusměrněného podle vztahu (iv) = =,6 V. Výpočet střední hodnoty st. signálu neusměrněného podle vztahu S = S = 3 = 0,37 V 3. Výpočet ektivní hodnoty st. signálu jednocestně usměrněného, pro V (využijeme metodu srovnávacích ploch ), pak = 3 = =,3V 4. Výpočet střední hodnoty st. signálu jednocestně usměrněného, pro V (využijeme metodu srovnávacích ploch ), pak S = 3 S = =,3V
3 5. Výpočet ektivní hodnoty st. signálu jednocestně usměrněného podle (vii) = =6V 6. Výpočet střední hodnoty st. signálu jednocestně usměrněného podle (vi) S = 3 = 0,9V 3 7. Výpočet ektivní hodnoty st. signálu dvoucestně usměrněného podle (x) = =,6 V 8. Výpočet střední hodnoty st. signálu dvoucestně usměrněného podle (viii) S = 3 = 0,37 V 9. rčení přepočítávacího tvaru u V u jednocestně usměrněného st. signálu.využijeme toho,že V měří střední hodnotu,ale stupnici má cejchovánu v ektivní hodnotě. k= * signálu je: = =,07.toto je převod probíhající u vnitř přístroje. Převodový vztah mezi a tohoto =,4 = H S *,07 0. rčení přepočítávacího tvaru u V u dvoucestně usměrněného st. signálu.využijeme toho,že V měří střední hodnotu,ale stupnici má cejchovánu v ektivní hodnotě. Převodový vztah mezi a tohoto signálu je: F = * = S * k = * *,07 usměrněného napětí voltmetrem V. Postup jako v 9. =,7.toto je konstanta, pro převod měřeného dvoucestně 60*,5. Chyba měření na neusměr. st. napětí V : δ = =3,89% 3,3 30 *0,5. Chyba měření na jednocest. usměr.. st. napětí V : δ = = 0,77% 84 0 *0,5 3. Chyba měření na dvoucest. usměr.. st. napětí V 3 : δ = = 0,55% 08 početvšech dílků * TP pozn.: počítáno podle vzorce δ = početodečtenýchdílků 8.Chyby měření rčité chyby jsme se dopustily při odečtení hodnoty z osciloskopu(~4%),pak odhadováním hodnot na jednotlivých voltmetrech(~%),dále při výpočtech a zaokrouhlování(~%) a pak samotná měřidla mají určitou chybu(viz příklady výpočtu) tak asi 5%.Proto celkovou chybu odhaduji na 6%. 9. Hodnocení měřených ěření probíhalo bez problémů a všechny zadané úlohy a podúlohy jsme vyřešili, a objasnili. Převodní vztah mezi a u jednocestného usměrňovače pro magnetoelektrické přístroje je =,4* Kde: m.je maximální hodnota napětí (V).je hodnota napětí odečtená na přístroji (V)
Převodní vztah mezi a u dvoucestného usměrňovače pro magnetoelektrické přístroje je =,7* Kde: m.je maximální hodnota napětí (V).je hodnota napětí odečtená na přístroji (V)