MU_po_metrologii / МУ_однокризм,методпогр
.pdfФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Сибирский государственный университет путей сообщения
Оценивание погрешностей измерений электрических величин
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»
Новосибирск 2012
УДК 6210.317.3 (076.5)
Оценивание погрешностей измерений электрических величин. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Метрология,
стандартизация и сертификация»: Методические указания к лабораторным работам / Сост. А.А. Данилина, К.В. Канифадин. - Новосибирск: Изд-во СГУПС, 2012. - 36с.
Рассмотрены краткие теоретические сведения по измерениям электриче- ских величин и их параметров, требования к средствам измерений электриче- ских величин и их метрологические характеристики. Приведены практические задания, необходимые для выполнения лабораторных работ по измерениям электрических величин.
Предназначены для студентов по направлению подготовки 221700 «Стан- дартизация и метрология» при изучении дисциплин «Общая теория измере- ний», «Метрология», а также для других специальностей и направлений подго- товки студентов, изучающих дисциплину «Метрология, стандартизация и сер- тификация».
Рассмотрен и рекомендован к печати на заседании кафедры «Электротех- ника, диагностика и сертификация».
Отве тс тве нн ый реда кто р доц., канд. техн. наук Е.В. Лесных
Ре цен зен т Зав. кафедрой «Физика», доц., к.т.н. Рогов И.И.
©А.А. Данилина, К.В. Канифадин, сост., 2012
©Сибирский государственный университет путей сообщения
2
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение……………………………………………………………………….. |
4 |
Лабораторная работа №1 Измерение параметров электрических сигна- |
|
лов………………………………………………………………………………. |
5 |
Лабораторная работа №2 Исследование динамических характеристик |
|
средства измерений электрических величин………………………………… |
12 |
Лабораторная работа №3 Определение показателей точности прямого од- |
|
нократного измерения электрического сопротивления……………………. |
17 |
Лабораторная работа №4 Определение методической погрешности изме- |
|
рения электрического сопротивления косвенным путем................................ |
26 |
Приложение А Технические характеристики омметра цифрового Щ-34…. |
32 |
Список литературы…….……………………………………………………... |
35 |
3
ВЕДЕНИЕ
Разработка, изготовление и эксплуатация различных технических уст- ройств и объектов неизбежно связаны с выполнением большого числа измере- ний. При этом получаемая измерительная информация используется как для собственно измерения, так и для выработки соответствующих управляющих действий, логических заключений и суждений в таких процедурах, как управ- ление, контроль, диагностирование, идентификация и т.п. Очевидно, что выбор методов и средств измерения в каждом конкретном случае должен обеспечи- вать получение требуемых показателей качества конечного результата. Таким образом, перед студентом встает задача правильного выбора метода и средства измерения, должной организации измерительного эксперимента, обработки и представления результатов измерений в соответствии с принципами метроло- гии и действующими в этой области нормативными документами.
Методические указания содержат теоретические сведения и лаборатор- ный практикум, необходимые для изучения вопросов измерения электрических величин и оценивания погрешностей при измерении электрических величин.
4
Лабораторная работа № 1 ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
1Цель работы: провести измерения амплитуды и частоты электрическо- го сигнала, оценить погрешности измерения.
2Решаемые задачи:
−ознакомиться с устройством и работой осциллографа;
−провести измерения амплитуды электрического сигнала;
−провести измерения частоты электрического сигнала;
−оценить погрешность измерения частоты электрического сигнала;
−оформить результаты работы.
3Приборы: осциллограф АСК-7022; генератор АНР-1002.
4Теоретические сведения
Измерения напряжения и силы электрического тока – наиболее распро- страненный вид измерений. Эти измерения осуществляются в широком диапа- зоне частот – от постоянного тока и инфранизких частот (сотые доли герца) до сверхвысоких частот (ГГц) и в диапазоне измеряемых значений напряжения и силы электрического тока – соответственно от нановольт и наноампер до сотен киловольт и килоампер при большом разнообразии форм измеряемого напря- жения и электрического тока.
