Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрология. Электрические измерения. Практикум
.pdf
Используя выражения (8.12) и (8.15), можно вычислить относительное
Vx
U
,
м
′
∆
.100
)()(
)(
100
)()(
)(
внинагвнинаг
ивннаг
вх
вх
вхнагвхнагивн
ивннаг
вх
вх
,
,,
,
м
2
2
RRRRRR
RRR
R
R
RRRRRR
RRR
R
R
U
UU
U
V
V
VV
V
V
Vx
VxVx
Vx
++++
+
⋅=
=
⋅++⋅+
+
×
×=
′
′
−
=
′
∆
м.эксп.
δ
′
100
,
,,
вх
вх
м
.эксп
2
⋅
′
′
−
⋅=δ
′
Vx
VxVx
U
UU
R
R
V
V
2
вхвх
VV
RR =
м.эксп
δ
′′
100
,
м.эксп
⋅
−
=δ
′′
x
xVx
U
UU
,
)(
2
2
2
вхвх
вхвх
V
V
x
U
U
RR
RR
U
V
V
V
V
−
−
=
V
R
вх
2вхV
R
изменение напряжения
Из сравнения выражений (8.16) и (8.14) следует, что методическую погрешность
можно вычислить по формуле, %:
, %:
(8.16)
. (8.17)
Для упрощения расчетов лучше брать вольтметры с одинаковыми значениями сопротивлений, т. е.
.
Методическая погрешность измерения напряжения может быть определена по истинному значению измеряемого напряжения, измеренному прибором
высокого класса точности. В данном случае,
, %
, (8.18)
где Ux — истинное значение измеряемого напряжения, В.
Если прибор высокого класса точности отсутствует, можно воспользоваться методом «двух отсчетов», согласно которому измерение напряжения
производят дважды разными вольтметрами, а истинное значение напряжения
U
рассчитывают по формуле, В:
x
(8.19)
где U
41
— результаты измерения напряжения вольтметрами V и V2, В;
V UV2
— входные сопротивления вольтметров V и V2, Ом.
,
Погрешность измерения напряжения в общем случае состоит из случай-
м
δ+δ±=δ
Σ V
мм,
∆+δ±=
Vx
U
м
,м
м
1 δ+
⋅δ
−=∆
Vx
U
ной и систематической составляющих.
Случайная составляющая δ, обусловленная нормированной погрешностью средства измерения, определяется выражениями (8.8) или (8.9), систематическая составляющая δм — методом измерения, определяется по формулам
(8.14), (8.17) или (8.18). Суммарная составляющая
. (8.20)
Истинное значение напряжения можно найти с учетом поправки на погрешность средства измерений и метода измерений Ux, В:
. (8.21)
Поправка на методическую погрешность измерения Δм, В:
. (8.22)
Таким образом, результат измерения напряжения должен быть представлен уравнением (8.21), позволяющим оценить точность измерения напряжения
на заданном участке цепи.
Цель работы. Объект исследования, измерительные приборы
и вспомогательные средства при проведении эксперимента
Цели настоящей лабораторной работы:
• получение практических навыков работы с вольтметрами электромеха-
нических и электрических систем;
• практическое изучение метода прямых однократных измерений;
• овладение приёмами оценки составляющих погрешности прямых одно-
кратных измерений (случайной, вызванной нормированной погрешностью
средств измерений и систематической, вызванной методом измерения);
• исследование влияния формы кривой напряжения на показания вольт-
метров;
• определение частотной погрешности вольтметров;
• освоение методики составления технического отчёта по результатам
измерительного эксперимента.
Объектом исследования являются постоянные и переменные сигналы в
линейных и нелинейных электрических цепях, численные значения напряжения
которых измеряются с помощью вольтметров электромеханических и электронной систем.
42
Для моделирования постоянных и переменных сигналов в лабораторной работе предусмотрено использование источников постоянного и переменного
напряжений, причём последний имеет регулируемый по частоте выходной сигнал.
В качестве вспомогательных средств используются линейные резисторные цепи (делитель напряжения), низкоомный резистор и соединительные провода.
Рабочее задание
1. Определить параметры линейной резистивной цепи (делителя напряжения). Для этого подготовить электронный вольтметр к работе в режиме «Измерение активного сопротивления»:
• ознакомиться с органами управления электронного вольтметра;
• установить органы управления электронным вольтметром в положение,
обеспечивающее режим работы «Измерение активного сопротивления»;
• выполнить балансировку усилителя постоянного тока электронного
вольтметра;
• измерить активное сопротивление плеч делителя напряжения.
