- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiálLaboratorní cvičení č. 1 – Kontrola měřicího přístroje, chyby přímých a nepřímých měření
Cíle kapitoly:
Cílem laboratorního cvičení s názvem Kontrola měřicího přístroje, chyby přímých a nepřímých měření je seznámit studenty se zpracováním naměřených hodnot z hlediska chyby metody a chyb měřicích přístrojů, s měřením nelinearity voltmetru a s nepřímým měřením výkonu stejnosměrného proudu.
Úkoly:
Pomocí referenčního multimetru HP (Agilent) 34401A změřte nelinearitu stupnice multimetru METEX M-3890D na rozsahu 4V DC, jako zdroj stejnosměrného napětí použijte stabilizovaný zdroj STATRON 2223.
Stanovte korekční křivku multimetru METEX M-3890D na rozsahu 4V DC.
Vypočítejte a graficky znázorněte absolutní a relativní chyby při měření multimetrem METEX M-3850 na ověřovaném rozsahu 4V DC za předpokladu, že správné hodnoty udává multimetr HP 34401A.
Změřte výkon odporové zátěže R=100Ω nepřímým měřením pomocí voltmetru a ampérmetru v obou možných zapojeních:
analogovými přístroji (multimetry DU 20),
číslicovými přístroji (multimetr HP 34401A, METEX M-3890D).
Při měření výkonu v zapojení, kdy ampérmetr měří proud zátěže Iz, nastavujte hodnoty proudu v rozsahu 0 – 50mA po kroku 5mA.
Při měření výkonu v zapojení, kdy voltmetr měří napětí zátěže Uz, nastavujte hodnoty napětí v rozsahu 0 – 6 V po kroku 0,5 V.
Z naměřených hodnot vypočtěte pro obě zapojení a pro analogové i číslicové přístroje absolutní a relativní chybu metody ∆P , δP, absolutní a relativní mezní chyby měřících přístrojů ∆MA, ∆MC, δMA, δMC, absolutní a poměrnou chybu údaje měřicích přístrojů nepřímého měření výkonu ∆M, δM, mezní absolutní a relativní chybu nepřímého měření výkonu s danými měřidly ∆Max, δMax.
Laboratorní cvičení č. 2 – Měření napětí - stejnosměrné a střídavé voltmetry
Cíle kapitoly:
Cílem laboratorního cvičení s názvem Měření napětí - stejnosměrné a střídavé voltmetry je seznámit studenty se základními vlastnosti voltmetrů a s prací s nimi.
Úkoly
Změřte vstupní odpor Rvst multimetru METEX M-3850 na rozsahu 40V DC pomocí napěťového děliče a vstupní odpor Rvst multimetru HP 34401A na rozsahu 10 V DC metodou polovičního napětí.
Změřte frekvenční charakteristiku multimetru METEX M-3850 v rozsahu frekvencí 100 Hz – 3000 Hz a frekvenční charakteristiku vf. střídavého milivoltmetru BM579 v rozsahu frekvencí 1 MHz – 10 MHz. Zdrojem měřeného napětí je funkční generátor 33120A, jehož výstupní signál má hodnotu 2Vef.
Zjistěte z dokumentace přístrojů METEX M-3850 a TESLA BM579 jakou absolutní a relativní chybou je zatíženo měření napětí pro použité frekvenční rozsahy.
Určete velikosti absolutních a relativních chyb při měření efektivních hodnot daných výstupních signálů, jejichž zdrojem je generátor HP 33120A:
Sinusový průběh, f = 5 kHz, Up-p = 5V
Obdélníkový průběh, f = 500Hz, Up-p = 2V
Trojúhelníkový průběh, f = 100 Hz, Up-p = 4V
Měření proveďte multimetry HP 34401A, METEX M-3850, vf. voltmetrem TESLA BM579. Za referenční správnou hodnotu považujte údaj multimetru HP 34401A.
Ověřte výpočtem velikosti efektivních hodnot sinusového a obdélníkového průběhu.
Osciloskopem Tektronix TDS 210 ověřte tvar a velikost efektivních hodnot daných signálů a jejich průběhy zakreslete do sešitu.
