Вимірювання напруги та сили постійного струму аналоговими і цифровими приладами

Лабораторна робота №1

ВИМІРЮВАННЯ НАПРУГИ ТА СИЛИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ АНАЛОГОВИМИ І ЦИФРОВИМИ ПРИЛАДАМИ

Мета роботи – набути практичних навиків вимірювання напруги та сили постійного струму аналоговими і цифровими приладами та у методиці опрацювання результатів експерименту з поданням результату вимірювання.

 

1. ПЛАН РОБОТИ

 

1.1. Підготовка до вимірювального експерименту.

• Опрацювати теоретичний матеріал:

Вивчити основні характеристики аналогових та цифрових вольтметрів та амперметрів: діапазон вимірювання, клас точності, споживання, а також методику оцінювання похибок результатів вимірювання.

• Розв¢язати задачу:

1) Для еквівалентної схеми споживача (рис. 1.1) з параметрами R_e1, R_e2, яка живиться від регульованого джерела живлення (РДЖ) з вихідною напругою U (наближені значення R_e1, R_e2 та U подані в таблиці завдань), розрахуйте орієнтовні значення напруги U_x та струму I_x, які потрібно виміряти.

2) Відповідно до орієнтовних значень I_x та U_x виберіть границі вимірювань I_к та U_к наявних на робочому місці аналогових амперметра і вольтметра. Аналогічно виберіть контрольний вольтметр V_к, за показом якого встановлюється напруга живлення U.

3) Відповідно до орієнтовного значення U_x виберіть границю вимірювання U_к1ц наявного цифрового вольтметра.

4) Відповідно до орієнтовного значення I_x виберіть опір резистора R_N та границю вимірювання U_к2ц цього ж цифрового вольтметра для непрямого вимірювання струму I_x за спадом напруги на резисторі R_N. Методична похибка δ_М внаслідок ввімкнення резистора R_N послідовно в коло не повинна перевищувати заданого значення δ_{М,ДОП .}.

1.2. Проведення вимірювального експерименту.

•Скласти електричне коло за схемою, зображеною на рис. 1.2, і провести всі необхідні вимірювання:

1) Встановіть напругу живлення U за показом контрольного вольтметра V_к.

2) Виконайте по два вимірювання:

- напруги U_x аналоговим вольтметром;

- напруги U_x цифровим вольтметром;

- струму I_x аналоговим амперметром;

- струму I_x за спадом напруги U_Rn, який вимірюється цифровим вольтметром на відомому опорі R_N.

Перший раз вимірюйте при заданій напрузі живлення U, а другий раз – при напрузі в 2-4 рази меншій, не змінюючи границі вимірювань приладів.

• Результати експериментів запишіть у таблиці 1.1. – 1.4.

• Записати метрологічні (технічні) характеристики використаних засобів вимірювальної техніки (ЗВТ) в табл. 1.5.

1.3. Опрацювання результатів експерименту

1) Обчисліть граничні значення похибок кожного вимірювання напруги та сили струму.

2) Запишіть результати вимірювань напруги та сили струму у стандартизованій формі у таблиці 1.1. – 1.4.

1.4. Оформити і захистити звіт.

Рисунок 1.1. Еквівалентна схема споживача.

Рисунок 1.2. Схема вимірювання сили струму та напруги.

 

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Методична похибка вимірювання струму

Методична похибка виникає і у випадку вимірювання струму. До ввімкнення амперметра в коло (рис. 1.4а) струм дорівнює:

. (1.15)

Після ввімкнення амперметра з опором R_A (рис. 1.4б) струм в його колі:

. (1.16)

а	б

Рисунок 1.4. До методичної похибки вимірювання струму.

 

Приклад 1.4.Наприклад, при U = 18 В, R1 = R2 = 20 Ом і RA = 5 Ом за (1.15) обчислюємо струм до ввімкнення амперметра: , і за (1.16) знаходимо струм після ввімкнення амперметра: . Методична абсолютна похибка вимірювання струму в цьому випадку: . Відносна методична похибка: .

