Составление отчетных таблиц

При выполнении косвенных измерений полезно уметь составить отчетную таблицу, зная рабочую формулу. Выделить в рабочей формуле однократно используемые величины, которые следует вынести над таблицей. Подсчитать число величин, которые будут измерены многократно. Ширину страницы следует разделить на число величин, измеряемых и вычисляемых, а так же включить абсолютную и относительную погрешность окончательного результата. Например, см. таблицу №1 к лабораторной работе “Определение плотности”, составленную для прямых измерений линейных размеров. Измеряемых и вычисляемых величин здесь 10, следовательно, колонок для записи результатов должно быть 10. Другим примером составления таблиц может служить работа “Изучение кинематики движения тела”. В таблице нужно выделить колонки для измеряемых величин и их средних значений, а так же колонки для скорости шарика.

ЛИТЕРАТУРА [6, 7, 10, 13,14, 15, 16, 17].

1. Определение плотности тела правильной формы по его геометрическим размерам и массе

Цель работы: Освоить измерение массы и линейных размеров с помощью лабораторных весов ВЛ-210, штангенциркуля и микрометра; отработать технику вычисления погрешностей, ведения записей, составления отчета.

Оборудование: Весы лабораторные ВЛ-210, микрометр, штангенциркуль, набор тел правильной формы.

Описание приборов

Штангенциркуль - простейший инструмент для измерения длины. Он представляет собой миллиметровую линейку 1 с отсчетным приспособлением - нониусом 2. Нониусом называется дополнительная шкала, которая может перемещаться вдоль основной шкалы. Нониус имеет  делений, которые отличаются от делений основной шкалы. Обычно =10 или =20. Ценой деления нониуса называют отношение с/, где c - цена деления основной шкалы.

Рис. 1

Измеряемую деталь помещают между губками 3 штангенциркуля, губки с острыми концами используют для измерения внешних размеров детали, другой парой - 3` измеряют внутренние размеры. Длину определяют следующим образом. Число целых миллиметров отсчитывают от нулевого деления основной шкалы до нулевого деления нониуса. Доли миллиметра получают умножением цены деления нониуса на номер того деления нониуса, которое совпало с каким-нибудь делением основной шкалы.

Например, на рис.1 изображен нониус с = 20, т.е. с ценой деления, равной 1мм/20 = 0,05 мм. Отсчет по основной линейке равен 11 мм, по нониусу - 0,05мм7=0,35мм. Следовательно, длина l=11,35 мм.

Рис. 2

Микрометр предназначен для более точного измерения длин. Основной его частью является микрометрический винт 1, с которым скреплены барабан 2 и трещотка 3. Вдоль стержня 4 нанесена двойная шкала, состоящая из двух одинаковых миллиметровых шкал, сдвинутых относительно друг друга на половину деления. Один оборот барабана соответствует перемещению его вдоль стержня на 0,5 мм. Поскольку круговая шкала имеет 50 делений, то цена деления барабана равна 0,01мм.

Измеряемую деталь помещают вплотную к упору 5, и доводят микровинт 1 до соприкосновения с деталью, вращая его за трещотку, что отмечают по звуку трещотки. Размер детали с точностью до 0,5 мм определяют по двойной шкале стержня. Сотые доли миллиметров отсчитывают по круговой шкале барабана.

Показания двойной шкалы и барабана суммируют. Например, на рис.2 отсчет по двойной шкале равен 11,5 мм, показание по шкале барабана - 21. Измеряемая длина равна 11,5+0,21=11,71 мм.

Весы электронные лабораторные ВЛ-210 предназначены для точного измерения массы предметов, материалов, сыпучих и жидких веществ. Весы оснащены сервисными программами. Они состоят из переключения единиц измерения массы (граммы, миллиграммы, караты, фунты, унции и т.п.); рецептурного взвешивания (для составления рецептуры смеси); подсчета количества штук (деталей), которые имеют примерно одинаковую массу; взвешивания в процентах; определения массы нестабильных образцов (для проведения измерений при нестабильных внешних условиях, в этой программе весы вычисляют массу как среднее арифметическое значение из определенного числа последовательных измерений.)

Питание весов осуществляется от сети переменного тока через блок питания. Номинальное значение – 220 В, частоты – 50 Гц. Эксплуатация при температуре 10÷30⁰С и относительной влажности воздуха 30÷80%.