Laboratorní cvičení č. 3 – Měření pomocí analogového osciloskopu
Cíle kapitoly:
Úkolem tohoto laboratorního cvičení je seznámit studenty s funkcí analogového osciloskopu, jeho ovládáním a použitím pro měření základních elektrických veličin.
Úkoly
Zobrazte kalibrační napětí osciloskopu OS 5020 nebo HC 5804 a proveďte kalibraci sondy. Do sešitu zakreslete a popište průběhy signálu při nedokompenzované, překompenzované a kompenzované sondě. Vyhodnoťte velikost a frekvenci kalibračního napětí a porovnejte s hodnotami udávanými výrobcem
Pomocí dvojí časové základny zobrazte detail náběžné a sestupné hrany kalibračního napětí osciloskopu OS 5040 (HC 5804) a změřte dobu trvání náběžné a sestupné hrany kalibračního napětí.
Pomocí osciloskopu OS 5020 nebo OS 5040 nastavte generátor NEWTRONICS 200 MP tak, aby generoval:
sinusový signál o velikosti 1,2Vp-p a periodě T= 2ms,
obdélníkový signál s o velikosti 2Vp-p ,T= 400μs,
trojúhelníkový signál o velikosti 1VP-P, T=10μs , Offset = 0,5V
Nastavené průběhy zakreslete do sešitu a zaznamenejte nastavené parametry osciloskopu (zesílení kanálu a nastavení časové základny).
Změřte srovnávací metodou kmitočet kalibračního napětí osciloskopu OS 5020 nebo OS 5040 pomocí generátoru TESLA BM 492.
Laboratorní cvičení č. 4 – Měření kmitočtu, časového intervalu a fáze
Cíle kapitoly:
Úkolem laboratorního cvičení s názvem Měření kmitočtu, časového intervalu a fáze je přiblížit studentům různé metody pro měření těchto veličin.
Úkoly
Pomocí multimetru HP 34401A proveďte kontrolu stupnice generátoru NEWTRONICS 200MSP v rozsahu kmitočtu 200Hz až 2kHz, velikost výstupního harmonického signálu z generátoru nastavte na Uef = 4V.
Pro daný frekvenční rozsah 20Hz-200Hz stanovte korekční křivku generátoru NEWTRONICS 200MSP. Vypočítejte absolutní a relativní chyby nastavení stupnice generátoru NEWTRONICS 200MSP, když referenční přístroj je multimetr HP 34401A. Graficky zpracujte vypočítané průběhy absolutních a relativních chyb měření.
Změřte pomocí multimetru HP 34401A a čítače HP 53131A minimální a maximální hodnoty frekvence a doby periody výstupního harmonického signálu z generátoru NEWTRONICS 200MSP na rozsahu 100KHz a 1MHz, velikost výstupního signálu Uef=2V nastavte pomocí multimetru HP 34401A.
Určete absolutní a relativní chyby při měření frekvence a periody multimetrem HP 34401A, když referenčním měřidlem je čítač HP 53131A.
Pomocí čítače HP5 3131A změřte minimální a maximální šířku pulsu obdélníkového signálu z generátoru NEWTRONICS 200MSP o velikosti UP-P=1V, f=10kHz, kterou lze na generátoru nastavit.
Určete absolutní a relativní chybu čítače HP 53131A při měření šířky pulsu tohoto signálu.
Na pracovišti je k dispozici osciloskop TEKTRONIX TDS 210 pro orientační kontrolu nastavovaných signálů na generátoru.
Změřte fázovou frekvenční charakteristiku RC článku pomocí čítače HP 53131A pro rozsah frekvencí 1kHz - 20kHz s krokem 0,5kHz výstupního sinusového signálu z generátoru NEWTRONICS 200MSP o velikosti Up-p = 8V.
Laboratorní cvičení č. 5 – Číslicové osciloskopy
Cíle kapitoly:
Cílem laboratorního cvičení je seznámit studenty s principem, funkcí a obsluhou číslicových osciloskopů a s jejich základními vlastnostmi.
Úkoly
Pomocí osciloskopu HP 54600 změřte velikost periody, frekvence, amplitudy, efektivní a střední hodnoty těchto signálů z generátoru HP 33120A:
Sinusový průběh, frekvenci f = 50kHz, U p-p = 2V.
