Методика обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями. Методические указания по выполнению лабораторной работы № 1

значение которого находится в диапазоне от 15 до 60 мВ. В этом случае для проведения единичных измерений может быть использован цифровой вольтметр или компенсатор. Однако выполнять серию из нескольких десятков наблюдений (единичных измерений) с помощью компенсатора трудоемко. По этой причине в лабораторном стенде использован цифровой вольтметр постоянного напряжения. С целью уменьшения трудоемкости эксперимента выбран автоматический режим измерения напряжения, результаты наблюдений которого автоматически передаются далее по стандартному интерфейсу в устройство цифровой обработки измерительной информации (УЦОИИ) (рисунки 1 и 2).

УЦОИИ выполняет следующие функции:

•автоматическое накопление измерительной информации о числовых значениях измеряемого напряжения, поступающей из цифрового мультиметра;

•цифровая обработка накопленной информации в соответствии с описанным выше алгоритмом;

•отображение результатов обработки выборки результатов наблюдений, собранных УЦОИИ, на индикаторных панелях УЦОИИ.

Модель делителя напряжения осуществляет ослабление напряжения с коэффициентом деления К = 1:500 (Uвых = Uвх/500).

Рисунок 2 – Схема соединения средств измерений

Примечание: метрологические характеристики мультиметра приведены в Приложении А настоящего описания.

6 Методические рекомендации к выполнению лабораторной работы

6.1Выполните решение двух контрольных задач из раздела 2.2. в соответствии с вашим вариантом.

6.2Изучите методические указания по выполнению лабораторной работы

№1 и рекомендованную литературу. Спланируйте последовательность своих действий при выполнении лабораторной работы.

6.3Установите на компьютере программу LVRunTimeEng, при необходимости разархивируйте файл LR_1_4 и запустите программу стенда лабораторной работы № 1.4. LR1_4.ехе. На появившейся панели лабораторной работы № 1.4. нажмите клавишу «Выполнить». На экране ЭВМ автоматически появится табло для выбора числа наблюдений (рисунок 3). В соответствии с

11

вашим вариантом задания (таблица 5), установите число наблюдений в соответствующем окне (рисунок 3). После этого нажмите кнопку «Продолжить». На экране компьютера появится изображение лабораторного стенда, на котором расположены универсальный источник питания (УИП), делитель 1:500, цифровой мультимер и цифровое устройство обработки измерительной информации (рисунок 1).

Рисунок 3 – Вид панели на экране монитора компьютера при выборе числа многократных наблюдений

6.4Ознакомьтесь с расположением органов управления измерительных приборов и других устройств на лабораторном стенде.

6.5Проведение многократных независимых наблюдений в автоматическом

режиме.

6.5.1 Вычислите значение выходного напряжения, которое необходимо установить на входе делителя напряжения (на выходе УИП), чтобы напряжение на входе цифрового мультимера (на выходе делителя напряжения) соответствовало напряжению вашего варианта задания. Установите его

регулятором «плавно» и переключателем «1-15 V; 15-30 V» на УИП.

6.5.2Нажав на кнопку «Произвести наблюдения» на панели цифрового устройства обработки измерительной информации (УЦОИИ), запустите режим накопления данных. На УЦОИИ начнут последовательно поступать результаты измерения напряжения цифровым мультиметром, при этом результаты отображаются на цифровом индикаторе мультиметра.

6.5.3После окончания процедуры измерения на графическом индикаторе УЦОИИ появится отображение результатов наблюдений в форме

12

графика.

6.6 Выполнение автоматизированной упрощенной процедуры обработки результатов многократных независимых наблюдений.

6.6.1Определение среднего арифметического значения и оценки среднего квадратического отклонения результата наблюдений. Для этого выполнить следующее:

- нажатием расположенной на панели УЦОИИ кнопки «Перейти к обработке» запустить автоматизированную упрощенную процедуру обработки ряда наблюдений;

- дождаться появления на панели УОЦИИ результатов математической обработки выборки результатов наблюдений: числового значения среднего арифметического результатов наблюдений, числового значения оценки среднего квадратического отклонения результатов наблюдений и числового значения оценки среднего квадратического отклонения результата измерений;

- запишите в заготовку отчета результаты цифровой обработки, а также сведения о метрологических характеристиках цифрового мультиметра (из Приложения А настоящего описания).

