лое. Лое. Методические указания по проведению практических занятий по метрологии и измерительной технике для студентов всех специальностей очной формы обучения

• Название: Методические указания по проведению практических занятий по метрологии и измерительной технике для студентов всех специальностей очной формы обучения
• Дата: 19.04.2023
• Размер: 1.9 Mb.
• Имя файла: Лое.doc
• Тип: Методические указания; #1074351
• страница: 1 из 12

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Томский государственный университет систем управления

и радиоэлектроники

Эрастов В.Е.

Методические указания по проведению практических

занятий по метрологии и измерительной технике
для студентов всех специальностей очной формы обучения

2007

Федеральное агентство по образованию
Томский государственный университет систем управления

и радиоэлектроники (ТУСУР)

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой ИИТ
____________А.А.Светлаков

«____»____________2007г.

Кафедра информационно – измерительной техники

Методические указания по проведению практических занятий

и выполнению индивидуальных заданий по Метрологии

и измерительной технике
для студентов всех специальностей очной формы обучения


РАЗРАБОТЧИК

Доцент кафедры ИИТ

___________В.Е.Эрастов

«____»_________2007г.
Содержание

1. 
   Введение __________________________________________________5
   
2. 
   Метрология,стандартизация и сертификация _________________ 6
   

2.1. Общие вопросы метрологии _____________________________ 6

2.1.1. Вопросы для самоконтроля __________________________6

2. 
   Примеры решения задач ____________________________ 7
   
3. 
   Задачи для самостоятельного решения _______________ 7
   

2.2. Основные положения теории погрешностей ________________7

2.2.1. Вопросы для самоконтроля __________________________ 8

2. 
   Примеры решения задач _____________________________9
   
3. 
   Задачи для самостоятельного решения _______________ 10
   

2.3. Систематические погрешности __________________________ 11

2.3.1. Вопросы для самоконтроля __________________________11

2. 
   Примеры решения задач ____________________________ 11
   
3. 
   Задачи для самостоятельного решения ________________16
   

2.4. Случайные погрешности ________________________________ 17

2.4.1. Вопросы для самоконтроля __________________________17

2. 
   Примеры решения задач ____________________________ 17
   
3. 
   Задачи для самостоятельного решения ________________21
   

2.5. Математическая обработка результатов измерений ________ 21

2.5.1. Вопросы для самоконтроля _________________________ 21

2. 
   Примеры решения задач ____________________________23
   
3. 
   Задачи для самостоятельного решения _______________ 38
   

2.6. Метрологическое обеспечение средств измерений __________40

2.6.1. Вопросы для самоконтроля __________________________40

2. 
   Примеры решения задач ___________________________ 41
   
3. 
   Задачи для самостоятельного решения _______________46
   

3. Стандартизация и сертификация _____________________________47

3.1. Стандартизация, вопросы для самоконтроля ____________47

3.2. Сертификация, вопросы для самоконтроля ____________ 48

4. Измерение электрических величин __________________________ 48

4.1. Общие вопросы построения измерительных приборов ______49

4.1.1. Вопросы для самоконтроля __________________________49

4.2. Электромеханические приборы прямого преобразования ___ 49

4.2.1. Вопросы для самоконтроля __________________________49

2. 
   Примеры решения задач ____________________________50
   
3. 
   Задачи для самостоятельного решения _______________ 54
   

4.3. Аналоговые электронные вольтметры ____________________57

4.3.1. Вопросы для самоконтроля _________________________ 57

2. 
   Примеры решения задач ___________________________ 58
   
3. 
   Задачи для самостоятельного решения _______________67
   
4. 
   Задачи для тестового контроля ______________________69
   

4.4. Электронно лучевой осциллограф _______________________ 70

4.4.1. Вопросы для самоконтроля __________________________70

2. 
   Примеры решения задач ____________________________72
   
3. 
   Задачи для самостоятельного решения ________________81
   
4. 
   Задачи для тестового контроля ______________________ 90
   

5. Темы рейтинговых индивидуальных заданий _________________ 96

1. 
   Введение
   

Данное методическое пособие предназначено для проведения практических занятий по соответствующим дисциплинам общепрофессиональной подготовки студентов университета по Метрологии и измерительной технике. Вместе с учебными пособиями, рекомендуемыми соответствующими рабочими программами, данное учебное пособие призвано помочь студентам освоить практические навыки применения положений теории как при определении результатов измерения различных электрических величин, так и при определении погрешностей этих результатов.

