САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
О Т Ч Е Т
о лабораторной работе №3
«Исследование методов и погрешностей измерения параметров постоянного напряжения»
Работу выполнили студенты группы :
"08" февраля 2021 г.
Работу приняла:
_______________
Санкт-Петербург
2021 г.
1. Перечень использованных средств измерений.
№ п/п |
Наименование средства измерений |
Тип средства измерений |
Измеряемая величина |
Предел измерений |
Собственное сопротивление |
Предел допускаемой погрешности |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
Вольтметр |
Э543 (эл. магн.) |
Напряжение |
15 В |
75 Ом |
0,075 В |
2 |
Вольтметр |
434321 (эл. дин.) |
Напряжение |
15 В |
100 Ом |
0,075 В |
3 |
Вольтметр |
В7-23 (цифровой) |
Напряжение |
1. 0,1 В 2. 100 В |
1. 109 Ом 2. 107 Ом |
1. 0,00004 В 2. 0,2 В |
Вольтметр №1 – класс точности 0,5.
Вольтметр №2 – класс точности 0,5.
2. Программа работы.
2.1. Экспериментальное определение погрешности применения вольтметра при измерении напряжения на участке электрической цепи.
Таблица 1. Определение погрешности вольтметров при E0 = 15 В
Тип прибора |
U0, В |
U, В |
∆U, В |
∆мет, В |
Границы инструментальной погрешности, В |
Границы общей погрешности, В |
Электромагнитный |
11,13 |
3,1 |
-8,03 |
-5,625 |
|
|
Электродинамический |
11,13 |
3,9 |
-7,23 |
-4,821 |
|
|
∆U
= U
U0
= 3,1
11,13
= -8,03 В
∆мет
,
где R = 300 Ом, Rц = 100 Ом, Rв – собственное сопротивление вольтметра.
Примеры расчётов для электромагнитного вольтметра:
∆мет
∆ин
=
→
2.2.
Определение влияния продольной помехи
на показания цифрового интегрирующего
вольтметра, определение коэффициента
помехоподавления при различных способах
подключения вольтметра к источнику
измеряемого напряжения.
Таблица 2. Показания вольтметра при различных подключениях
Uпд = 6 В, частота напряжения помехи 40 Гц, форма помехи – синусоидальная
схема А |
схема Б |
схема В |
|||||
j |
Uj, В |
j |
Uj, В |
j |
Uj, В |
||
1 |
-0,02053 |
1 |
0,00234 |
1 |
0,00001 |
||
2 |
0,01633 |
2 |
-0,00309 |
2 |
-0,00036 |
||
3 |
0,04568 |
3 |
-0,00031 |
3 |
0,00032 |
||
4 |
0,06924 |
4 |
0,00013 |
4 |
0,00058 |
||
5 |
0,06715 |
5 |
-0,00014 |
5 |
0,00056 |
||
6 |
-0,00564 |
6 |
-0,00006 |
6 |
-0,00085 |
||
7 |
0,03497 |
7 |
-0,00005 |
7 |
-0,00015 |
||
8 |
0,06721 |
8 |
-0,00037 |
8 |
0,00011 |
||
9 |
-0,00042 |
9 |
0,00007 |
9 |
0,00019 |
||
Продолжение таблицы 2
схема А |
схема Б |
схема В |
|||||
j |
Uj, В |
j |
Uj, В |
j |
Uj, В |
||
10 |
0,03572 |
10 |
-0,00023 |
10 |
0,00063 |
||
11 |
0,06012 |
11 |
-0,00007 |
11 |
-0,00014 |
||
12 |
0,04073 |
12 |
-0,00031 |
12 |
0,00029 |
||
13 |
-0,02081 |
13 |
-0,00038 |
13 |
-0,00085 |
||
14 |
-0,01453 |
14 |
0,00014 |
14 |
-0,00014 |
||
15 |
0,00154 |
15 |
-0,00012 |
15 |
0,00046 |
||
16 |
0,05628 |
16 |
-0,0001 |
16 |
-0,00086 |
||
17 |
-0,0161 |
17 |
0,00036 |
17 |
0,00023 |
||
18 |
0,04276 |
18 |
-0,0002 |
18 |
0,00067 |
||
19 |
0,02945 |
19 |
0,00014 |
19 |
-0,00001 |
||
20 |
0,03963 |
20 |
0,00004 |
20 |
0,00059 |
||
21 |
0,05583 |
21 |
0,0001 |
21 |
-0,0009 |
||
схема А) цв = 0,04234 В Kпд = 43,03 дцб.
схема Б) цв = 0,00089 В Kпд = 76,57 дцб.
схема В) цв = 0,00053 В Kпд = 81,15 дцб.
Пример расчёта для схемы А:
2.3. Определение влияния поперечной помехи на показания цифрового интегрирующего вольтметра, определение зависимости коэффициента помехоподавления от частоты помехи.
