Sprawozdanie1

Zespół Szkół Elektronicznych Elektrycznych i Mechanicznych w Bielsku-Białej im. Jędrzeja Śniadeckiego	Pracownia elektrotechniki i elektroniki	Rok szkolny 2023 / 2024
Sprawozdanie z ćwiczenia nr: 1	Daniel Krywult	Data wykonania ćwiczenia: 20.12.2023	Grupa: 4
	Klasa: 2 TR2
Temat ćwiczenia: Pomiar i regulacja wartości natężenia prądu elektrycznego		Oddano: 03.01.2024	Ocena:

1. Cel ćwiczenia

   Pomiar wartości natężenia prądu elektrycznego w różnych konfiguracjach układu amperomierzem analogowym oraz cyfrowym w celu obliczenia błędu względnego, bezwzględnego dla każdego z przypadku i wyciągnięcia wniosków dzięki analizie danych przedstawionych w tabelach.

2. Schematy pomiarowe wykorzystane w ćwiczeniu

1. Układ pomiarowy do wyznaczenia wartości natężenia prądu elektrycznego za pomocą jednego amperomierza:

rys. 1

2. Układ pomiarowy do wyznaczenia wartości natężenia prądu elektrycznego za pomocą dwóch amperomierzy:

rys. 2

3. Układ pomiarowy do regulacji wartości napięcia prądu elektrycznego:

rys. 3

3. Przebieg ćwiczenia

1. Zapoznano się z instrukcją;
2. Zgromadzono na stanowisku pomiarowym elementy niezbędne do złożenia układów pomiarowych zgadzających się z schematami przedstawionymi na rysunkach 1, 2 i 3. Zmierzono rezystancję wewnętrzną amperomierza analogowego zgodnie z schematem pomiarowym przedstawionym na rysunku 4;
3. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 1;
4. Zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia z “Pracownia elektrotechniki i elektroniki” zakończenie konfiguracji układu pomiarowego i gotowość do wykonania pomiarów;
5. Po sprawdzeniu układu pomiarowego przez nauczyciela dokonano i zapisano wyniki pomiarów wartości natężenia prądu elektrycznego, zmieniając napięcie zasilające w zakresie od 0 V do 10 V co 0.5 V
6. Po wykonaniu wszystkich pomiarów zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia zakończenie pomiarów i zastosowano się do jego poleceń;
7. Wyłączono zasilacz;
8. Rozmontowano układ pomiarowy;
9. Upewniono się, że rezystor, który będzie zastosowany do następnego układu ma inną rezystancję od rezystora zastosowanego w układzie przedstawionym na rysunku pierwszym;
10. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 2;
11. Zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia zakończenie konfiguracji układu pomiarowego i gotowość do wykonania pomiarów;
12. Po sprawdzeniu układu pomiarowego przez nauczyciela dokonano i zapisano wyniki pomiarów wartości natężenia prądu elektrycznego, zmieniając napięcie zasilające w zakresie od 0 V do 10 V co 0.5 V;
13. Po wykonaniu wszystkich pomiarów zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia zakończenie pomiarów i zastosowano się do jego poleceń;
14. Rozmontowano układ pomiarowy;
15. Upewniono się, że rezystor, który będzie zastosowany do następnego układu ma inną rezystancję od rezystora zastosowanego w układzie przedstawionym na rysunku drugim;
16. Dobrano opornicę suwakową o rezystancji obciążenia R zastosowanego przy realizacji ćwiczenia.
17. Przed przystąpieniem do dalszej części ćwiczenia, obliczono i zapisano w zeszycie teoretyczną wartość prądu, jaka popłynie w obwodzie przy rezystancji opornicy suwakowej wynoszącej 50% R, 100% R, 150% R, 200% R, 250% R i 300% R. W tym celu należy skorzystać z wzoru:

IT = UvR1 + Rs1
gdzie:
R1 - rezystancja rezystora R1;
RS1 - rezystancja opornicy suwakowej będącej wielokrotnością rezystancji odbiornika R przyjmująca wartości: 50% R, 100% R, 150% R, 200% R, 250% R i 300% R;
UV1- napięcie mierzone przez woltomierz V1;

18. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 3;
19. Zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia zakończenie konfiguracji układu pomiarowego i gotowość do wykonania pomiarów;
20. Po sprawdzeniu układu pomiarowego przez nauczyciela, ustawiono napięcie zasilające na wartość 10 V.;
21. W efekcie zmian położenia suwaka opornicy suwakowej, wartość prądu płynącego w obwodzie zmieniała się, więc regulować wartością prądu tak, aby ustawić wyznaczoną ze wzoru z podpunktu q), wartość natężenia prądu elektrycznego na mierniku cyfrowym. Wyniki z miernika analogowego i cyfrowego zapisano w tabeli wyników;
22. Po wykonaniu wszystkich pomiarów zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia zakończenie pomiarów i zastosowano się do wydanych przez niego poleceń;
23. Wyłączono zasilacz;
24. Rozmontowano układ pomiarowy;
25. Posprzątano stanowisko pomiarowe;
26. Przystąpiono do sporządzenia sprawozdania;

4. Tabela wyników

1. Tabela z zapisami pomiarów z układu pomiarowego służącego do wyznaczenia wartości natężenia prądu elektrycznego za pomocą jednego amperomierza przedstawionego na rys. 1

Numer pomiaru	R1	UV1	IA1	IT1	ΔI1	δI1
	[Ω]	[V]	[mA]	[mA]	[mA]	[%]
1	100	0.5	4.4	5	-0.6	12.00
2	100	1	9.2	10	-0.81	8.00
3	100	1.5	14.1	15	-0.9	6.00
4	100	2	18.6	20	-1.4	7.00
5	100	2.5	23.3	25	-1.7	6.80
6	100	3	28	30	-2	6.67
7	100	3.5	32.6	35	-2.4	6.86
8	100	4	37.2	40	-2.8	7.00
9	100	4.5	41.8	45	-3.2	7.11
10	100	5	46.6	50	-3.4	6.80
11	100	5.5	51.2	55	-3.8	6.91
12	100	6	55.8	60	-4.2	7.00
13	100	6.5	60.5	65	-4.5	6.92
14	100	7	62.2	70	-7.8	11.14
15	100	7.5	69.9	75	-5.09	6.80
16	100	8	74.6	80	-5.40	6.75
17	100	8.5	79.2	85	-5.8	6.82
18	100	9	83.9	90	-6.09	6.78
19	100	9.5	88.5	95	-6.5	6.84
20	100	10	93.2	100	-6.8	6.80

gdzie:
R1 - rezystancja odbiornika włączonego w układ pomiarowy;
UV1- wskazanie woltomierza V1;
IA1 - wskazanie amperomierza A1;
IT1 - wartość teoretyczna prądu płynącego w obwodzie obliczana z wzoru:

IT1 = Uv1R1

ΔI1 - błąd bezwzględny pomiaru wartości natężenia prądu elektrycznego mierzonego amperomierzem analogowym obliczamy z wzoru z wzoru:

ΔI1 = IA1 - IT1

δI1 \- błąd względny pomiaru wartości natężenia prądu elektrycznego mierzonego amperomierzem analogowym, wyznaczony z wzoru:

δI1% = ΔI1ΔIT1 ∙ 100% = IA1 - IT1IT1 ∙ 100%
gdzie:
| ΔI1 | - wartość bezwzględna ΔI1

b) Tabela z zapisami pomiarów z układu pomiarowego służącego do wyznaczenia wartości natężenia prądu elektrycznego za pomocą dwóch amperomierzy, przedstawionego na rys. 2:

Numer pomiaru	R	UV1	IA1	IA2	IT1	ΔI1	δI1	ΔI2	δI2
	[Ω]	[V]	[mA]	[mA]	[mA]	[mA]	[%]	[mA]	[%]
1	200	0.5	2.3	2	2.5	-0.2	8.00	-0.5	20.00
2	200	1	4.8	4	5	-0.2	4.00	-1	20.00
3	200	1.5	7.3	7	7.5	-0.2	2.67	-0.5	6.67
4	200	2	9.7	9	10	-0.30	3.00	-1	10.00
5	200	2.5	12.1	12	12.5	-0.4	3.20	-0.5	4.00
6	200	3	14.6	14	15	-0.4	2.67	-1	6.67
7	200	3.5	17.3	17	17.5	-0.19	1.14	-0.5	2.86
8	200	4	19.5	19	20	-0.5	2.50	-1	5.00
9	200	4.5	21.8	21	22.5	-0.69	3.11	-1.5	6.67
10	200	5	24.3	24	25	-0.69	2.80	-1	4.00
11	200	5.5	26.7	27	27.5	-0.80	2.91	-0.5	1.82
12	200	6	29.1	29	30	-0.89	3.00	-1	3.33
13	200	6.5	31.6	31	32.5	-0.89	2.77	-1.5	4.62
14	200	7	34	33	35	-1	2.86	-2	5.71
15	200	7.5	36.5	36	37.5	-1	2.67	-1.5	4.00
16	200	8	38.9	38	40	-1.1	2.75	-2	5.00
17	200	8.5	41.3	41	42.5	-1.2	2.82	-1.5	3.53
18	200	9	43.7	43	45	-1.3	2.89	-2	4.44
19	200	9.5	45.1	46	47.5	-2.4	05.05	-1.5	3.16
20	200	10	48.4	48	50	-1.6	3.20	-2	4.00

gdzie:
R1 - rezystancja odbiornika włączonego w układ pomiarowy;
UV1- wskazanie woltomierza V1;
IA1 - wskazanie amperomierza analogowego A1;
IA2 - wskazanie amperomierza cyfrowego A2;;

