8:398:39

1 Цель работы

Изучить устройство и научиться пользоваться комбинированным электроизмерительным прибором. Научиться проводить выбор предела измерения при измерении напряжения в высокоомных цепях для уменьшения влияния методической погрешности на общую погрешность измерений

2 Таблица применяемых приборов

Таблица 1 – Применяемые приборы

Назначение приборов	Вольтметр цифровой универсальный	Миллиамперметр образцовый	Комбинированный электроизмерительный прибор	Установка к ПР № 2
Обозначение на схеме	PV1	РА1	РК1	-
Тип прибора	В7-22А	cтенд	Ц4353	УПР2

3 Порядок выполнения практической работы

3.1 Измерение сопротивления и определение класса точности прибора по сопротивлению.

SA2. M

РК1

RX1 RX2 RX3 RX4 RX5

Н

Рисунок 1 – Схема для измерения сопротивления

3.1.1 Подготовить установку изучения комбинированного электроизмерительного прибора к работе.

3.1.2 Собрать схему для измерения сопротивления. Измерить сопротивления резисторов стенда RX1 ... RX5.

3.1.3 Определить относительную погрешность измерений. Сделать вывод о соответствии прибора его классу точности при измерении сопротивлений.

Таблица 2 – Замеры и расчеты

R кОм	1,2	530	47	1,8	200
RД кОм	1,15	520	46,7	1,81	201
(R) %	4,1	2	0,64	0,1	0,5
KR %	4

3.2 Измерение постоянного тока.

Собрать схему электрической цепи по рисунку 2

Выбрать предел измерения на приборе. Измеряя R3, замерить пять значений тока.

SA1 R4 L

G1 + А + I

3 PK1

2

5В R3 В

1

РА1 -

C C1 - + C2

Рисунок 2 – Схема для измерения постоянного тока

РК – комбинированный прибор.

Начальное положение ручки регулировки R3 – 1.

РА1 использовать только до его тока полного отклонения. При измерении больших токов заменить на прибор с большим пределом измерения.

I – отсчет по РК

I_РА1 – замер по образцовому прибору.

Таблица 3 – Замеры и расчеты

IРА1 мкA	20	30	40	50	60
I мкA	19,6	29,5	40,8	50,9	61,0
I мкA	0,3	0,5	1,0	1,0	1,5
(I) %	2	1,69	1,	1,7	1,6
KI %	1,5

I=I-I_PA1

K_I – класс точности РК на постоянном токе

3.3 Выбор предела измерения

При измерении напряжения комбинированным прибором можно одно и тоже значение напряжения измерить на различных пределах. Например, если надо измерить напряжение порядка 25В, то для этого можно выбрать пределы 30В, 60В, 150В.

На первый взгляд может оказаться, что необходимо выбрать предел 30В, т.к. при этом стрелка будет находиться в последней трети шкалы и, следовательно, относительная погрешность измерения, определяемая классом точности прибора, будет минимальна.

Однако такой выбор шкалы не всегда верен. Это объясняется тем, что общая погрешность измерения складывается из относительной погрешности, определяемой классом точности прибора К, и относительной методической погрешности ´, возникающей за счет влияния входного сопротивления прибора. Входное сопротивление прибора определятся формулой

R_{вх. РК}=R_{вх. уд. РК}×U_n

R_{вх. уд. РК} измеряется в [Ом/В] или [кОм/В], R_{вх. уд. РК}=5...20 кОм/В для РК.

U_n – выбранный предел комбинированного прибора РК.

При измерениях в высокоомных цепях входное сопротивление прибора на наименьшем пределе может оказаться недостаточным и методическая погрешность может значительно превысить относительную погрешность, определяемую классом точности прибора. В таких случаях для уменьшения общей погрешности измерения целесообразно использовать шкалу с более высоким пределом, на котором входное сопротивление больше.

Схема измерения напряжения собирается согласно рисунка 3

А SA1 L - Д +

G1 +

U_вх

R3 PV1 R1 РК1

PV2

C C М К

Рисунок 3 – Схема для измерения напряжения

Таблица 4 – Замеры и расчеты

Данные таблицы				Расчеты к выбору предела РК			Выбор	Данные замера напряжения и расчета погрешности				Рез. изм
Uвх, В	R1, кОм	R2, кОм	UPR1, В	Un. РК, В	Rвх.РК, В	(U) %	Un. РК, В	UR1	(U)n %	´(U) %	U. B	U± B
20	360	1,2	18,4	30	300	33,9	60	18	9,5	9,2	2,1	18± 2,1
				60	600	25,3
				150	1500	18,7
20	10	328	0,69	30	15	44,6	30	0,50	16	14	0,1	0,50±0,1
				60	30	36,3
				150	60	30
20	67,7	200	6,5	15	150	32,6	150	4,1	13,8	14,4	0,79	4,1± 0,79
				30	300	28,2
				60	600	41,5
20	200	68,5	16,1	15	150	43	1,5	12	22	21,8	1,24	12± 1,24
				30	300	36
				60	600	29,8
20	360	11,3	20	30	300	4,7	30	16,3	2,2	2,5	0,88	16,3±0,88
				60	600	7,55
				150	1500	15,2

