12

Методические указания к лабораторной работе 4.2.1

"Измерения параметров электрических цепей"

2011-2012 учебный год

Нормативные ссылки

В методических указаниях использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы.

ГОСТ 8.207-76 ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения.

ГОСТ 8.401-80 ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования.

ГОСТ Р 8.563-96 ГСИ. Методики выполнения измерений.

ГОСТ 12.2.007.0-75 ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.2.007.6-75 ССБТ. Аппараты электрические коммутационные на напряжение до 1000 В. Требования безопасности.

ГОСТ 21.101-97 СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации.

МИ 1317-2004 Рекомендация. ГСИ. Результаты и характеристики погрешности измерений. Формы представления. Способы использования при испытаниях образцов продукции и контроле их параметров.

Р 50.2.038-2004 Рекомендации по метрологии. ГСИ. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей и неопределенности результата измерений.

РМГ 29-99 ГСИ. Метрология. Термины и определения.

1 Цели работы

Изучение устройства и принципа действия средств измерений электрического сопротивления.

Приобретение навыков измерений электрического сопротивления аналоговым омметром непосредственной оценки, цифровым мультиметром, мостом постоянного тока, электронным цифровым омметром и компаратором сопротивлений.

Приобретение умений обработки результатов наблюдений при прямых однократных измерениях и измерениях с многократными наблюдениями.

2 Общие сведения

В соответствии Законом РФ "Об обеспечении единства измерений" измерения должны проводиться по методике выполнения измерений (МВИ), аттестованной органом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии, исправными средствами измерений, внесенными в Государственный реестр и прошедшими поверку или калибровку в установленном порядке.

МВИ по РМГ 29 – это установленная совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом.

Метрологическая служба предприятия должна осуществлять надзор за применяемыми на предприятии аттестованными МВИ, составленными по ГОСТ Р 8.563. Одним из разделов МВИ является "Требования к оформлению результатов измерений", составляемый с учетом положений нормативных документов по оцениванию результатов измерений.

В лабораторной работе рассматриваются способы оценивания результатов прямых измерений: однократных по Р 50.2.038 и измерений с многократными наблюдениями по ГОСТ 8.207.

Исправность средств измерений характеризуется их правильным функционированием в соответствии с принципами измерений.

В лабораторной работе изучаются принципы измерений электрического сопротивления следующими средствами измерений: ампервольтомметром типа Ц20-05, мультиметром типа М890G, мостом постоянного тока типа Р333, цифровым омметром типа Щ34, компаратором сопротивлений типа Р3015.

Ампервольтомметр (авометр) типа Ц20-05 предназначен для измерения силы и напряжения постоянного тока, действующего значения силы и напряжения переменного тока синусоидальной формы и частоты 50 Гц, сопротивления постоянному току и для измерения уровня передачи переменного напряжения [1]. Диапазон измерений сопротивления 0…1000 кОм. Основная погрешность авометра при измерении сопротивления, выраженная в процентах от нормирующего значения – длины шкалы входящего в его состав омметра, не должна выходить за пределы допускаемых значений, равных ±2,5 %.

Мультиметр типа М890G предназначен для измерения силы и напряжения постоянного тока, действующего значения силы и напряжения переменного тока синусоидальной формы и частоты 50 Гц, сопротивления постоянному току, емкости, температуры и частоты, а также проверки диодов и транзисторов [1]. Диапазон измерений сопротивления 0…200 МОм. Основная погрешность мультиметра при измерении сопротивления, выраженная в процентах от измеряемого значения, не должна выходить за пределы допускаемых значений, указанных в таблице 1.

Таблица 1 – Пределы основной относительной погрешности мультиметра типа М890G при измерении сопротивления

Верхний предел измерений		Разрешение мультиметра (единица счета)		Пределы относительной погрешности
200 Ом	0,1 Ом		±0,8 % и ±3 ед. счета
2 кОм	1 Ом		±0,8 % и ±1 ед. счета
20 кОм	10 Ом
200 кОм	100 Ом
2 МОм	1 кОм		±1 % и ±2 ед. счета

Мост постоянного тока измерительный типа Р333 предназначен для измерения электрического сопротивления постоянному току в диапазоне от 510^-3 Ом до 999900 Ом [2,3]. Классы точности моста, выражающие пределы основной относительной погрешности, для различных поддиапазонов измерений указаны в таблице 2.

Таблица 2 – Классы точности моста типа Р333

Поддиапазон измеряемых сопротивлений, Ом	Класс точности
1…9999	0,5
110-1 …0,9999	1,0
510-3 …0,0999	5,0
105 …999900

Цифровой омметр Ш34 предназначен для измерения электрического сопротивления постоянному току в диапазоне от 10^-3 Ом до 999,9 МОм [3]. Результат измерений отображается на цифровом табло отсчетного устройства омметра в виде пятизначного десятичного числа, «плавающей» десятичной запятой (точки) и обозначения единицы измерения. Классы точности омметра для различных поддиапазонов измерений указаны в таблице 3.

