KWALIFIKACJA ELM2 + ELM5 - CZERWIEC 2014

PYTANIE NR 35.
Jaki amperomierz należy zastosować do pomiaru natężenia prądu 0,5 A płynącego przez czujnik o rezystancji wyjściowej około 100 Ω, aby wynik pomiaru był najdokładniejszy?
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Najdokładniejszy pomiar uzyskasz, gdy amperomierz najmniej obciąża badany obwód (ma możliwie małe RWE) oraz gdy zakres jest możliwie niski, ale nadal obejmuje 0,5 A.
Dlatego najlepszy jest miernik cyfrowy na 1 A z RWE=5 Ω; pozostałe opcje zwiększają błąd lub pogarszają odczyt.

Pełne wyjaśnienie:

W pomiarze prądu amperomierz włącza się szeregowo z badanym elementem (tu: czujnikiem). Oznacza to, że rezystancja wejściowa amperomierza RWE staje się dodatkową rezystancją w torze prądowym. Im większe RWE, tym silniej miernik zmienia warunki pracy obwodu i tym większy jest błąd metody (prąd nie jest już taki jak bez miernika).

Dodatkowo dobór zakresu wpływa na to, jak precyzyjnie można odczytać wynik. Zbyt wysoki zakres (np. 10 A dla prądu 0,5 A) zwykle daje gorszą rozdzielczość i większy błąd wskazania w ujęciu procentowym od zakresu.

  • Cyfrowy, 1 A, RWE=5 Ω – ma małą rezystancję wejściową (mało obciąża obwód) i zakres bliski mierzonej wartości, więc zapewnia dobrą rozdzielczość. To najkorzystniejsze połączenie dla "najdokładniejszego" wyniku.
  • Cyfrowy, 10 A, RWE=5 Ω – obciążenie obwodu podobnie małe, ale zakres jest niepotrzebnie wysoki dla 0,5 A, co typowo pogarsza czułość/rozdzielczość wskazania. Wynik może być mniej dokładny mimo dobrego RWE.
  • Analogowy, 1 A, RWE=50 Ω – właściwy zakres, ale duże RWE znacząco zwiększa rezystancję w torze prądowym, więc prąd w obwodzie może zauważalnie spaść w porównaniu do stanu bez miernika. To klasyczny błąd metody: miernik "psuje" mierzony obiekt.
  • Analogowy, 10 A, RWE=50 Ω – jednocześnie niekorzystny dobór zakresu (za wysoki) i duże RWE (silne obciążenie). To najsłabsza opcja pod względem dokładności.

Wskazówka egzaminacyjna: gdy w odpowiedziach pojawia się RWE, zwykle kluczem jest minimalizacja wpływu przyrządu na obwód. Najpierw wybierz najmniejsze RWE, a potem możliwie najmniejszy zakres, który obejmuje mierzoną wartość.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
RWE to rezystancja wejściowa (wypadkowa) amperomierza widziana w obwodzie. Ponieważ amperomierz włącza się szeregowo, jego RWE zwiększa rezystancję toru prądowego i może zmienić mierzony prąd. Im mniejsze RWE, tym mniejszy błąd metody.
Włączenie amperomierza szeregowo dodaje jego RWE do obwodu. Jeśli źródło/czujnik ma ograniczoną "wydajność" prądową, wzrost rezystancji całkowitej powoduje spadek prądu (zgodnie z prawem Ohma). Odczyt jest wtedy prądem po włączeniu miernika, a nie "pierwotnym" prądem.
Zasadą jest wybór możliwie najniższego zakresu, który nadal obejmuje mierzony prąd (tu: 1 A obejmuje 0,5 A). Zbyt wysoki zakres (np. 10 A) zwykle pogarsza rozdzielczość i zwiększa błąd w odniesieniu do wskazania, bo mierzona wartość zajmuje małą część skali/zakresu.
Nie zawsze "z definicji", ale często w praktyce tak bywa dla małych prądów, bo łatwiej uzyskać dobrą rozdzielczość odczytu. Kluczowe są jednak parametry: zakres, klasa dokładności oraz wpływ na obwód (RWE/burden). Analogowy miernik z dużym RWE może mocno zafałszować wynik.
Po pierwsze: minimalny wpływ miernika na obwód, czyli jak najmniejsze RWE (mniejszy błąd metody). Po drugie: dobór właściwego zakresu, czyli możliwie niskiego, ale bez przeciążenia. Dopiero potem liczą się cechy typu analogowy/cyfrowy.
Przy zakresie 10 A wartość 0,5 A stanowi małą część pełnego zakresu. To zwykle oznacza gorszą rozdzielczość (mniej "kroków" lub mniej działek na odczyt) i większy wpływ błędów odniesionych do zakresu. W efekcie wskazanie może mieć większą niepewność niż na zakresie 1 A.
Błąd metody to błąd wynikający z samego sposobu pomiaru, np. z faktu, że amperomierz musi być włączony szeregowo i ma własną rezystancję RWE. Nawet idealnie skalibrowany miernik może dać "zły" wynik, jeśli jego obecność zmieni prąd w badanym obwodzie.
Częsty błąd to wybór zbyt dużego zakresu "na zapas" oraz ignorowanie RWE. Uczniowie też mylą kryterium bezpieczeństwa (nie przeciążyć miernika) z kryterium dokładności (najmniejszy zakres i najmniejsze obciążenie). Warto zawsze ocenić wpływ RWE na badany element.
Gdy nie chcesz przerywać obwodu lub gdy obciążenie przez miernik mogłoby istotnie zmienić prąd, często stosuje się bocznik o znanej rezystancji i mierzy spadek napięcia na nim, a prąd wyznacza z prawa Ohma. To rozwiązanie bywa stabilniejsze i łatwiejsze do integracji w układach elektronicznych.
Porównaj RWE miernika z rezystancją toru, przez który płynie prąd (tu rząd 100 Ω). Jeśli RWE stanowi zauważalny ułamek tej wartości (np. dziesiątki omów), może istotnie zmienić prąd. Gdy RWE jest małe (kilka omów), wpływ zwykle jest dużo mniejszy.
info

Statystycznie 25% uczniów zna prawidłową odpowiedź. bardzo trudne

Źródła:

  • JCGM 200:2012, International Vocabulary of Metrology (VIM), BIPM/IEC/IFCC/ILAC/ISO/IUPAC/IUPAP/OIML, 3rd edition, 2012
  • JCGM 100:2008, Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM), BIPM, 2008

Materiały:

  • Podstawy metrologii elektrycznej: błędy pomiaru i błąd metody
  • Instrukcje obsługi multimetrów: pojęcie "burden voltage" i wpływ zakresu na rozdzielczość
  • Ćwiczenia laboratoryjne: pomiar prądu czujnika z różnymi miernikami i analiza odchyłek

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego