МСиС-2019(ч1)

1.2.Порядок выполнения работы

1)Согласно схеме, представленной на рис. 1.3, необходимо выполнить электрические соединения модулей для измерения постоянного напряжения. Монтаж схемы производить при отключенном питании. В качестве PV1 использовать мультиметр Mastech MY64 (модуль «Измерительный блок») в режиме измерения постоянного напряжения с пределом до 20 В, а PV2 – мультиметр Sanwa PC500 в режиме измерения постоянного напряжения.

Рис. 1.3. Схема электрическая соединений лабораторных модулей для измерения постоянного напряжения

Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» (модуль «Модуль питания»). Включить мультиметры и, увеличивая выходное напряжение канала «0…+15В» от 0 В до +15 В (ручкой регулировки «0…+15В» модуля «Модуль питания»), заносить показания вольтметров PV1 и PV2 в табл. 1.4.

Рассчитать абсолютную , относительную δ и приведенную γ погрешности измерения напряжения, при этом считать, что мультиметр Sanwa PC500 является образцовым измерительным прибором.

Относительная и приведенная погрешности измерения постоянного и переменного напряжения рассчитываются по выражениям:

где х – показания мультиметра Mastech MY64;

х0 – показания образцового измерительного прибора (мультиметра Sanwa

PC500);

хN – номинальное значение (предел измерения) мультиметра Mastech

MY64.

Используя данные, приведенные в табл. 1.1, необходимо определить допустимые значения относительной погрешности измерения напряжения мультиметром Mastech MY64 и сравнить их с расчетными значениями (см. табл. 1.2).

Т а б л и ц а 1.4 Результаты измерений постоянного напряжения

2) Согласно схеме, представленной на рис. 1.4, выполнить электрические соединения модулей для измерения переменного тока.

Рис. 1.4. Схема электрическая соединений лабораторных модулей для измерения переменного тока

В качестве PА1 использовать мультиметр Mastech MY64 (модуль «Измерительный блок») в режиме измерения переменного тока с пределом изме-

11

рения до 200 мА, а PА2 – мультиметр Sanwa PC500 в режиме измерения переменного тока.

Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметры. Увеличивая силу тока в цепи от 0 мА до 200 мА (ручкой регулировки выходного напряжения автотрансформатора TV2 модуля «Автотрансформатор»), заносить показания амперметров PA1 и PA2 в табл. 1.5.

По выражениям (1.1) – (1.3) рассчитать абсолютную , относительную δ и приведенную γ погрешности измерения переменного тока, при этом считать, что мультиметр Sanwa PC500 является образцовым измерительным прибором.

Сравнить полученное опытное значение максимальной относительной погрешности измерения тока и допустимого значения (см. табл. 1.1), сделать соответствующий вывод.

3) Согласно схеме, представленной на рис. 1.5, выполнить электрические соединения модулей для измерения сопротивления.

В качестве PR1 использовать мультиметр Mastech MY64 (модуль «Измерительный блок») в режиме измерения сопротивления с пределом измерения до 200 Ом, а PR2 – мультиметр Sanwa PC500 в режиме измерения сопротивления.

Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметры. Произвести компенсацию сопротивления щупов мультиметра PR2 (Sanwa PC500), для чего установить мультиметр в режим измерения сопротивления и

12

нажать кнопку RANGE, на дисплее появится Shrt. Через 3 с после звукового сигнала сопротивление щупов, внутренних цепей мультиметра PR2 и магазина сопротивлений R1 будут скомпенсированы.

Рис. 1.5. Схема электрическая соединений лабораторных модулей для измерения сопротивления

Устанавливая произвольное значение сопротивления магазина R1 в диапазоне от 0,1 Ом до 200 Ом, заносить показания омметров PR1, PR2 и значение сопротивления R1 в табл. 1.6.

сопротивление щупов, то необходимо рассчитать действительные значения сопротивления для каждого пункта табл. 1.6 по формуле:

где с.п – сопротивление соединительных проводников при измерении муль-

тиметром Mastech MY64.

По выражениям (1.1) – (1.3) рассчитать абсолютную , относительную δ и приведенную γ погрешности измерения сопротивления мультиметрами Mastech MY64 и Sanwa PC500. Считать магазин сопротивлений R1 образцовым.

Сравнить полученные опытные значения максимальной абсолютной погрешности измерения сопротивления PR1 , PR2 с допустимым значением (см. табл. 1.1 и 1.2), сделать соответствующий вывод.

Допустимая абсолютная погрешность мультиметра Sanwa PC500 определяется как ± (процент от показания прибора + n·D, где D – число значений единицы младшего разряда). Например, при измерении в диапазоне до 500 мВ показания прибора 134,8 мВ, абсолютная погрешность будет составлять

±134,8·0,12 % + 2·0,1 мВ = 0,36 мВ.

4) Согласно схеме, представленной на рис. 1.7, выполнить электрические соединения модулей для измерения частоты электрического сигнала.

14

В качестве PF1 использовать мультиметр Sanwa PC500 (модуль «Измерительный блок») в режиме измерения частоты, а PV1 – мультиметр Mastech MY64 в режиме измерения переменного напряжения 20 В.