6.6.2Определение доверительных границ случайной составляющей погрешности результата измерений. Для этой цели необходимо выполнить следующее:

- с помощью расположенной внизу панели УЦОИИ, отображающей результаты выполнения пункта 6.6.1, кнопки «Продолжить» запустите расчет

доверительных границ случайной составляющей погрешности результата измерений, в результате УЦОИИ запросит ввести данные о числовом значении доверительной вероятности;

-введите числовое значение доверительной вероятности в соответствии с вашим вариантом, в окне «Доверительная вероятность» на панели УЦОИИ;

-нажатием расположенной на той же панели УЦОИИ кнопки «Вычислить» запустите вычисление доверительных границ случайной составляющей погрешности результата измерения; УЦОИИ при выбранном значении доверительной вероятности вычислит значения квантиля распределения Стьюдента и границы доверительного интервала для случайной составляющей погрешности результата измерения и отобразит полученный результат в окне

«Доверительные границы, мВ»; - занесите результаты, вычисленные УЦОИИ, в соответствующую таблицу

отчета (таблица 6).

6.6.3 нажатием расположенной внизу этой же панели УЦОИИ кнопки «Продолжить» запустите расчет инструментальной погрешности мультиметра, отношения погрешности средства измерения к доверительному интервалу случайной составляющей погрешности результата измерения и доверительных границ погрешности результата измерений. Занесите результаты, вычисленные УЦОИИ, в соответствующую таблицу отчета (таблица 6)..

6.6.4 Нажатием расположенной внизу этой же панели УЦОИИ кнопки «Продолжить» перейти в режим сохранения массива числовых значений

13

напряжения ряда наблюдений. Для сохранения данных ввести оригинальное имя файла и использовать расположенную рядом кнопку «Сохранить». Затем остановите программу при помощи кнопки «СТОП».

6.6.5 Повторите аналогичную процедуру измерений и обработки для значений n2 и n3 числа наблюдений n в соответствии с вашим вариантом задания (таблица 5).

14

Таблица 5 – Варианты заданий к лабораторной работе

В таблице 5: Р – доверительная вероятность;

U – напряжение на выходе делителя напряжения. 15

Продолжение таблицы 5

В таблице 5: Р – доверительная вероятность; U – напряжение, которое нужно установить на выходе делителя напряжения.

7 Оформление отчета по лабораторной работе

Отчет должен содержать:

-сведения о применяемых методах измерений;

-информацию о цели и порядке выполнения работы;

-метрологические характеристики применяемых средств измерений;

-структурную схему измерений;

-решение контрольных задач, в соответствии с вашим вариантом задания;

-математический алгоритм, в соответствии с которым производится обработка результатов наблюдений;

-таблицы отчета, полностью заполненные и оформленные в соответствии

снормативными документами;

-примеры расчетов, которые выполнялись при заполнении таблиц (по схеме: формула – численная подстановка – результат);

-выводы об особенностях и качестве выполненных измерений на основе анализа экспериментальных данных и результатов их математической обработки; оцените, в какой мере результаты эксперимента соответствуют теоретическим закономерностям;

-отчет должен содержать только необходимые расчетные формулы с соответствующими пояснениями и ссылками на источники, из которых они заимствованы, не включайте в отчет весь текст настоящих методических

16

указаний и теоретический материал из конспекта лекций; - список использованных источников информации.

Задания по заполнению таблицы 6:

?- поясните расчетным путем полученные значения (для n1);

• - сначала запишите неокругленное значение погрешности, затем запишите значение погрешности, округленное в соответствии с правилами округления погрешностей.

Таблица 6 – Отчет-листок

Упрощенная процедура обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями

Среднее арифметическое результатов наблюдений, мВ

•Оценка СКО случайной составляющей погрешности результата наблюдений, мВ

•Оценка СКО случайной составляющей погрешности результата измерения, мВ

Вычисление доверительных границ погрешности результата измерения

Доверительная вероятность

Квантиль распределения Стьюдента

17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Любые измерения направлены на получение результата. Но точность измерений зависит от различных факторов. Например, из-за несовершенства средства измерения или методов измерений.

В лабораторной работе использованы методы оценки как систематической погрешности, которая проявляется при каждом единичном измерении физической величины, так и случайной составляющей погрешности.

Случайная составляющая погрешности может возникать в результате трения в опорах подвижной части прибора, колебаний температуры окружающего воздуха, влияния магнитных и электрических помех и т.д.

