мет. Метрология, стандартизация и сертификация

• Название: Метрология, стандартизация и сертификация
• Дата: 18.10.2019
• Размер: 263 Kb.
• Имя файла: мет.docx
• Тип: Методические указания; #90774
• страница: 3 из 11

-15-

ленного значения. В таких вольтметрах угол а отклонения указателя в соот­ветствии с принципом действия преобразователя пропорционален средневы- прямленному значению U_cp входного напряжения

1 <sup>Т

a</sup> — ^v"Z Л^мвх ⁼ ^v^’cp.

О

где ку - коэффициент преобразования вольтметра, а_вх(г) - входное переменное напряжение с периодом Т.

Шкала вольтметра градуируется в действующих V значениях синусои­дального напряжения, которое связано со средним значением напряжения постоянным коэффициентом (коэффициентом формы)

U_a=U = *_ф£/ср = 1,1 НУ_ср, (2.1)

где U„ - показания вольтметра по его ппсале; Аф = UlUq, - коэффициент формы напряжения, для синусоидального напряжения Аф = 1,11. Таким образом, при сину­соидальном напряжении по показаниям вольтметра непосредственно считывают действующие значения напряжения.

Для другой формы напряжения (Аф Ф 1,11) показания вольтметра могут зна­чительно отличаться от его действующего значения, что приводит к появлению дополнительной погрешности измерений.

Для экспериментальной оценки влияния формы напряжения на показания электронного вольтметра последовательно измеряют сигналы синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы при их одинаковой амплитуде.

Предварительно на синусоидальном сигнале устанавливают показания вольтметров в диапазоне 0,5...0,6 от верхнего предела измерений выбранной шкалы, а затем при той же амплитуде входных сигналов измеряют вольтметром напряжения при других формах сигнала.

По показаниям U_n вольтметра рассчитывают среднее U_cp и, если известна форма сигналов, действующее U значения напряжений и дополнительную погрешность влияния формы напряжения на показания вольтметра.

Среднее значение напряжения при любой форме сигнала (в пределах АЧХ вольтметров) для вольтметров среднего значения рассчитывается по его градуировочной характеристике (2.1)

£/cp = t/„/l,ll.

-16-

При известной форме напряжения можно рассчитать действующее зна­чение измеряемого напряжения

(2.2)

В частности, коэффициенты формы Аф для используемых напряжений: сину­соидального — 1,11, прямоугольного - 1, треугольного - 1,15.

Дополнительная относительная погрешность влияния формы напряже­ния на показания вольтметра (в процентах)

5 — 100(С/_п— U)l U.

Результаты измерений и расчетов записывают в таблицу.

Исследуемые характеристики	Форма сигналов
	синусоидальная	прямоугольная	треугольная
Un (показания вольтметра), В
Ucp (расчет), В
U (расчет), В
6,%

Очевидно, что, если известна форма напряжения, следует рассчитывать действующее значение измеряемого напряжения по показаниям вольтметр по формулам (2.1), (2.2). Тогда дополнительная погрешность влияния формы кривой может быть сведена к минимуму (с точностью определения коэффи­циента формы).

По результатам исследований сделать вывод о влиянии формы кривой напряжения на результаты его измерения электронным вольтметром.

Лабораторная работа 3.

ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Цель работы - изучение методов экспериментального определения мет­рологических характеристик цифровых приборов, а также их применения для измерения физических величин и оценка погрешностей результатов измерений

Задание

1. Ознакомиться с инструкцией по применению исследуемого цифрового измерительного прибора (ЦИП).

2. Определить шаг квантования (квант) исследуемого ЦИП в режиме омметра для различных (по указанию преподавателя) пределов измерения.

-17-

3. Экспериментально определить следующие метрологические характери­стики цифрового измерительного прибора в режиме омметра:

- статическую характеристику преобразования; построить график зависимо­сти показания R„ прибора от значений R измеряемых сопротивлений R„ = F\R);

- погрешности квантования для начального участка статической харак­теристики преобразования; построить график погрешности квантования;

- инструментальную погрешность по всему диапазону измерений для выбранного предела измерений; построить график инструментальной погрешности, определить аддитивную и мультипликативные составляю­щие инструментальной погрешности.

4. Измерить сопротивления ряда резисторов и оценить основную погреш­ность результатов измерения.

Описание я порядок выполнения работы

В ЦИП результаты измерений представлены в цифровом виде; при этом, в отличие от аналоговых приборов, показания ЦИП меняются дис­кретно на единицу младшего разряда. Это приводит к ряду особенностей определения и представления метрологических характеристик цифровых измерительных приборов.

