Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с характеристиками амперметра и вольтметра (предел измерений, класс точности, внутреннее сопротивление) и запишите их в тетради. Расечги. инструментальные погрешности приборов для различных иредедов намерений.

2. Соберите электрическую цепь, схема которой изображена на. рис. 9а. После разрешения преподавателя включите источник питалия, снимите показания приборов и запишите их в таблицу:

3. Соберите электрическую цепь, схема которой изображена на рис. 96. После разрешения преподавателя включите источник питания, снимите показания приборов и запишите их в таблицу.

Способ измерений	U, B	I, A	δUинстр В	δIинстр А	δUмет В	δIинстр А	δIмет А	R Ом	δR Ом
Цепь рис. 9а Формула (22)
Цепь рис. 9а Формула (22)
Цепь рис. 9а Формула (22)
Цепь рис. 9а Формула (22)

3. Соберите электрическую цепь, схема которой изображена на рис. 9б. После разрешения преподавателя включите источник питания, снимите показания приборов и запишите их в таблицу.

4. Рассчитайте величину сопротивления R для обеих измерительных цепей по формулам (22), (22а) и (22b) соответственно. Оцените для каждого случая основную инструментальную погрешность и погрешность, обусловленную взаимодействием приборов и объекта измерений (электрической цени), при измерениях силы тока и напряжения. Определите величину погрешности косвенных измерений сопротивления при использовании для расчетов как формулы (22), так и скорректированных формул (22а), (22b). Результаты расчетов занесите в таблицу.

5. Сравните результаты определения сопротивления различными способами и сделайте вывод о наиболее целесообразном варианте его измерения.

Контрольные вопросы

1. Какие измерения называются косвенными? По какому правилу определяется погрешность при косвенных измерениях?

2. Объясните происхождений погрешностей при измерениях сопротивления методом амперметра и вольтметра. Перечислите способы их уменьшения.

3. Сформулируйте закон Ома для участка цени.

Лабораторная работа №9 Измерение частоты гармонических колебаний.

Цель работы: изучение методов измерения частоты гармонических электрических колебаний с помощью электронного частотомера и электронного осциллографа.

Приборы и принадлежности: частотомер 48-S2, осциллограф С1-117, генератор электрических колебаний.

сопротивлением конденсатора переменному току.

Частота колебаний – количественная характеристика периодического процесса, равная числу полных циклов (периодов) колебаний в единицу времени.

(29)

Используемая в системе СИ едина частоты колебаний-герц (Гц). Один герц - частота периодического процесса при котором одно колебание совершатся за одну секунду. Частоту электрических колебаний можно найти косвенным путем, измерив их период с помощью электронного осциллографа (см. Лабораторная работа № 2). Однако относительно низкая точность измерении интервалов времени с помощью осциллографа приводит к значительной погрешности определения часты.

Для более точных прямых измерений частоты используют частотометры. Различают электромеханические, аналоговые и электронно-счетные (цифровые) частотомеры. Наиболее удобным прибором для измерения частоты является электронно-счетный частотомер. Его действие основано на подсчете числа периодов колебаний за строго определенный промежуток времени Т_изм. (время измерения). Структурная схема такого прибора представлена на рис. 10.

Рис. 10. Структурная схема “электронного частотомера”

Формирователь импульсов преобразует периодические колебания напряжения на входе частотомера в последовательность коротких импульсов, период которых совпадает с периодом исследуемых колебаний Т. Генератор вырабатывает собственную последовательность импульсов напряжения, период следования которых Т_изм. зафиксирован. С периодом этих импульсов сравнивается период исследуемых колебаний.

Ключ, на один вход которого поступают импульсы от формирователя, а на другой - от генератора, пропускает лишь то число поступивших от формирователя импульсов, которое укладывается в интервал времени, равный Т_изм. Счетчик фиксирует количество прошедших импульсов, а отсчетное устройство, снабженное цифровой индикацией, выдает результаты подсчета импульсов в цифровом виде. Если за время Т_изм,. зафиксировано N импульсов, то выполняется соотношение:

(30)

Измеряемая частота колебаний соответственно равна:

(31)

Это значение частоты высвечивается на цифровом индикаторе частотомера. Как следует из формулы (31), погрешность измерения частоты имеет две составляющие. Одна из них связана с нестабильностью времени измерения, а другая вызвана некратностью времени измерения и периода колебаний исследуемого напряжения. Относительная нестабильность времени измерения у современных электронных частотомеров весьма мала и в подавляющем большинстве случаев ее величина не превышает 10^-7. Погрешность в подсчете числа импульсов δN, связанная с некратностью времени измерения и периода колебаний, равна единице. Поэтому абсолютная основная инструментальная погрешность измерения частоты с помощью электронного частотомера оценивается с помощью формулы:

(32)

которая для вычисления относительной погрешности может быть представлена в виде:

(32а)

Используемый в лабораторной работе частотомер ЧЗ-32 имеет два входа А и В, на каждый из которых можно подавать исследуемый сигнал. При подаче напряжения на вход А переключатель "Род работы" на передней панели частотомера ставится в положение “f_A” напряжение подано на вход В - в положение “f_B”. Около каждого из входов расположены переключатели» которые устанавливаются в положение, соответствующее форме (закону изменения) изучаемого напряжения. В случае изменений напряжения по гармоническому закону они должны находиться в положения “~”.

Устройство частотомера предусматривает возможность изменения T_изм от 10^-3 секунды до 100 секунд. Это осуществляется с помощью переключателя "Время измерения" на передней панели частотомера. При уменьшении Т_изм. подсчет частоты происходит быстрее, однако погрешность измерения в соответствии с формулой (32) возрастает.

Возможны два режима измерений. Первый режим - автоматический. В атом случае осуществляется непрерывный счет частоты, а на цифровом индикаторе одно измеренное значение последовательно сменяется другим. Время, в течение которого результат одного из измерений высвечивается на индикаторе, регулируется ручкой управления "Время индикации". Второй режим - одиночный счет. При этом частотомер срабатывает только один раз после нажатия кнопки "Пуск".

ПОРЯДОК ВЬПООШЕНИЯ РАБОТЫ

1. Соедините выход генератора электрических гармонических колебаний с входом осциллографа. Включив генератор и осциллограф, измерьте с помощью последнего период колебаний и рассчитайте по формуле (29) их частоту. Относительную погрешность определения частоты оцените по формуле:

(33)

2. Ознакомьтесь с органами управления частотомером, расположенными на его передней панели. Зарисуйте в тетради переднюю панель частотомера, показав на ней расположение всех органов управления.

3. Соедините выход генератора с входом А частотомера. Переключатель "Род работы" установите в положение "/а"-

4. Включите частотомер. Ручкой "Время индикации" подберите удобное для считывания показаний время. Выставляя переключатель "Время измерения" последовательно в положения от 10-³ секунды до 100 секунд, запишите в таблицу показания частотомера. Рассчитайте по формуле (32а) для каждого случая относительную погрешность измерения частоты. Результаты занесите в таблицу:

5. Сравните точность измерений частоты с помощью осциллографа и частотомера.

	Осциллограф	Частотометр
		Tизм = 1 мс	Tизм = 10 мс	Tизм = 0,1 с	Tизм = 1 с	Tизм = 10с	Tизм = 100 с
f, кГц
εf %

Контрольные вопросы

1. Что такое частота и период гармонических колебаний?

2. В чем заключается принцип действия частотомера?

3. Назовите источники погрешности при измерении частоты с помощью частотомера.