Таблица 1. Основные технические характеристики электронных

лабораторных весов ВЛ-210

Наименование технических характеристик		Значение технических характеристик
Класс точности весов лабораторных ВЛ-210		2
Наибольший предел взвешивания, г		210
Наименьший предел взвешивания, мг		10
Дискретность отсчета, мг		0,1
Цена поверочного деления, мг		1
Число поверочных делений		210000
Пределы допускаемой погрешности весов при первичной поверке, ±мг	в пределах взвешивания: до 50 г св. 50 г до 120 г св. 50 г до 210 г	0,5 - 0,7
Среднее квадратичное отклонение показаний весов, мг		0,1
Время установления показаний, с		7
Периодичность калибровки, ч		4
Время установки рабочего режима, мин		30

Пределы допускаемой погрешности весов не превышают удвоенных значений, приведенных в таблице 1.

Устройство и принцип работы весов ВЛ-210

Общий вид весов представлен на рис.3. Корпус весов состоит из основания (5) с кожухом (4). Чашка весов (1) устанавливается на держатель (2), непосредственно связанный с весовым устройством, и защитное кольцо (9), установленное на пластину (8). Витрина (10) защищает весовое устройство от воздушных потоков. На заднюю панель выведена втулка гнезда питания (3) для подключения блока питания.

Для установки весов по уровню предназначен индикатор уровня и регулировочные ножки (6). При вращении регулировочных ножек пузырек воздуха в индикаторе уровня должен переместиться в центр круга.

П ринцип работы весов заключается в электромагнитной компенсации прикладываемой нагрузки. Система автоматического уравновешивания вырабатывает компенсационный ток, пропорциональный нагрузке, который преобразуется в цифровой сигнал, передаваемый на микропроцессор для дальнейшей обработки. Сигнал поступает на индикатор панели управления.

На рис.4 приведена панель управления, с помощью которой осуществляется управление процессом измерения. 1 – клавиша ТАРА, с помощью которой производится калибровка весов; 2 – функциональная клавиша , 3 – клавиша Ф, 4 – клавиша СФ, 5 – клавиша включения/выключения весов, 6 – индикатор. Рабочая информация выводится на индикатор.

Правила обращения с весами

Включить весы в сеть через блок питания, открыть дверцы витрины, нажать клавишу 5 и выдержать весы во включенном состоянии не менее 30 минут. При включении весов на индикаторе появляются все сегменты (рис. 5) и производится самотестирование электронной системы весов, после чего раздается звуковой сигнал и на индикаторе появляются нулевые показания с символом единиц измерения массы. После прогрева весов произвести их калибровку. Для этого нужно закрыть дверцы витрины; обнулить показания весов, нажав клавишу ТАРА; нажать клавишу ТАРА и удерживать ее до появления на индикаторе значения массы калибровочной гири (200,0000g); открыть дверцы витрины и поместить гирю для калибровки весов в центр чашки, закрыть дверцы витрины; весы калибруются автоматически; появление на индикаторе символа «200,0000g» и звукового сигнала свидетельствует о завершении процесса калибровки; снять гирю, при этом на индикаторе установятся нулевые показания. Весы готовы к работе. Если на индикаторе устанавливаются показания, отличные от номинального значения калибровочной массы гири более чем на ±0,0001грамм, то необходимо повторить калибровку.

После калибровки можно приступать к измерению массы. Аккуратно поместить в центр чашки весов взвешиваемое тело, закрыть дверцы витрины, дождаться установления показаний весов – появления символа единиц измерения массы. Значение массы тела отобразится на индикаторе.

Подготовка к выполнению работы

Ознакомиться с устройством штангенциркуля и микрометра, научиться измерять линейные размеры тел. Ознакомиться с устройством и принципом работы лабораторных весов ВЛ-210, изучить настройку весов и правила взвешивания.

Изучить методы оценки абсолютных и относительных погрешностей при прямых и косвенных измерениях.

Ознакомиться с рекомендациями по составлению таблиц измерений и схемой отсчета. Приготовить таблицы для записи результатов измерений в задании 1 по образцу, приведенному ниже. Уяснить смысл всех обозначений в графах таблиц. Продумать и приготовить таблицу для задания 2.

Контрольные вопросы

1.Что называется плотностью тела? Единицы измерения плотности.

2.Чему равна (в СИ и СГС) плотность воды? Какие значения по сравнению с ней должна иметь плотность дерева, стали, меди (больше или меньше?).

3.Какие величины нужно измерить для определения плотности в этой работе? Прямые или косвенные это будут измерения?

4.Как делается отсчет по штангенциркулю? микрометру? Какова погрешность этих инструментов? Какой из них точнее?

5.Объясните устройство и принцип действия лабораторных весов.

6.Как отрегулировать весы перед взвешиванием? Как определить погрешность взвешивания?

8.Что называют абсолютной и относительной погрешностями?

9.Как найти абсолютную погрешность прямых однократных измерений?

10.Как найти среднюю квадратичную погрешность?

11.Что такое доверительный интервал и коэффициент надежности?

12.Определите относительную погрешность плотности как косвенного измерения для двух случаев?