Рис. 1.7. Схема электрическая соединений лабораторных модулей для измерения частоты

Включить автоматический выключатель и выключатель дифференциального тока «Сеть» модуля «Модуль питания». Включить мультиметры и модуль «Функциональный генератор. Пиковые детекторы». Установить синусоидальную форму выходного сигнала функционального генератора G1 соответствующей кнопкой функционального генератора. Установить среднеквадратичное значение напряжения выходного сигнала UG1 = 5 В (измерять вольтметром PV1) кнопками изменения амплитуды функционального генератора.

Изменяя частоту выходного сигнала функционального генератора G1 от 10 Гц до 20 кГц, заносить значение частоты fG, отображаемое на индикаторе функционального генератора, и показания частотомера PF1 в табл. 1.7.

По выражениям (1.1) – (1.3) рассчитать абсолютную , относительную δ и приведенную γ погрешности измерения частоты. Считать показания функционального генератора fG образцовыми.

Сравнить полученные опытные значения максимальной абсолютной погрешности измерения частоты и допустимого значения (см. табл. 1.2), сделать соответствующий вывод.

15

Т а б л и ц а 1.7

Результаты измерений частоты

fG , Гц

fPF1 , Гц

Расчетные значения

PF1, Гц

δPF1, %

γPF1, %

1.3.Контрольные вопросы

1)Область применения цифровых мультиметров.

2)Приведите порядок действий при измерении тока и напряжения цифровым мультиметром.

3)Приведите порядок действий при измерении частоты электрического сигнала цифровым мультиметром.

4)Как скомпенсировать сопротивление соединительных проводников (щупов) мультиметра?

Лабораторная работа 2

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОДНОКРАТНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

Цель работы: исследование составляющих систематической погрешности и обработка результатов однократных наблюдений.

2.1. Основные теоретические сведения

При однократных наблюдениях имеет место лишь систематическая составляющая погрешности, информация о случайной погрешности отсутствует.

Систематическая погрешность с – составляющая погрешности результата измерения, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же физической величины.

16

Систематическая погрешность классифицируется по нескольким признакам, например: учитываемые погрешности, неисключенные остатки систематической погрешности (НСП).

Учитываемые систематические погрешности в свою очередь характеризуются возможным вычислением с последующим введением поправок; невозможным вычислением, но с возможной схемотехнической компенсацией.

Входе обработки результатов однократных наблюдений решаются следующие задачи:

1) определение учитываемой составляющей систематической погрешности;

2) внесение поправки в результат измерения;

3) определение НСП и оценка их результирующего значения; 4) запись результата измерения с учетом доверительных границ НСП.

Врезультате определения учитываемых составляющих ( = 1,2, … , ) вычисляется результирующая систематическая погрешность с.рез.

Если известны знаки составляющих , то

Исправленный результат измерения определяется по выражению:

однако исключение c возможно путем схемных или иных решений. Исследование неисключенных остатков предполагает выполнение сле-

дующей работы:

анализ источников возникновения;

оценка относительной погрешности неисключенных остатков i по

каждому источнику возникновения;оценка результирующей составляющей неисключенных остатков сис-

тематической погрешности.

17

Особенность исследования неисключенных остатков, представляющих собой составляющую систематической погрешности, заключается в том, что значения i недетерминированы, т. е. представляют собой случайную величину. В этом случае результирующая погрешность неисключенных остатков определится по формуле:

где bi – функция влияния i на конечный результат;

k – поправочный коэффициент, зависящий от числа компонентов и доверительной вероятности.

Если неизвестно влияние значения i на конечный результат, то принимается гипотеза об одинаковом влиянии каждого компонента (bi = 1).

Зависимость k от числа компонентов слабая. Значения k при различной доверительной вероятности приведены в табл. 2.1.

Т а б л и ц а 2.1

Значение коэффициента k

в зависимости от доверительной вероятности

Результат измерения записывается с учетом правил округления.

18

2.2.Порядок выполнения работы

1)Собрать схему для измерения падения напряжения на резисторе

(рис. 2.1).

При сборке схемы следует использовать модуль питания с напряжением 0…+15 В, магнитоэлектрические вольтметр и амперметр из модуля «Трансформатор тока и напряжения. Приборы магнитоэлектрической системы» и магазин сопротивлений Р33.

2) В табл. 2.2 записать исходные данные для проведения метрологических исследований:

а) номинальное значение сопротивления резистора Rном (модели) и модельной погрешности ном;

б) внутреннее сопротивление вольтметра rv и погрешность r , определяемую размытостью внутреннего сопротивления вольтметра;

в) номинальное значение вольтметра UN;

г) максимальное число делений шкалы вольтметра αmax; д) класс точности вольтметра Kп .

Номинальное значение сопротивления резистора Rном задается преподавателем: для первого измерения – из диапазона 8…12 Ом, для второго – 90…110 Ом. Модельная погрешность для магазина сопротивлений Р33 определяется по выражению, %:

где Rк – наибольшее значение сопротивления магазина, Ом.

19