laboratorijske vaje meritve gregor · 2020. 5. 14. · Gregor Geršak, Meritve, Laboratorijske vaje, DRAFT VERZIJA, možne napake!, 2010/11 VAJA 2 Besedilo naloge Ugotovite odzivni

Univerza v Ljubljani

Fakulteta za elektrotehniko

Laboratorij za metrologijo In kakovost

Gregor Geršak, Meritve, Laboratorijske vaje, DRAFT VERZIJA,

možne napake!, 2010/11

VAJA 1

Besedilo naloge

Ugotovite napetost med sponkama A-B in tok veje C-D danega

linearnega vezja ter določite sistematične pogreške vključitve

instrumentov v vezje! Določite tudi sistematske pogreške vključitve

instrumentov pri merjenju napetosti, toka in moči na bremenu!






Merjenje napetosti

Theveninovo nadomestno vezje

UAB

A

B

RAB

UAB






Merjenje napetosti

Theveninovo nadomestno vezje

UAB

A

B

RAB

RV UV

ABV

VABV

RR

RUU






Merjenje napetosti

Sistematski pogrešek (relativni)

AB

ABV

U

UUe

ABVABV

AB

ABV

V

AB

V

1

111

RRRR

R

RR

R

U

U

0AB

V eR

R






Merjenje napetosti

Če hočemo določiti UAB (in RAB), potrebujemo 2 meritvi...

UAB

A

B

RAB

RV1 UV1

ABV1

V1ABV1

RR

RUU






Merjenje napetosti


UAB

A

B

RAB

RV2 UV2

ABV2

V2ABV2

RR

RUU






Merjenje napetosti


UAB

A

B

RAB

UV2

ABV2

V2ABV2

RR

RUU

RV2

V2V1V1V2

V1V2V2V1AB

URUR

RRUUU






Merjenje toka

Nortonovo nadomestno vezje

ICD

C

D

RCD ICD






Merjenje toka

Nortonovo nadomestno vezje

ICD

C

D

RCD A RA

IA

ACD

CDCDA

RR

RII






Merjenje toka

Sistematski pogrešek (relativni)

CD

CDA

I

IIe

ACDACD

A

ACD

CD

CD

A

1

111

RRRR

R

RR

R

I

I

00 eRA






Če hočemo določiti ICD (in RCD), potrebujemo 2 meritvi...

A1CD

CDCDA1

RR

RII

ICD

C

D

RCD RA1

Merjenje toka







A2CD

CDCDA2

RR

RII

ICD

C

D

RCD RA2

Merjenje toka







A1A1A2A2

A1A2A2A1CD

RIRI

RRIII

A2CD

CDCDA2

RR

RII

ICD

C

D

RCD RA2

Merjenje toka






Merjenje napetosti bremena

U0

RN

Rb

bN

b0b

RR

RUU






Merjenje napetosti bremena

U0

RN

Rb V RV

V

V

RRR

RRUU

bN

b

0V

...bU

b

bv

U

UUe

Rb






Merjenje toka bremena

U0

RN

Rb

bN

0b

RR

UI

Rb







U0

RN

Rb

AbN

0A

RRR

UI

A

RA

bIe

Rb






Merjenje moči bremena

U0

RN

Rb

bbb IUP

W

V

A W

Rb







U0

RN

Rb

W

RW,t, RW,n

bPetW,

2

W RIIUP bbb

Rb







U0

RN

Rb

W

RW,t, RW,n

bPe

nW,

2

bW

R

UIUP bb

Rb






VAJA 2 Besedilo naloge

Ugotovite odzivni čas Ta in mejno frekvenco fm merilnega člena in

poiščite njun medsebojni odnos. Uporabite digitalni spominski

osciloskop.

