11.1 Общие положения

В зависимости от метода и свойств применяемых электромеханических приборов все измерения могут выполняться либо с однократными, либо с многократными наблюдениями. От числа наблюдений зависит способ обработки экспериментальных данных и оценки погрешностей измерений.

Если наблюдение осуществляется одним экспериментатором, в одинаковых условиях и с помощью одного и того же средства измерения, то такие измерения называют равноточными.

Однако часто возникает необходимость в определении наиболее точной оценки измеряемой величины. Для этого наблюдение осуществляется разными экспериментаторами при разных условиях, с применением различных методов и средств измерения. Такие измерения называют неравноточными.

В данной работе используется однократное равноточное прямое измерение, т.е. искомая величина находится непосредственно по результатам опыта.

Измерения выполняют электромеханическими измерительными приборами. Приборы такого типа называются приборами непосредственной оценки, так как имеют шкалу, проградуированную в единицах измеряемой величины. Числовое значение измеряемой величины получают непосредственно со шкалы прибора. Так, электрический ток измеряют амперметром, напряжение - вольтметром и т.п.

Род тока исследуемой цепи определяет принцип действия и систему выбираемого прибора.

Например, для измерения напряжения и силы тока в цепях постоянного тока используют магнитоэлектрические приборы. Измерение мощности постоянного тока производят электродинамическими приборами. В качестве ваттметров переменного тока технической частоты используют ферродинамические приборы.

Номинальные пределы прибора не должны превышать верхнего предела измеряемой величины более чем на 25%.

11.1.1 Погрешность измерения

Все измерения производятся с ограниченной точностью, т.е. результат измерения только приближенно равен значению измеряемой величины.

Качество измерения оценивают его точностью -близостью результата измерения к истинному значению измеряемой величины. Непосредственной характеристикой точности измерений является погрешность.

Следует отметить, что входное сопротивление прибора влияет на погрешность измерений, изменяя режим исследуемой цепи. Чем точнее измерения, тем большими должны быть входные сопротивления измерительных приборов, включаемых параллельно (цепи напряжения), и тем меньшими они должны быть у приборов, последовательно включаемых в исследуемую цепь (токовые цепи).

Большие погрешности могут быть вызваны влиянием внешних факторов (внешние магнитные и электрические поля, паразитные емкости, температура, влажность и т.п.).

Поэтому, выбирая нужный измерительный прибор, необходимо учитывать конкретные условия измерений и технические характеристики прибора.

Погрешности считаются положительными, если результат измерения превышает действительное значение измеряемой величины, и отрицательными, если результат измерения меньше действительного значения.

Классификация погрешностей приведена на рис.11.1.

В данной лабораторной работе в основном исследуются ин­струментальные погрешности, обусловленные конструктивны­ми, технологическими и схемными недостатками приборов. Именно инструментальные погрешности вносят наибольший процент в погрешность измерений (60-65%).

Классификация погрешностей

Рис11.1

В общем случае инструментальная погрешность складывается из основной погрешности ∆₀ , суммарной дополнительной ∆_д , ∆_{дин -} динамической составляющей (∆_дин = 0 при статических измерениях) и погрешности взаимодействия ∆_вз системы изме­рения с объектом измерения.

Существуют следующие погрешности приборов.

Абсолютная погрешность прибора:

, (1)

где А_п - показание прибора; А - действительное значение измеряемого показателя.

Абсолютная погрешность прибора, взятая с обратным зна­ком, называется поправкой:

Относительная погрешность прибора:

,

или в процентах:

. (2)

Приведенная погрешность прибора γ_П используется для сравнения приборов между собой и равна отношению абсолют­ной погрешности прибора ∆А_п к значению шкалы А_к. Для при­боров с равномерной шкалой .

. (3)

Если шкала прибора двусторонняя с нулем в середине, то за А принимается арифметическая сумма обоих конечных значе­нии шкалы.

Класс точности К_п характеризует погрешность средства изме­рений и косвенно связан с погрешностью измерений, осу­ществляемых данным средством. Средства измерения делятся по классу точности: 0,01; 0,02; 0,05: 0,1; 0,2 и т.д.

По классу точности прибора можно определить максимально допустимую абсолютную погрешность:

. (4)

Например, для вольтметра со шкалой 0-150 В (А_ном = 150 В) класса точности 1,5 наибольшая абсолютная погрешность

Определение абсолютных и относительных погрешностей измерений и поправок приведенной погрешности прибора выполняется в соответствии с формулами (1) — (3).

Погрешность измерения складывается из инструментальной погрешности,

методической погрешности (вызвана несовершенством метода измерения) и погрешности отсчитывания. Погрешность отсчитывания включается в состав основной погрешности, и ее предельное значение определяется следующим образом:

где ЦД — цена деления; К — коэффициент, значение которого зависит от того, до каких долей производится округление при отсчете. Если до половины, то К = 0,5; если до десятой, то К = = 0,1 и т.д.