Метрология, лаб1

1. Цель работы: ознакомление с типовыми вольтметрами постоянного напряжения, овладение методикой измерений постоянных напряжений, приобретение навыков градуировки вольтметров.

2. Описание лабораторной установки.

При измерении напряжения на участке электрической цепи одним из источников погрешности является ответвление тока в цепь вольтметра. На рис.1 показана схема измерения напряжения вольтметром V на резисторе R₂ (участок 1-2).

Рис.1. Схема включения вольтметра	Рис.2. Эквивалентная схема цепи

При подключении вольтметра в его цепь ответвляется ток i_B и поэтому напряжение на R₁ увеличивается (так как уменьшается общее сопротивление цепи), а на резисторе R₂ – уменьшается по сравнению с их значениями до измерения. Эквивалентная схема измерения напряжения показана на рис.2.

Измерение напряжения производится дважды: основное измерение с результатом U_изм без шунта (обычное измерение напряжения) и контрольное измерение с результатом U_к при подключенном параллельно вольтметру шунте. Сопротивление шунта берется равным сопротивлению вольтметра. При контрольном измерении ток ответвляется как в цепь вольтметра, так и в цепь контрольного шунта, при этом напряжение U_к будет меньше U_изм (которое в свою очередь меньше значения напряжения на участке цепи до подключения вольтметра).

Описание магнитоэлектрического вольтметра.

Вольтметр выполнен в виде макета по схеме (рис. 3). Основными элементами вольтметра является магнитоэлектрический микроам­перметр и добавочный резистор R₁. Для экспериментального определения поправки на ответв­ление тока в цепь вольтметра в схему введен контрольный шунт - R_ш. Контрольный шунт подключается параллельно входу вольтметра с помощью переключателя S₁ ("Контрольный шунт").

Рис.3. Схема магнитоэлектрического вольтметра.

Градуиров­ка выполняется путем сравнения показаний αх градуируемого воль­тметра (в делениях) с показаниями V_о образцового вольтметра (в вольтах). В качестве образцового вольтметра используется мультиметр измерительной станции MS-9160. Схема градуиров­ки показана на рис. 4. Одновременно с градуировкой производится проверка точности работы встроенного вольтметра источника питания измерительной станции.

Рис. 4. Схема градуировки вольтметра

3. Перечень используемых приборов.

Название	Тип	Класс точности	Предел измерений
Магнитоэлектрический вольтметр	MS-9160	2	50
Мультиметр		0.5	20

4. Рабочие формулы.

(4.1) - погрешность измерения напряжения встроенного вольтметра источника питания, где - показания образцового вольтметра, - показания вольтметра источника питания.

(4.2) - сопротивление вольтметра, где - сопротивление образцового резистора, - напряжение источника питания, - напряжение на клеммах вольтметра.

(4.3) - погрешность измерения напряжений и , где - верхний предел измерения, - показания вольтметра, - предел допускаемой погрешности вольтметров (класс точности).

(4.4) - погрешность измерения сопротивления вольтметра, где - погрешность образцового сопротивления, - погрешности измерения напряжений и .

(4.5) или

, если <<1 (4.6) - поправка, где - отсчёт при измерении с шунтом, - отсчёт при измерении без шунта.

(4.7) - исправленный отсчёт, где - отсчёт при измерении с шунтом, C – поправка.

5. Примеры расчётов.

   1. По формуле (4.1) (для

   2. По формуле (4.2) (кОм)

   3. По формуле (4.3)

   4. По формуле (4.4)

   5. По формуле (4.5) (дел) (для точки схемы 3)

   6. По формуле (4.6) (дел) (т.к. = 0.03 << 1) (для точки схемы 5)

   7. По формуле (4.7) (дел) (для точки схемы 3)

6. Результаты измерений и вычислений.

6.1. Градуировка магнитоэлектрического вольтметра

Таблица 1

Отсчёт по шкале	Показания вольтметра	Показания образцового вольтметра	Погрешность
αx, дел.	Vип, В	Vоб, В	δUип,%
0	0,0	0,0	0
5	1,4	1,4	0
10	2,7	2,7	0
15	4,1	4,2	2
20	5,3	5,35	1
25	6,8	7,0	3
30	8,2	8,3	1
35	9,9	10,1	2
40	11,1	11,3	2
45	12,8	13,0	2
50	13,9	14,2	2

6.2. Измерение сопротивлений вольтметров

Таблица 2

Тип вольтметра	Класс точности	Показания		R0	RB	Погрешности
	(%)	U1, дел.	U2, дел.			δU1,%	δU2,%	δRв,%
Магнитоэлектрический	2	50	26	270 кОм	292,5 кОм	2	4	13

6.3. Проверка режимов работы основных каскадов электронного блока

Таблица 3

Точки схемы	Показания мультиметра, В	Показания магнитоэлектрического вольтметра
		Отсчёты		Поправка С, дел.	Исправленный отсчёт α=αизм.+С	Напряжение, В
		αизм, дел. (без шунта)	αк, дел. (с шунтом)
1	6,34	0	0	0	0	0
2	6,19	19	18	1	20	5.5
3	8,34	20	15	10	30	8.3
4	4,70	16	16	0	16	4.4
5	10,52	36	35	1	37	10.3
6	7,68	23	21	2	25	7
7	6,76	24	23	1	25	7
8	4,08	14	14	0	14	3.9
9	5,79	19	18	1	20	5.5
10	5,31	16	13	5	21	5.9

7. Выводы.

В результате выполнения первой части лабораторной работы провели измерения напряжения в цепи двумя приборами (мультиметр и вольтметр источника питания). Получили результаты для десяти значений выходного напряжения. Погрешность варьирует от 0 до 2 %.

Во второй части работы получили результаты измерения напряжений, при помощи который осуществили расчет для сопротивления. Для значений U₁ и U₂ получились прямые погрешности 2 и 4 % соответственно. Косвенная погрешность сопротивления 13 % при значении самого сопротивления вольтметра 292,5 кОм.

В третьей части лабораторной работы измерили напряжения для десяти точек схемы мультиметром и магнитоэлектрическим вольтметром. Провели необходимые подсчеты, сравнили значения двух приборов, тем самым проверили режимы работы электронного блока.