Sprawozdanie4

Zespół Szkół Elektronicznych Elektrycznych i Mechanicznych w Bielsku-Białej im. Jędrzeja Śniadeckiego	Pracownia elektrotechniki i elektroniki	Rok szkolny 2023 / 2024
Sprawozdanie z ćwiczenia nr: 4	Daniel Krywult	Data wykonania ćwiczenia: 06.12.2023	Grupa: 4
	Klasa: 2 TR2
Temat ćwiczenia: Pomiar mocy w obwodach prądu stałego		Oddano: 13.12.2023	Ocena:

1. Cel ćwiczenia
   Celem ćwiczenia było zmierzenie zmieniających się odczytów na amperomierzach, woltomierzach i watomierzach przy różnych konfiguracjach układu i napięcia.

2. Schematy pomiarowe wykorzystywane w ćwiczeniu

   Na potrzeby przeprowadzenia ćwiczenia złożono następujące układy pomiarowe:

1. dla zmierzenia rezystancji wewnętrznej obwodu prądowego:

   rys. 1

2. dla zmierzenia rezystancji wewnętrznej obwodu napięciowego:

   rys. 2

3. układ pomiarowy do pomiaru poboru mocy z źródła przez pojedynczy odbiornik energii elektrycznej:

rys. 3
gdzie: R1 = 200Ω

4. układ pomiarowy do pomiaru poboru mocy z źródła dla układu odbiorników energii elektrycznej:

   

    		rys. 4
   

   gdzie:
   R1 = R2 = R3 = R4 = 200Ω

5. układ pomiarowy do pomiaru poboru mocy pobieranej przez pojedynczy odbiornik energii elektrycznej:

rys. 5
gdzie:
R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 200Ω

d) zaprojektowany układ do pomiaru napięcia zasilającego obwód oraz prądu płynącego przez rezystory:  

			rys. 6  

gdzie:
R1 = 200Ω
R2 = 100Ω

3. Przebieg ćwiczenia

1. Zapoznano się z instrukcją;
2. Nauczyciel przyniósł zasilacz napięcia stałego, watomierz;
3. Zgromadzono na stanowisku pomiarowym instrukcję do ćwiczenia, zeszyt, długopis, amperomierz, dwa woltomierze, watomierz, kostki połączeniowe, przewody łączące oraz sześć rezystorów, pięć 200Ω oraz jeden 100Ω;
4. Zmierzono rezystancję wewnętrzną obwodu prądowego i napięciowego watomierza analogowego zgodnie z schematami pomiarowymi przedstawionymi na rysunku 1 oraz rysunku 2;
5. Wyznaczono stałą podziałki watomierza;
6. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 3;
7. Zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia z “Pracownia elektrotechniki i elektroniki” gotowość do pomiaru;
8. Po sprawdzeniu układu przez nauczyciela przystąpiłem do mierzenia;
9. Odczytano wskazania woltomierza, amperomierza i watomierza dla napięć od 5V do 30V co 5V i zapisano w tabelce w zeszycie;
10. Po wykonaniu wszystkich pomiarów, zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia zakończenie pomiarów;
11. Po uzyskaniu zgody nauczyciela, odłączono napięcie zasilające obwód i rozmontowano wcześniej skonfigurowany układ pomiarowy;
12. Posprzątano i przygotowano stanowisko do skonfigurowania następnego układu;
13. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 4;
14. Zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia gotowość do pomiaru;
15. Po sprawdzeniu układu przez nauczyciela przystąpiono do mierzenia;
16. Odczytano wskazania woltomierza, amperomierza i watomierza dla napięć od 5V do 30V co 5V i zapisałem w tabelce w zeszycie;
17. Po wykonaniu wszystkich pomiarów, zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia zakończenie pomiarów;
18. Po uzyskaniu zgody nauczyciela, odłączono napięcie zasilające obwód i rozmontowano wcześniej skonfigurowany układ pomiarowy;
19. Posprzątano i przygotowano stanowisko do skonfigurowania następnego układu;
20. Zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia z gotowość do pomiaru;
21. Po sprawdzeniu układu przez nauczyciela przystąpiono do mierzenia;
22. Odczytano wskazania woltomierza, amperomierza i watomierza dla napięć od 5V do 30V co 5V i zapisano w tabelce w zeszycie;
23. Po wykonaniu wszystkich pomiarów, zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia zakończenie pomiarów;
24. Po uzyskaniu zgody nauczyciela, odłączono napięcie zasilające obwód i rozmontowano wcześniej skonfigurowany układ pomiarowy;
25. Posprzątano i przygotowano stanowisko do zaprojektowania układu pomiarowego zawierającego połączenie szeregowe dwóch rezystorów o różnych rezystancjach;
26. Skonfigurowano zaprojektowany układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 6;
27. Zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia gotowość do pomiaru;
28. Po sprawdzeniu układu przez nauczyciela przystąpiono do mierzenia;
29. W trakcie pomiaru bez zezwolenia nauczyciela prowadzącego zajęcia przystąpiono do zmiany konfiguracji układu pod napięciem, co stanowi poważne naruszenia regulaminu pracowni i zasad BHP;
30. Po uzyskaniu ponownej zgody od nauczyciela prowadzącego zajęcia przystąpiono do mierzenia;
31. Odczytano wskazania woltomierza, amperomierza i watomierza dla napięć od 5V do 30V co 5V i zapisano w tabelce w zeszycie;
32. Po wykonaniu wszystkich pomiarów, zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia zakończenie pomiarów;
33. Po uzyskaniu zgody nauczyciela, odłączono napięcie zasilające obwód i rozmontowano wcześniej skonfigurowany układ pomiarowy;
34. Po uzyskaniu zgody nauczyciela na zakończenie ćwiczenia, rozłączono układu pomiarowe zgodnie z przepisami BHP;
35. Posprzątano stanowisko pracy;

