A voltmérő maximális abszolút hibája. Abszolút és relatív mérési hibák meghatározása elektromos mérőműszerekkel

SZÖVETSÉGI OKTATÁSI ÜGYNÖKSÉG

ÁLLAMI OKTATÁSI INTÉZMÉNY

SZAKMAI FELSŐOKTATÁS

"IZSEVSK ÁLLAMI MŰSZAKI EGYETEM"

TOVÁBBI SZAKOKTATÁSI INTÉZET

MÓDSZERTANI UTASÍTÁSOK

LABORATÓRIUMI MUNKÁK VÉGZÉSÉRE

„Digitális voltmérő hibájának meghatározása közvetlen méréssel”

A "METROLÓGIA, SZABVÁNYOSÍTÁS ÉS MŰSZAKI MÉRÉSEK" FEGYELME.

a 210201 „Rádióelektronikai berendezések tervezése és technológiája” szakon tanuló hallgatók számára

Izsevszk 2006

MÓDSZERTANI UTASÍTÁSOK

laboratóriumi munkák elvégzésére

„Digitális voltmérő hibájának meghatározása közvetlen méréssel”

a "Méréstan, szabványosítás és műszaki mérések" tudományágban

a 210201 „Rádióelektronikai berendezések tervezése és technológiája” szakon tanuló hallgatók számára

Összeállította: Yu.M. Pepyakin, O.V

Adat iránymutatásokat a Műszermérnöki Kar hallgatóinak szólnak a „Digitális voltmérő hibájának meghatározása közvetlen méréssel” laboratóriumi munka elvégzése során a „Méréstan, szabványosítás és műszaki mérések” szakterületen.

A laboratóriumi munkára való felkészüléshez tesztkérdéseket biztosítunk.

1. A munka célja

Készségek elsajátítása a metrológiai munka szervezésében és lebonyolításában a digitális voltmérő hibájának meghatározásának (monitorozásának) példáján a közvetlen mérések módszerével.

2. Felkészülés a munkára(házi feladat)

Tanulmányozza a munkához kapcsolódó elméleti anyagot a szakirodalomból.

Készítsen válaszokat a felmerülő kérdésekre.

Adj definíciókat:

abszolút, relatív és redukált hibák,

a hiba szisztematikus és véletlenszerű összetevői,

a véletlen hiba megbízhatósági valószínűsége és konfidencia intervalluma,

fő és további hibák,

additív és multiplikatív hibák.

3 Rövid elméleti információ:

Mérési módszerek:

A mérések során különféle módszereket használnak (GOST 16263-70), amelyek egy sor technikát tartalmaznak a különféle felhasználásra. fizikai elvekés alapok. A közvetlen méréseknél a fizikai mennyiség értékeit a kísérleti adatokból találjuk meg.

Mérési hibák.Alapfogalmak és definíciók.

A mérések során kapott értékek elemzésekor két fogalmat kell megkülönböztetni: a fizikai mennyiségek valódi értékeit és azok kísérleti megnyilvánulásait - a mérési eredményeket.

A fizikai mennyiségek valódi értékei olyan értékek, amelyek ideálisan tükrözik egy adott objektum tulajdonságait, mind mennyiségileg, mind minőségileg. Nem függenek tudásunk eszközeitől, és az abszolút igazság.

A mérési eredmények hozzávetőleges becslések a méréssel talált mennyiségek értékére, nem csak ezektől függenek, hanem a mérési módszertől, a mérések technikai eszközétől és a hordozó megfigyelő észlelésétől is; ki a méréseket.

Az X" mérési eredmények és a mért mennyiség valódi A értéke közötti különbséget abszolút mérési hibának nevezzük.

De mivel a mért mennyiség valódi A értéke ismeretlen, a mérési hibák sem ismertek, ezért ahhoz, hogy legalább közelítő információt kapjunk róluk, az (1) képletben az ún. valós értéket kell helyettesíteni. az igazi értékről.

Egy fizikai mennyiség tényleges értéke a kísérletileg megállapított érték, amely olyan közel van a valódi értékhez, hogy adott célra felhasználható helyette.

Az ellenkező előjellel vett abszolút hibát a mérőeszköz korrekciójának nevezzük.

Relatív mérési hiba: - az abszolút hiba és a valós érték aránya. Általában %-ban határozzák meg.

