Скачиваний:
49
Добавлен:
01.05.2014
Размер:
72.7 Кб
Скачать

4

Работа 3. ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Цель работы – изучение методов экспериментального определения метрологических характеристик цифровых приборов, а также их применение для измерения физических величин и оценка погрешностей результатов измерений

ЗАДАНИЕ

1. Ознакомиться с инструкцией по применению исследуемого цифрового измерительного прибора.

2. Определить шаг квантования (квант) по уровню исследуемого ЦИП в режиме омметра для различных (по указанию преподавателя) пределов измерения.

3. Экспериментально определить следующие метрологические характеристики цифрового измерительного прибора в режиме омметра:

статическую характеристику преобразования; построить график зависимости показания Rп прибора от значений R измеряемых сопротивлений Rп = F(R);

погрешности квантования для начального участка статической характеристики преобразования; построить график погрешности квантования;

инструментальную погрешность по всему диапазону измерений для выбранного предела измерений; построить график инструментальной погрешности;

аддитивную и мультипликативные составляющие инструментальной погрешности.

4. Измерить сопротивления ряда резисторов и оценить основную погрешность результатов измерения.

ОПИСАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

В ЦИП результата измерений представлены в цифровом виде; при этом в отличие от аналоговых приборов показания ЦИП меняются дискретно на единицу младшего разряда. Это приводит к ряду особенностей определения и представления метрологических характеристик цифровых измерительных приборов.

К основным метрологическими характеристиками ЦИП относятся: статическая характеристика преобразования, шаг квантования (квант) по уровню или единица младшего разряда показаний, основная инструментальная погрешность.

Статическая характеристика преобразования. Эта характеристика устанавливает связь между преобразуемой (входной) величиной X и результатом преобразования Хп (показаниями ЦИП), за который принимается значение Хп = Nq, где N – десятичное целое число, q - квант по уровню. Отличие ЦИП от аналоговых средств измерений – дискретный характер изменения показаний. Из этого следует ступенчатая форма представления статической характеристики преобразования.

При отсутствии инструментальных погрешностей статическая характеристика идеального ЦИП определяется значением единицы младшего разряда показаний (используется также термин разрешение), равной кванту по уровню q.

Значение кванта q определяется пределом измерений Хmax и максимальным числом Nmax уровней квантования:

q = Хmax / Nmax.

Например, для ЦИП GDM-8135 q = Xмакс /(2 10n), где Xмакс – предел измерения, n – число разрядов отсчетного устройства.

Идеальная статическая характеристика, представленная на на рис.3.1, получается при квантовании измеряемой величины путем отождествления ее с ближайшем уровнем квантования. Изменение показаний идеального ЦИП Xп=Nq на единицу младшего разряда q происходят при фиксированных значениях входной величины равных (N0,5)q, где N = 1, 2,3 …. (целое число).

Характеристика реального ЦИП отличается от идеальной. Причина этого – наличие инструментальных погрешностей ЦИП. Различие проявляется в том, что смена показаний ЦИП происходит при значениях входной величины ХN, отличных от значений (N0,5)q.

Абсолютная основная погрешность ЦИП равна

X = Хп – Х ,

где Хп – показание ЦИП, Х – действительное значение измеряемой величины.

Абсолютная инструментальная погрешность определяется для определенного показания ЦИП Хп = Nq (см. рис.1) по отличию реальной характеристики ЦИП от идеальной

XиN = Хп0,5q – ХN , (3.1)

где ХN – значение входной величины, при котором происходит смена показаний Хп ЦИП (показания меняются на единицу младшего разряда).

q/2 3q/2 . . . . (N-0.5)q

Рис. 3.1. Статическая характеристика преобразования ЦИУ

Для экспериментального определения статической характеристики ЦИП в режиме омметра необходимо подключить ко входу ЦИП магазин сопротивлений. Предел измерения ЦИП выбрать по указанию преподавателя, определить для этого предела значение единицы младшего разряда q. Определить единицу младшего разряда магазина qм, проверить выполнение условия q >> qм, при этом условии можно пренебречь дискретным характером изменения сопротивления магазина.

При плавном изменении сопротивления магазина следить за изменением показаний, фиксируя при этом значения сопротивления магазина R, при которых показания Rп меняется на единицу младшего разряда, например: 0,000; 0,001; 0,002; 0,003…… кОм (всего 8-9 значений). Результаты измерений занесите в таблицу 1.

Таблица 1

Rп, кОм

R, кОм

1

2

По этим значениям построить начальный участок графика статической характеристики ЦИП в режиме омметра Rп = F(R) и график абсолютной основной погрешности ΔR(R) = F(R) - Fл(R), где Fл(R) – характеристика идеального (без квантования) омметра в виде прямой линии Rп = R.

Определение абсолютной инструментальной погрешности. Для выбранного предела измерений определите инструментальную погрешность для 8-10 точек равномерно распределенных по диапазону измерений. Инструментальная погрешность определяется по формуле (3.1), при этом RN – значение сопротивления магазина, при котором происходит смена показаний Rп ЦИП на единицу младшего разряда в выбранной точке, например, со значения 1,435 кОм на значение 1,436 кОм.

Результаты измерений и расчетов занесите в табл. 2.

Таблица 2

RпN, кОм

RN, кОм

RиN, кОм

1

2

Определение аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности. В зависимости от характера изменения погрешности по диапазону измерения ЦИП погрешности делятся на аддитивные и мультипликативные. Аддитивные погрешности не зависят от значения измеряемой величины X, мультипликативные растут с увеличением X. Обычно для ЦИП погрешность задается в виде модели X = a + bX, где a и bX - аддитивная и мультипликативная составляющая погрешности соответственно.

Постройте график зависимости RиN = F(RN) для выбранного диапазона ЦИП. По графику определите аддитивную и мультипликативную составляющие погрешности ЦИП.

Измерение сопротивлений. По заданию преподавателя измерьте сопротивления каждого из выбранных резисторов на различных диапазонах измерения ЦИП, оцените основную погрешность измерения по формулам, приведенным в описании прибора. Результаты представьте в таблице 3.

Таблица 3.

Диапазон измерения

Квант по уровню для диапазона

Ом

Показания ЦИП R, кОм

Абсолютная погрешность измерения R, кОм

Относительная погрешность измерения %

Результат измерения R ± R, кОм

1

Сделайте выводы о характере изменения погрешности в зависимости от соотношения между измеряемой величиной и диапазоном измерения.

Литература

Метрология, стандартизация и сертификация : учебник для студ. высш. учеб. заведений/[Б.Я.Авдеев, В.В.Алексеев, Е.М.Антонюк и др.]; под ред В.В.Алексеева. – М. : Издательский центр «Академия», 2007. стр. 155-160.

Соседние файлы в папке Лабораторные работы