Таблица 3 – Классы точности омметра типа Щ34

Поддиапазон измеряемых сопротивлений RX	Класс точности
0,001…99,999 Ом	0,05/0,01
100,00…999,99 Ом
1,0000…9,9999 кОм	0,02/0,005
10,000…99,999 кОм
100,00…999,99 кОм	0,05/0,01
1,0000…9,9999 МОм
10,000…99,990 МОм	0,5/0,1
100,00…999,90 МОм

Компаратор сопротивлений типа Р3015 предназначен для определения относительной разности сопротивлений двух резисторов (измеряемого и эталона) и представления результата сравнения на цифровом табло [3].

Под относительной разностью Z сопротивлений резисторов: измеряемого R_X и эталона R_N понимают отношение

( 1 )

Компаратор обеспечивает ручной и автоматический режимы работы, автоматический выбор полярности и пределов относительной разности: 0,01; 0,1; 1,0; 10; 100 %.

Компаратор выполнен в виде двух блоков: блока компаратора БК и блока цифрового БЦ, соединенных между собой кабелями.

На передней панели блока БК расположены:

- кнопка СЕТЬ - для включения блока;

- индикатор СЕТЬ - для индикации включения блока в сеть;

- переключатель ДИАПАЗОНЫ СРАВНЕНИЯ;

- индикаторы положения переключателя ДИАПАЗОНЫ СРАВНЕНИЯ;

- ось регулировочного резистора Е_N - для калибровки источника напряжения Е_N.

На задней панели блока БК расположены разъемы R_X и R_N - для подключения соответствующих резисторов с помощью кабелей.

На передней панели блока БЦ расположены:

- цифровое табло, на которое выводится: информация о значении измеряемой относительной разности Z ; знак полярности Z ; буква П - перед цифровыми разрядами - сигнализирующая о перегрузке или обрыве в цепи сравниваемых резисторов или достижении Z значения, превышающего 119,99 %;

- индикатор ДУ - для индикации режима дистанционного управления;

- переключатель ПОПРАВКА R_N - для введения необходимой поправки на сопротивление резистора R_N ;

- кнопка СЕТЬ - для включения блока БЦ;

- кнопка РУЧ-АВТ - для установки ручного или автоматического режима работы компаратора;

- кнопка ПУСК - для запуска компаратора в ручном режиме работы;

- ось регулировочного резистора U_НЭ - для установки нулевого смещения напряжения в схеме блока БЦ.

3 Описание лабораторной установки

Лабораторная установка содержит установленные на стенде средства измерений: цифровой прибор типа Щ34, компаратор сопротивлений типа Р3015, подключаемые к нему набор резисторов и многозначную меру электрического сопротивления (ММЭС) типа Р3026-1. В работе используются переносные измерительные приборы: ампервольтомметр типа Ц20-05, мультиметр типа М890G и мост постоянного тока типа Р333.

ММЭС типа Р3026-1 с классом точности 0,002 выполняет функцию рабочего эталона [3].

Блок питания типа Б2-2 используется для стабилизации напряжения питания компаратора.

4 Техника безопасности при выполнении лабораторной работы

При выполнении лабораторной работы необходимо соблюдать меры безопасности, предусмотренные ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ 12.2.007.6, Правилами техники безопасности [4], правилами техники безопасности и промсанитарии, установленными инструкциями КубГТУ, нормативными документами на средства измерений.

Пакетные выключатели, с помощью которых подается напряжение питания к приборам, запрещается включать без разрешения преподавателя.

Прибор типа Щ34 и оба блока компаратора должны быть заземлены.

При проведении работы категорически запрещается прикасаться к токоведущим частям установки и клеммам.

На лабораторном столе не должно быть лишних посторонних предметов (пакетов, сумок, одежды, пищевых продуктов).

Категорически запрещается выполнять какие-либо переключения в схеме на лабораторной установке без согласования с преподавателем.