2. Определить экспериментально составляющие погрешности измерения
постоянного напряжения, обусловленные метрологическими характеристиками
средств измерений и методом измерения. Для этого подготовить вольтметры
электромеханических и электронной систем к работе в режиме «Измерение постоянного напряжения»:
• установить органы управления электронным вольтметром в положения,
соответствующие режиму работы «Измерение постоянного напряжения»;
• выполнить балансировку усилителя постоянного тока электронного
вольтметра;
• измерить падения напряжения на одном из плеч делителя в килоомном
и мегаомном режимах (по указанию преподавателя) при подключении последнего к источнику постоянного напряжения;
• определить пределы допускаемых абсолютной и относительной по-
грешностей вольтметров и методическую погрешность измерения напряжения;
• обобщить результаты эксперимента, определить поправки, вызванные
погрешностями средств измерения и метода измерения.
3. Определить экспериментально составляющую погрешности средства
измерения, обусловленную искажением формы сигнала переменного напряжения для приборов электромеханических и электрической систем. Для этого
подготовить вольтметр электронной системы к работе в режиме «Измерение
постоянного напряжения»:
• установить органы управления электронным вольтметром в положение,
обеспечивающее режим работы «Измерение постоянного напряжения»;
• выполнить балансировку усилителя постоянного тока электронного
вольтметра;
43
• измерить падения напряжения на низкоомном резисторе при подклю-
измерения
значения
Диапазон измеряемых напряжений при постоянном токе через
входные клеммы
Диапазоны измеряемых напряжений при переменном токе ча-
ные клеммы)
чении последнего к источнику синусоидального и несинусоидального переменного сигнала вольтметрами электромеханической и электронной систем;
• определить относительную погрешность, обусловленную отклонением
формы кривой измеряемого напряжения от синусоидальной, получая для каждого из приборов абсолютную погрешность как разность между показаниями
прибора до и после искажения формы кривой;
• определить истинные значения напряжений для приборов с пиковым,
среднеквадратическим и выпрямительным преобразователями при несинусоидальном напряжении;
• обобщить результаты измерений, определив значение коэффициента
формы и амплитуды кривой измеряемого напряжения.
4. Определить экспериментально составляющую погрешности, обусловленную изменением частоты измеряемого напряжения для приборов электромеханической и электронной систем. Для этого подготовить вольтметр электронной системы к работе в режиме «Измерение постоянного напряжения».
Измерить напряжения на источнике переменного синусоидального сигна-
ла с варьируемой частотой.
Определить относительную погрешность, обусловленную измерением частоты исследуемого сигнала для приборов электромеханических и электронной
систем, получая для каждого из приборов абсолютную погрешность как разность между показаниями приборов на промышленной и i-й частоте.
Обобщить результаты измерений, построив график зависимости относительной погрешности от частоты исследуемого сигнала для различных типов
вольтметров.
5. Составить отчёт по проделанной работе.
Методические указания по выполнению рабочего задания
1. Подготовка электрического вольтметра к работе в режимах «Измерение
активного сопротивления» и «Измерение напряжения».
1.1. Основные паспортные данные электронного вольтметра. Паспортные
данные электронного вольтметра типа В7-26 приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Паспортные данные электронного вольтметра типа В7-26
Наименование параметров
стотой от 20 Гц ÷ 20 кГц на низкочастотном входе (через вход-
44
Единица
В 0,01–300
В 0,2–300
Числовые
Окончание табл. 8.1
Единица
измерения
Числовые
значения
Диапазон измеряемых напряжений при переменном токе часто-
ние пробником)
Диапазон измеряемых активных сопротивлений
Ом
10–109
Активное входное сопротивление
на частоте 5 кГц
Ом
5∙106
Предел допускаемой приведенной основной погрешности при
от конечного значения установленного диапазона (0,1–300 В)
Предел допустимой приведенной основной погрешности при
на высокочастотном входе измерение пробником (1 В, 3–100 В)
%
±4
Предел допускаемой основной погрешности сопротивления по-
сти шкалы (длина рабочей части шкалы равна 68 мм)
Напряжение питания сети частотой 50 Гц
В
220±10%
Время прогрева
мин
15
Потребляемая мощность
В∙А
10
Наименование параметров
той от 1 кГц ÷ 1∙103 МГц через высокочастотный вход (измере-
при измерении постоянного напряжения
при измерении переменного напряжения через входные гнёзда
измерении постоянного напряжения, выраженной в процентах
измерении переменного напряжения, выраженной в процентах
от конечного значения установленного поддиапазона на низкочастотном входе
через входные клеммы (1–300 В)
стоянному току, выраженной в процентах от длины рабочей ча-
В 0,2–100
Ом
% +2,5
%
% ±2,5
30∙10
±4
6
1.2. Назначение органов управления аналогового электронного вольт-
метра.