У загальному випадку, абсолютна методична похибка зумовлена збільшенням опору кола внаслідок ввімкнення амперметра і на основі (1.15) та (1.16) описується виразом:

, (1.17)

а відносна:

. (1.18)

Під час вимірювання слід кількісно оцінити методичні похибки, щоб переконатися, що результати вимірювань не є ними спотворені.

За відомих допустимої методичної похибки δ_Мдоп та еквівалентного опору кола R_екв можна оцінити максимально допустимий опір, який вмикається послідовно в коло, або мінімально допустимий опір, який вмикається паралельно.

ПРАКТИЧНІ ВКАЗІВКИ

Практичні вказівки до опрацювання результатів

Вимірювальних експериментів

Практичні вказівки до оцінювання похибок вимірювання

Цифровим вольтметром

Границі відносної та абсолютної похибок оцінюють за формулами (1.9) і (1.10), підставляючи коефіцієнти класу точності, границю вимірювань та показ цифрового вольтметра. Правила заокруглення похибок і запис результату здійснюють за п. 3.3.2.

ЗМІСТ ЗВІТУ

1. Мета роботи.

2. Завдання.

3. Розв’язок задачі.

4. Схеми експериментів.

5. Заповнені таблиці з підписом викладача.

6. Формули, за якими визначалися всі величини таблиці (в загальному вигляді та з підставленими числовими значеннями, але без проміжних).

7. Технічні (метрологічні) характеристики використаних засобів вимірювальної техніки.

8. Висновок.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Як вибрати границю вимірювання приладу?

2. Чим кількісно характеризується точність вимірювань?

3. Що таке абсолютна похибка вимірювання?

4. Що таке відносна похибка вимірювання?

5. Як визначають сталу шкали приладу?

6. Як визначають показ для багатограничних приладів?

7. Для якого з амперметрів з опором R_А1 = 1 Ом і R_А2 = 1.5 Ом методична похибка вимірювання струму менша?

8. Як визначають границі відносної та абсолютної похибок вимірювань за класом точності, показом, та границею вимірювання приладу?

9. Як заокруглюють числові значення похибок вимірювань?

10. Як записують результат вимірювання?

11. Запишіть вираз відносної похибки непрямого вимірювання струму.

ЛІТЕРАТУРА

1. Основи метрології та вимірювальної техніки: Підручник: У 2 т./ М. Дорожовець, В. Мотало, Б. Стадник, В. Василюк, Р. Борек, А. Ковальчик; За ред. Б. Стадника. – Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2005. – Т. 2. Вимірювальна техніка. – 656 с.

2. Метрологія та вимірювальна техніка: Підручник. Є.С. Поліщук, М.М. Дорожовець, В.О. Яцук та ін. /За ред. Є.С. Поліщука. Львів: Бескид Біт.– 2003.– 544 с.

3. Опрацювання результатів вимірювань: Навч. посібник/ Дорожовець М.М.– Львів: Вид. Національного університету "Львівська політехніка", 2007.– 624 с.

Таблиця 1.1

Вимірювання струму аналоговим амперметром

№ п/п	Орієнтовне значення струму, Іх	Відлік амперметра, NA	Стала шкали, CA	Показ амперметра, IA	Гранична відносна похибка, δI,гр	Гранична абсолютна похибка, ΔІгр	Результат вимірювання, І	Методична похибка, ΔІм
	А (мА)		А (мА)	А (мА)	%	А (мА)	А (мА)	%

 

Таблиця 1.2

Вимірювання напруги аналоговим вольтметром

№ п/п	Орієнтовне значення напруги, Ux	Відлік вольтметра, NV	Стала шкали, CV	Показ вольтметра, UВ	Гранична відносна похибка, δU,гр	Гранична абсолютна похибка, ΔUгр	Результат вимірювання, U	Методична похибка, ΔUм
	В (мВ)		В (мВ)	В (мВ)	%	В (мВ)	В (мВ)	%

 

Таблиця 1.3

Вимірювання напруги цифровим вольтметром

№ п/п	Орієнтовне значення напруги, Ux	Показ цифрового вольтметра, UЦВ	Гранична відносна похибка, δUцв,гр	Гранична абсолютна похибка, ΔUЦВ,гр	Результат вимірювання, UЦВ	Методична похибка, ΔUЦВ,м
	В (мВ)	В (мВ)	%	В (мВ)	В (мВ)	%