5 Порядок выполнения работы

5.1 Измерьте сопротивление резистора (выбранного по указанию преподавателя) ампервольтомметром Ц20-05, выполните для этого следующие операции:

- нажмите кнопки ВКЛ и r_X на Ц20-05, включив его в режим работы омметра;

- вставьте соединительные провода Ц20-05 в гнезда " r_X " и " 10 ;

- замкните соединительные провода между собой и, вращая рукоятку переменного резистора на Ц20-05, установите его стрелку на нуль;

- подключите соединительные провода к резистору, сопротивление которого измеряется, произведите отсчет показания R_ав по шкале омметра; определите приближенные значения: положительного предела _АВ,1, Ом, абсолютной погрешности омметра и отрицательного предела _АВ,2, Ом, абсолютной погрешности омметра с учетом положений ГОСТ 8.401;

- запишите результат однократного измерения сопротивления резистора омметром непосредственной оценки в следующей форме

( 2 )

5.2 Измерьте сопротивление резистора мультиметром типа м890g, выполните для этого следующие операции:

- вставьте черный щуп в гнездо "СОМ", а красный – в гнездо "V//f";

- установите переключатель пределов в положение "2К", которое соответствует верхнему пределу измерений 2 кОм;

- включите питание мультиметра, нажав выключатель "On-off", при этом на жидкокристаллическом дисплее мультиметра должна появиться цифра "1" (как при перегрузке) и обозначение величины "к"; если же батарея разряжена, то на дисплее появится рисунок аккумулятора – при этом работа мультиметра невозможна до замены батареи;

- присоедините щупы к измеряемому резистору, произведите отсчет и запишите показание мультиметра – результат однократного измерения сопротивления R_мт;

- выключите питание мультиметра кнопкой "On-off";

- определите по таблице 1 пределы инструментальной погрешности мультиметра для выбранного предела измерений;

- рассчитайте пределы _мт, Ом, допускаемой основной инструментальной абсолютной погрешности (в размере 0,8 % от показания мультиметра, увеличенном на 1 Ом);

- запишите результат измерения сопротивления резистора мультиметром в форме по Р 50.2.038

( 3 )

5.3 Измерьте сопротивление резистора мостом постоянного тока р333, выполните для этого следующие операции:

- подключите мост Р333 к резистору соединительными проводами;

- декадными переключателями моста Р333 и переключателем "Множитель" установите значение сопротивления, превышающее полученное при помощи Ц20-05; нажмите кнопку "МВ". Нажмите кнопку "ЭНИ" и вращением рукоятки "Баланс" добейтесь одновременного свечения светодиодов. Нажмите кнопку "ПИТ". Декадными переключателями уравновесьте мост, добиваясь одновременного (или близкого к нему) свечения светодиодов; положения декадных переключателей покажут четырехзначное число, которое нужно умножить на установленный ранее "Множитель" - получив при этом результат измерения R_мс;

- отпустите кнопки "ПИТ", "ЭНИ" и "МВ";

- отключите мост Р333 от резистора;

- рассчитайте пределы _мс, Ом, допускаемой основной инструментальной абсолютной погрешности (в размере 0,5 % от показания моста - с учетом класса точности моста по ГОСТ 8.401);

- запишите результат однократного измерения сопротивления резистора мостом в форме по Р 50.2.038

( 4 )

5.4 Измерьте сопротивление резистора цифровым омметром щ34, выполните для этого следующие операции:

- проверьте правильность подготовки омметра к работе – тумблер В3 на задней панели омметра должен быть выключен (находиться в нижнем положении);

- подключите клеммы кабеля омметра к зажимам измеряемого резистра попарно: в каждой паре рядом размещенных проводов токовый провод отмечен меткой в виде кольца из кембрика;

- потенциометр ВРЕМЯ ИНДИКАЦИИ выведите из положения РУЧ в направлении стрелки, переведите тем самым омметр в автоматический режим работы с настраиваемым временем индикации;

- включите питание омметра: включите шнур питания в розетку и поставьте выключатель сети в положение СЕТЬ;

- запишите значение сопротивления R_цо, отображаемое на цифровом отсчетном устройстве омметра – после 10…15 изменений показаний (т.е. после выхода омметра на рабочий режим);

- выключите питание омметра;

- учитывая класс точности омметра по ГОСТ 8.401, рассчитайте значения относительной _ЦО и абсолютной _ЦО погрешностей измерений сопротивления;

- запишите результат однократного измерения сопротивления цифровым омметром в форме по Р 50.2.038

( 5 )

5.5 Измерьте сопротивление резистора компаратором Р3015, выполните для этого следующие операции:

5.5.1 Подготовьте компаратор Р3015 к сравнению сопротивлений измеряемого и образцового резисторов, выполните для этого следующие операции:

- подключите кабели R_N и R_X к соответствующим зажимам сравниваемых резисторов согласно маркировке: к одному зажиму - провода с маркировками I₁ и U₁ , к другому - провода с маркировками I₂ и U₂;

- установите на блоке БК переключатель ДИАПАЗОНЫ СРАВНЕНИЯ в положение "Прогрев";

- установите на блоке БЦ: переключатель ПОПРАВКА R_N в положение "0,0000 %"; кнопку РУЧ-АВТ - в положение РУЧ;

- установите на мере Р3026-1 значение сопротивления, приблизительно равное тому, которое было получено при измерении мостом;

- включите тумблером питание блока типа Б2-2;

- включите питание блока БК, а затем блока БЦ.