Управление вольтметром, т. е. выбор режима работы, изменение предела
измерения производится с помощью переключателей, расположенных на лицевой панели прибора.
На лицевой панели электронного вольтметра (рис. 8.6) расположены:
1 — шкала измерительного прибора;
2 — ручка переключения рода работ;
3 — ручка переключения поддиапазонов измерения;
4 — входные гнёзда;
5 — ручка потенциометра установки нуля при измерении постоянного
напряжения и сопротивления постоянному току;
6 — ручка потенциометра установки нуля при измерении переменного
напряжения;
7 — ручка потенциометра установки бесконечности при измерении со-
противления постоянному току;
8 — гнездо для пробника;
9 — индикатор включения прибора;
10 — тумблер включения напряжения сети.
45
Рис. 8.6. Лицевая панель аналогового электронного вольтметра В7-26
Операции по балансированию
усилителя постоянного тока
Условное обозначение
органов управления
При измерении активного сопротивления:
«∞» — при разомкнутых клеммах «┴» — «rx»
«Уст. 0 — ∞»
При измерении постоянного сопротивления:
или «–U»;
или «–U»
1.3. Балансировка усилителя постоянного тока (УПТ) электронного воль-
тметра.
Балансировка усилителя постоянного тока заключается в установке стрелочного указателя на нулевую отметку шкалы прибора.
Внимание! Балансировку УПТ необходимо производить после каждого
изменения рода работ.
Последовательность действия при балансировке УПТ электронного вольтметра, обусловленная видом измерения, приведена в табл. 8.2.
Последовательность действий при балансировке УПТ
Таблица 8.2
• установить переключатель рода работ в положение «rx»;
• установить стрелочный указатель шкалы измерительного при-
бора «Ω» на отметку:
«0» — при замкнутых клеммах «┴» — «rx»
• установить переключатель рода работ в положение «+U»
Переключатель «rx»
Ручка потенциометра:
«Уст. 0 — Ω»
Переключатель «+U»
46
Окончание табл. 8.2
Операции по балансированию
усилителя постоянного тока
Условное обозначение
органов управления
• установить переключатель пределов измерения в положение
прибора на отметку «0»
Переключатель «0,1 V»
«Уст. 0 — V»
При измерении переменного напряжения:
прибора на отметку«0»
Единицы
измерения
Числовые
значения
7,5
60
Активное входное сопротивление при измерении постоянного и
0–60 В
Ом
2 400
Предел допускаемой основной погрешности прибора на всех
янном токе
«0, 1»;
• замкнуть накоротко клеммы «U» — «┴»;
установить стрелочный указатель шкалы «~V» измерительного
• установить переключатель рода работ в положение «U»;
• установить переключатель пределов измерения в положение «IV»;
• установить в специальное гнездо на передней панели-
пробник;
• замкнуть накоротко клеммы «U» — «┴»;
установить стрелочный указатель шкалы «~ IV» измерительного
2. Подготовка вольтметров электромеханических систем к работе в ре-
жиме «Измерение напряжения».
2.1. Основные паспортные данные вольтметров электромеханических
систем.
Паспортные данные вольтметров электромеханических систем приведены
в табл. 8.3–8.4.
