9 - cw_9 - Politechnika Rzeszowska

Politechnika Rzeszowska
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Grupa
1…………….....................
Data
kierownik
Laboratorium Metrologii I
2.........................................
Nr ćwicz.
Ocena
3.........................................
POMIARY IMPEDANCJI
9
4.........................................
I. Cel ćw iczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie wybranych metod pomiaru właściwości rezystorów,
kondensatorów i cewek.
II. Zagadnienia
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Pomiar rezystancji w układzie stałoprądowym i zmiennoprądowym.
Pomiar rezystancji metodą podstawienia.
Metoda techniczna pomiaru impedancji.
Metoda pośredniego pomiaru indukcyjności i jej dobroci.
Pomiar mostkiem stałoprądowym i zmiennoprądowym.
Analiza niepewnosci pomiaru rezystancji, modułu impedancji, indukcyjności i dobroci.
III. Program ćw iczenia
1.
2.
3.
4.
Zmierzyć charakterystyczne właściwości indukcyjnościowego przetwornika przesunięcia:
a. rezystancję - metodą techniczną stałoprądową
b. moduł impedancji - metodą techniczną zmiennoprądową,
c. rezystancję, indukcyjność i dobroć- zmierzyć miernikiem RLC
obliczyć: indukcyjność L i dobroć - Q,
obliczyć niepewności metodą typu B zmierzonych wartości: uB(U), uB(I), uB(f)
obliczyć niepewności złożone: uc(R), uc(Z), uc(L), uc(Q)
IV. Przebieg ćw iczenia
1.
POMIAR
WŁAŚCIWOŚCI
PRZESUNIĘCIA
INDUKCYJNOŚCIOWEGO
1.1 Pomiary metodą techniczną rezystancji i modułu impedancji:
G lub Z
str. 1
PRZETWORNIKA
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii
Dane techniczne przyrządów :
parametry znamionowe
przetwornik
typ
Indukcyjnościowy
dopuszczalne
R
L
napięcie zasilania
[]
[ mH ]
[V]
20
3-8
5
MDKg-C-3
czujnik przemieszczenia
woltomierz napięcia stałego (=)
V
typ
dokładność
zakres
200mV – 200V
amperomierz prądu stałego (=)
A
typ
2mA – 200mA
zakres
dokładność
częstotliwości
często.
generator
G
Współczynnik THD
(0 – 10)V
1%
zakres napięcia
stabilność napięciowa
zakres prądu
(0 – 20)V
2x10-4
(0 – 5)A
typ:DF1502
f=120Hz, 1kHz f=±0,01%
typ
dm=±1,5%,
da=±10cyfr
zakres napięcia
typ: G 432 1Hz-1,1MHz dm=±5%
zasilacz Z
dokładność
zakres
dm=±0,5%,
da=±3cyfr
2mA – 200mA
MXD4660
dm=±0,8%,
da=±10cyfr
amperomierz prądu przemiennego (~)
dokładność
zakres
dokładność
zakres
dm=±0,05%,
da=±3cyfr
200mV – 200V
MXD4660
woltomierz napięcia przemiennego (~)
błąd pomiaru
zakres pomiaru
rezystancja
100
ESCORT
ELCindukcyjność
3131D
 ( R)[%Rn  100]  0,5 
10mH
dobroć
 ( L)[%Ln  10mH ]  1,0 
3
 100
Rx
Lx
5
  100
10000 Lx
± 1z
0 - 1000
1.1.1 Wyniki pomiarów i obliczeń:
Impedancję i rezystancję mierzono w układzie poprawnie mierzonego - .......................
f
uB(f)
U
uB(U)
I
uB(I)
Z
uc(Z)
Q
uc(Q)
[Hz]
[]
[]
[]
[]
[]
[]
[]
[]
[]
0
-
0
-
120
1000
str. 2
Przykłady obliczeń:
UWAGA:
Obliczenia przeprowadzono przy założeniach:



wartości wyników pomiaru nie są skorelowane
rozkłady gęstości prawdopodobieństwa wskazań przyrządów są równomierne
błąd addytywny da jest podany w ziarnach [z]
Obliczenie wartości rezystancji przetwornika przesunięcia
dla f=0 Hz (układ dołączony jest do zasilacza napięcia stałego Z)
U
R  
I
Dokładność pomiaru rezystancji metodą pośrednią szacuje się obliczając niepewność standardową
złożoną na podstawie obliczonej niepewności standardowej metodą typu B dla pomiaru napięcia i
prądu.
Obliczenie metodą typu B standardowej niepewności pomiaru napięcia:
uB U  
1   dm
U [V ] 

 
 U   da[ z ] 
U [ z ] 
3  100
Obliczenie metodą typu B standardowej niepewności pomiaru prądu:
u B I  
1   dm
I [ A] 