Fun.

generator Osciloskop

R

C






R

C u1 u2

iR

iC

Matematični model merilnega člena






τteUu 102

τ3 τ2 τ1 t 0

1 95,0

aT 02 Uu

ττ 3 195,00

2

a

TTe

U

ua

Odziv merilnega člena na stopnico






Odziv merilnega člena na sinusno obliko vhodnega signala

R

C u1 u2

iR

iC

RCω

ωUωCR

RωUωU

,

j1

1j

jjj 112

ωω

ω1

1ωωj

1

2

221

2

u

u

τG

jU

jUG






22ω1

1ω

τG

G()

1

fm f

21

Odziv merilnega člena na sinusno obliko vhodnega signala






Eksperimentalno ugotavljanje

amplitudne karakteristike

1

t

2u






1

t

t(fm)

21

t(fmax) 0

fm fmax fmin

2u








minmax

min

max ff

ff

ft

ft mm

minminmaxmax

fffft

ftf mm








Povezava med Ta in fm

22ω1

1ω

τG

2

1

13

2 oz. 1 amT

f

aa

mTT

f2

1

2

3






Besedilo naloge

Izmerite neznano napetost Ux po odklonski in kompenzacijski metodi.

Ugotovite vpliv ločljivosti na merilni rezultat.

UX,0

RX,0

UX

VAJA 3

+

-






Besedilo naloge



UX,0

RX,0

V UX PC

VAJA 3

+

-






UX,0

RX,0

V UX PC

+

VAJA 3

Besedilo naloge








VAJA 3

UX,0

RX,0 N

UX

PC

+ RN

A

Rp

Up

+

Ip

Besedilo naloge








Odklonska metoda merjenja napetosti

x,0V

x,0x,0V1

RR

RUUE

Sistematični pogrešek zaradi notranje upornosti vira:

UX,0

RX,0

V UX PC

+






V,0Vx UUU =E2

UX,0

RX,0

V UX PC

+


Sistematični pogrešek zaradi ničelnega odklona V-metra (offset):






Sistematični pogrešek zaradi ničelnega odklona V-metra (offset):

=E2


V PC

V,0Vx UUU






t

uV,0/V

0,000 001 X V

npr.:


Če merimo z veliko ločljivostjo, opazimo, da napetost niha – negotovost merjenja

V PC

V,0u






Če merimo z veliko ločljivostjo, opazimo, da napetost niha – negotovost merjenja

t

uV,1 /V

0,960 4X X X V

npr.:


UX,0

RX,0

V UX PC

+

V,1u






Koliko različnih nivojev bi ločili s takim voltmetrom, če je npr. UD=1 V?

10 000 000 ?

Se pravi μ 1,0

V 1

Q

D

V

UR


npr.:

0,960 4X X X V

UX,0

RX,0

V UX PC

+

ločljivost






Če prikaz ni stabilen, je R določen kot

V,1D

s U

UR


npr.:

0,960 4X X X V

UX,0

RX,0

V UX PC

+

efektivna ločljivost






Koliko bitov bi rabili za to?

RENOD 10log


npr.:

0,960 4X X X V

UX,0

RX,0

V UX PC

+

efektivno št. mest prikaza






Kakšen bi bil merilni rezultat?

21Vx,0 EEUU

V,1V,12V,02x,0 UsUsUsUu







Kompenzacijska metoda merjenja napetosti

02V,Rx,0 N UUU

UX,0

RX,0 N

UX

PC

+ RN

A

Rp

Up

+

Ip

NpRNRIU






Odčitek voltmetra – stresanje nekoliko večje kot pri odklonskem principu:

t

uV,2 /V


UX,0

RX,0 N

UX

PC

+ RN

A

Rp

Up

+

Ip

V,2u







1,037 5XX X V

npr. :


UX,0

RX,0 N

UX

PC

+ RN

A

Rp

Up

+

Ip

t

uV,2 /V

V,2u







V,2D

s U

UR

RENOD 10log


1,037 5XX X V

npr. :

UX,0

RX,0 N

UX

PC

+ RN

A

Rp

Up

+

Ip






Besedilo naloge

Analitično in eksperimentalno preverite (statično) karakteristiko četrtinskega

in polnega odklonskega Wheatstonovega mostiča. Z avtomatskim

uravnovešanjem mostiča izboljšajte linearnost četrtinskega mostiča z

napetostno krmiljenim napetostnim generatorjem.

VAJA 4

R6

R7 V

R1

R2 R4

R3

U0






Karakteristika mostiča

R1

R2 R4

R3

U0 U5 UA

21

20A

RR

RUU

AB5 UUU

43

40B

RR

RUU

UB

43213241

0RRRR

RRRRU

U5 = ?






Uravnotežen mostič

R1

R2 R4

R3

U0 U5

U5 = 0 !