Trojúhelníkový signál, f = 1,5kHz, Up-p = 0,5 V se stejnosměrnou složkou Offset = 250mV.
Obdélníkový signál, f = 700 Hz, Up-p = 5 V, střída 1:4.
Měření proveďte při DC a AC vazbě na vstupu kanálu osciloskopu a naměřené rozdíly zdůvodněte. Vyzkoušejte si rovněž manuální vyhodnocování parametrů signálů pomocí kursorů osciloskopu.
Zobrazené průběhy signálů na osciloskopu zakreslete do sešitu a popište.
Výpočtem ověřte velikost efektivní hodnoty signálu sinusového a obdélníkového průběhu.
Zobrazte kalibrační napětí osciloskopu HP 54600, změřte jeho periodu, velikost a v režimu Delayed (zpožděná základna) dobu trvání náběžné a sestupné hrany kalibračního napětí. Naměřené hodnoty parametrů kalibračního napětí osciloskopu porovnejte s údaji od výrobce.
Pomocí Lissajousových obrazců v režimu zobrazení XY osciloskopu HP 54600 a známé hodnoty frekvence harmonického signálu fn z generátoru HP 33120A změřte frekvenci signálu generátoru TESLA BM 492, který je orientačně nastavený na hodnotu fx=500Hz.
Laboratorní cvičení č. 6 – Měření pasivních prvků
Cíle kapitoly:
Úkolem tohoto laboratorního cvičení je seznámit studenty se základními metodami měření elektrického odporu, kapacity, vlastní a vzájemné indukčnosti. Studenti by se měli seznámit i s přístroji, které umožňují tyto pasivní veličiny měřit.
Úkoly
Změřte hodnoty odporů R1 až R3 v přípravku:
dvouvodičově pomocí LCR měřiče MIC-4070D a pomocí multimetru HP 34401A,
čtyřvodičově pomocí měřiče RLCG TESLA BM591 a multimetru HP 34401A.
Měřičem impedance TESLA BM 507 změřte modul impedance (Z( a fázi φ odporů R1 až R3 na kmitočtu 100kHz
Změřte hodnoty kapacit C1 až C3 kondenzátorů v přípravku a velikosti jejich činitelů jakosti Q1 až Q3 a činitelů ztrát D1 až D3 pomocí:
LCR měřiče MIC-4070D,
měřiče RLCG TESLA BM 591,
Měřičem impedance TESLA BM 507 změřte kmitočtovou závislost absolutní hodnoty impedance (Z( a fáze φ kondenzátoru C1 ve frekvenčním rozsahu 100 Hz až 100 kHz a graficky zpracujte. Vypočítejte velikost činitele jakosti Q1 a činitele ztrát D1.
Změřte hodnoty indukčností L1 až L3 a jejich činitele jakosti Q1 až Q3 cívek v přípravku pomocí:
LCR měřiče MIC-4070D,
měřiče RLCG TESLA BM 591
Měřičem impedance TESLA BM 507 změřte kmitočtovou závislost absolutní hodnoty impedance (Z( a fáze φ cívky L1 ve frekvenčním rozsahu 1 kHz až 100 kHz a graficky zpracujte. Určete velikost činitele jakosti Q1 a činitele ztrát D1
Laboratorní cvičení č. 7 – Měření jednofázového výkonu
Cíle kapitoly:
Úkolem tohoto laboratorního cvičení je seznámit studenty s měřením činného jednofázového výkonu zátěže pomocí dvou různých wattmetrů. Dále se studenti seznámí s měřením jalového a zdánlivého výkonu.
Úkoly
Měřičem výkonu HM8115-2 změřte výkonové zatěžovací charakteristiky PZ = f(IZ), QZ = (IZ), SZ = f(IZ) ss. zdroje STATRON 2223, který napájí proměnnou odporovou zátěž R napětím U = +10V a +20V. Velikost zatěžovacího proudu IZ nastavujte na zátěži (posuvný odpor R) v rozmezí hodnot 0,2A-1,5A. Sledujte rovněž velikost účiníku cos φZ. Naměřené hodnoty zapisujte do tabulky, změřené závislosti vyhodnoťte a graficky zpracujte.