К основным метрологическими характеристиками ЦИП относятся: статическая характеристика преобразования, шаг квантования (квант) или единица младшего разряда, основная инструментальная погрешность.

Статическая характеристика преобразования устанавливает связь между преобразуемой входной величиной х и результатом преобразования х„ (показаниями ЦИП), который может принимать только квантованные зна­чения т_п “ Nq, где N - десятичное целое число, q - шаг квантования (квант) величины х. В этом отличие ЦИП от аналоговых средств измерений. От­сюда следует ступенчатая форма представления статической характеристики преобразования.

Статическая характеристика преобразования идеального ЦИП (рис. 3.1) получается при квантовании измеряемой величины путем отождествления её с ближайшим но зпачению уровнем квантования. Изменения показаний идеально­го ЦИП х„ = Nq на единицу младшего разряда q происходят при фиксированных

значениях входной величины, равных (N - 0,5)q, где N = 1, 2, 3, ... (це­лое число).

Статическая характеристика преобразования идеального ЦИП определя­ется значением единицы младшего разряда показаний (используется также термин разрешение), равным кванту q.

Значение кванта q для идеального ЦИП связано с пределом измерений *тах и максимальным числом Л^ах уровней квантования соотношением

Я ⁼ *max I ^тах-

Например, для ЦИП GDM-8135 q = х_тт /(2 • 10^я), где х_тах - предел измерений, п - число разрядов отсчётного устройства.



Рис. 3.1

Статическая характеристика преобразования реального ЦИП отли­чается от статической характеристики идеального. Причина этого - наличие ин­струментальных погрешностей ЦИП. Различие проявляется в том, что смена показаний реального ЦИП происходит при значениях входной величины хдг, отличных от значений (N - 0,5)q. В общем случае абсолютная основная погрешность ЦИП равна

Лх=х_П-х,

где х_п - показание ЦИП, х - действительное значение измеряемой величины.

Для реального ЦИП эта погрешность включает как методическую погреш­ность квантования, так и инструментальную погрешность.

-19-

Абсолютная инструментальная погрешность определяется для кон­кретных показаний ЦИП х_п = Nq (рис. 3.1) по отличию реальной характе­ристики ЦИП от идеальной

Д*иЛг = х_п-0,5? хц, (3.1)

где хр - значение входной величины, при котором происходит смена показа­ний х_п ПЦП (показания меняются на единицу младшего разряда).

Статическая характеристика преобразования ЦИП определяется в режиме омметра; для этого на вход ЦИП необходимо подключить магазин сопротивлений. Предел измерения ЦИП выбрать по указанию преподавателя, определить для этого предела значение единицы младшего разряда q. Опре­делить единицу младшего разряда магазина q„, провери ть выполнение условия q » q_u, при этом условии можно пренебречь дискретным характером изме­нения сопротивления магазина.

Для определения начального участка статической характеристики (рис. 3.1) необходимо установить нулевое значение сопротивления мага­зина R, затем при плавном изменении сопротивления магазина (менять сопротивление магазина с минимально возможным шагом) следить за из­менением показаний, фиксируя при этом конкретные значения сопротив­ления магазина R, при которых показания ЦИП R„ меняются на единицу младшего разряда.

Например, на пределе 2 кОм при появлении показаний R„ = 0,001; 0,002; 0,003... кОм (всего 8-9 значений) фиксировать соответствующие значения сопротивлений магазина R.

Результаты измерений записать в таблицу.

Номер измерения	Rn, кОм	R, кОм

По этим значениям построить начальный участок графика статической характеристики ЦИП в режиме омметра Л„ = F(R) и график абсолютной основной погрешности ДЯ(Я) = F[R) - F^R), где F_n(R) - R_m - линейная характе­ристика идеального (без квантования) омметра в виде прямой линии Л_ш, = R.

-20-

Абсолютную инструментальную потрешность определяют для 8... 10 то­чек, равномерно распределенных по выбранному диапазону измерений. Инструментальная погрешность определяется по формуле (3.1), при этом Rn значение сопротивления магазина, при котором происходит смена пока­заний Л_п ЦИП на единицу младшего разряда в выбранной точке, например на пределе 2 кОм, со значения 1,435 кОм на значение 1,436 кОм.

Результаты измерений и расчетов занести в таблицу.

Номер измерения	Лян, кОм	Rn, кОм	А/?вдг, кОм

Определение аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности. В зависимости от характера изменения по диапазону измерения погрешности делятся на аддитивные и мультипликативные. Аддитивные погрешности не зависят от значения измеряемой величины х, мультиплика­тивные растут с увеличением х. Обычно для ЦИП погрешность задается в виде модели Дх = а + Ьх, где а и Ъх - аддитивная и мультипликативная со­ставляющие погрешности соответственно.