0 3241 RRRR

4

3

2

1

R

R

R

R

0

4321

324105

RRRR

RRRRUU






Uravnotežen mostič

R1

R2 R4

R3 U0

0

4321

324105

RRRR

RRRRUU

U5 = 0 !

0 3241 RRRR

4

3

2

1

R

R

R

R






četrtinski mostič

¼ V

R

R R

R

U0

43213241

05RRRR

RRRRUU

R = R + DR

RRR

RRRRU

22

2

0D

D

R

RU

D 0

4

1

DR






četrtinski mostič

¼ RR

UD

04

1

U5

R

RD






polni mostič

1 V

R

R R

R

U0

R = R + DR

RRRRRRRR

RRRRRRRRUU

DDDD

DDDD 05

R

RU

D 0






U5

R

RD

R

RU

D0

polni mostič

1






polni mostič

1






polni mostič

1

procesni

tlak

vakum ali

atmosferski tlak

R1 R4 R2 R3






R6

R7 V

R

R R

R

U0

Vloga R6 in R7

-0.003






R6

R7 V

R

R R

R

U0

Vloga R6 in R7

-0.003 -0.006 0.005 0.000






VAJA 5

Besedilo naloge

Umerite izmenični voltmeter po primerjalni metodi.

U0

R2

R1

V VN






Umerjanje ali kalibracija

Umerjanje oz. kalibracija pomeni niz operacij, s katerimi

ugotavljamo povezave med vrednostmi, ki jih kaže kalibrirani

instrument (voltmeter), ter pripadajočimi vrednostmi, ki so

realizirane z etaloni pod določenimi pogoji.

V VN






Umerjanje ali kalibracija

Umerjanje oz. kalibracija pomeni niz operacij, s katerimi

ugotavljamo povezave med vrednostmi, ki jih kaže kalibrirani

instrument (voltmeter), ter pripadajočimi vrednostmi, ki so

realizirane z etaloni pod določenimi pogoji.

Rezultat umerjanja pogreški kazanja (temeljni pogreški),

negotovost (certifikat)

Umerjanje Naravnavanje ali justiranje






napake

1,3 °C

0,2 °C

1,4 °C

0,1 °C

0,7 °C

-0,4 °C

0,3 °C

1,1 °C

negotovosti

0,4 °C

0,5 °C

0,4 °C

0,5 °C

0,4 °C

0,4 °C

0,5 °C

0,5 °C

u(točke ledišča) = 0,005 °C






Primerjalno umerjanje

V VN

Pogrešek voltmetra E = Ui - U

Ui U

oz. E = Ui – (UN,i – EN)

UN,i – EN

Kolikšen je pogrešek voltmetra?






V VN


Ali je to vse, za kar se moti?

E = EN + Ep + Eh + Eq + Et nestabilnost, ponovljivost, vira, vezja,

odčitka voltmetra

histereza voltmetra

ločljivost voltmetra

lezenje voltmetra






V VN

Pogrešek zaradi časovne nestabilnosti (ponovljivosti)

merjene napetosti - Ep

Statistično (st.odklon)

ali

kar pravokotna porazdelitev

32

min,max, pp

p

EEEu

0 EpUi

ipU ( )







V VN

U0

Ui

Eh

32

max,h

h

EEu

Pogrešek zaradi histereze voltmetra - Eh







V VN

32

max,q

q

EEu

7 8 9

Eq,max = Q = 0,05 V


Pogrešek zaradi ločljivosti voltmetra - Eq






V VN

Na podlagi spremljanja

zgodovine kalibracij


Pogrešek zaradi dolgoročne nestabilnosti (lezenja)

voltmetra - Et






V VN


Pogrešek referenčnega voltmetra - EN

NN EuE

2 , kk

EUEu NN






Negotovost Ui

t2q2h2p2N2 EuEuEuEuEuUu ic


Ui = UN,i – EN + Ep + Eh + Eq + Et

icNiNi UuEUU ,

Documents

laboratorijske vaje meritve gregor · 2020. 5. 14. · Gregor Geršak, Meritve, Laboratorijske vaje, DRAFT VERZIJA, možne napake!, 2010/11 VAJA 2 Besedilo naloge Ugotovite odzivni