Současně s tímto měřením provádějte měření následujícího úkolu č.2.
Měřičem spotřeby elektrické energie ENERGY MONITOR 3000 změřte velikost odebíraného příkonu PS, zdánlivého výkonu SS a účiník cos φS zdroje STATRON 2223, který napájí stejnou odporovou zátěž jako v úkolu č.1 (IZ v rozmezí 0,2A – 1,0A) a pro napětí U = +10V a +20V. Velikost jalového výkonu QS vypočítejte.
Graficky zpracujte závislosti PS = f( IZ), SS = f(IZ), QS = f(IZ) a cos φS = f(IZ) pro obě napájecí napětí. V komplexní rovině zakreslete do fázového diagramu výkony PS, SS, QS pro největší a nejmenší hodnotu účiníku cos φS.
Vypočítejte a vyhodnoťte účinnost η zdroje STATRON 2223 v závislosti na velikosti zatěžovacího proudu IZ .
Pomocí měřiče výkonu HM 8115-2 změřte, vyhodnoťte a graficky zpracujte výkonové charakteristiky PZ = f(Un), QZ = (Un), SZ = f(Un) stolní lampy osazené žárovkou o příkonu 60W. Sledujte rovněž velkost účiníku cos φZ. Velikost napájecího napětí Un volte v rozmezí hodnot 100V-230V a nastavujte pomocí střídavého laboratorního zdroje LTS 602. Nastavenou hodnotu napětí Un odečítejte z displeje měřiče výkonu HM 8115-2.
Změřte měřičem spotřeby elektrické energie ENERGY MONITOR 3000 maximální příkon PS a zdánlivý výkon SS počítačové sestavy na pracovišti a popište při jakém režimu bylo dosaženo těchto maximálních údajů. Zjistěte jaké další parametry umožňuje uživateli vyhodnocovat měřiče spotřeby ENERGY MONITOR 3000.
Laboratorní cvičení č. 8 – Rušivé vlivy působící na elektronické měřicí přístroje a jejich potlačení
Cíle kapitoly:
Úkolem laboratorního cvičení s názvem Rušivé vlivy působící na elektronické měřicí přístroje a jejich potlačení je seznámit studenty s vlivy, které mohou ovlivňovat měření, která jsou prováděna v laboratorním nebo v provozním prostředí.
Úkoly
Měřičem zkreslení BM 543 změřte činitel zkreslení síťového napětí. Měření proveďte pro kmitočet sítě 50 Hz. Po dobu alespoň 5 minut sledujte, zda nedochází k výraznějším změnám. Jako zdroj síťového napětí použijte střídavý zdroje Diametral AC250K1D, jehož výstupní transformované napětí nastavte na hodnotu 10V. Současně měřený signál zobrazte na osciloskopu HP 54600A a pomocí matematického modulu FFT (HP54657A) osciloskopu změřte kmitočtové spektrum daného signálu a určete velikosti jednotlivých harmonických složek.
U číslicového multimetru HP34410A ve funkci stejnosměrného voltmetru s nastavením rozlišení 4digit/slow a 5digit/slow změřte na rozsahu 1V závislost činitele potlačení sériového rušení H na frekvenci fr rušivého napětí. Frekvenci fr volte pro rozlišení 4digit/slow v rozsahu 45 Hz až 55 Hz po kroku 1 Hz a pro rozlišení 5digit/slow v rozsahu 47Hz až 53 Hz po kroku 0,5 Hz. Hodnota napětí Uss je nulová (pro zjednodušení)
Pomocí měřice magnetické indukce EMF 827 sledujte na pracovním stole rušivá magnetická pole, vyhodnocujte jejich velikosti a určete zdroj největšího rušivého napětí.
Laboratorní cvičení č. 4 – Měření R, C, L impedancí
Cíle kapitoly:
Úkolem tohoto laboratorního cvičení je seznámit studenty se základními metodami měření elektrického odporu, kapacity, vlastní a vzájemné indukčnosti. Studenti by se měli seznámit i s přístroji, které umožňují tyto pasivní veličiny měřit.
