Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет автоматики и вычислительной техники

Кафедра ЭВМ

Расчетно-графическая работа №1

по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

Погрешности измерений и средств измерений. Разработка комбинированного измерительного прибора ампервольтомметра (AVW). Цифровые измерительные приборы.

Вариант 9

Выполнил:

студент группы ВМ-22

Каишаури А.Н.

Проверил: Епифанов С.Н.

Киров 2002

Задача 1

С помощью моста постоянного тока произведено 20 равноточных измерений сопротивления резистора. Полагая, что в приведенном ряду отсутствуют систематические погрешности, а случайные погрешности распределены по нормальному закону, определить:

Дано:
Ri, Ом	ai, Ом	ai^2
492	-11	121
505	2	4
496	-7	49
498	-5	25
500	-3	9
566	63	3969
500	-3	9
502	-1	1
503	0	0
504	1	1
495	-8	64
500	-3	9
497	-6	36
498	-5	25
502	-1	1
503	0	0
499	-4	16
499	-4	16
500	-3	9
501	-2	4

1.1. Среднее арифметическое значение R_ср (математическое ожидание, результат измерения).

R_СР = = 503,0 (Ом).

1.2 Среднеквадратическое отклонение б результата отдельного измерения в данном ряду.

б = = 15,2.

1.3. Пользуясь правилом «трех б», было определено, что 6-е измерение является промахом. После его исключения расчет производится заново с первого пункта.

Ri, Ом	ai, Ом	ai^2
492	-7,7	59,0
505	5,3	28,3
496	-3,7	13,6
498	-1,7	2,8
500	0,3	0,1
500	0,3	0,1
502	2,3	5,4
503	3,3	11,0
504	4,3	18,6
495	-4,7	21,9
500	0,3	0,1
497	-2,7	7,2
498	-1,7	2,8
502	2,3	5,4
503	3,3	11,0
499	-0,7	0,5
499	-0,7	0,5
500	0,3	0,1
501	1,3	1,7

1.1. Среднее арифметическое значение R_ср (математическое ожидание, результат измерения).

R_СР = = 499,7 (Ом).

1.2. Среднеквадратическое отклонение б результата отдельного измерения в данном ряду.

б = = 3,2.

1.3. Пользуясь правилом «трех б», было определено, что промахов нет.

1.4 Среднеквадратическое отклонение S среднего арифметического.

S = = 0,7.

1.5. Доверительный интервал ±--DR при заданной доверительной вероятности р: ±--DR = 2,2 (Ом).

1.6. R=R_СР ± DR = 499,7 ± 2,2 (Ом).

1.7. Построить гистограмму распределения остаточных (случайных) погрешностей, взяв ширину интервалов D'=0,5б, где б - среднеквадратическое отклонение, определенное в п.1.2.

-2 -3/2 - -/2 0 /2 3/2 2 5/2

1.8. Составить алгоритм (схему) обработки результатов измерения.



Задача 2

К зажимам с двумя последовательно соединенными сопротивлениями R1 и R2 (рис. 1) приложено напряжение U. Для измерения напряжения на сопротивлении R1 подключен вольтметр магнитоэлектрической системы класса точности К_V с пределом измерения U_Н и током полного отклонения I_Н.

Дано:R₁=1 кОм

R₂=3 кОм

U=120 В

U_н=50 В

К=0.5

I_н=10 мА

Тип ЦВ: Ф283

1. Определить относительную методическую погрешность ?измерения напряжения, обусловленную включением вольтметра, и указать, каким образом можно уменьшить эту погрешность.

Действительное значение напряжения :

Сопротивление вольтметра :

кОм

Измеренное значение напряжения :

 В , где

Ом

Относительная методическая погрешность ?измерения напряжения:

Погрешность измерения можно уменьшить, взяв вольтметр с большим внутренним сопротивлением.

2. Определить наибольшую допустимую погрешность измерения ?? обусловленную основной погрешностью вольтметра.

3. Записать результат измерения.

4. Напряжение на измеряется цифровым вольтметром ЦВ. Определить относительную методическую погрешность _?, обусловленную включением ЦВ и сравнить с данными п.1 Данные ЦВ взять из справочника.

В

Относительная методическая погрешность _?, обусловленная включением ЦВ:



Погрешность измерения в данном случае гораздо меньше, чем в п.1., т.к. сопротивление ЦВ гораздо больше.

5. Определить предел допустимой основной относительной погрешности измерения (в процентах) для выбранного поддиапазона ЦВ.