Паспортные данные электромагнитного вольтметра типа Э515
Клеммы «U» — «┴»
Ручка потенциометра —
Переключатель — «U»
Переключатель — «IV»
Клеммы «U» — «┴»
Ручка потенциометра —
«Уст. 0 — IV U»
Таблица 8.3
Наименование параметров
Диапазоны измеряемых напряжений при постоянном и переменном токе через входные клеммы
переменного напряжения на пределах измерения:
0–75 В
0–15 В
0–30 В
отметках рабочей части шкалы в диапазоне 40–60 Гц на посто-
47
В
Ом
Ом
Ом
% ±0,5
15
30
100
200
1 200
Таблица 8.4
Единицы
измерения
Числовые
значения
Диапазон измеряемых напряжений через входные клеммы:
• на переменном токе
В
1–100
Активное входное сопротивление при измерении:
0–100 В
Предел допускаемой основной погрешности прибора на всех от-
• на переменном токе
%
±4,5
0
1
2
Делитель
напряжения
R2
R1
rx
Вольтметр
Паспортные данные магнитоэлектрического вольтметра типа М906
с выпрямительным преобразователем
Наименование параметров
• на постоянном токе
• на постоянном токе — диапазоны:
0–5 В
0–10 В
0–30 В
• при переменном токе — диапазоны:
0–10 В
0–30 В
метках рабочей части шкалы:
• на постоянном токе
Порядок выполнения рабочего задания
1. Определение параметров линейной резистивной цепи.
1.1. Подготовить электронный вольтметр к проведению измерений в ре-
жиме «Измерение активного сопротивления».
Выполнение этого пункта рабочего задания провести, руководствуясь раз-
делом (методические указания по выполнению рабочего задания п. 1.2 и 1.3).
1.2. Собрать схему измерительной установки, представленной на рис. 8.7.
В
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
%
1–30
3
17∙10
3
33∙10
100∙10
3
22∙10
3
52∙10
158∙103
±2,5
3
В7-26
Рис. 8.7. Схема установки при измерении активного сопротивления
плеч делителя напряжения
48
1.3. Измерить активное сопротивление плеч делителя напряжения на
Положение переключателя
диапазонов сопротивлений
Значения сопротивления, Ом
R
1
R
2
1
2
3
4
5
U
+
–
30 В
0
1
2
Делитель напряже-
R2
R1
Вольтметр
всех положениях переключателя диапазонов сопротивлений. Результаты измерений свести в табл. 8.5.
2. Определение составляющих погрешности измерения постоянного
напряжения, обусловленных метрологическими характеристиками средств измерений и методом измерения.
Таблица 8.5
Значения сопротивлений плеч делителя
2.1. Основные параметры и метрологические характеристики средств из-
мерений, используемых в эксперименте, свести в табл. 8.6. Выполнение этого
пункта провести, руководствуясь разделом (методические указания по выполнению рабочего задания п. 1.1 и 2.1).
2.2. Подготовить электронный вольтметр к проведению измерений в ре-
жиме «Измерение постоянного напряжения».
Выполнение этого пункта рабочего задания провести, руководствуясь раз-
делом (методические указания по выполнению рабочего задания п. 1.2 и 1.3).
2.3. Собрать схему измерительной установки, представленную на рис. 8.8.
В7-26
ния
Рис. 8.8. Схема установки при измерении постоянного напряжения
2.4. Подать напряжения от источника постоянного напряжения (+30 В)
на делитель напряжения.
49
2.5. Устанавливая переключатель диапазонов сопротивлений в положе-
VVVx
CnU ⋅=
,
измерительного
Градуировочная
характеристи
измерения,
сопротивление,
точности,
при постоянном токе
при переменном токе
ри постоянном токе
при переменном токе
при постоянном токе
при переменном токе
при постоянном токе
при переменном ток
ние от 1–5 (по указанию преподавателя), измерить падение напряжения на одном из плеч делителя (по указанию преподавателя) электронным вольтметром.
Для этого записать в табл. 8.7 отсчет (в делениях — nV) по шкале вольтметра и
его цену деления (СV), после чего вычислить измеренное напряжение, В:
. (8.23)
Таблица 8.6
Основные параметры и метрологические характеристики вольтметров
электромеханических и электронной систем,
используемых в лабораторной работе
Тип
вольтметра
М 906
В7-26
Условное
обозначение
механизма
Пределы
ка
В
Входное
Ом
п
Постоянная
прибора,
В/дел
Класс
%
е
Э 515
грешностей средства измерения. Для этого необходимо воспользоваться зависимостями определения пределов допускаемой абсолютной погрешности —
(выражения (8.7) и (8.8)). Результаты расчетов свести в табл. 8.7.
2.6. Определить пределы допускаемых абсолютной и относительной по-
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]