Постройте график зависимости A/?_HiV ⁼ F{Rn) для выбранного диапазона ЦИП. По графику определите аддитивную и мультипликативную составляю­щие погрешности ЦИП.

Измерение сопротивлений. Измерьте по заданию преподавателя сопро­тивления резисторов, вмонтированных в лабораторный стенд, при различных диапазонах измерения ЦИП. '

Оцените основную погрешность измерения по формулам, приведенным в описании GDM-8135. Результаты представьте в таблице.

Но­ мер рс- зис- тора	Диапазон измерения	Значение кванта для диапазона измерения, Ом	Показания ЦИЛЯ* кОм	Абсолютная погрешность измерения AR, кОм	Относительная погрешность измерения, %	Результат измерения Ru±ARt кОм

Сделайте выводы о характере изменения погрешности в зависимости от соотношения значений измеряемой величины и диапазона измерения, дайте рекомендации по выбору предела измерения.

-21-

Лабораторная работа 4.

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ

Цель работы - исследование метрологических характеристик осциллографа и измерение амплитудных и временных параметров электрических сигналов различной формы.

Задание

1. Ознакомиться с органами управления осциллографа и аппаратурой, применяемой для его исследования.

2. Определить основные погрешности коэффициентов отклонения и коэффици­ентов развёртки.

3. Определить характеристики нелинейных искажений изображения по осям Yя X.

4. Определить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) канала верти­кального отклонения.

5. Измерить амплитудные и временные параметры сигналов по указанию преподавателя.

6. Оценить погрешности измерений, используя результаты исследования осциллографа и его метрологические характеристики, указанные в описании.

Описание и порядок выполнения работы

Включить осциллограф и подготовить его к работе согласно инструк­ции. При включении осциллографа на его экране должно появиться изображе­ние луча или двух лучей в зависимости от режима его работы (включен один канал или два); при «заземленных» входах осциллографа (переключатель AC-DC-GND находится в положении GND) на экране должны наблюдаться одна или две горизонтальные линии соответственно.

При отсутствии изображения необходимо установить ручки управления яркостью (INTER) и фокусом (FOCUS) в среднее положение и убедиться, что включен автоколебательный режим работы генератора развертки (переклю­чатель MODE находится в положении AUTO). Затем регулировкой смещения лучей по вертикали (POSITION I) и горизонтали (POSITION <->) добиться по­явления их на экрале. После этого сфокусировать изображение и установить необходимую для наблюдения яркость.

Для начальной установки лучей при «заземленных» входах (переключатель AC-DC-GND в положении GND) совместить (POSITION |) изображение каждо-

-22-

го луча со средней линией сетки на экране и установить (POSITION <->) начало развертки луча у левого края экрана, отступив на 0,5... 1 деления сетки от края.

Схема испытания осциллографа при­ведена на рис. 4.1, где ЭЛО - электронно-лучевой осциллограф, ГС - генера­тор ситалов синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы, V - электронный вольтметр; используемые средства соединены в соответствии со схемой коаксиальными кабелями.

Основные погрешности коэффициентов й₀ отклонений и коэффици­ентов Ар развёртки определяются путем сравнения номинальных значений ко­эффициентов, устанавливаемых на осциллографе (переключателями VOLTS/DIV и TIME/DIV), с их действительными значениями, найденными экспериментально.

Погрешности коэффициентов отклонения определяют при 1-2 его номи­нальных значениях¹, например при к₀ = (0,5; 1) В/дел. Для этого на вход 1 каната вертикального отклонения с ГС подают синусоидальный сигнал час­тотой 1 кГц и устанавливают такое его напряжение, при котором размер /-2А изображения двойной амплитуды синусоиды составлял бы 6 (больших) делений сетки (для осциллографа GOS-620). Напряжение, необходимое для получения такого изображения, измеряют электронным вольтметром. Коэф­фициент Ар развёртки в этом эксперименте может бьпъ любым, при котором удобно наблюдать синусоидальный сигнал и измерять его амплитуду.

Действительный коэффициент А₀ отклонений (В/дел; мВ/дел; мкВ/дел) определяется выражением:

*о ⁼ ^2А^-2А>

где (/за напряжение, равное двойной амплитуде, рассчитываемое на осно­вании показаний вольтметра (электронный вольтметр измеряет действующее значение синусоидального напряжения); Lik - размер изображения двойной амплитуды сигнала.

При установке номинальных коэффициентов отклонения и развертки необходимо следить, чтобы ручки плавной регулировки этих коэффициентов находились в крайнем правом (по часовой стрелке) положении.

-23-