A voltmérő abszolút hibáját a következő képlet határozza meg:

, (3)

Ahol

- voltmérő leolvasások, V;

- műszerleolvasások a voltmérők ellenőrzéséhez ill digitális eszköz mérési információk ellenőrzése és feldolgozása (TSUOII), V;

A voltmérő relatív hibáját a következő képlet határozza meg:

, (4)

Az elektromos mérőműszerekkel végzett mérések, mint minden más mérés, bizonyos hibákkal készülnek. Mint ismeretes, a mérési hibát az abszolút hiba jellemzi.

Az abszolút hiba a mért mennyiség mért és tényleges értéke közötti különbség abszolút értékével egyenlő érték:

(14)

A mérési pontosságot általában nem abszolút, hanem relatív hibával értékelik – az abszolút hiba százalékában kifejezve. jelenlegi érték mért mennyiség:

(16)

És mivel a és az értékek közötti különbség általában viszonylag kicsi, ezt feltételezhetjük

(17)

Az elektromos mérőműszerek pontosságának értékeléséhez a csökkentett hibát használjuk, amelyet a következő kifejezés határozza meg:

(18)

Itt látható a készülék névleges skálaértéke, vagyis a készülék kiválasztott mérési határán a maximális skálaérték. Az adott hiba határozza meg a készülék pontossági osztályát.

A készülék pontossági osztályát jelző számok a legnagyobb megengedett csökkentett hibát jelzik százalékban
, azaz normál működés közben az adott hiba maximális értéke nem haladhatja meg a pontossági osztályt.

Például, ha egy ampermérőnek van mérési határa , és a maximum abszolút hiba a készüléknek kell lennie , akkor a megadott hiba egyenlő lesz:

Mivel a pontossági osztály egyenlő a legnagyobb megengedett csökkentett hibával, egy ilyen eszköz pontossági osztálya 1, amely az eszköz elülső oldalán van feltüntetve. Ez a hiba csak magának a készüléknek a pontosságát jellemzi, a mérés pontosságát nem.

Tekintsünk egy példát a mérési hiba kiszámítására az eszköz pontossági osztálya szerint. Definíció szerint az áramerősség mérésénél megtalálhatjuk a relatív hibát

(19)

Ebből következik, hogy az áramerősség mérésének abszolút hibája:

(20)

Ekkor megkapjuk a relatív hiba következő értékét:

(21)

Itt van a pontossági osztály, az abszolút mérési hiba adott határértéknél, a maximális áramérték, a mért áramérték, a relatív mérési hiba.

A (21) képletet bármely más mérésre általánosítva felírhatjuk az eszköz pontossági osztálya és a készülék legnagyobb abszolút hibája közötti összefüggést:

(22)

Például, ha egy voltmérő mérési határértékkel pontossági osztály az első esetben 25 V-ot, a második esetben 60 V-ot mutat, akkor az abszolút hiba bármely mérésnél vagy a skála bármely pontjában egyenlő lesz:

A különböző mérési eredmények relatív hibái azonban eltérőek lesznek:

Így az elektromos mérőműszerek mérési hibáinak meghatározásához kezdetben a (22) képlet alapján a pontossági osztály alapján határozzuk meg az abszolút hibát, majd a kapott abszolút hiba és a mérési eredmény alapján számítjuk ki a relatív hibát.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy minden eszköznek, még a legjobbnak is, van némi mérési hibája. A pontosság mértéke szerint az eszközök 8 osztályba sorolhatók: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4, és a legpontosabb eszköz osztálya 0,05. Minél közelebb van a mért érték a készülék névleges értékéhez, annál kisebb a hiba. Ezért célszerű olyan műszereket használni, amelyekben a mérés során a nyíl a skála második felében lesz.

Munkarend

A munka kísérleti része a következő feladatok elvégzéséből áll:

1. Határozza meg kísérletileg a határoló ellenállás értékét az áram és feszültség megadott értékei alapján;

2. Határozza meg az elektromos mérőműszerek jellemzőit és értékelje az áram, feszültség és ellenállás közvetlen mérésének hibáit;

3. Keresse meg az ellenállásértékeket és számítsa ki a hibákat az eszközök ellenállásának mérésében;

4. Elemezze a mérési hibákat és írja le a mérési elrendezés elemeit.

A feladatok elvégzéséhez a következő lépéseket kell végrehajtania:

1. Állítsa össze a mérőberendezést a 11. ábra szerint.

