Home
Artikler
Robot
Netværk
Tele
Installationer
Lys
Komponenter
Elektronik
Cases
Håndværk
Elektroteknik
Historien
Af interesse
Diverse
Opslag
Billedopslag
FAQ
Video
Links
Om
Tilpasset søgning

Spændingsmåling og tolerance

Dokument oprettet:11 Jul 2013
Senest ændret:24 Apr 2021
Forfatter:Cubus

Måling af et element på nominelt 1,5 volt. Måleapparatet viser 1580 mV.Hvis spændingsforskellen på en spændingskilde måles med to måleapparater, kan det meget vel udmønte sig i to forskel­lige resultater.

Måleapparater afgiver måleresultater med en hvis usikkerhed. Hvad spændingsforskellen i virkeligheden er imellem termi­nalerne på en given spændingskilde, kan der kun siges noget om med en hvis tolerance.

I denne artikel undersøges målinger og tolerancer for diverse digitale multimetre og et PC-oscilloskop. Der måles på hen­holdsvis et 1,5 volt element og 230 V AC.



Måleapparater til måling af spændingsforskel: Brymen BM 515CF, Mastech M-830B, PicoScope TA041 differential probe, Brymen BM 22 og Fluke T5-600.
Forskellige måleapparater, der alle kan måle en spændingsforskel. Fra venstre mod højre er det: Brymen BM 515CF, Mastech M-830B, PicoScope TA041 differential probe, Brymen BM 22 og Fluke T5-600.

Udregning af usikkerhed på måleresultat

Usikkerheden på et digitalt multimeter angives gerne som en hvis procentdel af det angivne resultat plus et antal usikkerheder på det mindst betydende ciffer.

Hvis apparatet fx angiver resultatet med 3 decimaler, så svarer værdien af det mindst betydende ciffer til 0,001.

Hvis resultatet angives som et helt tal uden decimaler, så svarer værdien af det mindst betydende ciffer til et 1-tal.

Ovenstående gælder, med mindre det aflæste tal angiver en værdi med et præfiks foran, fx k for kilo, antal tusinder, eller m for milli, antal tusindedele. På det øverste billede i denne artikel vises tallet 1580 ved måling på et 1,5 V element. Det skyldes, at multimeteret viser resultatet i mV og værdien af det mindst betydende ciffer er altså i dette tilfælde 1 mV og ikke 1 V.

Formelmæssigt kan usikkerheden på det afgivne resultat formuleres på følgende måde:
Formel for usikkerhed på spændingsmåling

Umålt : Målt værdi på spændingskilde [V].
p : Måleapparatets oplyste procentmæssige tolerance i forhold til aflæsningsresultatet [%].
d : Værdi af mindst betydende ciffer (digit/count) i måleresultat [V].
n : Angivet antal usikkerheder på mindst betydende ciffer.
Intervallet, inden for hvilket spændingskildens sande spænding befinder sig, udregnes som følger:
Formel for udregning af MIN og MAX ved en given spændingsmåling med digitalt multimeter.

Usand : Sand afgiven spændingsforskel fra spændingskilde [V].
En anden variant er to måleinstrumenter i serie, der begge har en oplyst tolerance, som fx en strømtang tilsluttet et multimeter for aflæsning. I næste afsnit er der et eksempel på udregning af samlet usikkerhed på et PC-oscilloskop med til­sluttet aktiv måleprobe.

Måling af spændingsforskel på et 1,5 V element (DC)

Spændingsforskellen på et 1,5 V element er blevet målt med 4 multimetre og et PC-oscilloskop med henholdsvis en passiv probe og en aktiv differentialprobe. Måleapparaternes opgivne tolerancer i det relevante måleområde er oplistet i nedenstående tabel.

Data for anvendte måleapparater ved måling af 1,5 V DC
Måleapparat Tolerance [%] Antal usikkerheder på mindst betydende ciffer Værdi af mindst betydende ciffer [V]
Brymen BM 515CF 0,08 2 0,001
Brymen BM 22 2,0 2 0,001
Mastech M-830B 0,5 2 0,001
PicoScope 4224 PC-oscilloskop 1 - -
PicoScope TA041 differential probe 2 - -
Fluke T5-600 1 1 1


Med multimeteret BM 515CF blev der målt 1,590 V. Udregning af grænserne, inden for hvilke den sande spænding må befinde sig, ser ud som følger:

Udregning af tolerance for spændingsmåling på 1,5 V element.


For to måleapparater i serie, der begge har en individuel procentmæssig usikkerhed p1 og p2 (og ingen angivelse af usikkerhed på mindst betydende ciffer, fx fordi det ikke er relevant), udgøres den samlede fejlprocent p som pro­duktet af de to procentmæssige usikkerheder.

Den samlede usikkerhed for PC-oscilloskop tilsluttet en aktiv differentialprobe, der har tolerancer på hen­holds­vis 1 og 2 procent, er udregnet som følger:

Udregning af procentmæssig usikkerhed for to måleapparater i serie for spændingsmåling på 1,5 V element.