IT  \- wartość teoretyczna prądu płynącego w obwodzie obliczana z wzoru:

IT1 = Uv1R1

ΔI1 - błąd bezwzględny pomiaru wartości natężenia prądu elektrycznego mierzonego amperomierzem analogowym obliczamy z wzoru z wzoru:

ΔI1 = IA1 - IT1

δI1 \- błąd względny pomiaru wartości natężenia prądu elektrycznego mierzonego amperomierzem analogowym, wyznaczony z wzoru:

δI1% = ΔI1ΔIT1 ∙ 100% = IA1 - IT1IT1 ∙ 100%

gdzie:
| ΔI1 | - wartość bezwzględna ΔI1

ΔI2 - błąd bezwzględny pomiaru wartości natężenia prądu elektrycznego mierzonego amperomierzem cyfrowym obliczamy z wzoru z wzoru:

ΔI2 = IA2 - IT1

δI2 \- błąd względny pomiaru wartości natężenia prądu elektrycznego mierzonego amperomierzem cyfrowym, wyznaczony z wzoru:

δI2% = ΔI2ΔIT1 ∙ 100% = IA2 - IT1IT1 ∙ 100%
gdzie:
| ΔI2 | - wartość bezwzględna ΔI2

c) Tabela z zapisami pomiarów z układu pomiarowego służącego do regulacji wartości natężenia prądu elektrycznego przedstawionego na rys. 3:

Numer pomiaru	R1	UV1	RS1	IT1	IA1	IA2
	[Ω]	[V]	[Ω]	[mA]	[mA]	[mA]
1	220	10	110	30.3	30	30.3
2	220	10	220	22.7	22	22.7
3	220	10	330	18.1	18	18.1
4	220	10	440	15.1	15	15.1
5	220	10	550	12.9	13	12.9
6	220	10	660	11.3	11	11.3

gdzie:
R1 - rezystancja odbiornika włączonego w układ pomiarowy;
UV1- wskazanie woltomierza V1;
IA1 - wskazanie amperomierza analogowego A1;
IA2 - wskazanie amperomierza cyfrowego A2;
RS1 - rezystancja opornicy suwakowej;

IT1  \- wartość teoretyczna prądu płynącego w obwodzie obliczana z wzoru:

IT1 = Uv1R1+Rs1

5. Obliczenia

1. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 1, obliczono wartość teoretyczną prądu, wartość błędu bezwzględnego i błędu względnego dla pierwszych pięciu pomiarów:

1. Obliczenia wartości teoretycznej prądu:

2. IT1 = Uv1R1 = 0.5 V100 Ω = 0.005 A = 5 mA

3. IT1 = Uv1R1 = 1.0 V100 Ω = 0.005 A = 10 mA

4. IT1 = Uv1R1 = 1.5 V100 Ω = 0.005 A = 15 mA

5. IT1 = Uv1R1 = 2.0 V100 Ω = 0.005 A = 20 mA

6. IT1 = Uv1R1 = 2.5 V100 Ω = 0.005 A = 25 mA

   gdzie:
   IT1 - wartość teoretyczna prądu płynącego w obwodzie;
   UV1- wskazanie woltomierza V1;
   R1 - rezystancja odbiornika włączonego w układ pomiarowy;

7. Obliczenia wartości błędu bezwzględnego:

8. ΔI1 = IA1 - IT1 = 4.4 mA - 5 mA = -0.6 mA

9. ΔI1 = IA1 - IT1 = 9.2 mA - 10 mA = -0.8 mA

10. ΔI1 = IA1 - IT1 = 14.1 mA - 15 mA = -0.9 mA

11. ΔI1 = IA1 - IT1 = 18.6 mA - 20 mA = -1.4 mA

12. ΔI1 = IA1 - IT1 = 23.3 mA - 25 mA = -1.7 mA

    gdzie:
    IT1 - wartość teoretyczna prądu płynącego w obwodzie;
    IA1 - wskazanie amperomierza analogowego A1;
    ΔI1 - błąd bezwzględny pomiaru wartości natężenia prądu elektrycznego mierzonego amperomierzem analogowym;