Kr.e.-24

Itt a BC egy 24-es egyenirányító, V egy voltmérő, A egy ampermérő, R egy változó ellenállás (ellenállástároló vagy reosztát)

2. Állítsa az egyenirányító feszültségszabályozóját a bal szélső helyzetbe, állítsa be a maximális ellenállást a változó ellenálláson, válassza ki az ampermérőn és a voltmérőn a skálát a mért érték maximális értékével;

3. Miután egy tanár vagy laboráns ellenőrizte az áramkört, szerezze be a tanártól a feszültség- és áramértékeket;

4. Csatlakoztassa az egyenirányítót a hálózathoz, kapcsolja be az „ON” billenőkapcsolót, és állítsa az egyenirányító feszültségszabályozóját a megadott feszültségre. A voltmérőn válassza ki a megadott feszültségnek megfelelő skálát;

5. Fokozatosan csökkentve az ellenállástár ellenállását, állítsa be a tanár által megadott áramértéket, ennek az áramértéknek megfelelően kapcsolva az ampermérő skálát;

6. Mérje meg a beépített ellenállás értékét. Határozza meg az ellenállásmérés hibáját. Az R – 33 ellenállástároló relatív hibáját a következő képlettel számítjuk ki:

(23)

Itt látható az ellenállástároló évtizedeinek száma, és a beépített ellenállás értéke ohmban.

7. Helyezze el a műszerek jellemzőit, a mérések és számítások eredményeit a 4., 5., 6. táblázatokba!

4. táblázat

Feszültségmérés

Itt van a mért feszültség nagysága; - névleges feszültségérték (a használt feszültségtartományban mért feszültség felső határa); - teljes szám voltmérő skálaosztások; - osztási ár a kiválasztott feszültségmérési tartományra; - a voltmérő érzékenysége a kiválasztott mérési tartományhoz; csökkentett hiba (készülék pontossági osztálya); - a feszültségmérés abszolút hibája; - a feszültségmérés relatív hibája.

5. táblázat

Árammérés

Itt van a mért áram nagysága;

Névleges áramérték (a használt tartományban mért áram felső határa); - az ampermérő skála osztásainak teljes száma; - osztási ár a kiválasztott árammérési tartományra; - az ampermérő érzékenysége a kiválasztott mérési tartományhoz; - csökkentett hiba (a készülék pontossági osztálya); - az árammérés abszolút hibája; - relatív hiba az árammérésben.

6. táblázat

Ellenállás mérés

Itt van a mért ellenállás értéke; - csökkentett hiba (az ellenállástároló pontossági osztálya); - abszolút ellenállási hiba; - relatív hiba az ellenállásmérésben, a (23) képlet alapján számítva; - a (26) képlet alapján számított ellenállási érték; - az abszolút ellenállási hiba számított értéke; - a (27) képlet szerint számított relatív hiba számított értéke.

8. Csatlakoztassa le az egyenirányítót a hálózatról, és cserélje ki az ellenállástárat reosztátra, maximális ellenállásra állítva. Állítsa a voltmérőt és az ampermérőt a mért mennyiségek maximális értékére;

9. Miután tanár vagy laboráns ellenőrizte az áramkört, kapcsolja be az egyenirányítót, állítsa be a feszültséget a 4. táblázat szerint, és reosztát segítségével állítsa be a megfelelő áramértéket az 5. táblázat szerint;

(24)

Itt látható az ellenállástárolóból és ampermérőből álló áramköri szakasz ellenállása.

(25)

Itt látható az ampermérő ellenállása a használt feszültségtartományhoz. A (24) és (25) képletből meghatározzuk:

(26)

A korlátozó ellenállás mérésének relatív hibáját a hibaszámítási szabályok szerint határozzák meg közvetett mérések. Ezután az ampermérő ellenállás mérési hibáját figyelmen kívül hagyva kapjuk:

(27)

Itt és a feszültség és árammérés relatív hibái, amelyeket a 4. és 5. táblázat mutat be.

11. Jegyezze fel a munkában használt eszközök műszaki adatait (készülék típusa; áram típusa; mérőrendszer; pontossági osztály; a mért érték névleges (határ)értékei; skálaosztás és érzékenység; skála helyzete; szabályok a készülék elektromos áramkörhöz való csatlakoztatásához).

