Multimeeter (1)

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL

Raadio- ja sidetehnika instituut
Laboratoorse töö nr. 1. MULTIMEETER
ARUANNE
Täitjad Kert Karelson XXXXXX IATB61
Janno Paas XXXXXX IATB61
Marelle Soosaar XXXXXX IATB61
Juhendaja Ivo Müürsepp
Töö tehtud 26.02.2010
Aruanne esitatud
Aruanne tagastatud
Aruanne kaitstud
………………………………..
(juhendaja allkiri )

Töö eesmärk

Õppida tundma numbrilist multimeetrit.
Kasutatavad seadmed
1) Multimeeter HP34401A
2) Alalispinge allikas Б5-44
3) Signaaligeneraator Г6-37
4) Ühendusjuhtmed

Teoreetiline osa

Multimeeter HP 34401A mõõdab alalispinget kahekordse integreerimise põhimõttel. Mõõdetavat alalispinget Ux integreeritakse teadaoleva aja Ti vältel, integraal annab sisendpingega võrdelise suuruse. Üldjuhul, kui integraatori sisendis on pinge u1(t), on väljundpinge
1 t
u2 (t ) = ∫ u1 (t )dt . (1) RC
0
Kui t = Ti ja u1(t)= Ux, siis
u2 (Ti ) =
1 Ti
RC ∫U 0
dt = U xTi x RC
. (2)
Üks mõõtetsükkel koosneb seega kahest osast:
– kindla aja Ti vältel integreeritakse sisendpinget Ux;
– vastupidise märgiga sisendtugipinget integreeritakse seni, kuni integraatori
väljundpinge jõuab tagasi nulli.
Vahetulemuseks on mõõtetsükli teise osa kestus T2.
Joon 1.Kahekordse integreerimisega voltmeetri plokkskeem
Kuna ajavahemiku Ti ja T2 vältel määratud integraalid on suuruse poolest võrdsed, saame
U xTi
RC
= U 0T2 , (3)
RC
siit avaldub
T2 =
U x Ti
U 0
. (4)
Seega on tsükli teise osa pikkus T2 võrdeline sisendpingega Ux. Mõõtetulemuse saamiseks täidetakse T2 loendusimpulssidega. Sobiva impulsside kordussageduse korral annab indikaator mõõtetulemuse juba pinge ühikutes voltides.
Joon 2. Pinge kuju integraatori sisendis ja väljundis
Alalispingele lisanduva vahelduvhäire korral on integreeriva voltmeetri toime selline, et vähendab oluliselt vahelduvhäire mõju. Kui siinuselise häirepinge amplituud on Uh ja sagedus fh , on maksimaalne veapinge väärtus
Nagu saadud avaldisest näha on sagedustel , kus fh = 1/Ti , 2/Ti jne, veapinge väärtus null. Kui vahelduvhäire sagedus on teada, tuleks integreerimisaeg Ti valida nii, et ta sisaldab täisarvu häirepinge perioode.
Integreerimisaeg Ti (ja sellega mõõtmistsükli kogupikkus) sõltub kaudselt mõõte- tulemuse kohtade arvust, mis on näidu järgi määratav. Võimalikud integreerimisajad on
0,1...100 võrgupinge perioodi, seega 2 ms...2 s. Vahelduvhäire mõju määramisel tuleks kasutada integreerimisaega, mis on pikem kui üks häirepinge periood.
Kaasajal kasutab suurem enamus alalispinge digitaalvoltmeetreid just kahekordse integreerimise põhimõtet. See võimaldab kõrget täpsust ja väikest vahelduvhäire mõju. Töökiiruse poolest on see meetod aga suhteliselt aeglane – see on seotud integreerimisajaga.

Töö käik

1.) Tutvusime multimeetri HP34401A kasutusjuhendiga:
a.) Ühendusviisid signaaliallikaga, piirkonna ja lahutusvõime valik.
b.) Esipaneeli menüüde kasutamine.
2.) Määrasime mõõtetäpsuse näitajad:
a.) Alalispinge mõõtmisel mõõtepiirkonnaga 10 V ja lahutusvõimega 6½ kümnendkohta.