По каждой теме методическое пособие содержит: вопросы, позволяющие студенту самостоятельно проконтролировать степень усвоения теоретического материала соответствующего раздела; примеры решения задач, а также набор задач, которые можно использовать как для домашней подготовки к практическим занятиям, так и для самостоятельного решения на практических занятиях (для проведения контрольных работ, например).

Методическое пособие содержит также перечень тем рейтинговых индивидуальных заданий и указания по их выполнению.


2.Метрология, стандартизация и сертификация
2.1. Общие вопросы метрологии.

2.1.1 Вопросы для самоконтроля

1) Дайте определение понятию “измерение”. Назовите и поясните основные признаки измерения.

2) Дайте определение понятию “средство измерений”. Приведите классификацию средств измерений по функциональному назначению.

3) Что такое “измерительный преобразователь”? Какие виды измерительных преобразователей существуют? Приведите примеры.

4) Дайте определение понятиям “принцип измерения” и “метод измерения”. Чем различаются эти понятия? Как различают методы измерений и что является отличительным признаком?

5) Назовите разновидности метода сравнения с мерой. Приведите примеры реализации их.

6) Что такое “измерительный прибор”? Чем он отличается от измерительного преобразователя? Объясните принцип классификации измерительных приборов по виду измеряемой величины.

7) Дайте определение понятию “средство сравнения”. Приведите пример реализации средства сравнения как “специального технического средства” и как “специально создаваемой среды”.

8) Приведите классификацию измерений по общим приемам получения результата. Поясните на примерах отличительные особенности каждого вида.

9) Дайте определение понятию “единство измерений в стране”. Какие обязательные условия должны быть выполнены для обеспечения единства измерений?

10) Поясните термины “технические измерения” и “метрологические измерения”. В чем принципиальное различие между ними?
2.1.2. Пример решения задач

Задача № 2.1

Сопротивление участка цепи измеряется с помощью амперметра и вольтметра (на основании закона Ома). Измерение проводится за достаточно короткий промежуток времени и э.д.с. источника питания и условия проведения измерений неизменны. Классифицируйте измерение каждой из величин в этой процедуре для двух случаев:

а) сопротивление измеряется один раз;

б) сопротивление измеряется п раз, через равные промежутки времени.

Классифицируйте метод измерения каждой из величин.

Решение (ответ):

В зависимости от признака, положенного в основу классификации (см. стр. 14 – 15 [4] ), измерение можно классифицировать следующим образом:

а) измерения тока и напряжения прямые (значения тока и напряжения устанавливаются непосредственно в ходе эксперимента), однократные, статические (э.д.с. источника неизменна), абсолютные (результаты измерения тока и напряжения получаются в соответствующих единицах измерения);

измерение сопротивления  косвенное (значение получается путем расчета с использованием результатов прямых измерений тока и напряжения), однократное, статическое, абсолютное;

все измерения технические, так как выполняются рабочими СИ и не связаны с передачей размеров ФВ.

б) измерения тока и напряжения прямые, многократные (или статистические), равноточные (измерения проводятся одними и теми же приборами, за короткое время при неизменных условиях, т. е. все результаты получаются с одинаковой точностью), статические, абсолютные;

измерение сопротивления  статистическое косвенное, абсолютное, статическое;

все измерения также технические.

При измерении тока и напряжения реализуется метод непосредственной оценки, а при измерении сопротивления метод измерения принято называть косвенным (как и само измерение величины).
2.1.3. Задачи для самостоятельного решения

1. Сопротивление постоянного резистора измеряется сначала ампервольтомметром Ц4351, а затем величина его уточняется путем измерения одинарным мостом. Классифицируйте используемые методы измерения резистора.
2. Классифицируйте методы измерения давления с помощью приборов, схемы которых изображены на рисунке.



3. Известно, что сопротивление металлических проводников в зависимости от температуры может быть представлено выражением:

.

