Név: Kurzus kód:. Mérések napja, időpontja: Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Műszertechnikai és Automatizálási Intézet MÉRÉSTECHNIKA LABORATÓRIUM MÉRÉSI ÚTMUTATÓ 1/A 2014 Összeállította Markella Zsolt 4. kiadás Budapest, 2014 A kiadvány szerzői jogi védelem alatt áll, arról való másolat készítése a kiadó előzetes írásbeli engedélye nélkül tilos. A kiadvány másolása és jogosulatlan felhasználása bűncselekményt képez.
Tartalomjegyzék Bevezető laboratóriumi mérés 4. oldal 1. sz. laboratóriumi mérés 12. oldal Egyenfeszültségű stabilizált tápegység megismerése és egyenfeszültség mérése I. 2. sz. laboratóriumi mérés 33. oldal Egyenfeszültség és egyenáram mérése II 3. sz. laboratóriumi mérés 50. oldal Egyenfeszültség és egyenáram mérése III 4. sz. laboratóriumi mérés 61. oldal Ellenállás mérés áram és feszültség méréssel + Váltakozó feszültség mérése I. 5. sz. laboratóriumi mérés 70. oldal Generátor és oszcilloszkóp kezelési gyakorlat I. 6. sz. laboratóriumi mérés 88. oldal Generátor és oszcilloszkóp kezelési gyakorlat II. 7. sz. laboratóriumi mérés 95. oldal Generátor és oszcilloszkóp kezelési gyakorlat III.
Bevezetés A hallgatók jelentős része most találkozik érdemben először műszerekkel ezért számukra ebben a félévben egy nagyon részletes mérési utasítást készítettünk. Pedagógiai módszerként a vezetett mérés módszerét használjuk. Természetesen a megfelelő előképzettséggel rendelkezők önállóan is elvégezhetik a mérési részfeladatokat. A mérés elvégzéséhez szükséges a mérési utasításokban előírt feladatok előzetes megoldása. A mérés elvégzésének dokumentálása mindig mérési jegyzőkönyvben történik, amelyben különleges gondot kell fordítani a mérés reprodukálhatóságára, ezért abban mindig rögzíteni kell: - a mérési körülményeket - a felhasznált eszközöket - az alkalmazott mérési módszereket - a mérési eredményeket, azok értékelését és az azokból levont következtetéseket Fontosabb jelölések és rövidítések A mérési útmutató kezelhetőségének elősegítésére a továbbiakban az alábbi piktogramokat használjuk: Elsajátítandó ismeretanyag Tankönyvek a felkészüléshez Előre kitöltendő Szerelés megoldandó! Házi feladat előre Számolás Mérésen kitöltendő
ratóriumi mé A laboratóriumi mérés célja A gyakrabban használt villamos mérő eszközök műszaki alapadatainak, funkcióinak, méréstechnikai jellemzőinek, használatuk megismerése, alkalmazásuk elsajátítása és a kiválasztás szempontjainak megismerése. A mérés során elvégzendő mérések: 1. Villamos mérőműszerek megismerése. A méréshez szükséges elmélet Irodalom: [1] Méréstechnika jegyzet (Szerk. Dr. Horváth Elek) [2] Műszerkezelési Útmutatók (A labor honlapján) 4 A méréstechnika laboratórium működési rendjének és követelményinek ismertetése A laborfelelős oktató Neve: Markella Zsolt Szobaszáma: C 413 E-mail: markella.zsolt@kvk.uni-obuda.hu Internet http://uni-obuda.hu/users/markellazs/mt/ oldal: Fogadó óra:..
