МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»»

Институт микроприборов и систем управления

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №2

«ПОВЕРКА ВОЛЬТМЕТРОВ»

Выполнили студенты группы КЕК-$$:

EL_RADIO

EL_BIBA

EL_BOBA

EL_ZELIBOBA

Работу проверил

Гуркало Кирилл Олегович

Зеленоград 20KEK г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Цель работы: 3

2. Используемое оборудование: 3

3. Теоретические сведения 3

4. Выполнение работы 6

4.1 Поверка вольтметра на постоянном токе 6

4.2 Поверка вольтметра на переменном токе 10

4.3 Определение дополнительной погрешности от изменения частоты измеряемого напряжения 12

ВЫВОДЫ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 14

1. Цель работы:

проведение поверки вольтметра на постоянном и переменном токе.

2. Используемое оборудование:

поверяемый вольтметр NI ELVIS-DMM, образцовый вольтметр NI PXI-4065, генератор сигналов специальной формы NI PXI-5402, рабочая станция NI ELVIS

3. Теоретические сведения

Поверка (средств измерений) – установление официально уполномоченным органом пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям.

Средства измерений, находящиеся в пользовании, должны периодически подвергаться поверке. Поверка средств измерений производится для установления пригодности их к применению. Поверка измерительных приборов предполагает оценку их метрологических характеристик и выполняется по поверочной схеме.

Поверочная схема – иерархическая структура, устанавливающая соподчинение эталонов, участвующих в передаче единицы или шкалы измерений от исходного эталона средствам измерений (с указанием методов и погрешностей при передаче), утверждаемая в установленном порядке в виде нормативного документа.

Существует несколько методов проведения поверки (входят в поверочную схему), такие как: метод непосредственного сличения СИ, метод сличения СИ с эталоном, используя компаратор, метод прямого измерения, метод замещения и т.д. Но для конкретного средства измерения разрабатываются свои методики поверки, основанные на одном из методов поверки, и включающие в себя также требования к вспомогательному оборудованию, используемым средствам измерениям, эталонам, диапазонам измеряемой величины и пр.

В данной лабораторной работе для проведения поверки аналоговых и цифровых вольтметров будет использован метод непосредственного сличения. В основе данного метода лежит одновременное измерение одной и той же величины поверяемым и образцовым прибором, при этом сравниваются показания поверяемого средства с образцовым (т.е. значение с источника измеряемой величины исключается из анализа).

При выборе образцового средства измерения можно1 руководствоваться следующим условием: основная погрешность образцового прибора не должна превышать 1/5 предела допускаемой погрешности поверяемого прибора. Поверка будет осуществляться на одном диапазоне измерений, а оцениваться будут лишь основная, дополнительная частотная погрешности и вариация показаний (для аналоговых вольтметров). Основная погрешность и вариация (для аналоговых вольтметров) определяются для нескольких (не менее 6-8)

точек шкалы с обязательным включением в число поверяемых точек всех числовых отметок шкалы или целых значений на выбранном пределе измерений. Дополнительную погрешность от изменения частоты измеряемого напряжения определяют для двух точек шкалы при изменении частоты измеряемого напряжения на +10 и –10% от границ нормального диапазона частот fmin и fmax.

Для успешного прохождения поверки значения погрешностей, полученных в ходе нее, не должны превышать допустимых погрешностей средства измерения, представленных в их техническом описании. Вариация показаний прибора, а также дополнительная приведенная погрешность, вызванная отклонением частоты измеряемого напряжения на 10% от нормального диапазона частот, не должны превышать допускаемых значений основной погрешности прибора.

Перед проведение поверки необходимо подготовить образцовое и поверяемое средство измерения согласно технической документации на эти СИ, по возможности, провести их калибровку.

Калибровка (средств измерения) – совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения метрологических характеристик этого средства измерений

Вольтметр - измерительный прибор, предназначенный для прямых измерений напряжения постоянного и (или) переменного тока по методу непосредственной оценки.

Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия.

Прямое измерение - измерение, при котором искомое значение физической величины находится непосредственно по показаниям средства измерения.

Метод непосредственной оценки - метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений.

Шкала средства измерений - часть средства измерений, представляющая собой упорядоченный набор меток вместе со значениями соответствующей величины.

Цена деления – разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений.

Числовая отметка шкалы – отметка шкалы, у которой проставлено число.

Вариация показаний (измерительного прибора) - разность показаний измерительного прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.

