Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрология. Электрические измерения. Практикум
.pdf
2.7. Рассчитать методическую погрешность измерения напряжения. Для
Положение переключателя диапазонов сопротивлений
1 2 3 4 5
дел
В
+
–
30 В
0
1
2
Делитель
напряжения
R2
R1
U
Вольтметр
U
Вольтметр
определения расчетной методической погрешности измерения напряжения
(δ
) воспользоваться выражением (8.14). Результаты расчета свести в табл. 8.7.
м.расч
В7-26
М906
Рис. 8.9. Схема установки для экспериментального определения
методической погрешности измерения
2.8. Определить экспериментальную, методическую погрешность измерения напряжения (δ′
) путем параллельного подключения двух вольтмет-
м.эксп.
ров (рис. 8.9) к участку электрической цепи. Для экспериментального определения методической погрешности по выражению (8.17), параллельно электронному вольтметру, подключить вольтметр магнитоэлектрической системы типа
М906 (рис. 8.9).
Таблица 8.7
Измерение напряжения при постоянном токе
электронным вольтметром типа В7-26
nV дел
Показания электронного вольтметра
Погрешности средства измерения
CV
U
В
x, V
∆V В
δV %
Погрешность метода измерения (расчётная) δ
51
%
м.расч
Окончание табл. 8.7
дел
В
Погрешность метода измерения (экспериментальная)
дел
В
Погрешность метода измерения (экспериментальная)
Поправка, вызванная погрешностью метода
измерений
VVVx
CnU
′
⋅
′
=
′
,
V
n
′′
V
C
′′
VVVx
CnU
′′
⋅
′′
=
′′
,
Положение переключателя диапазонов сопротивлений 1 2 3 4 5
Показания электронного вольтметра после
параллельного переключения
к нему вольтметра магнитоэлектрической системы
Показания магнитоэлектрического вольтметра
Истинные значения напряжения Ux %
Погрешность метода измерений (усредненная) δ∑ от. ед.
n′V дел
C′V
U′
В
x, V
δ′
δ′′
%
м.эксп.
n′′V дел
C′′V
U′′
В
x, V
В
м.эксп.
∆м В
При снятии показаний в табл. 8.7 заносятся результаты измерений со
шкалы электронного вольтметра (типа В7-26) U′
x,V
, В:
. (8.24)
После снятия показаний (U′
ность (δ′
). Результаты расчёта свести в табл. 8.7.
м.эксп.
) рассчитывается методическая погреш-
x,V
2.9. Определить экспериментально методическую погрешность измерения напряжения методом «двух отсчётов».
Для определения экспериментальной методической погрешности
(δ′′
, %) измерения напряжения с использованием выражения (8.18) отклю-
м.эксп.
чить от делителя напряжения электронный вольтметр, оставив подключенным
магнитоэлектрический, и записать в табл. 8.7 отсчёт (в делениях
ле магнитоэлектрического вольтметра и его цену деления,
.
) по шка-
Затем вычислить измеренное напряжение:
. (8.25)
Используя выражение (8.19), вычислить истинное значение измеряемого
напряжения Ux и экспериментальную методическую погрешность δ′′
зультаты расчета свести табл. 8.7.
52
м.эксп
. Ре-
2.10. Используя выражения (8.20) и (8.22) рассчитать суммарную относи-
Σ
δ
дел
В
дел
В
Погрешность метода измерения
(экспериментальная)
дел
В
Погрешность метода измерения
(экспериментальная)
Погрешность метода измерений
(усредненная)
Поправка, вызванная погрешностью метода
измерений
тельную погрешность
и поправку, вызванную методической погрешностью
∆м. Результаты расчета свести в табл. 8.7.
2.11. Записать истинное значение напряжения, используя выражение (8.21).
2.12. Повторить пункты 2.5 – 2.10 данного раздела, используя вместо базового электронного вольтметра типа B7-26 магнитоэлектрический вольтметр
типа М906. В качестве параллельно подключенного вольтметра использовать
электромагнитный типа Э515. Результаты измерения свести в табл. 8.8.
2.13. Обобщить результаты измерения напряжения вольтметрами с различными параметрами и метрологическими характеристиками.
Таблица 8.8
Измерение напряжения при постоянном токе магнитоэлектрическим
вольтметром типа М906
Положение переключателя диапазонов сопротивлений 1 2 3 4 5
nV дел
Показания электронного вольтметра
Погрешности средства измерения
Погрешность метода измерения (расчётная) δ
Показания электронного вольтметра после
параллельного переключения к нему вольтметра магнитоэлектрической системы
Показания магнитоэлектрического
вольтметра
CV
U
В
x, V
∆V В
δV %
%
м.расч
n′V дел
C′V
U′
В
x, V
δ′
%
м.эксп.
n′′V дел
C′′V
U′′
В
x, V
Истинные значения напряжения Ux %
δ′′
53
В
м.эксп.
δ∑ от. ед.
