Метрология / Шпоры метрология 21-25

21. Относительная и абсолютная погрешность измерений, получаемых с помощью вольтметра. Класс точности вольтметра.

Выбор вольтметра:

1.Форма сигнала (постоянная, переменная , синусоида, прямоугольная)

2.Входное сопротивление и входная емкость

3.Диапазон измерения напряжений

4.Частотный диапазон

5.Погрешность измерений

Погрешность измерений:

1.Абсолютная (∆x)- разность между измеряемым значением и действительным , истинным значением.(средним арифметическим)

∆= X-A

2.Относительная (∆х / х)

Качество измерений характеризует относительную погрешность: γ = 100%

Две составляющие основной погрешности:

а)Аддитивная(не зависит от изменения значения) ∆=а

б)Мультипликативная(Пропорциональна измеряемому значению) ∆=а+bx

δ=±()=±[c+α(-1)], где X_кз-кон. Значение Х- измеряемое значение

22. Структурные схемы электромеханических вольтметров постоянного и переменного токов, выполненных на основе микроамперметра.

Схема вольтметра постоянного тока:

Параметры: Ток полного отпирания I = 50 мА U = 75 мВ R = 1,5 кОм R_g = U / I

Уравнение шкалы микроамперметра α = ВSnI / W

где α - угол поворота В - индукция магнитного поля, S - площадь рамки, n - число витков, I - измеряемы ток, W – коэффициент упругости, связанный с жесткостью пружины.

Из-за инерционности микроамперметра на переменном токе, вольтметр покажет 0 => необходимо выпрямить синусоиду с помощью диода.

однополупериодное выпрямление

Двухполупериодное выпрямление

Схема вольтметра переменного тока:

Существует недостаток : низкое R_вх (1,5 — 2 кОм/В), который зависит от предела измерений.

23. Структурные схемы аналоговых электронных вольтметров постоянного и переменного токов.

Вольтметры содержат усилители тока, и потому в них ответвляется очень маленький ток (около 1 мкА) из исследуемой цепи.

1 ÷ 10 МОм ; С_вх = 100 пФ

ЭВ бывают аналоговыми(стрелочные) и цифровыми. Стрелочные вольтметры требуются в технологических процессах, чтобы быстрее заметить неисправность (более наглядное отображение). Все вольтметры отградуированы в среднеквадратичных значениях синусоиды независимо от преобразователя.

Схема аналогового вольтметра: 1)

Широкий частотный диапазон (до 1 ГГц)

Невысокая чувствительность U > 0,1 В (диод не открывается).Не может быть ~0,1 В т.к. в преобразователь входит диод(который открывает при U=0.7)

24. Типы преобразователей в вольтметрах переменного тока.

Преобразователи переменного в постоянный ток:

1.Максимального значения с открытым входом. (Реагирует на Um)

2.Максимального значения с закрытым входом. (Реагирует на Um – U_о)

3.Средневыпрямленное значение (Реагирует на U_ср.в. )

4.Среднеквадратичное значение (Реагирует на U_ср.кв)

Преобразователи вольтметров.

(всегда содержат диод для выпрямления)

1.Max значения с открытым входом

2.Max значения с закрытым входом

3.Средне выпрямленные значения

4.Средне квадратичные значения

25. Влияние формы сигнала на показание вольтметров. Градуировка шкалы вольтметров с различными преобразователями в среднеквадратических значениях синусоидального сигнала

Алгоритм расчета показаний вольтметра(т.к. все вольтметры отградуированы в средне квадратичном значении. Для преобразователей max значений с открытым и закрытым входом требуется поправка – делить на ,а для преобразователя средневыпрямленного значения поправка- умножить на 1,11.)

1) Определить какой тип вольтметра на какой преобразователь реагирует и рассчитать его.

2) Внести поправки (1,11 или 1/(2)½) из условий, что все вольтметры отградуированы в среднеквадратичных значениях синусоиды.

1) Максимальное значение с открытым входом α=U_m/(2)½

23.

2)

Высокая чувствительность (мкВ)

Диапазон частот 20 - 30 МГц

22.

Причина низкого сопротивления — ответвление тока полного отклонения из измерительной цепи.

21.

Класс точности вольтметра — это предельное минимальное значение относительной погрешности в рабочем диапазоне частот

U 4 - 4% от конечного значения (на переменном токе)

U 2,5 - 2,5 % от конечного значения (постоянном токе )

Ω 2,5-2,5 % от длины шкалы или погрешность измерения

Класс точности 4 на пределе 10В; Измеряем

U_x = 1 ,2 ,5 ,8 , 10 В; ∆ = 10 · 4 / 100 = 0,4 В

- абсолютная погрешность;

1+0,4; 2+0,4 и т.д.

γ(1 В) = 40 % ; γ(2 В) = 20 % и т.д. Предел 10 , 5 , 1В; Вывод: предел вольтметра необходимо выбирать так, чтобы работать в правой половине шкалы для уменьшения погрешности измерений.

Две составляющих погрешности: аддитивная и мультипликативная ∆=a + bx

Рабочий диапазон частот вольтметра — это диапазон частот в пределах которого погрешность измерения не превышает паспортную

25.

2) Максимальное значение с закрытым входом α=(U_m-U_o)/(2)½ (Находим интегралы и получаем, что U_o=U_m·t_и/T) α=(U_m-U_m·t_и/T)/(2)½

3)Средневыпрямленное α=U_cр.в. · 1,11 = U_m·t_и·1,11/T

4)Среднеквадратичное α=U_ср.кв = U_m·(t_и/T) ½

24.

Uо = 1/Т ∫ U(t)dt Uср.в. = 1/T ∫ |U(t)| dt

Uср.кв. = (1/T ∫ U²(t)dt)½

К_а = Um/U Kф = U/Ucр.в.

Поправка (1,11 или 1/(2)½) вводится для того , чтобы все вольтметры показывали среднеквадратичное значение.