Голубятникова Н.О., А.И. Чередов. Лаб.раб. Метрология электрорадиоизмерений

3. Определить методическую погрешность измерения, вызванную неравенством бесконечности входного сопротивления вольтметра, по формуле (4.2). Сопротивление вольтметра приведено в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Входное сопротивление вольтамперметра М2044 в режиме измерения напряжения

4.Определить инструментальную составляющую погрешности косвенных измерений сопротивления по формуле (4.5). Результаты вычислений занести

втабл. 4.4.

5.Проанализировать полученные погрешности. Результаты анализа отразить в выводе по работе.

6.Оформить отчет по работе. Содержание отчета: цель и задания к работе; приборы и оборудование; рис. 4.1–4.2; заполненные табл. 4.2, 4.4; формулы (выражения), используемые при расчетах, с примером вычисления для опыта № 1; вывод.

Контрольные вопросы

1.Нарисуйте схемы подключения амперметра и вольтметра для измерения больших и маленьких значений сопротивлений.

2.Выведите выражение для определения относительной методической погрешности из-за потребления мощности измерительными приборами при измерении сопротивления методом амперметра и вольтметра.

3.Расскажите о методе трех вольтметров.

4.Соберите схемы для измерения больших и маленьких значений сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра.

5.Расскажите порядок снятия показаний с многопредельных аналоговых приборов.

6.Расскажите, как по классу точности определить абсолютную основную погрешность средства измерения.

61

5. Лабораторная работа РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЕРМЕТРА

ИВОЛЬТМЕТРА ПРИ ПОМОЩИ ШУНТА

ИДОБАВОЧНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить.

Существует лишь то, что можно измерить.

Макс Планк

Целью работы является изучение методов расширения пределов измерения амперметра и вольтметра и оценки погрешности, вносимой шунтом и добавочным сопротивлением.

Задания к работе:

1. Изучить параграф 5.1, ознакомится с параграфом 5.2, начертить табл. 5.2–5.5.

2. Определить входное сопротивление амперметра и вольтметра магнитоэлектрической системы.

3. Рассчитать сопротивление шунта и добавочного сопротивления для увеличения предела измерения амперметра и вольтметра соответственно.

4. Оценить погрешность, вносимую шунтом и добавочным сопротивлением.

Приборы и оборудование: стенд с модулями «Модуль питания»,

«Нагрузка», «Приборы магнитоэлектрической системы»; мультиметры

Mastech MY64 и Sanwa PC500; магазин сопротивлений P33; комплект соединительных проводов (не менее 6 шт.).

5.1.СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Впрактике электрических измерений встречается необходимость измерить токи, напряжения и другие величины в очень широком диапазоне их значений. Для расширения пределов измерения амперметров и вольтметров используются различные методы, например, с использованием масштабных преобразовате-

62

лей [7]. При работе на переменном токе в качестве масштабных преобразователей широко используются измерительные трансформаторы тока и напряжения. При измерении постоянного тока и напряжения для расширения пределов измерения соответствующих приборов используются методы шунтирования (реализуется делитель тока) и включения последовательно с вольтметром добавочного сопротивления (образуется делитель напряжения).

Если сила тока, протекающего по цепи, превышает предельно допустимый ток амперметра, то при подключении параллельно амперметру шунтирующего сопротивления RШ (рис. 5.1) часть тока пойдет через амперметр IА, часть – по шунтирующему сопротивлению IШ, а сумма этих токов будет равна полному току в электрической цепи I:

Из формулы (5.1) получим выражение для расчета сопротивления шунта:

где RA – сопротивление амперметра.

Рис. 5.1. Расширение пределов измерения амперметра с помощью шунта

Преобразуя выражение (5.2), получим:

где n = I / IA – коэффициент, показывающий, во сколько раз ток в цепи превышает предельный ток амперметра.

63

Если значение напряжения, приложенного к вольтметру, превышает предельно допустимое напряжение вольтметра, то при последовательном подключении к нему добавочного сопротивления RД (рис. 5.2) часть напряжения будет падать на добавочном сопротивлении. Полное напряжение U равно сумме напряжений на вольтметре UV и добавочном сопротивлении UД:

Напряжения на сопротивлении вольтметра и на добавочном сопротивлении пропорциональны величинам их сопротивлений:

где RV – внутреннее сопротивление вольтметра.

Рис. 5.2. Расширение пределов измерения вольтметра с помощью добавочного сопротивления

Из выражения (5.5) получим выражение для расчета добавочного сопротивления:

где m = U / UV – коэффициент деления, соответствующий отношению напряжения, которое необходимо измерить, к предельному напряжению вольтметра.