С помощью какого вида измерений могут быть измерены необходимые для практики значения величин , и ?

4. Резисторы R1, R2, R3 находятся внутри запаянного блока (см. рис.). Назовите вид измерений, с помощью которых можно определить величину каждого резистора, не нарушая целостности блока.




5. Известен способ взвешивания, когда объект, имеющий большую массу М_х помещается на платформу весов и уравновешивается гирями на другом конце неравноплечного рычага. При этом для уравновешивания массы М_х требуется в п раз меньшая масса гирь. Какой метод измерения реализуется в данном случае?

2.2. Основные положения теории погрешностей
2.2.1. Вопросы для самоконтроля
1) Дайте определение понятиям “истинное значение” и “действительное значение” измеряемой ФВ. В чем состоит существенное отличие этих понятий?

2) Перечислите и поясните основные этапы измерительной процедуры. Объясните причины неизбежности погрешностей при измерениях.

3) Дайте определение понятиям “результат измерения” и “погрешность измерения”.

4) Перечислите существующие способы выражения погрешности. Поясните их.

5) Дайте определение понятию “точность измерений”, в каких единицах она выражается? Как понимать термин “требуемая точность”?

6) Что означают термины “аддитивная погрешность” и “мульти­пликативная погрешность”?

7) Приведите классификацию погрешностей по характеру проявления.

8) Дайте определения понятиям “систематическая погрешность” и “случайная погрешность”. В чем принципиальная разница между ними? Что характеризуют собой величины систематической и случайной погрешностей?

9) Дайте определение понятию “грубая погрешность”. В чем причина появления грубой погрешности? Приведите пример.

10) Что такое “номинальное значение меры” и что такое “действительное значение меры”? Как они определяются для конкретной меры?
2.2.2. Пример решения задач

Задача № 2.2

В цепь постоянного тока по схеме, приведенной на рисунке, включены два амперметра:



А₁ типа М330 с пределом измерения I_K1 = 20А;

А₂типа М366 с пределом измерения

I_K2 = 10А.

Подсчитайте наибольшую возможную относительную погрешность измерения тока I₃ и возможные пределы его действительного значения, оцените точность измерения тока I₃, если при измерениях получены следующие значения токов:

I₁ = 17,5А с абсолютной погрешностью А; I₂ = 7,5А с абсолютной погрешностью А.

Решение:

1. Ток I₃, определенный по показаниям приборов без учета их погрешностей

17,5  7,5 = 10(А).

2. Наибольшая абсолютная погрешность измерения тока I₃ равна сумме модулей абсолютных погрешностей измерения токов I₁ и I₂, т. е.

I_{3 max} (А).

Следовательно, наибольшая относительная погрешность измерения тока и равна:

(или 2,5%).

3. Возможное действительное значение тока I₃ будет находиться в пределах границ от (А), до (А).

4. Точность измерения, согласно определению, есть величина, обратная относительной погрешности. Следовательно, точность измерения тока I₃ в данном эксперименте и равна:

.

Ответ: %; 9,75А   10,25А; точность измерения .
2.2.3. Задачи для самостоятельного решения

1. Амперметр с пределом измерения 10А показал при измерениях ток 5,3А, при его действительном значении 5,23А. Определите абсолютную, относительную и относительную приведенную погрешности.

2. Погрешность эксплуатируемых счетчиков электрической энергии в среднем 2%. К какой неопределенности в учете энергии (в абсолютных цифрах) приводит этот уровень точности счетчиков, если в стране вырабатывается 1600 млрд. кВтч за год? (для справки, средняя годовая выработка Волжской ГЭС  11 млрд. кВтч).

3. Определите абсолютную погрешность атомных часов, использующих колебание молекул газа на частоте Гц, за год, если относительная погрешность составляет .

4. Имеются следующие результаты измерений: ( ) мм; ( ) мм и ( ) мм.

Сравните эти результаты по точности. Какой из них самый точный? Во сколько раз точность лучшего результата больше самого грубого?

5. Оцените относительную погрешность самых распространенных измерительных приборов  простых бытовых часов, с суточным ходом в 20 сек. (суточный ход  поправка к показаниям часов за сутки).