A kurzust tartó oktató Neve: Szobaszáma: E-mail: Internet oldal: Fogadó óra:.......... Laboratórium működési rend Házirend elérhetősége: Biztonsági rend (munka-, baleset-, tűzvédelem) elérhetősége: A laboratórium honlapja: http://uniobuda.hu/users/markellazs/mt/ Választott csoport: Laboratóriumi gyakorlatok időrendje Mérés száma: Dátum: Konzultációs mérési időpontok:.... 5
JEGYZET Tanulmányi követelmények: (lásd honlap) 6
Mérés megtervezése (Tényi V. Gusztáv összeállítása) A mérések megtervezése, elvégzése és kiértékelése során általában az alábbi lépéseket célszerű követni. A mérési folyamat főbb elemei és idő-munkaigényük: A mérés megtervezése ~50 % A mérési adatok felvétele (a program végrehajtása)~20-30 % A mérés kiértékelése ~20-30 % A mérés terve ( mérési feladatonként ): 1. A mérés célja: A mérés során megszerzendő információ pontos meghatározása, a szükséges pontossági és egyéb követelményekkel. 2. A mérés elve: A méréshez felhasznált fizikai törvényszerűségek (pl. Ohm törvény, Kirchoff törvények,...). 3. A mérés módszere: (lásd Méréstechnika jegyzet) 4. A mérési eljárás (program) leírása (terve): a) A mérendő objektum azonosítása és a mérési modell (kapcsolási rajz) elkészítése: b) mérendő információ helyének meghatározása, c) a mérendő információ időbeliségének meghatározása (egyszeri statikus, mintavételes, folytonos, ). d) A mérés feltételeinek, határadatainak meghatározása. e) A méréshez szükséges és rendelkezésre álló műszerek, eszközök kiválasztása. f) A mérési pontok kijelölése: A beállítási jellemző helyének meghatározása (pl. karakterisztika mérés, ). A mérés időpontjának v. időtartamának, vagy a mintavételezés időpontjainak konkrét megállapítása. g) A mérési adatok dokumentálásához szükséges forma elkészítése (lista, táblázat) h) A mérés adatainak kiértékeléséhez szükséges számítások, elemzések, szempontok előkészítése (képletek, számítási-, elemzési eljárások,...) Pl. a fogyasztásból származó korrekció kiszámításának menete, 5. A mérési programterv végrehajtása ( műveleti sorrend-terv): A mérés elvégzése, és itt kell elvégezni a mérés során szükséges pontosításokat (pl. újabb mérési pontok beiktatását,...), előre nem tervezhető változtatásokat. 6. A mérés kiértékelése: A mérés során elértük-e a feladatnál megfogalmazott célt? Igen - Nem? Ha nem akkor mi a további teendő a cél elérése érdekében? FIGYELEM! Az esetleges pótlólagos adatoknak is kívánatos helyet biztosítani! Nagyobb mennyiségű adat és számítás esetén célszerű táblázatkezelő programot használni! 7
1. Villamos mérőműszerek megismerése Mérés száma: Mérést végezte: Neptun kód: Mérés helye: Mérőhely száma: Mérés ideje: Kiértékelés dátuma:....... A mérés célja: A feszültség, áram és ellenállás mérésére alkalmas a laboratóriumban található - analóg és digitális mérőműszerek megismerése, a mérőműszerek tulajdonságainak táblázatba történő rögzítése! A mérésnél felhasznált műszerek: A laboratóriumban a hallgatók az alábbi feszültség és árammérőkből választhatnak: analóg mechanikus kézi műszer (GANZUNIV) digitális multiméter (TR1667/B, HM8012, MX-25 201) HAMEG HM8012 TR 1667/.. MX-25 201 GANZUNIV 4 8
A mérőhelyen rendelkezésre álló műszerek: Műszer:.. Műszer:.. Műszer:.. Ajánlás műszerek megismeréséhez: Milyen fizikai jellemzők mérésére alkalmas (feszültség, áram, ellenállás, )? A villamos jellemzők milyen tulajdonságát lehet mérni (egyen, váltó, )? Milyen mérési tartományokban képes mérni és hogyan lehet a mérési tartományokat kiválasztani? Hol lehet csatlakozni a műszerhez, melyik jellemzőnél hova, és milyen feltételekkel? Pontossági jellemzők (pontossági osztály, ), Érzékenység, műszerállandó: Hogyan történik a kijelzés és azt hogyan kell kiértékelni? A mutatós műszereknél azonosítsák, hogy melyik méréshatárhoz melyik skála tartozik, és hogyan kell a mutatott értéket meghatározni! Bemeneti impedancia (fogyasztás, visszahatás a mérendő áramkörre) Referencia feltételek (frekvencia, hőmérséklet, ) Példa egy analóg műszeren mért érték leolvasására: a./ ha Umh = 10 V, akkor az Um = 7,1 V. b./ ha Umh = 3 V, akkor az Um = 2,25 V. 9