Рисунок 2. Схема присоединения цифрового вольтметра к зажимам макета для исследования влияния поперечной помехи
Таблица 3. Показания вольтметра при различных частотах
Форма поперечной помехи: синусоидальная. Uпп = 6 В
f, Гц U, В |
40 |
50 |
60 |
100 |
Ui1 |
0,04126 |
0,01005 |
0,01036 |
0,01391 |
Ui2 |
-0,00179 |
0,01230 |
0,03657 |
0,00870 |
Ui3 |
-0,00562 |
0,01131 |
0,03850 |
0,00561 |
Ui4 |
-0,01626 |
0,01127 |
-0,01139 |
0,01386 |
Ui5 |
-0,01222 |
0,01052 |
-0,00829 |
0,00599 |
Ui6 |
0,04814 |
0,01128 |
0,02936 |
0,01392 |
Ui7 |
0,02506 |
0,01050 |
-0,01957 |
0,01236 |
Ui8 |
-0,00783 |
0,01127 |
-0,01968 |
0,01392 |
Ui9 |
0,03865 |
0,01130 |
0 |
0,00586 |
Ui10 |
-0,01014 |
0,01051 |
-0,01881 |
0,01395 |
Ui11 |
0,01430 |
0,01126 |
0,03096 |
0,00590 |
Ui12 |
0,05555 |
0,01053 |
0,01143 |
0,00570 |
Ui13 |
0,01160 |
0,01126 |
0,04132 |
0,01394 |
Ui14 |
-0,00085 |
0,01130 |
0,01572 |
0,00588 |
Ui15 |
-0,03666 |
0,01052 |
-0,00040 |
0,00577 |
Ui16 |
0,03869 |
0,01125 |
-0,01927 |
0,01393 |
Ui17 |
-0,02868 |
0,01051 |
0,02813 |
0,01392 |
Ui18 |
-0,01376 |
0,01124 |
0,01581 |
0,01391 |
Ui19 |
-0,02243 |
0,01127 |
0,03604 |
0,00535 |
Ui20 |
-0,00381 |
0,01054 |
0,04129 |
0,00578 |
Ui21 |
0,00048 |
0,01123 |
0,01730 |
0,01002 |
σцвi, В |
0,0270 |
0,0113 |
0,0254 |
0,0109 |
Кппi, дцб |
46,94 |
54,51 |
47,48 |
54,82 |
σцвi уср, В |
0,0059 |
0,0024 |
0,0055 |
0,0024 |
Кпп уср, дцб |
60,17 |
67,73 |
60,70 |
68,05 |
|
0,00541 |
0,01101 |
0,01216 |
0,00991 |
Uср i, В |
0,00945 |
0,01118 |
0,01082 |
0,00965 |
Umed i, В |
-0,00179 |
0,01125 |
0,01572 |
0,01002 |
i,
ВПример расчёта для f=50 Гц:
Рисунок 3. График зависимости коэффициента подавления от частоты
2.4. Исследование зависимости результатов измерения от частоты измеряемого синусоидального напряжения.
Таблица 4. Показания вольтметра на различных частотах
Форма напряжения: синусоидальная Uд = 5 В.
Частота Тип прибора |
f1 = 30 Гц |
f2 = 50 Гц |
f3 = 200 Гц |
f4 = 2000 Гц |
f5 = 5000 Гц |
fв, Гц |
|||||||
Вольтметр ВЗ-38 γин = 0,4 % |
u(fi), В |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
||||||
uн(fi) |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
||||||||
γufi , % |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||||||||
Вольтметр эл.дин. системы γин = 1,53 % |
u(fi), В |
4,9 |
4,9 |
4,8 |
3,1 |
0 |
50 |
||||||
uн(fi) |
1 |
1 |
0,98 |
0,63 |
0 |
||||||||
γufi , % |
0 |
0 |
2 |
37 |
100 |
||||||||
Продолжение таблицы 4
Частота Тип прибора |
f1 = 30 Гц |
f2 = 50 Гц |
f3 = 200 Гц |
f4 = 2000 Гц |
f5 = 5000 Гц |
fв, Гц |
|
Вольтметр эл.магн. системы γин = 1,56 % |
u(fi), В |
4,8 |
4,8 |
4,8 |
4,8 |
3,9 |
[45, 65] |
uн(fi) |
1 |
1 |
1 |
1 |
0,81 |
||
γufi , % |
0 |
0 |
0 |
0 |
19 |
||
Пример расчёта для вольтметра электродинамической системы при f = 2000 Гц:
Рисунок 4. Нормированные частотные характеристики в зависимости от частоты
Рисунок 5. Относительные частотные погрешности в зависимости от частоты
Выводы:
Поскольку собственные сопротивления вольтметров сопоставимы с сопротивлением R, то происходит шунтирование. Из-за этого напряжение уменьшается на величину ∆U. В результате расчётов было получено, что ∆мет сильно отличается от ∆U. Это связано с неточностью приборов. Так же, у электродинамического вольтметра собственное сопротивление больше, что позволяет более точно измерить величину.
В ходе эксперимента было выяснено, что наиболее эффективный способ подавления продольной помехи является способ соединения по схеме 1в. При таком подключении коэффициент помехоподавления является наибольшим среди полученных (Kпд = 81,15 дцб).
В результате эксперимента видно, что при частоте сети 50 Гц и 100 Гц (кратно 50) помеха подавляется лучше всего, что доказывает наибольшие коэффициенты подавления среди полученных (Kпп = 54,51 дцб, Kпп = 54,82 дцб). Это связано с тем, что это промышленная частота, на которую рассчитан вольтметр. Фильтрация поперечной помехи улучшена путём статистической обработки показаний вольтметра. По этим данным можно сделать вывод, что лучше всего подавляется помеха на частоте 40 Гц.
Результаты измерения напряжения с помощью вольтметров разных систем отличаются на различных частотах. Это связано с тем, что у вольтметров ограниченный сверху частотный диапазон (fв). Более точным является вольтметр электромагнитной системы. Также по результатам эксперимента значение относительной частотной погрешности вольтметра электродинамической системы не превышает инструментальную на частоте 50 Гц, а у вольтметра электромагнитной системы – 2000 Гц.