Амперметр с шунтирующим сопротивлением и вольтметр с добавочным сопротивлением следует рассматривать как новые приборы с расширенными диапазонами измерения.

64

4. Рассчитать абсолютную I и относительную δI погрешности измерения тока I по формулам:

I I2 IPA1 ,

где IPA1 – действительное значение тока (считать амперметр РА1 образцовым); I2 – измеренное значение тока (показания амперметра РА2), умноженное на коэффициент n.

Результаты расчетов занести в табл. 5.3.

5.2.2. Расширение пределов измерения вольтметра

Монтаж схемы производится при отключенном питании.

1.Произвести измерение входного сопротивления аналогового вольтметра

PV1, расположенного на модуле «Приборы магнитоэлектрической системы»,

спомощью мультиметра 2 (Sanwa PC500), включенного в режим измерения сопротивления. Записать показания мультиметра RV в табл. 5.4.

2.По шкале аналогового вольтметра PV1 определить максимально допустимое напряжение UV, которое он может измерять. Рассчитать коэффициент m и добавочное сопротивление RД, расширяющее предел измерения напряжения до значения U, указанного в табл. 5.1, согласно заданному преподавателем

3. Произвести расширение предела измерения вольтметра РV2. Собрать схему, изображенную на рис. 5.4. Установить значение сопротивления RД на магазине сопротивлений. Изменяя на модуле питания напряжение U, устано-

67

вить стрелку вольтметра PV2 на 4-е деление. Снять показания вольтметров РV1 и РV2. Повторить последовательность действий для 8-го, 12-го, 16-го и 20-го делений шкалы вольтметра PV2. Показания вольтметров РV1 и РV2 занести в табл. 5.5.

Рис. 5.4. Расширение пределов измерения аналогового вольтметра с помощью добавочного сопротивления

Использовать:

ИН – источник напряжения на стенде «Модуль питания», гнезда «0...+15 В» и «0...–15 В»;

RН1 – нагрузочный резистор на стенде «Нагрузка»;

PV1 – мультиметр 2 (Sanwa PC500), гнезда «VmVHz» и «COM», установить ручку в режим измерения постоянного напряжения «V–»;

PV2 – аналоговый вольтметр PV1 модуля «Приборы магнитоэлектрической системы»;

RД – магазин сопротивлений P33.

4. Рассчитать абсолютную U и относительную δU погрешности измерения напряжения U по формулам:

U U2 UPV1 ,

U U 100 % .

UPV1

Результаты расчетов занести в табл. 5.5.

68

Таблица 5.5

Результаты измерений постоянного напряжения вольтметром с добавочным сопротивлением

5.Проанализировать полученные погрешности. Результаты анализа отразить в выводе по работе.

6.Оформить отчет по работе. Содержание отчета: цель и задания к работе; приборы и оборудование; рис. 5.3, 5.4; заполненные табл. 5.2–5.5; формулы (выражения), используемые при расчетах, с примером вычисления для опыта

№1; вывод.

Контрольные вопросы

1. Что используется для расширения пределов измерения амперметра

ивольтметра?

2.Запишите выражения для расчета сопротивления шунта и добавочного сопротивления.

3.Нарисуйте схемы подключения шунта и добавочного сопротивления к амперметру и вольтметру.

4.Соберите схему для расширения пределов измерения вольтметра или амперметра.

69

6. Лабораторная работа ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА

Невозможно определить или измерить одну величину иначе, как приняв в качестве известной другую величину этого же рода и указав соотношение, в котором они находятся.

Леонард Эйлер

Целью работы является изучение устройства и принципов работы электронного осциллографа и измерительного генератора низкой частоты, освоение методов определения параметров сигнала по осциллограмме.

Задания к работе:

1. Изучить параграф 6.1, ознакомится с параграфом 6.2, начертить табл. 6.2, 6.3.

2.Подготовить осциллограф и генератор к работе.

3.Произвести измерение параметров сигнала по осциллограмме.

4.Оценить погрешность измерения.

Приборы и оборудование: осциллограф С1-55; генератор сигналов низкочастотный Г3-109; коаксиальный кабель.

6.1. СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

6.1.1. Обобщенная конструкция электронного осциллографа на основе ЭЛТ

Электронный осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), трех электрических каналов управления лучом, блока питания [7]. Структурная схема универсального электронного осциллографа показана на рис. 6.1. ЭЛТ преобразует напряжение измерительного сигнала в перемещение луча на

70