Измерение и регулирование токов и напряжений
Лабораторная работа №1
Измерение и регулирование токов и напряжений
Цель работы. Изучение основных электроизмерительных приборов, методики измерений и способов регулировки токов и напряжений.
Приборы и оборудование. Тестер (Ц4300), цифровой универсальный прибор (В7-40, Щ4300), стрелочный миллиамперметр, два реостата, магазин сопротивлений, шунт, источник питания.
Перед выполнением лабораторной работы рекомендуется ознакомиться с приложением V (п.1 - п.5).
1. Электроизмерительные приборы
В лабораторной практике электроизмерительные приборы используются для различных измерений в цепях постоянного и переменного тока. По характеру отображения измеряемой величины и принципу действия все приборы делятся на стрелочные и цифровые.
Приборы классифицируются по роду измеряемой величины: амперметры; (миллиамперметры, микроамперметры), вольтметры (милливольтметры, микровольтметры), ваттметры, омметры и т.д. Кроме того, часто используются многопредельные (имеющие несколько пределов измерения) и универсальные (предназначенные для измерения разных физических величин) приборы. Как правило, цифровые приборы являются и много предельными и универсальными приборами одновременно. Среди стрелочных приборов универсальными свойствами отличаются так называемые авометры или тестеры1.
Стрелочные электроизмерительные приборы содержат устройство, преобразующее энергию электрического тока в механическую энергию перемещения стрелки (приложение V п.2). Принцип работы цифровых приборов основан на цифровом преобразовании измеряемых физических величин.
1.1. Класс точности прибора
Если обозначить истинное, но пока неизвестное нам значение измеряемой величины через X, показание прибора через х, то абсолютной погрешностью показания прибора называется разность
Δх = Х – х , (1.1)
относительной погрешностью — отношение (в процентах)
Ах = ± (Δх/х )100% . (1.2)
Государственными стандартами для всех измерительных приборов нормируется класс точности или приведенная погрешность. Класс точности определяет наибольшее допустимое значение приведенной погрешности γ, определяемой по формуле:
γ = ± (Δх/хm)100% , (1.3)
где хm – максимальное значение показаний прибора (предел измерения); Δх - максимальная допустимая абсолютная погрешность, принимаемая одинаковой для всех точек шкалы2. Как следует из определения класса точности, Аx ≥ γ.
Согласно ГОСТу 184559 все электроизмерительные приборы по степени точности делятся на 8 классов, которые в свою очередь подразделяются на следующие виды:
0.05; 0,1 – прецизионные приборы,
0.2; 0.5 – лабораторные приборы,
1.0; 1.5; 2.5 – технические приборы,
– индикаторные приборы3.
Следует иметь в виду, что приведенное выше определение класса точности электроизмерительного прибора не применимо к магазинам сопротивлений, емкости и индуктивности. Для всех этих приборов класс точности определяет абсолютную погрешность соответствующей величины, набранной на магазине.
Класс точности стрелочного прибора указывается на шкале прибора4. Погрешность цифрового прибора указывается в паспорте прибора5.
Точность измерения физической величины зависит от того, на каком участке шкалы стрелочного прибора производится измерение в первой половине или во второй половине шкалы.
Пример. Милливольтметр со шкалой до 50 мВ, имеющий класс точности 0.5, используется для измерения напряжения 5 мВ. Максимальная абсолютная погрешность при измерениях любого напряжения в пределах от 0 до 50 мВ равна:
ΔV = ( γVm )100% = ± ( 0,5%50 мВ )/100% = ± 0,25 мВ.
Следовательно, относительная погрешность измерения:
АV = (ΔV/V)100% = ± ( 0,25 / 5,0 )100% = ± 5%.
В тоже время, если в рассмотренном примере воспользоваться милливольтметром со шкалой на 10 мВ даже более низкого класса точности (например, равного 1,5), то абсолютная погрешность будет равна:
ΔV = ( γVm )100% = ± (1,5%10 мВ)/100% = ± 0,15 мВ,
а относительная погрешность:
АV = ( ΔV/V )100% = ± ( 0,15 / 5,0 )100% = ± 3%
В этом примере прибор с классом точности 1.5 обеспечит меньшую погрешность - 3%, а более точный прибор с классом точности 0.5 обеспечил только 5%. Следовательно, не всегда даже прецизионный прибор обеспечивает высокую точность измерения. При этом погрешность измерения будет минимальной при измерениях вблизи верхнего предела шкалы измерения. Измерения в начале шкалы стрелочного прибора допустимы только для оценочных измерений.
При работе со стрелочными электроизмерительными приборами следует подбирать такие режимы измерений, при которых показания приборов приходилось бы на вторую половину шкалы: это обеспечит меньшую относительную погрешность результата измерения6.