Лаб. раб. (НГТУ)

где Ri сопротивление источника; RA внутреннее сопротивление прибора. Rí сопротивление нагрузки цепи; RÂÕ=RÍ+Ri - сопротивление цепи до подключения прибора.

Åñëè Ri < RÍãã, òî

(10)

Рис. 5. К определению методической погрешности измерения тока

При известных сопротивлениях цепи и прибора в показания может быть введена коррекция (поправка). Соответствующее выражение получите самостоятельно. Для измерения выбирается амперметр, у которого внутреннее сопротивление в 100 раз и более меньше сопротивления цепи. Для авометров в режиме измерения силы тока в технических характеристиках указывается падение напряжения на приборе при отклонении стрелки на всю шкалу (обыч- но в зависимости от предела измерения 0,3 или 0,6 В). По закону Ома при этом может быть вычислено сопротивление прибора.

2.3. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ

Предельное значение основной погрешности авометра в нормальных условиях применения нормируется классом точности. Классы точности для определенной измеряемой величины указываются в технических характеристиках и на шкале прибора. По классу точности предельное значение допускаемой абсолютной погрешности определяется по выражению

(11)

20

относительной погрешности (в процентах)

(12)

Здесь КÒ - класс точности; ХN - нормирующее значение; X измеренное значение (показание прибора)

В режимах измерения напряжений и токов для авометров в качестве нормирующего значения используется конечное значение диапазона измерения (рабочий предел измерения), в режимах измерения сопротивления и емкости - значение длины шкалы. Поэтому при оценках основной погрешности измерения сопротивления и емкости по формуле (11) определяется значение абсолютной погрешности в единицах длины, затем это значение в зависимости от показания приближенно переводится в единицы сопротивления (емкости).

В технических характеристиках прибора указываются также пределы допускаемых значений дополнительной погрешности при изменении частоты от границы нормальной области частот, при изменении температуры окружающего воздуха и других внешних влияющих величин.

3. ЗАДАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

РАБОТЫ

3.1. Ознакомьтесь с оборудованием стенда и используемыми в лабо-раторной работе приборами.

3.2. Ознакомьтесь с техническими характеристиками, порядком подготовки к работе, выполнения измерений и оценивания основной погрешности

прибора 43101. Обратите внимание, что нажатием кнопки включается автоматическая защита прибора от перегрузки.

Рис 6. Цепь резисторов лабораторного стенда

3.3. Установите по указанию преподавателя напряжение на выходе источ- ника постоянного тока, подайте это напряжение на резистивную цепочку, имеющуюся на стенде (рис. 6), и измерьте напряжение на резисторах Rl, R2, R3, выбрав наиболее подходящие пределы измерения. Пренебрегая малым внутренним сопротивлением источника постоянного тока, определите методическую погрешность измерения напряжения, обусловленную входным сопротивлением вольтметра, и основную (инструментальную) погрешность измерения.

21

Результаты представьте в форме табл. 1.

Таблица 1.

3.4. Установите последовательно на выходе генератора напряжение гармонической формы, значение которого равно 3...5 В, а частота в первом случае равна 2000 Гц, а во втором 6000 Гц. Подайте поочередно эти напряжения на резистивную цепочку (рис. 6) и измерьте напряжение на резисторах R2 и R3, выбрав наиболее подходящие пределы измерения. Результаты представьте в форме табл. 2

Таблица 2

3.5. Измерьте сопротивление трех резисторов прибором 43101, выбирая наиболее подходящий предел измерения. Оцените основную погрешность измерения с помощью указанного на шкале класса точности для режима измерения сопротивления. При этом нормируемой величиной является длина шкалы, равная 70 мм, и абсолютная погрешность в единицах длины пере-водится по шкале в соответстьующее значение в единицах сопротивления. Результаты представьте в форме табл. 3, размерности величин указываются экспериментатором.

Таблица 3

4.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Цель работы.

2.Таблица с техническими данными приборов, используемых в работе (название и тип прибора, пределы измерения, частотные диапазоны, основная погрешность).

22

3 Таблицы с результатами измерений (таблицы должны иметь заголовки). 4 Заключение, в котором, в частности, должны быть сформулированы

область применения прибора 43101, его достоинства и недостатки

5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Входное сопротивление прибора при измерении напряжения составляет 20 кОм/В. Каково входное сопротивление на пределе 0,1 В; 1 В; 10 В?

2.Как обеспечивается расширение предела измерения магнитоэлек-трических вольтметров? Выведите соответствующую формулу для величины добавочного сопротивления.

3.Как расширить пределы измерения магнитоэлектрического амперметра? Выведите формулу для определения величины сопротивления шунта.

4.Как можно скорректировать (поправить) показание вольтметра на вели- чину методической погрешности за счет потребляемой от измеряемой цепи мощности?

5.Выведите формулу для коррекции показаний амперметра на значение методической погрешности из-за влияния сопротивления цепи прибора.

6.Объясните принцип измерения сопротивления постоянному току с помощью магнитоэлектрического измерительного механизма. Проведите анализ соответствующих схем.

7.Электромеханический вольтметр имеет класс точности 1,5 и три предела измерений: 1, 10, 100 В. Какую предельную основную, абсолютную и относительную погрешность имеет вольтметр при отклонении указателя: а) на всю шкалу; б) на половину шкалы?

8.Объясните метод нормирования основной погрешности электромеханических омметров.

9.Объясните принцип построения схемы электромеханического авометра при измерении напряжения и силы переменного тока.

10.Какие правила техники безопасности необходимо соблюдать при использовании электромеханических авометров?

ЛИТЕРАТУРА

1. Основы метрологии и электрические измерения / Под рея. Е.М. Душина. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 480 с.

2. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. - М.: Высшая школа, 1989. - 384 с.

23

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ¹ 3

ЦИФРОВОЙ МУЛЬТИМЕТР

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Знакомство с принципом действия и приобретение практических навыков использования цифрового мультиметра для измерения напряжения, силы тока, сопротивления постоянному току, оценки погрешностей измерений.

2.ПОЯСНЕНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

2.1.ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЦИФРОВОГО

МУЛЬТИМЕТРА

Универсальные цифровые измерительные приборы - цифровые мульти-метры - широко используются в инженерной практике. Они позволяют опреде-лять различные электрические и неэлектрические величины и представляют результат измерения в цифровой форме. Удобный вид отсчета, универ-сальность, высокие метрологические характеристики - их несомненные досто-инства.

В лабораторной работе используется цифровой мультиметр Щ4300(рис I). Он предназначен для измерения как постоянных, так и переменных токов и напряжений, сопротивления постоянному току в лабораторных и производственных условиях.

Рис 1. Структурная схема цифрового мультиметра

Измерительные преобразователи (ИП) обеспечивают преобразование измеряемых величин X в постоянное напряжение уровня 2 В. Выбор нужного преобразователя осуществляется автоматически при работе прибора. Преобразователи аналогичны тем, что используются в авометрах (см. лаб. работу ¹ 2),

24

только с целью уменьшения погрешности преобразования они выполнены на операционных усилителях. Постоянное напряжение, пропорциональное измеряемой величине, подается на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и преобразуется в цифровой код, который отображается на цифровом индикаторе (ЦИ). В АЦП прибора используется метод двухтактного интегрирования. Суть его объясняется структурной схемой (рис. 2) и временными диаграммами (рис. 3). В течение первого такта интегрирования длительностью Т0 = 40 мс производится интегрирование напряжения, пропорционального измеряемой величине (ключ К1 замкнут, К2 - разомкнут).

где К - постоянная интегрирования

Рис. 2. Структурная схема АЦП мультиметра

К концу этого такта напряжение на выходе интегратора

Во втором такте ключ КI размыкается, К2 - замыкается, т.е. интегрируется напряжение источника опорного напряжения. Направление интегрирования во втором такте автоматически выбирается противоположным по отношению к направлению в первом, т.е.

25

2.2. ПОГРЕШНОСТЬ МУЛЬТИМЕТРА

Анализ показывает, что мультиметр имеет аддитивную и мультипликативную составляющие погрешности, поэтому предел основной допуска-емой погрешности (в процентах) выражается двучленной формулой:

где Хк - рабочий предел измерения; Х - измеренное значение; с, d- постоянные числа, характеризующие класс точности прибора и приводимые в его технических характеристиках.

При отклонении условий эксплуатации прибора от нормальных возникают дополнительные погрешности, которые также нормируются техническими условиями на прибор. Суммарная погрешность в этом случае определяется так:

При измерении переменного напряжения и тока прибор реагирует на средневыпрямленные значения, а градуировка произведена в среднеквадратических (действующих) значениях синусоидального сигнала. Поэтому при измерении сигнала, форма которого существенно отличается от сину-соидальной возни-кает значительная методическая погрешность

3. ЗАДАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1.Ознакомьтесь с техническими характеристиками, порядком подготовки

êработе и проведения измерений цифровым мультиметром Щ4300.

Рис. 4. Цепь резисторов лабораторного стенда

3.2. Измерьте сопротивления резисторов Rl, R2, R3 (рис. 4), выбрав необходимые пределы измерения. Оцените основную погрешность измерения. Объясните расхождения между показаниями прибора и номинальными значе-ниями сопротивлений.

27

Результаты представьте в форме табл. 1.

Таблица 1

3.3. Подайте напряжение (1 ...5) В от источника постоянного тока на резистивную цепочку. Измерьте падение напряжения на резисторах, выбирая наиболее подходящие пределы измерения. Оцените основную погрешность измерения. Рассчитайте эти падения напряжения, используя данные предыдущего опыта.

Результаты занесите в табл. 2.

Таблица 2

Оцените методическую погрешность измерения напряжения, возникающую из-за конечного входного сопротивления прибора. Повлияет ли эта погрешность на результат измерения?

3.4. Измерьте ток, протекающий в цепи резисторов. Сравните его с рас- четным. Оцените погрешность измерения. Оцените методическую погреш-ность измерения, учитывая, что при использовании предела 200 мкА падение напряжения на приборе составляет 210 мВ.

3.5. Установите на выходе генератора синусоидальных колебаний напряжение (1...2) В частотой 1000 и 20000 Гц. Измерьте поочередно эти напряжения. Оцените погрешность измерения с учетом дополнительной частотной погрешности.

4 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Таблица с техническими данными приборов, используемых в работе.

2. Таблицы с результатами измерений.

3. Выводы по каждому пункту задания, если они необходимы.

28

5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.В чем состоят достоинства цифровых мультиметров?

2.Объясните работу прибора по структурной схеме.

3.Как можно осуществить преобразование переменного напряжения в постоянное.

4.В чем состоит основное достоинство метода двухтактного интегрирования?

5.Объясните работу АЦП по структурной схеме.

6.Как оценивается методическая погрешность при измерении напря-жения?

òîêà?

7.Как влияют дополнительные погрешности на результат измерения?

8.Что покажет прибор при подаче на вход прямоугольных импульсов типа меандр с амплитудой 1 В?

ЛИТЕРАТУРА

1. Основы метрологии и электрические измерения / Под ред. Е.М. Душина. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 480 с.

2. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. - М.: Высшая школа, 1989. - 384 с.

29