Úkoly
Změřte hodnoty odporů R1 až R3 v přípravku:
dvouvodičově pomocí LCR měřiče MIC-4070D a pomocí multimetru HP 34401A,
čtyřvodičově pomocí měřiče RLCG TESLA BM591 a multimetru HP 34401A.
Měřičem impedance TESLA BM 507 změřte modul impedance (Z( a fázi φ odporů R1 až R3 na kmitočtu 100kHz
Změřte hodnoty kapacit C1 až C3 kondenzátorů v přípravku a velikosti jejich činitelů jakosti Q1 až Q3 a činitelů ztrát D1 až D3 pomocí:
LCR měřiče MIC-4070D,
měřiče RLCG TESLA BM 591,
Měřičem impedance TESLA BM 507 změřte kmitočtovou závislost absolutní hodnoty impedance (Z( a fáze φ kondenzátoru C1 ve frekvenčním rozsahu 100 Hz až 100 kHz a graficky zpracujte. Vypočítejte velikost činitele jakosti Q1 a činitele ztrát D1.
Změřte hodnoty indukčností L1 až L3 a jejich činitele jakosti Q1 až Q3 cívek v přípravku pomocí:
LCR měřiče MIC-4070D,
měřiče RLCG TESLA BM 591
Měřičem impedance TESLA BM 507 změřte kmitočtovou závislost absolutní hodnoty impedance (Z( a fáze φ cívky L1 ve frekvenčním rozsahu 1 kHz až 100 kHz a graficky zpracujte. Určete velikost činitele jakosti Q1 a činitele ztrát D1
Teoretický rozbor
Měření elektrického odporu
Elektrický odpor rezistorů lze měřit různými metodami, což souvisí jednak s rozsahem hodnot měřených odporů (měření malých odporů do 1(, středních odporů od 10 ( do 1 M( a velkých odporů nad 1 M() a jednak s požadovanou přesností měření. Z hlediska metod rozeznáváme metody přímé a nepřímé. Další rozdělení měřicích postupů je na metody výchylkové a nulové.
Přímé metody měření elektrického odporu
Přímé metody jsou založeny na bezprostřední aplikaci Ohmova zákona:
((((22)
Elektrický odpor rezistoru můžeme určit z Ohmova zákona, změříme-li proud I protékající rezistorem s hledaným odporem R při odpovídajícím napětí U mezi svorkami rezistoru. Je nutné si ale uvědomit, že přístroje, jimiž měříme proud i napětí (ampérmetr a voltmetr), však vždy do jisté míry ovlivňují svými vlastními vnitřními odpory velikosti obou zmíněných veličin v obvodu a získaná velikost odporu rezistoru je zatížena určitou chybou.
Při zapojení přístrojů do obvodu lze v zásadě použít dva různé způsoby (viz ).
Obrázek ARABIC 11: Zapojení pro měření odporu Ohmovou metodou
Na přímé metodě je též založeno měření elektrického odporu rezistoru ohmmetrem. Tento přístroj je v podstatě ampérmetr, jenž měří proud protékající rezistorem o neznámém odporu Rx, přičemž zdroj napětí U je v přístroji zabudován. Údaj na displeji přístroje je pak uváděn přímo v ohmech.
Nepřímé metody měření elektrického odporu
K určení neznámého odporu používají tyto metody v zásadě porovnání s jedním nebo více známými odpory. Jisté specifické postavení má nepřímá metoda měření velkých odporů vybíjením kondenzátoru přes měřený odpor.
Mezi nejběžnější nepřímé metody měření elektrického odporu patří například metoda substituční, srovnávací či můstková. Nejčastěji používanou je můstková metoda, jíž lze využít nejen pro měření odporů rezistorů, ale i pro měření jiných prvků elektrických obvodů (např. kapacit a indukčností ve střídavých můstcích).
Měření kapacity
Měření kapacity C kondenzátoru lze provádět řadou různých metod. Např:
Přímá metoda měření kapacity
Nepřímá metoda tří napětí
Nepřímá můstková metoda
Základní vlastnosti kondenzátoru při nízkém kmitočtu lze znázornit sériovým nebo paralelním náhradním schématem.