Biztonsági intézkedések

1. A telepítés csak akkor kapcsolható be, ha azt tanár vagy laboráns ellenőrizte.

2. Működés közben tilos megérinteni a berendezés feszültség alatt álló részeit.

3. A munka befejeztével csökkentse nullára az egyenirányító feszültségét, és válassza le az áramforrásokat az elektromos hálózatról.

4. Tesztkérdések

1. Nevezze meg egy elektromos áramkör fő elemeit!

2. Ismertesse a reosztátok és fluxus akkordok kialakítását és alkalmazását!

3. Milyen eszközökkel szabályozzák a feszültséget és az áramerősséget? Mi ezeknek az eszközöknek a működési elve?

4. Milyen paraméterek szerint osztályozzák az elektromos mérőműszereket?

5. Ismertesse a magnetoelektromos rendszerű eszközök felépítését és működési elvét!

6. Nevezze meg a magnetoelektromos rendszerű eszközök előnyeit és hátrányait!

7. Ismertesse az elektromágneses rendszerkészülékek felépítését és működési elvét!

8. Nevezze meg az elektromágneses rendszerű eszközök előnyeit és hátrányait!

9. Ismertesse az elektrodinamikus rendszerkészülékek felépítését és működési elvét!

10. Nevezze meg az elektrodinamikus rendszerű eszközök előnyeit és hátrányait!

11. Mi szimbólumok az elektromos mérőműszerek elülső oldalán helyezkednek el.

12. Mi a készülék pontossági osztálya?

13. Ismertesse az abszolút hiba és a relatív hiba meghatározását elektromos mérőműszerekkel végzett méréskor!

14. Hogy hívják a skálaosztási árat?

15. Mit nevezünk a készülék érzékenységének?

16. Ismertesse az elektromos berendezésekkel végzett munka szabályait!

17. Magyarázza el, hogyan csatlakozik az ampermérő és a voltmérő egy elektromos áramkörben!

18. Hogyan működik az ellenállástároló?

19. Hogyan határozható meg az ellenállástáron kiválasztott ellenállás hibája?

20. Hogyan határozható meg a közvetett mérések hibája?

Laboratóriumi munka №2

Téma 1. Fizikai mennyiségek mértékegységei. SI rendszer.

1. feladat.

Az autó sebessége az autópálya egy egyenes szakaszán 169 km/h volt. Átalakítás SI egységekre.

Megoldás:

169 km/h=169000m/h=169000m/3600s=46,94 m/s,

Válasz: az autó sebessége 46,94 m/s volt.

2. feladat.

Számos európai országban a hőmérsékletet a Fahrenheit-skála szerint mérik. Ha Párizsban 68ºF, Zaporozsjében pedig 21,5ºC, akkor hol melegebb?

Megoldás:

tºF=9/5tºC+3221,5 9/5+32=21,5 1,8+32=70,7ºF,

Válasz: a Fahrenheit-skála szerint Zaporozhye hőmérséklete 70,7 ºF, ami 2,7 ºF-al magasabb, mint Párizsban, ezért Zaporozsjében melegebb.

3. feladat.

Határozzuk meg SI egységekben az átlagos sebességet ( v)objektum, ha t=310m/s idő alatt S=15cm távolságot tesz meg.

Megoldás:

t = 310 m/s = 0,31 s; S = 15 cm = 0,15 m; v =S/t=0,15/0,31=0,4838 m/s

Válasz: Az objektum átlagos sebessége v=0,4838m/s.

2. témakör Hibaszámítás és mérési eredmények kerekítése. A szisztematikus hiba nagyságának becslése (javítások bevezetése)

1. feladat.

Határozza meg a voltmérő relatív és csökkentett hibáit, ha mérési tartománya -12V és +12V között van. Az ellenőrzött skálajel értéke x=7V. A mért mennyiség tényleges értéke Y = 7,978

Megoldás:

A voltmérő relatív hibája

Csökkentett voltmérő hiba

Ahol x N– normalizáló érték (felső mérési határ)

Válasz: δ = 13,86%; y=8,08%;

2. feladat.

Határozza meg a hibát z=1,5 pontossági osztályú árammérővel, ha az ampermérő névleges árama 30A, és az ampermérő leolvasása x=11A

Megoldás:

Ampermérő hiba 30/100·1,5=±0,45A

30·0,015=±0,45A

Ezért amikor az ampermérő leolvasása x = 11A

A Δx=±0,45A hiba pontosabb, mint bármely mérési pontnál.