U^P_R1=U_вх×R1/(R1+R2)

U^P_R1=U_д

U^P_R1=20×360/(360+11,3)=22,2В

U^P_R1=20×200/(200+68,5)=17,6 В

U^P_R1=20×67,7/(67,7+200)=6,7В

U^P_R1=20×10/(10+328)=0,71 В

U^P_R1=20×360/(360+1,2)=19,9 В

(U)%=14,5+0,7=15,2 (U)%=5,75+1,8=7,55 (U)%=2,5+2,2=4,7

(U)%=22+7,8=29,8 (U)%=21,5+14,5=36 (U)%=21,8+21,2=43

(U)%=7,7+33,8=41,5 (U)%=13,8+14,4=28,2 (U)%=25,2+7,4=32,6

(U)%=14+16=30 (U)%=11,9+24,4=36,3 (U)%=39,3+5,3=44,6

(U)%=9,2+9,5=18,7 (U)%=6,4+18,9=25,3 (U)%=4,9+29=33,9

Предел U_{n. РК} выбрать по минимальной относительной погрешности (U)%

Расчетное значение напряжения на R1 является действительным.

К_u – класс точности РК по постоянному напряжению.

(U)% – сумма приборной и методической погрешностей, расчет по формулам (1), (2), (3).

3.3.1 Расчет погрешности измерения по формулам

R1 РК

R_{вх. РК}

U_вх

R2

Рисунок 4 – Определение погрешности измерения

Суммарная погрешность равна сумме приборной и методической погрешностей

(U)%=-|(U)%|-|´ (U)%| (1)

Приборная погрешность может быть рассчитана по формуле (2)

(2)

Методическая погрешность для всех соотношений R1 и R2 может быть рассчитана по формуле (3)

(3)

Если R2»R1, то формула (3) упрощается

(4)

3.3.2 Определение методической погрешности по графикам

В практике измерений, в частности при измерении режимов радиоэлектронных схем, имеются случаи, когда отношение R1/R2 принимает самое различное значение. Оно может быть равным или приближаться к единице, а так же значительно отличаться от нее как в большую, так и в меньшую сторону. Соотношение R1/R2 влияет на величину погрешности измерения, что необходимо учитывать при выборе прибора и шкалы (предела измерения) для каждого конкретного случая. По данным различных соотношений R1/R2 и R_вх/R1 построены графики измерения методической погрешности.

δ δ΄

% %

40

15 30

10 20

5 10

1 2 3 4 5 6 R1/R2 10 20 30 R_вх/R1

1 R_вх/R1=5; 2 R_вх/R1=10

3 R_вх/R1=20 4 R_вх/R1=50

Рисунок 5 – Графики зависимости методической погрешности от соотношения сопротивлений

3.4 Выбор предела и измерение напряжения U с точностью δ_д

Действительное напряжение

Измеренное значение напряжения

Отклонение напряжения от действительного

Относительная методическая погрешность

Выбор предела измерений по допустимой погрешности, если приборная погрешность по всей шкале ≤ класса точности

где К_u^* – класс точности

Требуемое входное сопротивление вольтметра

Расчетное значение выбираемого предела измерения вольтметра

Выбор предела из условия U_n.РК≥U^p_n.PK

(5)

Если приборная погрешность зависит от положения стрелки на шкале, то формула (5) усложняется, так как вместо К_u подставляется δ(U) _д. Можно использовать формулу (7)

Таблица 5 – Измерение напряжения с заданной точностью

Данные стенда и РК

Изм

Данные расчетов

Рез. изм.

Кu

δ(U)д

Uвх

R1

R2

Rвх.уд

Un.РК

Rвх.РК

UR1изм

UpR1

δ(U1)

δ(U1)РК

∆UPK

UR1из ±∆UРК

%

%

В

кОм

кОм

кОм/В

В

кОм

В

В

%

%

В

В

1,5

3

20

360

1,2

11

30

300

17

19,9

1,4

2,99

0,5

17±0,5

Условие выбора РК и U_n.РК

(U1)_РК < (U1)_Д

(6)

(7)

U_R1= U_R1из   U_РК

4 Порядок выполнения работы

4.1 Изучить электрическую схему стенда к ПР №2

А SA1 R4 L +

РА1

R3 PV2

С C -

S A2.1 Д

R1.1 R1.2 R1.3 R1.4 R1.5 R1

К

SA2.3 М R2

R2.1 R2.2 R2.3 R2.4 R2.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 RX

RX1 RX2 RX3 RX4 RX5

SA2.2

Н

Рисунок 6 – Принципиальная электрическая схема стенда для практической работы №2

4.2 Измерение сопротивления

Подготовить РК и стенд для измерения сопротивления согласно рисунка 1. Измерить сопротивление резисторов RX1, …, RX5 стенда. Определить относительную погрешность каждого измерения. Все замеры и расчетные данные занести в таблицу 2.