Лабораторная работа л-02 Определение погрешностей прямых и косвенных измерений

Цель работы: приобретение навыков расчета погрешностей результатов прямых и косвенных измерений в электрических цепях постоянного тока. Программа предусматривает проведение нескольких простейших независимых друг от друга экспериментов.

ОБЪЕКТЫ ИЗМЕРЕНИЙ: источник постоянной э.д.с. и электрические цепи на резисторах.

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ: комбинированный измерительный прибор (тестер) в режимах измерения постоянного тока и напряжения (миллиамперметр и вольтметр).

Вспомогательные средства: магазины сопротивлений и разветвители.

Программа и методические указания

1 Измерение силы электрического тока в цепи

Задача состоит в измерении тока миллиамперметром и оценивание погрешностей, обусловленных погрешностью миллиамперметра (по классу точности) и погрешностью согласования "объект измерения – миллиамперметр".

При этом предполагается, что измерительный прибор подключается в цепь не постоянно, а только на время измерения. В действительности нас интересует ток в цепи тогда, когда в цепи нет прибора.

Схема соединений экспериментальной установки показана на рис. 1 а, а эквивалентная электрическая схема – на рис. 1 б.

1.1 Собрать установку по схеме, изображённой на рис.1 а, предварительно выставив на магазине заданное значение сопротивления нагрузки.

НЕ ДОПУСКАЙ ТОГО, ЧТОБЫ НА МАГАЗИНЕ ОКАЗАЛОСЬ ЗНАЧЕНИЕ, РАВНОЕ НУЛЮ! ТОК МОЖЕТ ОКАЗАТЬСЯ СЛИШКОМ БОЛЬШИМ И ТОГДА ВЫЙДЕТ ИЗ СТРОЯ ПРИБОР.

1.2 По заданным преподавателем приближённым значениям э.д.с. источника Е и сопротивления нагрузки R_н рассчитать ожидаемый результат измерения тока и установить на приборе соответствующий предел измерения так, чтобы отсчёт находился в последней трети шкалы.

1.3 Включить питание от сети источника э.д.с. и произвести измерение тока, сняв показания и записав его в единицах измерения величины.

1.4 Рассчитать действительное значение абсолютной погрешности согласования:

,

где – сопротивление миллиамперметра, значение которого берётся из паспортных данных или рассчитывается по данным, приведённым на оборотной стороне прибора (погрешностью этих данных пренебрегаем).

1.5 Внести поправку в результат измерения тока:

.

1.6 Рассчитать пределы допускаемой абсолютной погреш-ности измерения тока, обусловленной классом точности:

где – пределы допускаемой приведённой погрешности прибора (класс точности); I_к – конечное значение диапазона измерений (предел измерений).

1.7 Записать результат измерения в виде интервала, в котором находится истинное значение измеренного тока:

или в условном виде:

1.8 Рассчитать пределы допускаемой относительной погрешности измерения тока по формуле:

и сравнить их с классом точности прибора.

1.9 Сравнить значения погрешности согласования и погрешности прибора ΔI и сделать вывод о полученном выигрыше в точности измерения за счет введения поправки.

2 Измерение э.Д.С. Источника

Задача состоит в измерении э.д.с. реального источника, у которого внутреннее сопротивление не равно нулю, вольтметром, у которого внутреннее (входное) сопротивление не равно бесконечности. При расчете погрешности измерения необходимо будет учитывать две составляющие: погрешность, обусловленную классом точности, и погрешность, обусловленную согласованием "объект измерения – вольтметр". Предполагается, что вольтметр подключен к источнику не постоянно, а только на время измерения.

Схема соединений экспериментальной установки приведена на рис. 2 а, а эквивалентная электрическая схема на рис. 2 б.

2.1 По заданному преподавателем приближённому значению измеряемой э.д.с. установить предел измерения вольтметра. Заданное значение внутреннего сопротивления установить на магазине сопротивлений, имитирующем внутреннее сопротивление источника.

2.2 Собрать установку по схеме, изображённой на рис.2 а.

2.3 Произвести измерение э.д.с., сняв показания со шкалы прибораи записав его в единицах измеряемой величины, воспользовавшись ценой деления шкалы.

2.4 Рассчитать действительное значение абсолютной погрешности согласования:

где R_V – внутреннее (входное) сопротивление вольтметра, значение которого берётся из паспортных данных или рассчитываются по данным, приведённым на оборотной стороне прибора (погрешностью этих данных пренебречь).

2.5 Внести поправку в результат измерения э.д.с.:

.

2.6 Рассчитать пределы допускаемой абсолютной погреш-ности измерения э.д.с., обусловленной классом точности:

где – пределы допускаемой приведённой погрешности прибора (класс точности); U_к – конечное значение диапазона измерений.

2.7 Записать результат измерения в виде интервала, в котором находиться истинное значение измеряемой э.д.с.:

и в условном виде: .

2.8 Рассчитать пределы допускаемой относительной погрешности измерения по формуле:

и сравнить их с классом точности прибора.

2.9. Сделайте вывод о степени влияния на погрешность от несогласования внутреннего сопротивления источника измеряемой э.д.с.