I. MERANIE
JEDNOSMERNÉHO A STRIEDAVÉHO NAPÄTIA A PRÚDU, NEISTOTY A CHYBY
VOLTMETROV
TEÓRIA: Teória chýb a neistôt v meraní,
neistoty typu A, B a C, udávanie presnosti prístrojov
výrobcom, princípy multimetrov, meranie jednosmerného a
striedavého napätia a prúdu – pripojenie prístroja
k meranému obvodu, meranie efektívnej hodnoty
striedavého napätia prúdu – definície, princípy, meranie
efektívnej hodnoty zo zahrnutím jednosmernej zložky a bez,
tvarový koeficient, vrcholový (crest) faktor.
ÚLOHY:
Na pracovisku ako zdroj signálu pre úvodné úlohy je
použitý DA prevodník na karte myDAQ spolu s príslušným softvérom
na PC. Výstup DA na myDAQ je označený AO0 a je nesymetrický voči
zemi AGND. Na AO0 voči zemi pripojte oba multimetre.
1. Multimetre prepnite na meranie jednosmerného napätia. Na
PC spuste program Test neistoty multimetrov (na ploche), ktorý na
výstupe karty vytvorí jednosmerné napätie zaťažené rušením.
Napätie opakovane odmerajte oboma multimetrami minimálne 10x a
vypočítajte neistoty merania A, B a C. Pre neistotu B použite
údaje výrobcu z príručky výrobcu prístroja (na tejto stránke
dole). Výsledky pre oba multimetre porovnajte a posúďte, či merajú
"zhodne". Odporúčanie: Ak multimeter umožňuje použite funkciu
Hold pre jednorázové spustenie merania.
2. Ukončte program
Test neistoty multimetrov
a spuste Test RMS. Tento program vytvorí na výstupe karty
priebeh emulujúci triakové riadenie príkonu spotrebiča.
Multimetre prepnite do režimu merania striedavého napätia.
Skontrolujte v ich návodoch, ktorý z nich merá podľa označenia
skutočnú efektívnu hodnotu (RMS). Oboma multimetrami odmerajte
aspoň 4 hodnoty napätia pri rôznych hodnotách uhla zopnutia
pre signál s frekvenciou 50Hz a amplitúdou 1V (odporúčané 180,135, 90, 45, 10
stupňov). Výsledky z multimetrov porovnajte a pokúste sa
vysvetliť rozdiely. Ktorý multimeter merá korektnejšie a
prečo? Ako teoreticky súvisí uhol otvorenia s výkonom
dodávaným do záťaže?
3. V ďalších úlohách sa ako zdroj signálu používa
generátor Agilent 33220A. Ukončte
aplikáciu, opojte multimetre od myDAQ karty a pripojte ich na
výstup generátora Agilent 33220A, Zoznámte sa s
generátorom Agilent 33220A a jeho ovládaním (príručka nižšie). V
menu Utility > Output Setup> Load nastavte hodnotu záťaže
50ohmov, do ktorej sa predpokladá, že generátor bude dodávať
signál. POZOR: údaj na displeji generátora je teda iba formálnym
vyjadrením veľkosti napätia na výstupe platným za podmienky, že
výstup je prispôsobený, t.j. impedancia záťaže je 50 ohmov.
Generátorom Agilent 33220A
vytvorte postupne harmonický, obdĺžnikový, trojuholníkový,
pílový priebeh s jednou ľubovoľnou amplitúdou z rozsahu 1V, s
frekvenciou 100 Hz a s nulovým ofsetom. Pomocou multimetrov
(TRMS aj jednoduchý multimeter s diódovým usmerňovačom)
odmerajte napätia pre jednotlivé priebehy. Odôvodnite, prečo sa
údaje multimetrov líšia medzi sebou v závislosti od zvoleného
tvaru striedavého signálu ako aj od nastavenej amplitúdy.
4. Nastavte na generátore harmonický priebeh s
amplitúdou 1V a offsetom 0V. Jeho frekvenciu nastavujte
postupne na frekvencii 5Hz, 50Hz, 500Hz, 5kHz, 50kHz, 500kHz,
5MHz. Aké údaje merajú multimetre? Aké hodnoty napätia udávajú
multimetre? Pokúste sa vysvetliť správanie sa multimetrov.
5. Nastavte na generátore pravouhlé impulzy s frekvenciou 50Hz
a šírkou impulzu 100mikrosekúnd. Úroveň napätia medzery
nastavte na 0V a amplitúdu impulzu postupne zväčšujte na
0.02V, 0.2V, 2V. Ako sa mení efektívna hodnota daného priebehu
pri takýchto zmenách amplitúdy impulzu? Akú hodnotu napätia
ukazujú multimetre? Je jej zmena v súlade s predpokladom pri
zmene amplitúdy impulzov ako aj v súlade s teoretickou
efektívnou hodnotou generovaných priebehov? Vymeňte si
výsledky merania aj s inými dvojicami používajúcimi iné typy
TRMS multimetrov a porovnajte výsledky získané rôznymi typmi
multimetrov.
6. Na generátore nastavte harmonický priebeh s frekvenciou
100Hz, amplitúdou 1V a ofsetom 1V. Na výstup generátora zapojte
priloženú záťaž (paralelná kombinácia RC). Multimetrami
odmerajte DC aj AC napätie na záťaži ako aj AC aj DC prúd cez
záťaž (Pozor na zapojenie multimetrov). Čo ukazujú multimetre
pri meraní v režimoch AC a DC pre komplexný signál s DC zložkou?
Doplnková teoretická úloha: Aký celkový výkon je dodávaný do
záťaže? Zvážte, rozdiskutujte a vysvetlite, čo sa stane s
jednotlivými meranými zložkami dodávaného výkonu, ak má záťaž
komplexný charakter (kombinácia RLC)?
Pomôcky: Parsevalov teorém, typy výkonu harmonického signálu na
komplexnej záťaži.