6. Построить графики зависимости мультипликативной и аддитивной составляющих абсолютной погрешности ЦВ при изменении напряжения от 0 до Uк, где Uк -- предел измерения цифрового вольтметра, выбранный в п.5.

Аддитивная погрешность: В

Мультипликативная погрешность:

ампервольтомметр измерительный прибор погрешность

Задача 3

С помощью амперметра и вольтметра измерены прямое и обратное сопротивления диода в номинальном режиме. Определить методические и инструментальные погрешности измерения Rпр и Rобр. Номинальные значения токов (Iпр, Iобр) и напряжений (Uпр, Uобр) являются одновременно показаниями приборов: амперметров (А1, А2) и вольтметров (V1,V2).

Дано: Iпр = 1А

Uпр = 1В

Iобр = 0.05мА

Uобр = 100В

Тип диода КД212В

1. Рассчитать измеренное значение прямого сопротивления диода.

2. Составить соответствующую схему для измерения Rпр. Схема должна состоять из источника постоянного тока (произвольного) с указанием полярности; амперметра А1, вольтметра V1 и диода.

Схема 1.

3. Подобрать по справочнику измерительные приборы А1 и V1. Для каждого прибора указать: тип, систему, предел измерения, класс точности, сопротивление.

Амперметр М4233 щитовой однопредельный

Предел измерения I_н = 2 А.

Напряжение полного отклонения U_по=35 мВ

Класс точности К_A = 2.5

Милливольтметр М42104 щитовой малогабаритный однопредельный.

Класс точности К_V = 1.5

Предел измерения U_н = 1000 мВ.

Ток полного отклонения I_V = 3 мА.

4. Определить относительную методическую погрешность измерения Rпр. Для сравнения определить для неправильного включения приборов.

5. Определить относительную инструментальную погрешность, обусловленную классами точности амперметра К_А1 и вольтметра К_V1.

6. Рассчитать измеренное значение обратного сопротивления диода.



7. Составить соответствующую схему для измерения Rобр и обосновать включение А2 и V2.

Схема 2.

8. Подобрать по справочнику А2 и V2

Миллиамперметр М2003 щитовой однопредельный.

Предел измерения I_н = 50 мкА.

Класс точности К_A = 2.5

Вольтметр М4200 щитовой малогабаритный однопредельный.

Класс точности К_V = 1.5

Предел измерения U_н = 150 В.

Ток полного отклонения I_V = 1.1 мА.

9. Определить относительную методическую погрешность измерения Rобр. Для сравнения определить для неправильного включения приборов.

10. Определить относительную инструментальную погрешность, обусловленную классами точности приборов К_А2 и К_V2

11. Объяснить достоинства косвенного измерения прямого и обратного сопротивления диода с помощью амперметра и вольтметра.

В электромонтажной практике для измерения прямого и обратного сопротивлений полупроводникового диода применяются электромеханические омметры. Прямое и обратное сопротивления диода должны быть измерены при номинальном прямом токе и номинальном обратном напряжении. Такой режим можно осуществить при измерении с помощью амперметра и вольтметра. Для измерения прямого (малого) сопротивления диода применяется схема 1, для измерения обратного (большого) сопротивления применяется схема 2.

Задача 4

Исходный прибор (тип М2003) с пределом измерения I_H используется для получения комбинированного прибора ампервольтомметра с пределами измерения по току I_X и по напряжению -U_X и ~U_X. Напряжение батареи питания омметра U_Б. Схема ампервольтомметра приведена на рис.2

Rу W

SA1

~V

U_Б -V

Rогр Rд₂ Rд₁ A

ИП

Rш

Rx1

SA2

Rx2

*

Rx2 Rx1 ~Ux -Ux Ix

Рис. 2. Схема ампервольтомметра

Дано: I_H=1000 мкА

I_X=10 А

-U_X=1000 В

~U_X=1000 В

U_Б=5В?±2_%.--



ИП - М2003

1. Рассчитать сопротивление шунта R_Ш амперметра (переключатель SA1 -- в положении А) с пределом измерения I_Х.

2. Рассчитать сопротивление добавочного резистора R_д1 вольтметра (переключатель SA1 - в положении -V) с пределом измерения -Uх.

Рассчитать сопротивление добавочного резистора R_д2 вольтметра (переключатель SA1 - в положении ~V) с пределом измерения ~Uх.

3. Определить значение максимальной абсолютной погрешности измерения тока ±--DI_х , напряжения ±--DU_Х1 и ±----DU_Х2, исходя из класса точности исходного прибора. (Класс точности шунта и добавочных резисторов не учитывать).

