FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM
Jméno a příjmení Ročník
FEKT VUT BRNO
1
Spolupracoval Příprava
Opravy
Obor
ID Stud. skupina Lab. skup. Kroužek
Měřeno dne
Odevzdáno dne
Učitel
Hodnocení Číslo úlohy
Název úlohy
zs2015
1. Úkol Zobrazte na osciloskopu a změřte zadané hodnoty napětí s harmonickým průběhem, a to neusměrněné a jednocestně i dvoucestně usměrněné. Využijte podle možností všechny voltmetry u úlohy. Provedená měření vyhodnoťte podle požadavků uvedených v návodu k úloze.
2. Teorie Analogovými (ručkovými) elektrickými přístroji se měří základní elektrické veličiny, většinou na principu silových účinků polí. Tato pole jsou vytvářena buď přímo měřeným proudem, nebo proudem, které v přístroji vytvoří měřené napětí. Měřené elektrické veličiny jsou těmito silami převedeny na mechanický pohyb ukazatele – ručky. V závislosti na elektromechanickém systému reaguje ukazatel přístroje buď na střední nebo efektivní hodnotu vstupního signálu. Střední i efektivní hodnoty jsou závislé na skutečném tvaru signálu. Přístroje jsou proto určeny jen pro určitý typ signálu a mají podle toho také cejchovanou stupnici. Podrobně je vše popsáno v návodu k úloze. Zde uvádíme pouze přehledovou tabulku – Tab. č. 17.1.
2. Experimentální uspořádání V laboratoři je k dispozici měřicí přípravek s uspořádáním komponent dle obr. 17.1. Hlavním prvkem je síťový transformátor, z něhož odebíráme napětí 25 V mezi svorkami 5 V a 30 V. Přípravek dále obsahuje samostatnou polovodičovou diodu pro účely jednocestného usměrnění napětí z transformátoru a Graetzův usměrňovač pro usměrnění dvoucestné. K dispozici je také elektrolytický kondenzátor pro případné vyhlazení usměrněného napětí.
Obr. 17.1: Schéma uspořádání přípravku pro měření požadovaných průběhů napětí
Na pracovišti jsou k dispozici tři voltmetry základních měřicích soustav (magnetoelektrický, elektromagnetický, magnetoelektrický s usměrňovačem) a digitální osciloskop. Z důvodu menšího měřicího rozsahu vstupního děliče osciloskopu je k dispozici pro měření zadaného napětí přídavný nekalibrovaný dělič napětí. Dále pracoviště obsahuje přípravek pro rozbočení měřeného signálu a propojovací vodiče. Každý zadaný průběh napětí se prostřednictvím rozbočovacího přípravku paralelně připojí ke všem voltmetrům, které dle svých parametrů mohou daný signál měřit. 3
Tab. č. 17.1. Přehledná tabulka vztahů pro jednotlivé voltmetry a průběhy – pomůcka pro zpracování Časový průběh napětí
Voltmetry Typ voltmetru
Značka
Voltmetr ukazuje:
Střídavé harmonické
Dvoucestně usměrněné
Jednocestně usměrněné
rov. (17.4)
rov. (17.8)
rov. (17.6)
Us = Magnetoelektrický voltmetr
Střední hodnotu
U Měř = U= 0 s
= UM
Nepoužívat
Elektromagnetický (ferromagnetický) voltmetr
Efektivní hodnotu
π π = ⋅Us ⋅U = UM 2 2 Měř
π= ⋅U s π ⋅U Měř
UMěř = Uef UM =
Magnetoelektrický voltmetr s usměrňovačem
U ef =
2
=
UM 2
UMěř = Uef
2 ⋅ U ef =
UM =
2 ⋅ U Měř
UM
π UMěř = Us
rov. (17.8)
UM
Us =
π UMěř = Us
rov. (17.4)
U ef =
2 ⋅UM
=
2 ⋅ U ef = 2 ⋅ U Měř
Efektivní hodnotu
rov. (17.6)
U ef =
UM
2
UMěř = Uef = U M 2= ⋅U ef 2 ⋅U Měř rov. (17.12) pro magnetoelektrický voltmetr s usměrňovačem