Bekapcsoló gomb Üzemmód váltó DC/AC árammérő pontok közös pont Méréshatár váltó feszültségmérő ill ellenállásmérő pont árammérő pont közös pont feszültségmérő ill ellenállásmérő pont Üzemmód váltó Méréshatár váltó Bekapcsoló gomb közös pont Üzemmód és méréshatár váltó áram - feszültségmérő pont Üzemmód és méréshatár váltó Túlterhelés védelem árammérő pontok közös pont feszültségmérő ill ellenállásmérő pont DC/AC Polaritás váltó 10
A mérés során a mérésvezető útmutatása és a műszerek gépkönyvei alapján kitöltendő adatok: Műszerek Méréstechnikai jellemzők Ganzuniv (3, 4) Digitális multiméter TR 1667 Digitális multiméter HM 8012 Digitális multiméter MX-25 201 Mit mér, és azt milyen mérési tartományban? Pontossági jellemzők: Érzékenység, műszerállandó (max. érzékenység): Bemeneti impedancia (visszahatás a mérőkörre, fogyasztás): Referencia tartományok (Hőmérséklet): 11
A laboratóriumi mérés célja Az egyenfeszültségű stabilizált tápegység kezelésének elsajátítása. Lineáris hálózatokban műszerrel történő feszültségmérés gyakorlása. A mérés folyamán fellépő rendszeres és véletlen hiba nagyságának meghatározása. A mérési eredmények metrológiailag helyes megadása és a mérés értékelése. A műszerből származó véletlen hiba számítása és ábrázolása a mért mennyiség függvényében. A laboratórium során elvégzendő mérések: 1.1. 12 V / 180 ma beállítása egyenfeszültségű stabilizált kettős tápegységen 1.2. Egyenfeszültségű stabilizált kettős tápegység összeállítása 1.3. Um1 egyenfeszültség mérése: a műszer fogyasztásából származó rendszeres hiba és a műszer bizonytalanságából származó véletlen hiba meghatározása. A méréshez szükséges elmélet Az előadáson elhangzottak és a méréstechnika jegyzet egyenfeszültség mérésről szóló része. Irodalom: [1] Méréstechnika jegyzet (Szerk. Dr. Horváth Elek) [2] Dr. Selmeczi Kálmán, Schnöller Antal: Villamosságtan II. 63-70, 249-260;Thevenin-Norton 12
1. A mérés célja...... Ismeretes azonban........ A mérés során arra....... 2. A helyes érték....... A mérés hibája...... Előre kitöltendő! [1] 34. oldal [1] 35. oldal H =. A mérés hiba előjeles...... Az így meghatározott...... A mérés hiba negatív...... Jele: K. Ennek...... Xh =. 13
Amennyiben a...... [1] 35. oldal százalékos formában megadva: h= H x h 100 A relatív hiba...... A mérési hiba kiszámítása....... Ennek figyelembevételével a számításaink során közelítéssel élünk: h= H x h 100 H x m 100 A leggyakoribb az a módszer,....... [1] 36. oldal 3. A mérési hibákat............ 4. A rendszeres hibákra...... A rendszeres hiba a...... Ha a rendszeres hibák...... 14
A rendszeres hibák................ A rendszeres hibákat........ A korrigált........ 5. A véletlen hibák sztochasztikus...... A véletlen jelenségek........ 6. A mérési eredmények megadása..... Egyetlen műszerrel végzett..... [1] 37. oldal [1] 39. oldal [1] 40. oldal [1] 56. oldal x= x a xm a K a ±ε a 15
Egyenfeszültségű stabilizált tápegység megismerése A mérés célja: Az egyenfeszültségű stabilizált tápegység kezelésének elsajátítása! A mérendő objektum: Az alábbi ábrán látható kétcsatornás stabilizált tápegység és főbb kezelőszervei. Feszültség beállító A kimeneti áram és feszültség értéke Áramkorlát beállító DC OFF Csatlakozók Hálózati kapcsoló MCP M10-TP3003L 16
A laboratóriumban található tápegységek nem célorientáltak, tehát nem egy adott áram és feszültség értéket szolgáltatnak, hanem bizonyos határokon belül tetszőleges értékek beállítására alkalmasak. Minden egyes áramkörnek más nagyságú tápfeszültségre és az áramkör fogyasztásának megfelelő áramra van szüksége. Amennyiben a szükségesnél magasabb feszültségértéket állít be, akkor az az áramkör tönkremeneteléhez vezethet, ezért állítjuk be a tápfeszültség értékét. Az előírt tápfeszültségnél kisebb érték esetén az áramkörök nem az elvárt módon működnek. Az áramkorlát értékét minden esetben úgy kell beállítani, hogy az áramkör által felvett áramértéknél nagyobb legyen. (Ha