Таблиця 1.4

Непряме (опосередковане) вимірювання струму за спадом напруги на резисторі

№ п/п	Орієнтовне значення струму, Іх	Номінальне значення опору RN	Допустима відносна похибка опору, δRN,доп	Показ цифрового вольтметра, URN,ЦВ	Гранична відносна похибка вимірювання напруги, δURN,цв,гр	Гранична відносна похибка вимірювання струму, δIRN,гр	Гранична абсолютна похибка вимірювання струму, ΔІRN,гр	Результат вимірювання, ІRN
	А (мА)	Ом	%	В (мВ)	%	%	А (мА)	А (мА)

 

Таблиця 1.5

Технічні (метрологічні) характеристики засобів вимірювальної техніки

№ п/п	Назва	Тип (система)	Межа вимірювання	Клас точності	Заводський номер	Рік виготовлення	Вхідний опір

 

Лабораторна робота №1

ВИМІРЮВАННЯ НАПРУГИ ТА СИЛИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ АНАЛОГОВИМИ І ЦИФРОВИМИ ПРИЛАДАМИ

Мета роботи – набути практичних навиків вимірювання напруги та сили постійного струму аналоговими і цифровими приладами та у методиці опрацювання результатів експерименту з поданням результату вимірювання.

 

1. ПЛАН РОБОТИ

 

1.1. Підготовка до вимірювального експерименту.

• Опрацювати теоретичний матеріал:

Вивчити основні характеристики аналогових та цифрових вольтметрів та амперметрів: діапазон вимірювання, клас точності, споживання, а також методику оцінювання похибок результатів вимірювання.

• Розв¢язати задачу:

1) Для еквівалентної схеми споживача (рис. 1.1) з параметрами R_e1, R_e2, яка живиться від регульованого джерела живлення (РДЖ) з вихідною напругою U (наближені значення R_e1, R_e2 та U подані в таблиці завдань), розрахуйте орієнтовні значення напруги U_x та струму I_x, які потрібно виміряти.

2) Відповідно до орієнтовних значень I_x та U_x виберіть границі вимірювань I_к та U_к наявних на робочому місці аналогових амперметра і вольтметра. Аналогічно виберіть контрольний вольтметр V_к, за показом якого встановлюється напруга живлення U.

3) Відповідно до орієнтовного значення U_x виберіть границю вимірювання U_к1ц наявного цифрового вольтметра.

4) Відповідно до орієнтовного значення I_x виберіть опір резистора R_N та границю вимірювання U_к2ц цього ж цифрового вольтметра для непрямого вимірювання струму I_x за спадом напруги на резисторі R_N. Методична похибка δ_М внаслідок ввімкнення резистора R_N послідовно в коло не повинна перевищувати заданого значення δ_{М,ДОП .}.

1.2. Проведення вимірювального експерименту.

•Скласти електричне коло за схемою, зображеною на рис. 1.2, і провести всі необхідні вимірювання:

1) Встановіть напругу живлення U за показом контрольного вольтметра V_к.

2) Виконайте по два вимірювання:

- напруги U_x аналоговим вольтметром;

- напруги U_x цифровим вольтметром;

- струму I_x аналоговим амперметром;

- струму I_x за спадом напруги U_Rn, який вимірюється цифровим вольтметром на відомому опорі R_N.

Перший раз вимірюйте при заданій напрузі живлення U, а другий раз – при напрузі в 2-4 рази меншій, не змінюючи границі вимірювань приладів.

• Результати експериментів запишіть у таблиці 1.1. – 1.4.

• Записати метрологічні (технічні) характеристики використаних засобів вимірювальної техніки (ЗВТ) в табл. 1.5.

1.3. Опрацювання результатів експерименту

1) Обчисліть граничні значення похибок кожного вимірювання напруги та сили струму.

2) Запишіть результати вимірювань напруги та сили струму у стандартизованій формі у таблиці 1.1. – 1.4.

1.4. Оформити і захистити звіт.

Рисунок 1.1. Еквівалентна схема споживача.

Рисунок 1.2. Схема вимірювання сили струму та напруги.