4. Tabela wyników

1. Tabela wyników dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 3:

Numer pomiaru	UV	IA	PWM	PWT	Δp	δp
	[V]A	[A]	[W]	[W]	[W]	[%]
1	5	0.242	2	1.21	0.79	65.29
2	10	0.485	4	4.85	-0.85	17.53
3	15	0.724	8	10.86	-2.86	26.34
4	20	0.966	16	19.32	-3.32	17.18
5	25	1.208	24	30.2	-6.2	20.53
6	30	1.426	32	42.78	-10.78	25.20

R1 = 200Ω

gdzie:
R1 - rezystancja rezystora R1
UV - wskazanie woltomierza V1
PWM - wskazanie amperomierza W1
PWT - wartość teoretyczna wskazania watomierza W1 obliczana z wzoru:

PWT = UV IA

Δp - błąd bezwzględny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik o rezystancji R1, wyznaczony z wzoru:
Δp = PWM - PWT
δp - błąd względny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik o rezystancji R1, wyznaczonej ze wzoru:δ = |Δp|PWT 100% =PWM- PWTPWT100%

2. Tabela wyników dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 4:

Numer pomiaru	UV	IA	PWM	PWT	Δp	δp
	[V]B	[A]	[W]	[W]	[W]	[%]
1	5	0.06	0.5	0.28	0.21	73.61
2	10	0.12	1.5	1.15	0.34	30.21
3	15	0.18	3	2.59	0.40	15.74
4	20	0.24	5	4.60	0.39	8.51
5	25	0.3	8	7.20	0.80	11.11
6	30	0.36	11	10.36	0.63	6.10

R1 = 200Ω
R2 = 200Ω
R3 = 200Ω
R4 = 200Ω
RZ = 80Ω

gdzie:
R1 - rezystancja rezystora R1
R2 - rezystancja rezystora R2
R3 - rezystancja rezystora R3
R4 - rezystancja rezystora R4
RZ - rezystancja rezystora RZ

UV \- wskazanie woltomierza V1  
IA \- wskazanie amperomierza A1  
PWM \- wskazanie watomierza analogowego W1  
PWT \- wartość teoretyczna wskazania watomierza W1 obliczana z wzoru:

PWT = IA2 RZ

Δp - błąd bezwzględny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik o
rezystancji zastępczej RZ, wyznaczony z wzoru:

Δp = PWM - PWT

δp - błąd względny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik o rezystancji
RZ, wyznaczonej ze wzoru:
δ = |Δp|PWT 100% =PWM- PWTPWT100%

3. Tabela wyników dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 5:

Numer pomiaru	UV	IA	PWM	PWT	Δp	δp
	[V]C	[A]	[W]	[W]	[W]	[%]
1	5	0.095	0	0.475	-0.475	100.00
2	10	0.187	0	1.87	-1.87	100.00
3	15	0.28	1.2	4.2	-3	71.43
4	20	0.374	3.6	7.48	-3.88	51.87
5	25	0.465	4	11.625	-7.625	65.59
6	30	0.552	4.8	16.56	-11.76	71.01

R1 = 200Ω
R2 = 200Ω
R3 = 200Ω
R4 = 200Ω
R5 = 200Ω

gdzie:
R1 - rezystancja rezystora R1
R2 - rezystancja rezystora R2
R3 - rezystancja rezystora R3
R4 - rezystancja rezystora R4
R5 - rezystancja rezystora R5

UV \- wskazanie woltomierza V1  
IA \- wskazanie amperomierza A1  
PWM \- wskazanie watomierza analogowego W1  
PWT \- wartość teoretyczna wskazania watomierza W1, obliczana ze wzoru:

PWT = IA2 R5

Δp - błąd bezwzględny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik o
rezystancji R5, wyznaczony z wzoru:

Δp = PWM - PWT

δp - błąd względny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik o rezystancji
RZ, wyznaczonej ze wzoru:

δ = |Δp|PWT 100% =PWM- PWTPWT100%

4. Tabela wyników dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 6:

Numer pomiaru	UV1	UV2	IA	PWM	PWT	Δp	δp
	[V]D	[V]	[A]	[W]	[W]	[W]	[%]
1	5	01.02	0.16	0	0.16	-0.16	100.00
2	10	3.15	0.31	0.8	0.97	-0.17	18.07
3	15	4.91	0.49	3.6	2.40	1.19	49.63
4	20	6.41	0.64	4	4.10	-0.10	2.50
5	25	08.07	0.81	6	6.53	-0.53	8.21
6	30	9.49	0.95	8	9.01	-1.01	11.26