∆м В
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Порядок выполнения рабочего задания.
3. Схемы измерительных установок.
4. Формулы для расчёта погрешностей.
5. Примеры расчёта.
6. Таблицы исходных и расчётных данных.
7. Обобщение результатов эксперимента.
54
9. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРОВОГО ЧАСТОТОМЕРА
Общие сведения
Цифровым измерительным прибором (ЦИП) называется средство измерения, в котором непрерывно изменяемая измеряемая электрическая величина
преобразуется в дискретную по времени и квантованию по уровню, кодируется
и декодируется. Затем сформированная измерительная информация поступает
на выходное устройство (индикаторное табло) в виде, удобном для считывания.
В ЦИП реализуются следующие методы преобразования непрерывно из-
меняющейся измеряемой величины в прерывную:
• время-импульсный;
• частотно-импульсный;
• кодо-импульсный;
• пространственного преобразования.
Время-импульсный метод преобразования
непрерывной величины в прерывную
Суть метода заключается в том, что непрерывная измеряемая величина
преобразуется в интервал времени, длительность которого пропорциональна
этой величине. Затем сформированный интервал времени измеряется с помощью импульсов генератора образцовой (эталонной) частоты.
Преобразование непрерывной величины может быть однотактным и
двухтактным (двойного интегрирования).
Метод время-импульсного преобразования широко применяется в цифровых вольтметрах, фазометрах, мостах.
Вольтметр однотактного преобразования
Функциональная схема и временные диаграммы вольтметра однотактного
преобразования приведены на рис. 9.1.
Принцип действия вольтметра.
Измеряемая величина U
подается на сравнивающее устройство СУ
x
прибора.
При включении источника питания вольтметра генератор образцовой частоты ГОЧ начнет генерировать импульсы с частотой f
будут проходить в счетчик импульсов
СИ, если замкнут электронный ключ ЭК.
и периодом Т0, которые
0
Измерение начинается с момента появления остроконечных импульсов
▲1, сформированных управляющим устройством УУ.
55
x
UU =
ОП
tgα
x
x
U
t =
tx
tx 0 t t t
t
0 0 0
0
Ux
Nx
Uоп
Uоп
СИ
ЭК
СУ, УУ
a a b
c
α α
▲ ▲ ▲
1 2 1
Ux t T0
ИЛН
УУ
СУ
ЭК
ГОЧ
СИ
ВУ
Nx
Ux
UОП
f0
1 ▲2 ▲1 ▲1
Рис. 9.1. Функциональная схема и временные диаграммы
Эти импульсы:
▲
вольтметра однотактного преобразования
• делают сброс счетчика СИ, готовя его к измерению напряжения U
;
x
• включают в работу источник линейного напряжения пилообразной
формы ИЛН;
• замыкают ключ ЭК.
На выходе источника ИJIH появляется напряжение (т. а на временной
диаграмме), которое подается на устройство СУ, и величина его сравнивается с
измеряемым напряжением U
. Одновременно с этим импульсы ГОЧ поступают
x
в счетчик СИ, так как замкнут ключ ЭК. ЭК будет замкнут до тех пор, пока не
появится импульс ▲2, который формируется в устройство СУ при достижении
равенства
(т. b на временной диаграмме).
Таким образом, ключ ЭК находится в замкнутом состоянии в течение интервала времени t
Величина t
, сформированного импульсами ▲1 и ▲2.
x
может быть найдена из ∆
x
абс.
:
. (9.1)
56
Поскольку tgα = const для заданных параметров источника ИЛН, получа-
0
TNt
xx
⋅=
xxxx
NKTNtU ⋅=⋅⋅=⋅= tgαtgα
0
tgα
0
⋅= TK
100δ
x
V
V
U
G
±≈
xxС
CR
x
⋅=τ
ется, что сформированный интервал времени пропорционален измеряемому
напряжению.
При размыкании ключа ЭК импульсы ГОЧ перестанут поступать в счетчик СИ, но за интервал времени t
нератора ГОЧ. Тогда величина t
в счетчике будет накоплено Nx импульсов ге-
x
может быть вычислена по формуле
x
, (9.2)
а измеренное напряжение определено из выражения
, (9.3)
где
— коэффициент пропорциональности.
Погрешность измерения напряжения U
определяется двумя факторами:
x
помехами по напряжению на входе ЦИП и точностью подсчета количества импульсов N
.
x
Влияние первого фактора может быть существенно уменьшено интегрированием гармонических помех в течение времени измерения напряжения
(вольтметры двойного интегрирования).
Второй фактор количественно оценивается весом импульсов ГОЧ. Поскольку подсчет величины N
применяющимися в ЦИП техническими сред-
x
ствами производится с точностью ±1 импульс, то относительная погрешность
измерения напряжения, обусловленная вторым фактором, может быть ориентировочно подсчитана по формуле
, (9.4)
где G
— вес одного импульса генератора ГОЧ, В/имп.