az áramkorlát alacsonyabb, akkor nincs elegendő teljesítmény az elvárt működéshez. Az áramkorlát beállítása elsősorban biztonsági megfontolásból szükséges!). A tápegységeknek három kimeneti pontja van: +, - (ezek közt szolgáltatja a kimeneti feszültségét) és a pont. Ez a (föld) pont nincsen galvanikus kapcsolatban a tápegységgel, hanem a készülék házához van kötve, ami a konnektor életvédelmi földpontjára kötött és élet valamint zavarvédelmi célokra használható. A méréseink folyamán csak a + és - csatlakozókat fogjuk használni! A stabilizált tápegység kimeneti feszültségét és a kimenti áramát is egy-egy szabályzó áramkörrel állíthatjuk be. A két szabályzó kör közül a terhelő ellenállás nagyságától függően minden esetben csak az egyik működik. Hálózati stabilizált tápegység kimeneti karakterisztikája különböző nagyságú terhelő ellenálásokkal CV: (Constant Voltage) feszültséggenerátoros üzemmód CC: (Constant Current) áramgenerátoros üzemmód 17
Mint az ábrán is látható pl. az R1 nagyságú terhelő ellenállás esetén a tápegység feszültséggenerátoros üzemmódban működik, tehát az általunk beállított Uki0 feszültség mérhető a kimenetén és az általunk beállított Iki0-nál kisebb Iki1 nagyságú áram folyik a terhelő ellenálláson. Ezzel ellentétben az R2 esetén a tápegység áramgenerátoros üzemmódban működik, tehát az általunk beállított Iki0 áram érték folyik ár a terhelő ellenálláson, de a kimeneti feszültség a beállított Uki0-nál kisebb Uki2. Számítsa ki az alábbi példát. A tápegységen beállítható maximális értékek: Ukimax=30V, Ikimax=2A Állítsunk be Uki0=20V-ot és Iki0=2A az első esetben kapcsoljunk R1=20Ω-os terhelő ellenállást a tápegységre. Számítsa ki az ellenálláson folyó áram értékét és rajzolja be az alábbi jelleggörbébe a tápegység beállított kimenti feszültségét, a R1 ellenállást és a R1 ellenálláson folyó áram értékét. Végezze el a számítást és az ábrázolást ismét R2=5 Ω esetén. Uki [V] Iki [A] [A] 18
1.1. Feladat: A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása: Műszer:.. Műszer:.. Műszer:.. Műszer:.. Állítson be a tápegységen 12V feszültséget, kb. 180mA áramkorláttal! A mérés műveleti sorrendje: A tápegység kikapcsolt állapotában ellenőrizze a következőket: A DC kapcsolók OFF állásban, Az áramkorlátozók nem alsó végállásban. A feszültség beállító kapcsolók, potenciométerek 0 V, vagy az adott feszültségérték állásban. Helyezze feszültség alá a tápegységet a POWER kapcsolóval! Kapcsolja a DC kapcsolót ON állásba! Állítsa be a 12V feszültséget a feszültségbeállító kezelőszervvel - a tápegység ellenőrző műszerén ellenőrizve. Kapcsolja a DC kapcsolót OFF állásba! Pontos feszültség beállításhoz külső feszültségmérő Az áramkorlát beállításához zárja rövidre a tápegység + és - használata javasolt! jelű kimenetét egy minkét végén banándugóval ellátott vezetékkel! Kapcsolja a DC kapcsolót ON állásba! A tápegység ellenőrző műszerét figyelve állítsa be az áramkorlát értéket az árambeállító kezelőszervvel! Kapcsolja a DC kapcsolót OFF állásba! Távolítsa el a rövidzárat létrehozó vezetéket a tápegység + és - jelű kimenetei közül. (A tápegység későbbi használata során célszerű a beállított kimeneti feszültség nagyságának méréssel történő ellenőrzése.) 19
Ellenőrizze a beállított feszültséget a rendelkezésre álló feszültségmérőkkel! A műszerek áramkörbe kapcsolásának lépései 1. Ismerkedés a műszerrel: az előlapon a specifikációk rögzítése. 