Válasz: Δx=±0,45A

3. feladat.

A voltmérő leolvasása 0 V és 200 V közötti mérési tartományban = 154 V. A párhuzamosan csatlakoztatott szabványos voltmérő y = 147V-ot mutat. Határozza meg a működő voltmérő relatív és redukált hibáját!

Megoldás:

A működő voltmérő relatív hibája

Csökkentett hiba a működő voltmérőben

Válasz 8=4,76%; γ=3,5%.

4. feladat.

Határozzuk meg a Z=2 pontossági osztályú voltmérő relatív hibáját!

0 és 120 V közötti mérési tartományban. A skálaponton x=47V.

Megoldás:

A voltmérő abszolút hibája

Δх= 120·0,02%=2,4V

Relatív hiba

Válasz:8=5,1%.

3. témakör. Mérési módszerek és technikák. A műszer megbízhatóságának számítása.

1. feladat.

Határozza meg az 1,75 pontossági osztályú üzemi voltmérő további használatának alkalmasságát 0 és 300 V közötti mérési tartománnyal, ha a következő adatokat a leolvasások közvetlen megváltoztatásával kaptuk egy szabványos voltmérő leolvasásával

Munkás B
Példamutató B

Megoldás:

A feltétel szerint a redukált hiba γ = 1,75%

Δmax = 61-60 = 1B

Válasz: A működő voltmérő további használatra alkalmas.

2. feladat.

100 V pontossági határértékkel rendelkező voltmérő ellenőrzésekor

A szabványos és ellenőrzött voltmérőkből a következő értékeket kaptuk:

megbízott B
Példaértékű B

Mérje fel a készülék alkalmasságát. Házasságkötés esetén tüntesse fel azt a pontot, amely miatt ez a döntés született.

Megoldás:

A feltétel szerint a redukált hiba γ = 1%, ami 1V a 100V-os mérési határtól. Ezért a voltmérő alkalmatlan, mert a 10. pontokon; 20; harminc; 40; 50 - a hiba elfogadható.

3. feladat.

Határozza meg a relatív hibát a skála elején Y = 75 osztásnál egy x = 800 osztású 0,5 osztályú készülékre. Mennyivel nagyobb ez a hiba, mint a műszerskála századik osztásánál jelentkező hiba?

Megoldás:

A feltétel szerint a redukált hiba γ = 0,5%

hadosztályok

Válasz: A 75. pontban a hiba 1,33%-kal nagyobb, mint a 100. pontban.

4. feladat.

A 450 osztásos skálájú deformációs (rugós) nyomásmérők metrológiai paramétereinek figyelésekor a tű testre ütődésből való elmozdulását 0,1 skálaosztásértéket meg nem haladó hibával kell értékelni. Kombinálja ezt a hibajelentést a 0,01 osztályú nyomásmérő megengedett hibájával.

Megoldás:

Megengedett hiba Δ=0,045 osztás

Válasz:

A 0,1 osztási ár hibája meghaladja a Δ=0,045 osztás hibáját.

5. feladat.

A 0,01-es skálapontossági osztály határozza meg ezeknek a skáláknak a megengedett hibáját a skála elején (1 osztás) a skála közepén, ha a mérleg 450 osztásra készült

Megoldás:

A feltétel szerint a redukált hiba γ = 0,01%

Válasz:

Megengedett hiba Δ=0,045 osztás. A skála teljes hosszában működik, mind a skála elején, mind a skála közepén és végén.

6. feladat.

A 0,5 pontossági osztályú voltmérővel, x = 300V felső mérési tartománnyal mérve a leolvasási értékek Y = 155V voltak. Határozza meg a voltmérő relatív hibáját!

Megoldás:

A feltétel szerint a redukált hiba γ = 0,5%

Válasz:

A voltmérő relatív hibája δ=0,97%

7. feladat.

Az 1,5 pontossági osztályú ampermérő mérési tartománya 0 és 300 A között van. Határozza meg a megengedett abszolút és relatív hibákat, ha az ampermérő tűje megáll az Y = 155A számmal szemközti skálajelnél.

Megoldás:

Feltétel szerint γ=1,5%

abszolút hiba

relatív hiba