Для описания погрешностей результата измерений использованы интервальные оценки, внутри которых находится измеряемая величина с заданной доверительной вероятностью.

18

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1ГОСТ Р 8.736-2011 Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. – М.: Стандартинформ, 2013. – 20 с.

2МИ 1552-86 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые многократные. Оценивание погрешностей результатов измерений. Методические указания. – М.: Издательство стандартов, 1987. – 10 с.

3МИ1317-2004 Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Результаты и характеристики погрешности измерений. Формы представления. Способы использования при испытаниях образцов продукции и контроле их параметров. – М.: ФГУП ВНИИМС, 2004. – 53 с.

4ГОСТ 8.401-80 Государственная система обеспечения единства измерений. Классы точности средств измерений. Общие требования. – М.: Стандартинформ, 2010. – 11 с.

5СТ СЭВ 543-77 Числа. Правила записи и округления. – Улан-Батор:

ПКС, 1977. – 4 с.

6Метрология систем инфокоммуникаций в упражнениях и задачах: учебное пособие / Л.В. Гребцова, И.Н. Запасный, И.Г. Квиткова, В.И. Сметанин. – Новосибирск: СибГУТИ, 2020. – 81 с.

7Голуб О.В. Стандартизация, метрология и сертификация [Электронный ресурс]: учебное пособие / О.В. Голуб, И.В. Сурков, В.М. Позняковский – Электрон. текстовые данные. – Саратов: Вузовское образование, 2014. – 334 c. –

Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/4151. – ЭБС «IPRbooks», по паролю.

8Егоров Ю.Н. Метрология и технические измерения [Электронный ресурс]: сборник тестовых заданий по разделу дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация» / Ю.Н. Егоров – Электрон. текстовые данные.

–М.: Московский государственный строительный университет, ЭБС АСВ,

2012. – 104 c. – Режим доступа: http://ellib.sibsutis.ru/cgibin/irbis64r_12/cgiirbis_64.exe – ЭБС «IPRbooks», по паролю.

9Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах [Текст] : учеб. пособие / С.Н. Боридько, Н.В. Дементьев, Б.Н. Тихонов, И.А. Ходжаев. – М.: Горячая линия–Телеком, 2012. – 360 с.

10Метрология, стандартизация и измерения в технике связи. Учебное пособие для вузов / Б.П. Хромой, А.В. Кандинов, А.Л. Синявский и др.: Под ред. Б.П.Хромого. – М.: Радио и связь, 1986. – 420 с.

11Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах. / Под ред. В.И. Нефёдова. – М.: Высшая школа, 2005. – 534 с.

19

ПРИЛОЖЕНИЕ А Описание электронного цифрового мультиметра и УИП

1) ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ЦИФРОВОГО МУЛЬТИМЕТРА Модель электронного цифрового мультиметра служит для измерения

постоянного тока и напряжения, измерения среднеквадратических значений тока и напряжения в цепях переменного тока синусоидальной формы, измерения сопротивления по постоянному току. Ниже приведены некоторые характеристики модели:

•в режиме измерения постоянного и переменного напряжения пределы измерения могут выбираться в диапазоне от 1,0 мВ до 200 В;

•при измерении напряжения могут быть установлены следующие поддиапазоны: от 0,0 мВ до 199,9 мВ; от 0,000 В до 1,999 В; от 0,00 В до 19,99

В; от 0,0 В до 199,9 В.

•диапазон рабочих-частот от 20 Гц до 100 кГц;

•пределы допускаемых значений основной относительной погрешности при измерении напряжения равны (при измерении переменного напряжения во всем диапазоне частот):

где UK – конечное значение установленного предела измерений; U – значение измеряемого напряжения на входе мультиметра.

На лицевой панели модели (рисунок А.1) расположены:

•тумблер (1) «ВКЛ» включения питания со световым индикатором;

•четырехразрядный индикатор (2) цифрового отсчетного устройства;

•кнопка (3) «<-» со световым индикатором для выбора меньшего рабочего предела;

•кнопка (4) «->» со световым индикатором для выбора большего рабочего предела;

•кнопка (5) автоматического выбора предела работы «АВП» со световым индикатором;

•группа кнопок (6) выбора рода работы (при измерении постоянного напряжения должна быть нажата кнопка «U=») со световыми индикаторами;

•электрические разъемы (7) для подключения измеряемого сигнала;

•световые индикаторы (8) единиц измеряемого напряжения («кило В», «В», «мили В», «микро В»).

20