2. Üzemmód beállítása (AC, DC, U, I, Ω, stb) 3. A méréshatár kapcsolót maximális értékre állítsa (digitális mérésnél auto üzemmódot használunk ha van ilyen állás) 4. A műszer megfelelő csatlakoztatása a mérendő körbe. (feszültségmérőt párhuzamosan a mérendő feszültségre. Az árammérőt a kört megszakítva sorosan kell a mérendő körbe kötni) 5. A méréshatár csökkentése olyan mértékben amíg a mutató vagy a kijelzőn látható érték az adott méréshatárt legjobban megközelíti. (Figyelem tilos a méréshatár olyan mértékű csökkentése, melynél a mutató túllendül a méréshatáron, mivel ezzel a műszer tönkremenetelét okozhatjuk! Digitális műszerek esetén a méréshatárt meghaladó bemeneti jelszintet a kijelző villogása szokta jelezni.) A mérés műveleti sorrendje: Állítson be az analóg mérőműszeren (GANZUNIV 3,4) 30V-os méréshatárt, kapcsolja egyen-feszültség mérő üzemmódba, a polaritás-váltót állítsa + állásba. Csatlakoztasson a mérőműszer közös pontjára egy mindkét végén banándugóval ellátott fekete vezetéket, melynek szabad végét kösse a tápegység - csatlakozó pontjához. A feszültségmérő bementi pontját, pedig piros vezetékkel kösse össze a tápegység + csatlakozó pontjával. Kapcsolja a tápegységet DC ON állásba! Jegyezze fel a mért feszültség értékét:.. Kapcsolja a tápegységet DC OFF állásba! Távolítsa el a korábban használt mérőzsinórokat! 20
Állítson be a digitális feszültségmérő (TR-1667/..) mérőműszeren 20V-os méréshatárt, kapcsolja egyen-feszültség mérő (DC) üzemmódba! Csatlakoztasson a műszer közös pontjára egy mindkét végén banándugóval ellátott fekete vezetéket, melynek szabad végét kösse a tápegység - csatlakozó pontjához. A mérőműszer feszültségmérő bementi pontját, pedig piros vezetékkel kösse össze a tápegység + csatlakozó pontjával. Kapcsolja a tápegységet DC ON állásba! Jegyezze fel a mért feszültség értékét:.. Kapcsolja a tápegységet DC OFF állásba! Távolítsa el a korábban használt mérőzsinórokat! Állítson be a HM8012 típusú digitális mérőműszeren 50V-os méréshatárt (L3 üzemmód), kapcsolja egyen-feszültség mérő (DC) üzemmódba! Csatlakoztasson a műszer közös pontjára egy mindkét végén banándugóval ellátott fekete vezetéket, melynek szabad végét kösse a tápegység - csatlakozó pontjához. A mérőműszer feszültségmérő bementi pontját, pedig piros vezetékkel kösse össze a tápegység + csatlakozó pontjával. Kapcsolja a tápegységet DC ON állásba! Jegyezze fel a mért feszültség értékét:.. Kapcsolja a tápegységet DC OFF állásba! Távolítsa el a korábban használt mérőzsinórokat! A mért értékeket hasonlítsa össze! 21
1.2. Egyenfeszültségű stabilizált kettős tápegység összeállítása A mérés célja: Egyenfeszültségű stabilizált kettőstápegység összeállítása! A mérendő objektum: A mérés során az egyes számú mérőpanelt használja. Feladat: Állítson össze egy ± 12 V tápforrást és ezt kapcsolja rá az 1. sz. mérőpanelre a következők szerint! A mérés műveleti sorrendje: A stabilizált kettős tápegység mindkét felén állítson be 12 V-os tápfeszültséget! (Digitális multiméter segítségével győződjön meg arról, hogy a tápegységek a beállított feszültség értéket szolgáltatják. Ügyeljen arra, hogy az áramkorlát kb. 180 ma legyen) Kapcsolja a tápegység kapcsolóját DC OFF állásba. 22
A bal oldali tápegység pozitív csatlakozó pontját kösse össze mindkét végén banándugóval ellátott, fekete színű vezeték segítségével - a jobb oldali tápegység negatív csatlakozó pontját. A szerelést minden esetben feszültségmentes állapotban hajtsa végre! A fekete színű kábel egyik végét kösse össze lehetőség szerint fekete színű vezeték segítségével - a 1. számú mérőpanel alján található COM csatlakozó ponttal! A bal oldali tápegység negatív pontját kösse össze lehetőség szerint kék színű vezeték segítségével a 1. számú mérőpanel alján található -12V csatlakozó ponttal! A vezetékek színét a jobb áttekinthetőség miatt érdemes a leírtaknak megfelelően használni! A jobb oldali tápegység pozitív pontját kösse össze lehetőség szerint piros színű vezeték segítségével a 1. számú mérőpanel alján található +12V csatlakozó ponttal! Kapcsolja a tápegység kapcsolóját DC ON állásba. Külső feszültségmérővel ellenőrizze le, hogy az 1. számú mérőpanelen a COM ponthoz képest a + és a 12 V-os feszültség megjelenik-e. Külső feszültségmérővel mérje le az 1. sz. mérőpanel +12V és a 12V pontok közt megjelenő feszültség értékét. Jegyezze fel a mért feszültség értékét:.. Ne szedje szét a kapcsolást! 23
