МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» (ПГУ)
Прямые и косвенные измерения
Методические указания к выполнению лабораторных работ
Составители: К. В. Сафронова, Б. П. Сибринин, В. А. Баранов
Пенза
Издательство ПГУ
2011
УДК 006 (075.32)
Р е ц е н з е н т
кандидат технических наук, главный метролог ФГУП НИИЭМП
Г. А. Солодимова
Прямые и косвенные измерения : метод. указания к выполнению лаб. работ / сост.: К. В. Сафронова, Б. П. Сибринин, В. А. Баранов. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2011. – 39 с.
Даны методические указания по проведению измерений и оцениванию погрешностей при прямых измерениях методом непосредственной оценки и методом сравнения, а также при косвенных измерениях.
Методические указания подготовлены на кафедре «Метрология и системы качества» и предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Метрология, стандартизация и сертификация», а также для студентов других специальностей, изучающих дисциплины, связанные с метрологией и техническими измерениями.
УДК 006 (075.32)
© ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2011
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа Л-02-1. ПРЯМЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ Error: Reference source not found
Лабораторная работа Л-02-2. КОСВЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ 15
Литература 27
Приложение 1. Вывод формул для оценивания погрешности согласования при измерениях в цепях постоянного тока 28
Приложение 2. Характеристики компонентов модулей 31
Приложение 3. Характеристики аналоговых комбинированных приборов при измерениях в цепях постоянного тока 32
Приложение 4. Характеристики калибратора П327 33
Приложение 5. Характеристики цифрового комбинированного прибора Щ300 34
Приложение 6.Основные метрологические характеристики мультиметра
модели Yokogawa 7555 35
Приложение 7. Характеристики аналоговых комбинированных приборов при измерениях в цепях переменного тока 37
Приложение 8. Характеристики аналогового электронного вольтметра GVT-417B 38
Приложение 9. Вывод формулы для определения эквивалентной емкости 39
Приложение 10. Правила округления и записи результатов измерений 40
Лабораторная работа Л-02-1
Прямые однократные измерения силы постоянного электрического тока и напряжения
Цели работы: приобретение навыков проведения прямых измерений силы тока и напряжения методом непосредственной оценки и методом сравнения; оценивание погрешностей измерений в нормальных условиях применения средств измерений.
Задачами данной лабораторной работы являются:
– изучение методов прямых измерений силы постоянного электрического тока и напряжения;
– выполнение измерений методом непосредственной оценки и методом сравнения;
– оценивание инструментальной составляющей погрешности измерения;
– оценивание погрешности согласования;
– введение поправки на погрешность согласования;
– запись результата измерения по стандартной форме.
Используемые средства измерений:
- аналоговый комбинированный прибор (тестер) типа Ц4340; Ц4342 и т.п.;
- цифровой комбинированный прибор (мультиметр) типа Щ300 или Yokogawa 7555;
- электромеханический милливольтметр или тестер;
- калибратор напряжения типа П327.
Вспомогательное оборудование:
- источник постоянного стабилизированного напряжения;
- модуль с резисторами.
Примечание: перед выполнением эксперимента электронные приборы необходимо прогреть в течение времени, указанного в описании прибора.
1 Общие сведения
Прямым измерением называется измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно по показанию средства измерений, градуированного в единицах измеряемой величины или путем сравнения данной величины с мерой этой величины. В первом случае измерение осуществляется методом непосредственной оценки, а во втором – методом сравнения.
Сила электрического тока и напряжение являются наиболее распространенными электрическими величинами, характеризующими электрические цепи, устройства и системы.
Для прямых измерений используют как аналоговые электромеханические приборы, так и цифровые приборы.
В том случае, когда необходимая точность может быть обеспечена приборами электромеханической группы, то следует предпочесть метод непосредственной оценки. При необходимости измерять с более высокой точностью следует обращаться к цифровым приборам или методам сравнения, обеспечивающим более высокую точность измерений.
В данной работе проводятся однократные прямые измерения электромеханическим аналоговым комбинированным прибором, цифровым комбинированным прибором и одним из методов сравнения (дифференциальным методом).
Согласно ГОСТ Р 8.563-2009 типичные составляющие погрешности измерений включают:
методические составляющие;
инструментальные составляющие;
погрешности, вносимые оператором (субъективные погрешности).
Инструментальные составляющие погрешности измерений включают:
основные погрешности и дополнительные статические погрешности средств измерений, вызываемые медленно изменяющимися внешними влияющими величинами;
погрешности, вызываемые взаимодействием средства измерений с объектом измерений (погрешности согласования);
другие составляющие.
В нормальных условиях при отсутствии методических погрешностей и погрешностей оператора погрешность измерений определяется как сумма основной погрешности и погрешности согласования. Пределы допускаемой основной погрешности определяются по классу точности прибора. Погрешность согласования имеет систематический характер. При измерениях электрических величин она может быть вычислена и исключена введением поправки к результату измерений.
При измерении силы тока амперметр включают в цепь последовательно с нагрузкой, т.е. в разрыв цепи, а при измерении напряжения вольтметр включают параллельно исследуемому участку цепи без нарушения схемы соединения (рисунок 1).
Рисунок 1. Измерение силы тока (а) и напряжения (б)
методом непосредственной оценки
На рисунке 1 амперметр представлен последовательным соединением идеального ( с точки зрения потребления энергии от объекта измерений) прибора А и его внутреннего сопротивления RА. Аналогично, вольтметр представлен параллельным соединением идеального прибора V и его внутреннего сопротивления RV.
Так как включение в цепь измерительного прибора вызывает изменение режима цепи, то для сведения к минимуму этого влияния внутреннее (входное) сопротивление амперметра RА должно быть много меньше сопротивления нагрузки Rн, а внутреннее сопротивление вольтметра RV должно быть много больше выходного сопротивления электрической цепи относительно входа вольтметра. В противном случае возникает так называемая погрешность согласования объекта измерений со средством измерений (или погрешность взаимодействия), которая может иногда значительно превышать основную погрешность средства измерений, определяемую по классу точности прибора. Всегда, когда это возможно, следует вводить поправку на погрешность согласования.
В Приложении 1 приведен вывод формул для оценивания погрешностей согласования при измерениях в цепях постоянного тока для трёх случаев:
- измерение силы тока;
- измерение напряжения источника постоянного тока с внутренним сопротивлением, отличным от 0;
- измерение падения напряжения на участке электрической цепи.