R1 = 200Ω
R2 = 100Ω

gdzie:
R1 - rezystancja rezystora R1
R2 - rezystancja rezystora R2
UV - wskazanie woltomierza V1
IA - wskazanie amperomierza A1
PWM - wskazanie watomierza analogowego W1
PWT - wartość teoretyczna wskazania watomierza W1, obliczana ze wzoru:

PWT = UV2 IA

Δp - błąd bezwzględny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik o
rezystancji R1, wyznaczony z wzoru:

Δp = PWM - PWT

δp - błąd względny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik o rezystancji
RZ, wyznaczonej ze wzoru:

δ = |Δp|PWT 100% =PWM- PWTPWT100%
5. Obliczenia

1. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 3, wartość teoretyczna mocy pobranej ze źródła przez odbiornik energii elektrycznej, wartość błędu bezwzględnego i względnego dla pierwszych pięciu pomiarów:

PWT = UV1 IA1

2. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 4, rezystancji zastępczej układu wraz z kolejnymi schematami pośrednimi ilustrującymi wyznaczenie rezystancji zastępczej:

   R1 = 200Ω
   R2 = 200Ω
   R3 = 200Ω
   R4 = 200Ω
   RZ = 80Ω

   gdzie:

   R1 - rezystancja rezystora R1

   R2 - rezystancja rezystora R2

   R3 - rezystancja rezystora R3

   R4 - rezystancja rezystora R4

   RZ - rezystancja rezystora RZ

R34= R3+R4 = 200Ω + 200Ω = 400Ω

R234 = R2 R34R2 + R34 = 200Ω 400Ω200Ω + 400Ω = 133.33Ω

RZ=R1 R234R1 + R234 = 200Ω 133.33Ω200Ω +133.33Ω = 80Ω

3. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 5, wartość teoretyczną mocy pobieranej przez odbiornik o rezystancji R5, oraz wartość błędu bezwzględnego i błędu względnego dla pierwszych pięciu pomiarów:

   PWM - wskazanie watomierza analogowego W1
   PWT - wartość teoretyczna wskazania watomierza W1, obliczana ze wzoru:

PWT = IA2 R5

Δp - błąd bezwzględny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik o
rezystancji R5, wyznaczony z wzoru:

Δp = PWM - PWT

δp - błąd względny pomiaru wartości mocy pobieranej przez odbiornik o rezystancji
RZ, wyznaczonej ze wzoru:

δ = |Δp|PWT 100% =PWM- PWTPWT100%

4. Dla zaprojektowanego schematu układu pomiarowego:
   

   PWT = UV2 IA1

6. Wykresy

6.1 - Dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 3

1. PWM, PWT = f (UV)

2. Δp = f(numer pomiaru)

3. δp = f(numer pomiaru)
   

6.2 - Dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 4

1. PWM, PWT = f (UV)

2. Δp = f(numer pomiaru)

3. δp = f(numer pomiaru)

6.3 - Dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 5

1. PWM, PWT = f (UV)

2. Δp = f(numer pomiaru)

3. δp = f(numer pomiaru)

6.4 - Dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 6

1. PWM, PWT = f (UV)

2. Δp = f(numer pomiaru)

3. δp = f(numer pomiaru)

7. Elementy wykorzystane w ćwiczeniu

• instrukcja do ćwiczenia;
• zeszyt;
• długopis;
• 1 zasilacz napięcia stałego(Uwy = (0 … 30 V);
• 6 rezystorów pięć 200Ω oraz jeden 100Ω;
• 1 watomierz analogowy;
• 1 amperomierz cyfrowy;
• 2 woltomierze cyfrowe;
• kostki połączeniowe;
• przewody łączące;

8. Wnioski

1. Na podstawie przebiegów wykresów opisanych w punkcie 6.1 oraz 6.3 dotyczących rysunku 3 i 5 stwierdzono, że obliczenia teoretyczne wskazania watomierza (PWT) mocy na odbiorniku znacząco różnią się od tych odczytanych z watomierza analogowego (PWM), co zostało potwierdzone w tabeli z wynikami w podpunkcie a) oraz c);
2. W przypadku wykresu 6.2 dotyczącego rysunku 4 widać mniejsze zróżnicowanie wyników na wykresie, co może po prostu oznaczać dokładniejszy odczyt, który w przypadku pomiarów wykonanych do wykresów 6.1 i 6.3 może powodować zjawisko paralaksy;
3. POPRAWNE odczyty parametrów prądu stałego w układzie o różnych, zależą od wielu czynników, a ich zidentyfikowanie jest najczęściej błędem człowieka;
4. Błąd popełniony w trakcie mierzenia i niezamierzonej re-konfiguracji układu uświadomił mnie jak ważny jest regulamin pracowni i zasady BHP;