1.3. U m1 egyenfeszültség mérése: a műszer fogyasztásából származó rendszeres hiba és a műszer bizonytalanságából származó véletlen hiba meghatározása. Mérés száma: Mérést végezte: Neptun kód: Mérés helye: Mérőhely száma: Mérés ideje: Kiértékelés dátuma:....... A mérés célja: Az 1. sz. mérőpanel adott mérési pontjain a feszültség értékének megállapítása, a fogyasztásból származó rendszeres, korrigálható hiba és a bizonytalansági tartomány kiszámítása. A következőkben ismertetjük a mérés elve, illetve a mérés módszere részek kitöltésének menetét. Ezen minta alapján kell otthon a többi mérésnél kitölteni ezeket a részeket. A mérés elve: A mérési elv a mérés alapját képező elv vagy jelenség megnevezése, a mérés tudományos alapja a mérési elv. A kapcsolásnál látható, hogy a Thevenin helyettesítő kép két ismeretlent tartalmaz. Ug1 és Rg1. Ennek meghatározása ezért két független méréssel lehetséges. A két független mérésből felírt egyenletekből Rg1 számítással meghatározható. Mivel Ug1=Um1+URg1 ennek alapján értéke számolható. URg1 értéke a kör áramából (ez megegyezik a műszer áramával) és az R g1 számolt értékéből meghatározható. A mérés módszere: Mérési módszer a mérés elvégzéséhez szükséges műveletek logikai sorrendbe történő leírása. A mérés során az Um1 két feszültségmérővel mérjük meg, melyeknek különböző a belső ellenállása és így az Um1-re felírható két feszültség osztó, melyekből Rg1 kiszámolható. 24
A mérendő objektum: Az 1. sz. mérőpanelen található Thevenin helyettesítő kép Um1 kimenettel A mérés feltételei, határadatai: A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása: Műszer:.. Műszer:.. Műszer:.. Műszer:.. A mérés műveleti sorrendje: Állítson össze egy ± 12 V tápforrást és ezt adja rá az 1. sz. mérőpanelra! (A részletes műveleti sorrend az 1.2-es mérési feladatában található meg a 22. oldalon.) Állítson be az analóg mérőműszeren (GANZUNIV 3,4) 30V-os méréshatárt, kapcsolja egyen-feszültség mérő üzemmódba, a polaritás-váltót állítsa + állásba. Csatlakoztasson a műszer közös pontjára egy mindkét végén banándugóval ellátott fekete vezetéket, melynek szabad végét kösse az 1. sz. mérőpanelen található Um1 csatlakozópont alsó pontjához. A műszer feszültségmérő bementi pontját, pedig piros vezetékkel kösse össze az 1. sz. mérőpanelen található Um1 csatlakozópont felső pontjával. 25
A mérőműszeren a méréshatárt csökkentse a lehető legkisebbre - amit a mért feszültség megenged! Töltse ki az alábbi táblázatot: Műszer Um1 Umh Rv A mérőműszerbe bedugott vezeték nincsen feszültség alatt, viszont egy működő áramkörbe csatlakoztatott vezeték feszültség alatt lehet! A mérőműszert az 1. sz. mérőpanelen található Um1 csatlakozóponttal összekötő mérőzsinórokat távolítsa el. (Először a feszültségforrásból jelen esetben Um1-ből húzza ki a mérőzsinórokat!) Állítson be a TR-1667/.. digitális mérőműszeren a korábban lemért Um1 feszültségérték méréséhez alkalmas méréshatárt, kapcsolja egyen-feszültség mérő üzemmódba. Csatlakoztasson a műszer közös pontjára egy mindkét végén banándugóval ellátott fekete vezetéket, melynek szabad végét kösse az 1. sz. mérőpanelen található Um1 csatlakozópont alsó pontjához. A műszer feszültségmérő bementi pontját, pedig kösse össze az 1. sz. mérőpanelen található Um1 csatlakozópont felső pontjával. Amennyiben lehetséges mérőműszeren a méréshatárt csökkentse a lehető legkisebbre - amit a mért feszültség megenged! Töltse ki az alábbi táblázatot: Műszer Um1 Umh Rv A mérőműszert az 1. sz. mérőpanelen található Um1 csatlakozóponttal összekötő mérőzsinórokat távolítsa el. (Először a feszültségforrásból jelen esetben Um1-ből húzza ki a mérőzsinórokat!) Állítson be a digitális mérőműszeren (HM8012) a korábban lemért Um1 feszültségérték méréséhez alkalmas méréshatárt, kapcsolja egyen-feszültség mérő üzemmódba. Csatlakoztasson a műszer közös pontjára egy mindkét végén banándugóval ellátott fekete vezetéket, melynek szabad végét kösse az 1. sz. mérőpanelen található Um1 csatlakozópont alsó pontjához. A műszer feszültségmérő bementi pontját, pedig kösse össze az 1. sz. mérőpanelen található Um1 csatlakozópont felső pontjával. 26
Amennyiben lehetséges a mérőműszeren a méréshatárt csökkentse a lehető legkisebbre - amit a mért feszültség megenged! Töltse ki az alábbi táblázatot: Műszer Um1 Umh Rv A fogyasztásból származó korrekció (K) meghatározásának menete: A korrekció nagysága a következő képen számítható K = I m R U = R m1 g1 g1 Rv hiszen a műszer által mért Um1 feszültség az Ug1 feszültségnél annyival kisebb, mint amekkora feszültség a generátor Rg1 belső ellenállásán esik. A fenti képletből az Um1-et mértük, az Rv a feszültségmérőnk belső ellenállása, viszont Rg1 ismeretlen. Rg1 meghatározása: Az Ug1 feszültséget az Rg1 és a feszültségmérő bemeneti (A valódi feszültség mérő belső ellenállása párhuzamos az ideális feszültség mérővel) Rv ellenállása osztja, tehát az Um1 feszültség felírható egy feszültségosztás végeredményeként. U m1 =U g1 Rv R + R g1 v 27
Ebben az egyenletben az Ug1 és az Rg1 is ismeretlen, de ha két különböző belső ellenállású műszerrel, (vagy ugyan azzal a műszerrel csak különböző méréshatárban amelyekben nem egyezik meg a belső ellenállás értéke) mérve végezzük el a mérést akkor már két egyenlet írható fel és továbbra is csak két ismeretlen lesz. 1. az a műszer eredményéből 2. a b műszer eredményéből U U m1b m1a = U = U g1 g1 Rva R + R g1 g1 Rvb R + R Ezen két ismeretlenes egyenletrendszer megoldásából meghatározható Rg1 és Ug1 értéke. Az 1. egyenletben szorozzuk meg az egyenlet mindkét oldalát (Rg1 + Rva) al!... +... =U g Rva Um1a 1 A 2. egyenletben szorozzuk meg az egyenlet mindkét oldalát (Rg1 + Rvb) al!... +... =U g Rvb Um1b 1 Az 1. egyenletből fejezzük ki Ug1 et! U m1a... +... =... R va A kifejezett Ug1 et helyettesítsük be a 2. egyenletbe! U m1a... +... U m1b... +... = Rvb Rva Az egyenlet mindkét oldalát szorozzuk meg: Rva val! m1b va... +... =U m1a... + R vb U R... Végezzük el a szorzásokat és bontsuk fel a zárójeleket! U m1b R va... +U R... =U R... +U R... m1b va m1a vb m1a vb vb va 28
Csoportosítsuk, az egyenletben szereplő tagokat, úgy hogy az Rg1 et tartalmazó tagok egy oldalra kerüljenek! U m1b R va... U R... =U R... U R... m1a vb Az egyenlet bal oldalán emeljük ki a két tagból Rg1 et U R U R =U R... U R...... m1b va m1a vb m1a vb m1a vb m1b va m1b va Az egyenlet mindkét oldalát osszuk el: U... = m1a Rvb... U m1b Rva... U R U R m1b va m1a vb U m1b R va U m1a R vb -vel! Másolja be a fenti táblázatokból az értékeket az alábbi táblázatokba! Mivel három műszerrel mért eredmények állnak rendelkezésünkre ezért páronként kell a számítást elvégezni! Műszer X Um1x [V] Rvx [Ω] 1. Ganzuniv.. a 2. TR1667/.. b Helyettesítse be a mért értékeket és számítsa ki az Rg1 értékét!.................. =............ R g1 (I. ) =... Műszer X Um1x [V] Rvx [Ω] 2. TR1667/.. a 3. HM8012 b Helyettesítse be a mért értékeket és számítsa ki az Rg1 értékét!.................. =............ R g1 (II. ) =... 29
Műszer X Um1x [V] Rvx [Ω] 1. Ganzuniv.. a 3. HM8012 b Helyettesítse be a mért értékeket és számítsa ki az Rg1 értékét!.................. =............ R g1 (III. ) =... Helytelen mérés esetén (nem megfelelő méréshatár ill. leolvasás) a számolt ellenállás negatív értékre adódhat. Ebben az esetben ezt a mérési eredményt hagyja figyelmen kívül! Várhatóan a kiszámított Rg1 értékek eltérnek egymástól! Amelynek okai: a mérési eredmény véletlen hibával terhelt! halmozott számítási hibák a hasonló értékeknél! Az eredményeknek képezze számtani átlagát! A továbbiakban ezt az értéket tekintse Rg1 nek!...... R g 1 = =... A fogyasztásból származó korrekció (K) meghatározása műszerenként: 1. műszer:. K = I m R U = R... =...... m1 g1 g1 = Rv 1... 2. műszer:. K = I m Um1... Rg1 = Rg1 =... =... R... v2 3. műszer:. Um1... K = Im Rg1 = Rg1 =... =... R... v3 30