13. Obliczenia wartości błędu względnego:

14. δI1% = ΔI1ΔIT1 ∙ 100% = -0.6 mA5 mA100% = 12.00 %

15. δI1% = ΔI1ΔIT1 ∙ 100% = -0.8 mA10 mA100% = 8.00 %

16. δI1% = ΔI1ΔIT1 ∙ 100% = -0.9 mA15 mA100% = 6.00 %

17. δI1% = ΔI1ΔIT1 ∙ 100% = -1.4 mA20 mA100% = 7.00 %

18. δI1% = ΔI1ΔIT1 ∙ 100% = -1.7 mA25 mA100% = 6.80 %

    gdzie:
    IT1 - wartość teoretyczna prądu płynącego w obwodzie;
    ΔI1 - błąd bezwzględny pomiaru wartości natężenia prądu elektrycznego mierzonego amperomierzem analogowym;
    δI1 - błąd względny pomiaru wartości natężenia prądu elektrycznego mierzonego amperomierzem analogowym;

2. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 3, obliczono wartość teoretyczną prądu płynącego w obwodzie przy każdej zmianie rezystancji obwodu:

1. IT1 = Uv1R1+Rs1 = 10 V220 Ω + 110 Ω = 0.0303 A = 30.3 mA
2. IT1 = Uv1R1+Rs1 = 10 V220 Ω + 220 Ω = 0.0227 A = 22.7 mA
3. IT1 = Uv1R1+Rs1 = 10 V220 Ω + 330 Ω = 0.0181 A = 18.1 mA
4. IT1 = Uv1R1+Rs1 = 10 V220 Ω + 440 Ω = 0.0151 A = 15.1 mA
5. IT1 = Uv1R1+Rs1 = 10 V220 Ω + 550 Ω = 0.0129 A = 12.9 mA
6. IT1 = Uv1R1+Rs1 = 10 V220 Ω + 660 Ω = 0.0113 A = 11.3 mA

gdzie:
IT1 - wartość teoretyczna prądu płynącego w obwodzie;
UV1- wskazanie woltomierza V1;
R1 - rezystancja odbiornika włączonego w układ pomiarowy;
RS1 - rezystancja opornicy suwakowej;

6. Wykresy

1. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 1, wykonano:

1. Wykres liniowy: IA1 = f (UV)

2. Wykres punktowy: ΔI1 = f ( numer_pomiaru )

2. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 2, wykonano:

1. Wykres liniowy: IA1 = f ( Uv1 ) i IA2 = f ( Uv1 )

2. Wykres punktowy: δI1 = f ( numer_pomiaru ) i δI2 = f ( numer_pomiaru )

7. Elementy wykorzystane w ćwiczeniu

• 3 rezystory każdy po 100Ω, 200Ω i 220Ω;
• 1 zasilacz napięcia stałego;
• 1 amperomierz analogowy;
• 1 instrukcja do ćwiczenia;
• 1 amperomierz cyfrowy;
• 1 opornica suwakowa;
• kostki połączeniowe;
• przewody łączące;
• 1 woltomierz;
• 1 omomierz;
• długopis;
• zeszyt;

8. Wnioski

1. Na podstawie pierwszej i drugiej tabeli przedstawionej w podpunkcie a) i b) punktu 4, można zaobserwować działanie prawa Oma - kiedy napięcie UV1 wzrasta wskazania amperomierzy również co potwierdza działanie tego prawa;
2. Na podstawie tabeli przedstawionej w podpunkcie b) punktu 4, jest wyraźnie pokazana różnica w wynikach pomiarów amperomierza analogowego i amperomierza cyfrowego. Amperomierz analogowy jest mniej dokładny (co potwierdzają wyniki błędów względnych i bezwzględnych) i jego pomiary w porównaniu do amperomierza cyfrowego są trudniejsze do odczytania między innymi przez fakt że amperomierz analogowy posiada wskazówkę która wskazuje na wynik, którego poprawny odczyt może zakłócić wiele czynników między innymi błąd paralaksy. Natomiast amperomierz cyfrowy podaje wyniki w postaci cyfrowej, co pozwala na poprawny odczyt bez zakłóceń z dokładnością do kilku liczb po przecinku.
3. Dzięki tabeli przedstawionej w podpunkcie c) i punktu 4, można zauważyć użyteczność opornicy suwakowej w dokładnym manipulowaniu rezystancją, co pozwala na również dokładną manipulację natężeniem. Tak jak w przypadku poprzednich tabel, możemy znowu zaobserwować działanie prawa Oma co jest potwierdzone obliczeniami w podpunkcie b) punktu 5.