Måleresultatet på 1,610 V med PC-oscilloskop tilsluttet en aktiv differentialprobe har følgende mulige udsving:

Udregning af tolerance for to måleapparater i serie for spændingsmåling på 1,5 V element.


De samlede resultater af målingerne, samt beregnede grænser for den sande spænding, fremgår af nedenstående tabel.

Måleresultater og beregnede grænser for sand spænding (1,5 V element)
Måleapparat Målt [V] Beregnet MIN [V] Beregnet MAX [V]
Brymen BM 515CF 1,590 1,587 1,593
Brymen BM 22 1,585 1,551 1,619
Mastech M-830B 1,580 1,570 1,590
PicoScope 4224, passiv probe 1,590 1,574 1,606
PicoScope 4224, differential probe 1,610 1,561 1,659
Fluke T5-600 2 0,98 3,02


De fleste resultater ligger tæt. T5-600 falder noget ved siden af. Med en opløsning på en volt i displayet må appa­ratet siges at være uegnet til at måle på så små spændinger.

På trods af, at T5-600 har en dobbelt så god tolerance som M-830B (1 % mod 2,0 %) samt kun har en enkelt usik­kerhed på det mindst betydende ciffer mod to for M-830B, så vægter det meget tungt, at værdien af det mindst betydende ciffer er 1 V mod 0,001 V.

Optegnet i et diagram ser resultaterne således ud:

Målte spændinger og beregnede
tolerancer, 1,5 V DC
 Diagram over målte spændinger og beregnet omfang af tolerancer (1,5 V element).
.


T5-600 med det afvigende resultat og den store usikkerhed dominerer billedet. Nedenfor er der zoomet ind på de øvrige resultater.

Målte spændinger og beregnede
tolerancer, 1,5 V DC (zoom)
 Diagram over målte spændinger og beregnet omfang af tolerancer (1,5 V element, zoom).
.


BM 515CF med den fineste tolerance sætter dagsordenen for, hvad den sande spænding må ligge indenfor. Kun en enkelt måling ligger inden for denne grænse, nemlig PC-oscilloskopet tilsluttet en passiv probe, der giver præ­cis det samme resultat.

Måling af spændingsforskel på en 230 V spændingskilde (AC)

Målingerne på 230 V spændingskilden er foretaget på en ubelastet ren sinus inverter tilsluttet 12 V. Spændings­kilden vil forventeligt holde en ensartet udgangsspænding mens målingerne står på.

Data for anvendte måleapparater ved måling af 230 V AC
Måleapparat Tolerance [%] Antal usikkerheder på mindst betydende ciffer Værdi af mindst betydende ciffer [V]
Brymen BM 515CF 0,5 3 0,1
Brymen BM 22 2,0 5 0,1
Mastech M-830B 1,2 10 1
PicoScope 4224 PC-oscilloskop 1 - -
PicoScope TA041 differential probe 2 - -
Fluke T5-600 1,5 2 1


Resultatet af målingerne og beregnede grænser for den sande spænding fremgår af nedenstående tabel.

Måleresultater og beregnede grænser for sand spænding (230 V AC)
Måleapparat Målt [V] Beregnet MIN [V] Beregnet MAX [V]
Brymen BM 515CF 231,0 229,5 232,5
Brymen BM 22 229,9 224,8 235,0
Mastech M-830B 230 217,2 242,8
PicoScope 4224, passiv probe 231,8 229,5 234,1
PicoScope 4224, differential probe 231,8 224,8 238,8
Fluke T5-600 231 225,5 236,5


Resultaterne ser således ud i et diagram:

Målte spændinger og beregnede
tolerancer, 230 V AC
 Diagram over målte spændinger og beregnet omfang af tolerancer (230 V AC).
.


Multimeteret M-830B skiller sig ud med en forholdsvis stor tolerance. Selve målingen ligger dog på linje med de øvrige resultater. Det er stadig BM 515CF, der sætter dagsordenen for grænserne for den sande spænding.

Nedenfor er der zoomet ind på resultaterne.

Målte spændinger og beregnede
tolerancer, 230 V AC (zoom)
 Diagram over målte spændinger og beregnet omfang af tolerancer (230 V AC, zoom).
.


Det ses, at samtlige måleresultater faktisk ligger inden for grænserne for måleapparatet med den største præ­cision.

Det bemærkes, at måleinstrumenters oplyste tolerancer kan være betinget af periodevis kalibrering af måle­instrumentet, fx gældende 1 år fra seneste kalibrering. Ligeledes kan der være forudsætninger, der handler om omgivelsestemperatur, fx 23 °C ± 5 °C samt den relative luftfugtighed.


Interne links til emner i denne artikel: Eksterne links til emner i denne artikel:

Home | Copyright © 2002-2025 Cubus | cubusadsldk@gmail.com