A mérési bizonytalansági tartomány (±h) meghatározása : Analóg műszerek esetén az általános képlet X ± h = ± hpo X mh m Ennek a kiszámítása minden mérés szerves részét képezi! h a mérés bizonytalansága hpo pontossági osztály gépkönyv alapján xmh aktuális méréshatár xm mért érték A képletet feszültségmérésre adaptálva ± h= ± h A digitális műszerekkel történő mérésre vonatkozó általános képlet ± h = ± h rdg % + h % fs p U U mh m = X fs D digit + 100% X rdg NK h a mérés bizonytalansága hrdg (reading) leolvasott értékre vonatkoztatott hiba gépkönyv alapján hfs (full scale) aktuális méréshatárra vonatkoztatott hiba gépkönyv alapján xfs aktuális méréshatár xrdg mért érték D (digit) bizonytalan jegyek száma gépkönyv alapján Nk a digitális műszeren kijelzett teljes szám értéke a tizedes pont nélkül A digitális műszerek esetén tehát a hiba három részből áll. Azonban az egyes műszerek gyártója általában csak két értéket szokott megadni, ebben az esetben értelemszerűen a harmadik érték nulla (tehát nem kell vele számolni). 31
A laborban található kétféle digitális multimétert felhasználva feszültségmérésre adaptálva: a TR1667 esetén ± h = ± h És a HM8012 esetén rdg ± h = ± h D digit % + N rdg K 100 % U = fs % + h % = Végezze el a mért feszültség értékek bizonytalansági sávjának kiszámítását, majd az összes eredményt foglalja táblázatba! (Képlet, behelyettesítés mértékegységgel és végeredmény!!!) fs U rdg Műszer Um1 Umh Rv K műszer bizonytalansága (gépkönyv alapján) Ganzuniv TR1667 HM8012 ±h (számított) Írja fel az eredményeket metrológiailag helyes formában! 1. 2. 3. A mérés értékelése: : 32
A laboratóriumi mérés célja Lineáris hálózatokban műszerrel történő feszültség- ill. árammérés gyakorlása. A mérés folyamán fellépő rendszeres és véletlen hiba nagyságának meghatározása. A mérési eredmények metrológiailag helyes megadása és a mérés értékelése. A műszerből származó véletlen hiba számítása és ábrázolása a mért mennyiség függvényében. A laboratórium során elvégzendő mérések: 2.1. Um2 egyenfeszültség mérése: a műszer fogyasztásából származó rendszeres hiba és a műszer bizonytalanságából származó véletlen hiba meghatározása. 2.2. Im áram mérése: a műszer fogyasztásából származó rendszeres hiba és a műszer bizonytalanságából származó véletlen hiba mint bizonytalanság meghatározása. 2.3. A műszerből származó véletlen hiba számítása és ábrázolása a mért mennyiség függvényében. A műszerek kiválasztása véletlen hiba figyelembevételével. A méréshez szükséges elmélet Az előadáson elhangzottak és a méréstechnika jegyzet egyenfeszültség mérésről szóló része. Irodalom: [1] Méréstechnika jegyzet (Szerk. Dr. Horváth Elek) [2] Dr. Selmeczi Kálmán, Schnöller Antal: Villamosságtan II. 63-70, 249-260;Thevenin-Norton 33
2.1 U m2 egyenfeszültség mérése: a műszer fogyasztásából származó rendszeres hiba és a műszer bizonytalanságából származó véletlen hiba meghatározása. A mérés célja: Az 1. sz. mérőpanel adott mérési pontjain a feszültség értékének megállapítása, a fogyasztásból származó rendszeres hiba és a bizonytalansági tartomány kiszámítása. A mérés elve: A mérés módszere:.. A mérendő objektum: Az 1. sz. mérőpanelen található kapcsolás rajza 34
A mérés feltételei, határadatai: A méréshez szükséges műszerek, eszközök kiválasztása: Műszer:.. Műszer:.. Műszer:.. Műszer:.. A mérés műveleti sorrendje: Állítson össze egy ± 12 V tápforrást és ezt adja rá az 1. sz. mérőpanelra! (A részletes műveleti sorrend az 1. sz. mérés 2. mérési feladatában található meg a 22. oldalon) Állítson be a GANZUNIV (3,4) analóg mérőműszeren 30V-os méréshatárt, kapcsolja egyen-feszültség mérő üzemmódba, a polaritás-váltót állítsa + állásba. Csatlakoztasson a GANZUNIV (3,4) közös pontjára egy mindkét végén banándugóval ellátott fekete vezetéket, melynek szabad végét kösse az 1. sz. mérőpanelen található Um2 csatlakozópont alsó pontjához. A GANZUNIV (3,4) feszültségmérő bementi pontját, pedig kösse össze az 1. sz. mérőpanelen található Um2 csatlakozópont felső pontjával. A GANZUNIV (3,4) analóg mérőműszeren a méréshatárt csökkentse a lehető legkisebbre - amit a mért feszültség megenged! Töltse ki az alábbi táblázatot: Műszer Um2 Umh Rv 1. A GANZUNIV (3,4) analóg mérőműszert az 1. sz. mérőpanelen található Um2 csatlakozóponttal összekötő mérőzsinórokat távolítsa el. (Először a feszültségforrásból jelen esetben Um2-ből húzza ki a mérőzsinórokat!) 35