4. Определить собственное потребление мощности амперметром и вольтметрами.

5. Рассчитать ограничивающее сопротивление R_огр и сопротивление R_У установки нуля в схеме омметра с последовательным включением R_Х (переключатель SA1 -- в положении W, а SA2 -- R_Х1). Показать, что для омметра с параллельным включением R_Х R_огр и R_у будут иметь те же значения.

При данных и и закороченном будет произведена установка омметра на “0” (омметр с последовательным включением имеет обратную шкалу). В схеме с параллельным включением значения и будут такими же, так как установка будет произведена на “Ґ” при отключенном .

6. Начертить циферблат разработанного ампервольтомметра. Размеры циферблата должны соответствовать размерам исходного прибора, указанным в справочнике. На циферблате привести шесть проградуированных (произвольно, но в соответствии с пределами измерений I_Н, I_Х, U_Х1, U_Х2) шкал: исходного микроамперметра, амперметра с пределом I_Х, вольтметров с пределами -U_Х и ~U_Х и омметров с последовательным и параллельным включением R_Х. На шкале омметров привести не менее пяти значащих отметок (кроме 0 и Ґ).

Градуирование шкалы амперметра:

	, А	, мкА
	1	99.99
	3	299.97
	5	499.95
	7	699.93
	9	899.91

Градуирование шкалы вольтметра с пределом измерения по напряжению -U_X:

	, В	, мкА
	100	100
	300	300
	500	500
	700	700
	900	900

Градуирование шкалы вольтметра с пределом измерения по напряжению ~U_X:

	, В	, мкА
	100	100
	300	300
	500	500
	700	700
	900	900

Градуирование шкалы омметра с последовательным включением R_Х:

	, кОм	, мкА
	44	100
	11	291.9
	4	500
	1	714
	0.1	819.6

Градуирование шкалы омметра с параллельным включением R_Х:

	, кОм	, мкА
	0.2	104.6
	0.8	303.9
	2	491.2
	7	694.9
	45	808.8

Циферблат разработанного ампервольтомметра:

7. Определить величину температурной погрешности d_t (в %) амперметра (SA - в положении А) при изменении тока I_Х, если температура окружающей среды изменилась от 20°C до t°C. Примечание: а) шунт выполнен из манганина; б) обмотка рамки - из медного провода; в) дополнительную температурную погрешность исходного прибора не учитывать.

Воспользоваться формулой: ,

где I_н.д. - действительное значение (I_н. , мкА) ток;

I_н.и. - измеренное значение тока. Оно отличается от действительного, т.к. при температуре t°C сопротивление R₀ рамки ИП изменится:

где a=4,26*10^-3, град^-1 - температурный коэффициент сопротивления меди.

Сопротивление шунта, выполненного из манганина, не изменится. Произойдет изменение токов в параллельных ветвях при I_Х=const.

Задача 5

В настоящее время вольтметры переменного тока выполняются как с непосредственным сравнением измеренного напряжения с известным, так и с промежуточным преобразованием переменного напряжения в напряжение постоянного тока.

Вольтметры со сравнением переменного напряжения U_x с известным напряжением постоянного тока U_k дают показания амплитуды значений U_x. В этих приборах напряжение U_k изменяется в соответствии с выбранным кодом до тех пор, пока оно не станет равным амплитудному значению U_x. Этот процесс может длиться несколько периодов.

В настоящее время наибольшее применение получили вольтметры с промежуточным преобразованием напряжения переменного тока в постоянное напряжение, измеряемое цифровым вольтметром постоянного тока. В этих вольтметрах измеряемое напряжение преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное либо среднему, либо амплитудному, либо действующему значению в зависимости от типа преобразователя. Основные характеристики таких вольтметров практически определяются свойствами преобразователей. Известны преобразователи с погрешностью ?±0.01%, а также преобразователи с верхним частотным диапазоном 30 МГц, но с большей погрешностью.

Для измерения амплитуды периодических импульсов применяют вольтметры, в которых сравнивается амплитуда импульсов с постоянным известным напряжением. Применяются также вольтметры с предварительным преобразованием амплитуды импульсов в напряжение постоянного тока с помощью «пиковых» детекторов.

В качестве примера укажем цифровой вольтметр переменного тока типа Ф220 с верхними пределами 1-10-100-500-1000 В класса точности 1/0.5. прибор имеет преобразователь переменного тока в постоянный. Имеется выход двоично-десятичного кода.

Размещено на Allbest.ru