Obrázek : Náhradní schéma kondenzátoru – sériové a paralelní
Obě schémata jsou rovnocenná a platí pouze pro daný kmitočet. Jsou-li dány hodnoty z jednoho schématu, lze z nich snadno vypočítat hodnoty druhého ze známých převodních vztahů:
(23)
(24)
Z fázových diagramů lze snadno zjistit vztahy pro ztrátový činitel tg( (nebo označován písmenem D) a činitel jakosti Q:
(25)
Přímá metoda měření kapacity
Nebývá často využívána, protože vykazuje menší přesnost, ale je velmi jednoduchá a rychlá. Vychází z Ohmova zákona pro obvod střídavého proudu s kapacitou. Změříme-li ve střídavém zapojení proud I protékající obvodem, v němž je zapojena jen ideální kapacita C, pak při známém napětí Uc na tomto prvku můžeme spočítat jeho kapacitanci:
((((26)
kde f je frekvence střídavého proudu v obvodu. Hledaná hodnota kapacity C je pak rovna:
(F((27)
Metoda tří napětí
U přímé metody jsme jednak neuvažovali odpor R obvodu (neboť R (( Xc), ale také jsme považovali navíc kondenzátor za ideální kapacitu. V reálném případě má však každý kondenzátor jistý svodový odpor Rx, jenž si můžeme jednoduše představit jako rezistor paralelně připojený ke svorkám kondenzátoru. Tuto skutečnost plně respektuje i metoda tří napětí.
Měřený kondenzátor s kapacitou C a svodovým odporem Rs zapojíme do série se známým odporem R. V tomto obvodu budeme měřit trojici napětí:
UR na odporu R
UC na kapacitě C
U na celé sériové kombinaci RC
Obvodem od zdroje teče proud I, který protéká odporem R a poté se větví na proud Ic tekoucí větví s kapacitou C a proud Is tekoucí svodovým odporem Rx. Při výpočtu kapacity pak vycházíme ze znalostí o proudech a napětích v obvodech střídavého proudu. Lze sestavit fázový diagram a zjistit kapacitu C.
Můstková metoda
K měření kapacity se využívá Wheatstoneova mostu se zdrojem střídavého napětí. Střídavý můstek se v principu neliší od můstku stejnosměrného pro měření elektrického odporu rezistorů. Ve střídavém zapojení tvoří most obecně čtyři impedance.
Odvození podmínky rovnováhy je ekvivalentní postupu prováděnému u stejnosměrného můstku a také výsledek je formálně stejný. Opět vycházíme z Ohmova zákona, jediný rozdíl spočívá v respektování skutečnosti, že u prvků s kapacitou a indukčností dochází ke vzniku fázových posunů mezi proudy a napětími v jednotlivých větvích obvodu (vyjádříme pomocí komplexních impedancí). Podmínka rovnováhy pro střídavý Wheatstoneův můstek se dá vyjádřit:
(28)
Z tohoto matematického vyjádření rovnováhy ve střídavém můstku plyne, že musí být splněny dvě podmínky vyplývající z rovností pro reálné a imaginární části výrazu:
(29)
an.3 (30)
Rovnice (29) představuje tzv. amplitudovou podmínku (ta je ekvivalentní podmínce rovnováhy stejnosměrného můstku pro odpory) a rovnice (30) je specifická pro střídavé můstky, je to tzv. fázová podmínka.
Měření vlastní indukčnosti
Rovněž měření indukčnosti L cívek lze provádět různými metodami. Například:
přímou metodou měření indukčnosti
nepřímou můstkovou metodou
Podobně jako u kondenzátorů, tak i u cívky lze její vlastnosti v pásmu nízkých kmitočtů znázornit sériovým a paralelním náhradním schématem (viz ).
Obrázek : Náhradní schéma cívky – a) sériové, b) paralelní
Převodní vztah
Vloženo: 28.05.2009
Velikost: 4,69 MB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Mohlo by tě zajímat:
Skupina předmětu BMVE - Měření v elektrotechnice
Reference vyučujících předmětu BMVE - Měření v elektrotechnice
Podobné materiály
Copyright 2024 unium.cz