Измерение постоянных напряжения и силы электрического тока заключа- ется в нахождении их значений и определении полярности. Целью измерения переменных напряжения и силы электрического тока является нахождение ка- кого-либо их параметра – амплитуды, частоты, фазового сдвига, и т.д. [1]
Для исследования формы и измерения амплитудно-временных парамет- ров переменных электрических сигналов используется универсальный измери- тельный прибор, называемый осциллографом. Основная функция осциллографа
заключается в воспроизведении в графическом виде электрических колебаний (осциллограмм) в прямоугольной системе координат. Чаще всего с помощью осциллографа наблюдают зависимость напряжения от времени, причем, как
5
правило, осью времени является ось абсцисс, а по оси ординат откладывается напряжение сигнала. С помощью осциллографа можно наблюдать периодиче- ские непрерывные и импульсные сигналы, непериодические и случайные сиг- налы, одиночные импульсы и оценивать их параметры. По осциллограммам, получаемым на экране осциллографа, могут быть измерены частота и фазовый сдвиг, параметры модулированных сигналов, временные интервалы.
5 Порядок выполнения работы
1 ) Оп иса ни е о рга но в упр а вле ния и л иц евой па нел и ос -
ци лло гра фа На рис. 1 представлена лицевая панель осциллографа АСК-7022.
Рисунок 1 – Лицевая панель осциллографа АСК-7022
Кнопка «POWER» - кнопка включения/выключения питания. Регуляторы отображения развертки и настройки экрана: «INTEN» - регулятор яркости линии развертки; «READOUT» - регулятор яркости текстовых символов; «FOCUS» - регулятор фокусировки изображения;
«TRACE ROTATION» - регулятор поворота линии развертки, устанавливает угол линии развертки относительно сетки.
Разъем «CAL» - разъем для калибровки выходного напряжения.
Разъем « » - разъем заземления.
6
Блок вертикального отклонения:
«СН1» - входной разъем канала 1; «СН2» - входной разъем канала 2;
«EXT TRIG» - входной разъем для подключения внешнего источника запуска синхронизации;
«DC/AC» - переключатель режимов входа: открытый (DC) / закрытый (АС) для каналов СН1, СН2;
«GND» - кнопка включения режима входа заземленный для каналов СН1, СН2; «VOLTS/DIV (VARIABLE)» - переключатель В/дел, служит для изменения значения коэффициента вертикального отклонения (в нажатом положении включает-
ся режим некалиброванного измерения);
«− POSITION ↓» - ручки для смешения изображения по вертикали; «СН1», «СН2» - кнопки для выбора отображаемого на экране канала;
«ADD» - кнопка включения режима отображения суммы каналов СН1 и СН2; «INV» - кнопка для инвертирования отображения (изменения полярности)
входного сигнала с канала СН2.
Блок горизонтального отклонения:
«TIME/DIV (A VARIABLE)» - переключатель время/дел, служит для изменения значения коэффициента развертки (используется для точной установки выходной ча- стоты);
«FINE» - кнопка для точной настройки;
«MAG×10» - кнопка для масштабирования (растяжки) развертки по оси Х в
10 раз;
«← POSITION →» - ручки для смешения изображения по горизонтали; «ALT/CHOP» - переключатель для выбора режима отображения двух сигналов
(индикатор загорается, когда выбран режим СНОР).
Блок синхронизации:
«TRIG LEVEL» - регулятор установки уровня синхронизации (при вращении регулятора по часовой стрелке уровень синхронизации перемещается к положитель- ному пику сигнала запуска, при вращении против часовой стрелки – к отрицательно- му);
7
«READY» - индикатор режима ожидания сигнала запуска; «TRIG/D» - индикатор режима подачи сигнала;
«SLOPE» - кнопка для выбора синхронизации по фронту или по спаду сигнала; «SOURCE» - кнопка выбора источника синхронизации: СН1, СН2, LINE (сеть); «COUPLE» - кнопка выбора типа входа сигнала синхронизации: АС (закры-
тый), DC (открытый), HF-R (фильтр высоких частот), LF-R (фильтр низких частот); «TV» - кнопка выбора синхронизации по телевизионному сигналу.
Горизонтальное изображение:
«А» - кнопка выбора развертки А; «X-Y» - кнопка выбора режима X-Y.