Вариация показаний по определению характерна только для аналоговых средств измерения, для цифровых же приборов вариация может быть раскрыта как колебания его показаний около среднего значения. В данной работе будет оцениваться вариация только аналоговых средств измерения.

Поверка вольтметров

В основе поверки методом непосредственного сличения лежит одновременное измерение одной и той же величины поверяемым и образцовым прибором. При поверке амперметров и вольтметров методом непосредственного сличения основная погрешность образцового прибора не должна превышать 1/5 предела допускаемой погрешности поверяемого прибора.

Основная погрешность и вариация определяются для нескольких (не менее 6-8) точек шкалы с обязательным включением в число поверяемых точек всех числовых отметок шкалы или целых значений на выбранном пределе измерений.

Дополнительную погрешность от изменения частоты измеряемого напряжения определяют для двух точек шкалы (примерно 50 и 90% диапазона показаний) при изменении частоты измеряемого напряжения на +10 и –10% от границ диапазона частот fномmin и fномmax .

Для амперметров и вольтметров значения погрешностей, полученных в ходе поверки не должны превышать основную погрешность средства измерения, представленную в техническом описании на СИ.

Вариация показаний прибора, а также дополнительная приведенная погрешность, вызванная отклонением частоты измеряемого напряжения на 10% от номинального значения, не должны превышать допускаемых значений основной погрешности прибора.

4. Выполнение работы

4.1 Поверка вольтметра на постоянном токе

В начале работы с приборами была произведена корректировка нуля, калибровка приборов в соответствии с документацией на эти приборы и техническим описанием. Для поверки была собрана схема с регулируемым источником напряжения (Variable Power Supply) на постоянном токе (рис.1).

Рисунок 1. Схема поверки вольтметра на постоянном токе

При выполнении этого шага было проведено 10 измерений с помощью вольтметра B7-16A. Для каждой поверяемой отметки определено действительное значение измеряемой величины по образцовому прибору.

Полученные результаты представлены в Таблице 1. В Таблице 1 так же представлены результаты измерений основной абсолютной погрешности , рассчитанные по формуле:

где Ux - показания поверяемого вольтметра, В; Uобр - показания образцового вольтметра, В.

Таблица 1. Б.1 Параметры поверки вольтметров при измерении постоянного тока

Наименование образцового СИ	NI PXI-4065
Предел измерений образцового СИ DU, В	10
Входное сопротивление образцового СИ, МОм	10
Наименование поверяемого СИ	NI ELVIS
Предел измерения поверяемого СИ, В	10
Входное сопротивление поверяемого СИ, МОм	1

Таблица 2. Б.2 Протокол измерения на постоянном токе для цифровых вольтметров

Показания поверяемого вольтметра Ux, В	Показания образцового вольтметра Uобр, В	Абсолютная погрешность, В	Относительная погрешность, %	Допускаемая относительная погрешность, %
1,026	0,42162	0,60438	143,34709	±0.93835
2,024	1,36691	0,65709	48,071197	±0.69755
3,053	2,34151	0,71149	30,385948	±0.61412
4,046	3,28333	0,76267	23,228552	±0.57384
5,022	4,20652	0,81548	19,386096	±0.54977
6,040	5,17141	0,86859	16,795910	±0.53296
7,027	6,10671	0,92029	15,070144	±0.52130
8,028	7,05561	0,97239	13,781799	±0.51241
9,053	8,02672	1,02628	12,785795	±0.50535
10,021	8,94336	1,07764	12,04961	±0.50000

При помощи полученных значений выразили в процентах отношение абсолютной погрешности к наибольшему значению, которое было замерено по шкале прибора, по формуле (2).

где – максимальное (по модулю) значение абсолютной погрешности для поверенных отметок шкалы, В; Uk– нормированное значение величины, В.

По формуле (2) рассчитали максимальное значение основной приведенной погрешности. Данная характеристика указывает на класс точности поверяемого прибора.

Итак, соответствие прибора требованию класса точности можно установить при помощи предела допускаемой относительной основной погрешности. Максимальное значение основной относительной погрешности – это отношение максимальной абсолютной погрешности к тому значению, которое принимается как истинное, т.е. , и рассчитывается по формуле:

Предел допускаемой относительной основной погрешности поверяемого прибора может быть найден по диапазону:

Рисунок 2. График зависимости абсолютной погрешности от показаний поверяемого вольтметра при измерении постоянного напряжения

Так как значения погрешностей, полученные в ходе поверки превышают допустимые – максимальная относительная погрешность 148% превышает допустимую составляющую 0,9% на 147,1% , вольтметр NI ELVIS №11 не проходит поверку при измерении постоянного тока.