Vahelduvpinge mõõtmisel mõõtepiirkonnaga 10 V.
3.) Mõõtsime alalispinget mõõtepiirkonnal 10 V lahutusvõime 6½
kümnendkohta juures:
a) Andsime ette pinge väärtused 0,5 – 10 V sammuga 0,5 V. Määrasime multimeetri näidud
kõigil sammudel.
b) Arvutasime seadistatud (soovitava) ja mõõdetud väljundpinge erinevuse.
c) Määrasime multimeetrile lubatud vea.
d) Leidsime kõikides punktides, kas erinevus ületab lubatud mõõteviga.
e)Andsime sooritatud mõõtmiste põhjal hinnangu pingeallika täpsusele.
Tabel nr. 1: Alalispinge mõõtetulemused koos mõõtemääramatusega.
Seadistatud pinge väärtus
U [V]
Mõõdetud pinge väärtus
UM [V]
Pingete erinevus
U-UM
Mõõtemääramatus
ΔU [V]
0,5
0,5013
-0,0013
0,0000235
ületab
1
0,99986
0,00014
0,0000469
ületab
1,5
1,49989
0,00011
0,0000599
ületab
2
2,00117
-0,00117
7,00351E-05
ületab
2,5
2,50120
-0, 0012
0,000087536
ületab
3
2,99975
0,00025
0,000104993
ei ületa
3,5
3,49979
0,00021
0,000122494
ei ületa
4
4,00771
-0,00771
0,000140231
ületab
4,5
4,50775
-0,00775
0,000157733
ületab
5
5,00644
-0,00644
0,000175193
ületab
5,5
5,50651
-0,00651
0,000192695
ületab
6
6,00777
-0,00777
0,000210233
Ületab
6,5
6,50779
-0,00779
0,000227734
Ületab
7
7,00638
-0,00638
0,000245191
Ületab
7,5
7,50641
-0,00641
0,000262692
Ületab
8
8,01812
-0,01812
0,000280544
Ületab
8,5
8,51819
-0,01819
0,000298046
Ületab
9
9,01684
-0,01684
0,000315505
Ületab
9,5
9,51694
-0,01694
0,000333008
Ületab
10
9,99271
0,00729
0,000349781
ületab
Joonis 1 : mõõdetud pingete erinevus ja mõõtemääramatuse piirid samas teljestikus.
4.) Uurisime signaaligeneraatori väljundpinge stabiilsust genereeritava signaali sageduse suhtes:
a.) Ühendasime signaaligeneraatori väljundi multimeetri sisendiga ning lülitasime multimeeter
vahelduvpinge mõõtmise režiimi.
b.) Häälestasime generaator sagedusele 1 kHz ning fikseerisime selle sageduse juures
väljundpinge amplituudi.
c.) Muutsime generaatori sagedust 1 kHz kaupa kuni 10 kHz sageduseni ning fikseerisime
väljundpinge amplituudi kõigil sagedustel.
d.) Määrasime multimeetri mõõtemääramatuse.
e.) Selgitasime kas mõõdetud pingekõikumised on tingitud generaatorist või multimeetrist.
Tabel nr. 2: Väljundpinge sõltuvus sagedusest
Sagedus F [kHz]
Pinge U [V]
Mõõtemääramatus ΔU [mV]
1
1,00509
0,003817815
2
1,00498
0,00381743
3
1,00456
0,00381596
4
1,0039
0,00381365
5
1,00352
0,00381232
6
1,00296
0,00381036
7
1,00269
0,003809415
8
1,00249
0,003808715
9
1,00234
0,00380819
10
1,00229
0,003808015
Joonis 2: Signaaligeneraatori väljundpinge stabiilsus genereeriva signaali sageduse suhtes

Kontrollküsimused

a) Selgitada integreeriva digitaalvoltmeetri tööpõhimõtet.
Sisendpinget Usis integreeritakse teatud kindla aja Ti vältel. Ti lõppedes integraatori sisendisse lülitatakse vastupidise polaarsusega tugipingeallikas Ut. Tugipingeallika pinget integreeritakse seni, kuni integraatori väljundpinge jõuab tagasi nulli. Erinevatele sisendpinge väärtustele vastavad erinevad ajamomendid. Ajavahemikud on proportsionaalsed sisendpingele. Ajavahemikud on täidetud impulssidega ja nende loendamisel saamegi integreeriva digitaalvoltmeetri sisendpinge suuruse.
b) Kuidas oleneb voltmeetri integreerimisaeg valitud lahutusvõimest
(kümnendkohtade arvust)?
Voltmeetri integreerimisaeg suureneb lahutusvõime suurendamisega.
c) Millistel vahelduvhäire sagedustel on häire mõju integreerivale seadmele
täielikult maha surutud?
Täisarvkordsel võrgupinge sagedustel on vahelduvhäire mõju integreerivale seadmele täielikult maha surutud.
d) Millise filtriga toimub vahelduvpinge mõõtmine?
Mõõteriista (default) filtriga toimub vahelduvpinge mõõtmine – 1 lugem /sekundis ( 20Hz …300 kHz).
e) Millist vahelduvpinge väärtust (keskväärtus, efektiivväärtus jne.) mõõdab
multimeeter?
Multimeeter mõõdab efektiivväärtust (RMS).
f) Milliseid suurusi lisaks pingele saab mõõta multimeetriga?
Lisaks pingele saab mõõta ka voolutugevust, mahtuvust, induktiivsust ja takistust.
Kokkuvõte
Pingeallikas pole väga täpne sellepärast, et multimeetri mõõteviga on väga väike ja mõõdetud tulemus ületab seda seega tekkib suurem ja määravam viga pingeallikas.
Generaatori väljundpinge on üldiselt väga stabiilne, ainukene viga mis sisse tekib on multimeetri põhjustatud mõõtemääramatus.
Multimeeter on väga täpne mõõteriist. See avaldus pinge mõõtmisel. Nimelt multimeetri mõõtemääramatus on väiksem kui tekkiv viga seega peab olema tekiv viga põhjustatud pingeallikast. Signaaligeneraatori väljundpinge on küllaltki stabilne.