Режимы развертки:
«NORM» - кнопка ждущего режима; «AUTO» - кнопка автоматического режима;
«SGL/RST» - кнопка режима однократного внешнего сигнала.
Другие функции:
«FUNCTION (COARSE)» регулятор для точной настройки (грубая настройка осуществляется при нажатии или удерживании регулятора);
« V- t-OFF» - кнопка включения/выключения режима курсорных измерений напряжения и времени;
«ТСК/С2» - кнопка выбора типа курсора; «HOLDOFF» - кнопка включения режима удержания. 2 ) П оря до к в кл юч ения осц илл ог раф а
Установить органы управления на лицевой панели в следующие положения:
−регуляторы «INTEN», «READOUT», «FOCUS» - в среднее положение;
−для канала СН1 регулятор «− POSITION ↓» - в среднее положение;
−регулятор «← POSITION →» - в среднее положение;
−регулятор «TRIG LEVEL» - в среднее положение.
Включить прибор, нажав кнопку «POWER», нажать кнопку «AUTO» в блоке режима развертки, нажать кнопку «А» в блоке горизонтальной развертки.
Через 30 секунд на экране появится развертка.
8
Для настройки яркости экрана повернуть регулятор «INTEN», для на- стройки яркости отображения показаний повернуть регулятор «READOUT» (крайнее левое положение – выкл.), для настройки четкости развертки повер- нуть регулятор «FOCUS».
Если под влиянием магнитных полей развертка отклонилась от горизон- тального положения, повернуть регулятор «TRACE ROTATION» при помощи отвертки.
3 ) Изме ре ние амп ли туды э ле ктри чес ко го с иг нала К входу осциллографа (СН1) подключить генератор. На генераторе регу-
лятор «AMPLITUDE» установить в положение «max», с помощью переключа- телей формы выходного сигнала выбрать синусоидальный сигнал, регулятором «FREQUENCY» и кнопками «RANGE» установить частоту выходного сигнала 10 кГц. На осциллографе нажать кнопку «СН1» для отображения на экране ка- нала 1, нажатием кнопки «DC/АС» выбрать режим входа АС (на экране должен появиться символ ). Регулятор «VOLTS/DIV» установить в такое положение,
чтобы размах изображения сигнала составлял 4-5 делений по вертикальной шкале, регулятор «TIME/DIV» установить в положение, при котором наблюда- ется 2-3 периода по горизонтальной шкале. Для стабилизации отображения сигнала на экране осциллографа необходимо нажать кнопку «HOLDOFF» (на дисплее отобразится «f: HOLDOFF») и установить время удержания развертки, поворачивая регулятор «FUNCTION» (обычно время удержания устанавливает- ся на 0 %).
С помощью регулятора «− POSITION ↓» перемесить изображение сигна- ла так, чтобы минимальный уровень сигнала совпадал с одной из нижних ли- ний, а максимальный – находился в пределах экрана. Регулятором
«← POSITION →» сместить изображение сигнала таким образом, чтобы один из пиков находился на средней линии вертикальной шкалы (рис. 2).
9
Рисунок 2 – Изображение электрического сигнала на экране осциллографа
Измерения амплитуды электрического сигнала проводятся на частотах, заданных в табл. 1. Для измерения амплитуды необходимо определить количе- ство делений n между крайними точками размаха изображения сигнала, резуль- таты занести в табл. 1. При каждом измерении фиксировать значение коэффи- циента отклонения kоткл. Значение амплитуды рассчитать по формуле
. |
(1) |
Результаты расчетов занести в табл.1. По полученным результатам сде-
лать вывод об изменении амплитуды электрического сигнала при изменении его частоты.
Таблица 1 – Результаты измерений амплитуды электрического сигнала
Частота электриче- |
Количество деле- |
Коэффициент откло- |
Амплитуда Uа, В |
ского сигнала F |
ний по вертикали |
нения kоткл, В/дел |
|
|
n, дел |
|
|
10 Гц |
|
|
|
100 Гц |
|
|
|
1 кГц |
|
|
|
10 кГц |
|
|
|
100 кГц |
|
|
|
1 МГц |
|
|
|
10