 
 I   da[ z ] 
I [ z ] 
3  100
Obliczenie standardowej niepewności złożonej pomiaru rezystancji:
2
2
 u (U )   u B ( I ) 
u c ( R)    B
 
 R 
 U   I 
Wynik pomiaru rezystancji cewki przetwornika przesunięcia: R =
Obliczenie wartości modułu impedancji przetwornika przesunięcia
dla f > 0 Hz (układ dołączony jest do generatora napięcia sinusoidalnego G)
U
Z  
I
Dokładność pomiaru impedancjii metodą pośrednią szacuje się obliczając niepewność standardową
złożoną na podstawie obliczonej niepewności standardowej metodą typu B dla pomiaru napięcia i
prądu.
1   dm
U [V ] 

u B U  
 
 U   ga [ z ] 
U [ z ] 
3  100
u B I  
1   dm
I [ A] 

 
 I   da [ z ] 
I [ z ] 
3  100
str. 3
Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii
2
2
 u (U )   u B ( I ) 
uc (Z )    B
 
 Z 
 U   I 
Wynik pomiaru modułu impedancji cewki przetwornika przesunięcia: Z =
Obliczenie wartości indukcyjności przetwornika przesunięcia
1
L
 Z 2  R2 
2   f
1   dm
f [ Hz] 

uB  f  
 
 f   da [ z ] 
f [ z ] 
3  100
2
2
2
u ( f )  Z2
uc ( Z )   R 2
u ( R) 
   2
 L 
   2
uc ( L)    B

 c
2
2
Z  Z R
R 
 f  Z R
Wynik z pośredniego pomiaru indukcyjności cewki przetwornika przesunięcia: L (120Hz)=
L(1000Hz)=
Obliczenie wartosci dobroci cewki Q przetwornika przesunięcia
L
QL 

R
2
 u ( f )   u B ( L)   u B ( R ) 
  
u c (Q)    B
 
 Q 
 f   L   R 
2
2
Wynik pomiaru dobroci cewki przetwornika przesunięcia: QL(120Hz)=
QL(1000Hz)=
1.2 Pomiary miernikiem RLC
1.2.1 Wyniki pomiarów i obliczeń:
f
L
uB(L)
R
uB(R
[Hz]
[mH]
[mH]
[]
[]
Q
uB(Q)
120
1000
Przykłady obliczeń:
W instrukcji obsługi przyrządu jest podany wzór na obliczenie wartości granicznej jego błędu
pomiaru. Zakładając, że obowiązują tu założenia z rozdziału 1.1.1 można obliczenia niepewności
pomiaru metoda typu B wykonać według następujacych wzorów:
 L
Lx
1 
5
u B ( L)[ Ln  10mH ]  
 1,0 

 100  

10000 Lx
3 
 100
Lx, Qx, Rx, - wyświetlona wartość zmierzonej wielkości, odczytana jako liczba całkowita N (bez
przecinka)
str. 4
Wynik pomiaru indukcyjności cewki przetwornika przesunięcia: L=
u B ( R)[ Rn  100]  
 R
1 
3
  0,5 
 100  

Rx
3 
 100
Wynik pomiaru rezystancji cewki przetwornika przesunięcia: R=
uB (Q)  
1 Q[]


3 Q[ z ]
Wynik pomiaru dobroci cewki przetwornika przesunięcia: Q(120Hz)=
Q(1000Hz)=
2. Zestawienie wyników pomiarów i obliczeń
metoda
Q[]
uc(Q)
L[
]
uc(L)
techn, f=120Hz
techn, f=1000Hz
miernik RLC
f=120Hz
miernik RLC
f=1000Hz
Porównaj wyniki pomiarów i obliczeń uzyskane metodą techniczną oraz miernikiem RLC
uwzględniając niepewność pomiaru i zapisz we wnioskach.
V. Wnioski
V I . P yt a n i a k o n t r o l n e
1. Narysuj schemat do pomiaru impedancji metodą techniczną.
2. W jaki sposób wybiera się rodzaj, metody technicznej pomiaru rezystancji, zapewniający
najmniejszy błąd systematyczny metody?
3. Co wpływa na wartość niepewności standardowej złożonej pomiaru indukcyjności metodą
pośrednią?
4. Omów pomiar indukcyjności mostkiem Maxwella Wiena?
Literatura:
1. Marcyniuk A., Pasecki E., Pluciński M.: Podstawy metrologii elektrycznej. WNT, Warszawa,
1984 r.
2. Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna, Warszawa: WNT, 1996 r.
3. Parchański J.: Miernictwo elektryczne i elektroniczne - Warszawa: WSiP, 1997 r.
4. Rylski A.: Metrologia II prąd zmienny, Rzeszów: OWPRz, 2006 r.
str. 5