U M = 2,83 ⋅ U Měř U ef = 1, 41 ⋅ U Měř
Měřená veličina
UMěř a chyba δ(UM) rov. (17.4)
Magnetoelektrický voltmetr
Střední hodnotu
rov. (17.8)
Us =
π UMěř = Us π δ(U M ) = ⋅ δ(U Měř ) 2
U Měř = U= 0 s Nepoužívat
rov. (17.8)
rov. (17.4) Magnetoelektrický voltmetr s usměrňovačem
Efektivní hodnotu
U ef =
UM
U ef =
2
UMěř = Uef δ(U M= ) Elektromagnetický (ferromagnetický) voltmetr
2 ⋅UM
UM 2
UMěř = Uef
2 ⋅ δ(U Měř )
Efektivní hodnotu
δ(U M= )
2 ⋅ δ(U Měř )
rov. (17.6)
Us =
UM
π UMěř = Us
δ(U M ) = π ⋅ δ(U Měř ) rov. (17.6)
U ef =
UM 2
UMěř = Uef δ(U M ) = 2 ⋅ δ(U Měř ) rov. (17.12) pro magnetoelektrický voltmetr s usměrňovačem
δ (U M ) = 2,83 ⋅ δ (U Měř ) δ (U ef ) = 1, 41 ⋅ δ (U Měř )
4
3. Hodnoty získané měřením Tab. 17.2: Tabulka naměřených a vypočtených hodnot – přímé měření
V1
V2
V3
Jmenovitá hodnota Orientační měření napětí na výstupu osciloskopem Magnetoelektrický voltmetr Magnetoelektrický voltmetr Elektromagnetický voltmetr TP 0,5 % s usměrňovačem TP 1,5 % (feromagnetický) TP 0,5 % transformátoru 25 V 2·U M U ef U ef Us UM α k α ×k α k α ×k α k (U šš ) α ×k Měřený průběh
V
V
dílek
V/dílek
V
dílek
V/dílek
V
dílek
V/dílek
Harmonické (neusměrněné) Jednocestně usměrněné Dvoucestně usměrněné Příklad výpočtu pro 1. řádek tabulky:
4. Vypracování Tab. 17.2: Tabulky naměřených a vypočtených hodnot všech provedených měření dle měřeného průběhu napětí a použitých měřidel Průběh napětí: harmonický Měřidlo
U Měř
δ(U Měř)
U ef
Us
UM
δ(U M)
δr(U M)
V
V
V
V
V
V
%
Magnetoelektrický voltmetr Magnetoelektrický voltmetr s usměrňovačem Elektromagnetický (ferromagnetický) voltmetr
5
Pozn. Rozsah: ........ V TP ........ % Rozsah: ........ V TP ........ % Rozsah: ........ V TP ........ %
V
Průběh napětí: jednocestně usměrněný Měřidlo
U Měř
δ(U Měř)
U ef
Us
UM
δ(U M)
δr(U M)
V
V
V
V
V
V
%
Magnetoelektrický voltmetr Magnetoelektrický voltmetr s usměrňovačem Elektromagnetický (ferromagnetický) voltmetr
Pozn. Rozsah: ........ V TP ........ % Rozsah: ........ V TP ........ % Rozsah: ........ V TP ........ %
Příklad výpočtu pro jednocestně usměrněné napětí a magnetoelektrický voltmetr s usměrňovačem (včetně výpočtu opravené střední hodnoty měřeného napětí i ostatních hodnot napětí). Viz návod k úloze, Pracovní postup-zpracování, bod č.9, rov (17.12):
Průběh napětí: dvoucestně usměrněný Měřidlo
U Měř
δ(U Měř)
U ef
Us
UM
δ(U M)
δr(U M)
V
V
V
V
V
V
%
Magnetoelektrický voltmetr Magnetoelektrický voltmetr s usměrňovačem Elektromagnetický (ferromagnetický) voltmetr
Pozn. Rozsah: ........ V TP ........ % Rozsah: ........ V TP ........ % Rozsah: ........ V TP ........ %
Tab. 17.4: Přehledná tabulka hodnot amplitudy měřeného napětí UM Jmenovitý výstup Osciloskop orientačně transformátoru 25 V UM Měřený průběh V
Magnetoelektrický voltmetr TP 0,5 %
Magnetoelektrický voltmetr Elektromagnetický voltmetr s usměrňovačem TP 1,5 % (feromagnetický) TP 0,5 %
UM
δ(U M)
δ r(U M)
UM
δ(U M)
δ r(U M)
UM
δ(U M)
δ r(U M)
V
V
%
V
V
%
V
V
%
Harmonické (neusměrněné) Jednocestně usměrněné Dvoucestně usměrněné
6
5. Závěr
6. Seznam použitých přístrojů a pomůcek Označení
Název
Výrobce
Typ
Rozsah
7
Výrobní č.
Pozn.