V
Примечание. В выражение (9.4) не вошла собственная относительная погрешность генератора ГОЧ.
Прибор для измерения R, L и С
Принцип действия прибора рассмотрим на примере измерения емкости
конденсатора.
Известно, что если конденсатор заряжать в течение времени, равном по
постоянной времени заряда конденсатора
, (9.5)
57
то напряжение в нем возрастает до величины
UU
С
⋅= 63,0
x
С
x
t
τ=
UU
b⋅=−
63,0
2
x
С
U
2−=aС
UU
x
tx t t t t
0
Nx
U
ГОЧ
К, СУ
▲
1
0,64
t
0
0 0 0
▲
▲
1
2
ЭК
СИ
τ
ГОЧ
N
x
ЭК
СИ
ВУ
t
0
1
2
Сx
Lx
–
+
+
–
U
СУ
а
b
U
b-2
U
a-2
R
x
R
ЭТ
К
2
1
, (9.6)
где U — напряжение, приложенное к цепи заряда конденсатора.
Закономерность (9.6) позволяет преобразовать величину C
конденсатора
x
в интервал времени
, а затем измерить его с помощью импульсов ге-
нератора ГОЧ.
▲
▲
x
Рис. 9.2. Функциональная схема и временные диаграммы прибора
для измерения R, L и С
При включении прибора в сеть генератор ГОЧ (рис. 9.2) начинает генерировать импульсы стабильной частоты f
с периодом Т0. Одновременно замыка-
0
ется ключ К, и напряжение источника питания подается в измерительную цепь
и на электронный ключ (импульс ▲1), замыкая его. Импульсы генератора ГОЧ
станут поступать в счетчик СИ. Резисторы R
и R2 подбираются таким образом,
1
чтобы выполнялось условие
При появлении напряжения в цепи R
жатьcя. Напряжение на его зажимах
.
.
—C
x
конденсатор начнет заря-
x
возрастает по экспоненте. При этом
58
Согласно схеме прибора, на сравнивающее устройство СУ подаются од-
x
Сx
t τ=
0
TN
xС
x
⋅=τ
xx
N
R
T
C
эт
0
=
xx
N
C
T
R
эт
0
=
x
L
U
эт
R
L
x
L
x
=τ
xx
NTRL ⋅⋅=
0эт
новременно напряжения U
a-2
и U
. При достижении равенства между ними в
b-2
устройстве СУ формируется импульс ▲2, размыкающий ключ ЭК.
Таким образом, импульсы ▲1 и ▲2 формируют интервал времени
.
Поскольку измеряется емкость С
тивление R
уже известно и равно эталонному сопротивлению Rэт.
x
конденсатора, принимается, что сопро-
х
Учитывая, что
, (9.7)
можно получить следующую формулу для подсчета измеряемой емкости конденсатора:
, (9.8)
где N
за интервал времени t
— количество импульсов генератора ГОЧ, накопленных в счетчике СИ
x
.
x
Если известна величина С
х
= С
, нужно измерить сопротивление Rx, то
эт
формула (9.8) примет вид
, (9.9)
Для измерения индуктивности катушки L
мерительной цепи прибора подсоединить звено R
учесть, что постоянная времени нарастания напряжения
необходимо к зажимам 1–2 из-
x
—L
эт
вместо звена R
x
—C
x
x
находится по
и
формуле
. (9.10)
Тогда измеряемая индуктивность будет определяться из уравнения
. (9.11)
Заданная точность измерений обеспечивается в том случае, если выполняется условие U — const, т. е. в приборе используется стабилизированный источник питания.
59
Цифровой фазометр
ГОЧ
ДЧ
ФСИ
ЭК2
ЭК1
ФУ2
ФУ1
ФИ
СИ
ВЧ
f0
f0
U1
U2
ΔТ
ТСИ
Nx·m
f0 / Кg
ТСИ
Nx2
Nx1
Nx2} Nx∑
Nx1
Т0
ΔТ
t t t t t t t
0
0 0 0 0 0
0
U1
U2
U1
U2
СИ
ЭК2
ФСИ
ГОЧ
ЭК1
ФИ
Т
Промышленностью выпускаются цифровые фазометры, применяющиеся
для измерения среднего за интервал времени и мгновенного значения угла
сдвига фаз.
В настоящем практикуме рассматривается цифровой фазометр, измеряющий средний за интервал времени угол сдвига фаз. Функциональная схема и
временные диаграммы такого фазометра приведены на рис. 9.3.
Рис. 9.3. Функциональная схема и временные диаграммы
цифрового фазометра
Принцип действия фазометра рассмотрим на примере измерения угла
сдвига фаз φ между двумя синусоидальными функциями U
и U2, имеющими
1
одинаковый период Т.
Напряжения U
и U2 подаются на устройства ФУ1 и ФУ2 (см. рис. 9.3), в
1
которых они усиливаются, ограничиваются и детектируются. В результате образуются прямоугольные импульсы одинаковой полярности. Эти импульсы по-
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]