Прямые, косвенные и совместные измерения
Цель работы: ознакомление с прямыми, косвенными и совместными измерениями и методами обработки результатов при однократных и многократных измерениях.
Приборы:высокоомный делитель, линейный и нелинейный преобразователи, набор образцовых сопротивлений и блок питания.
Теоретические сведения
Однократные измерения проводят, когда отсутствуют случайные составляющие погрешности или когда они значительно меньше систематической составляющей. При этом погрешность прямых измерений будет зависеть от класса точности средства измерений (СИ), правильного выбора пределов измерений и от влияния СИ на измеряемую величину.
При совместных измерениях определяются статические характеристики преобразования линейного и нелинейного (квадратического) преобразователей.
Влияние случайных погрешностей на результаты измерений исследуется путем суммирования измеряемых величин со случайными сигналами. Схема, реализующая суммирование, показана на рисунке.
Рисунок. Схема суммирования: ГСС - генератор случайных
сигналов; 
- сумматор; БВХ - блок выборки и хранения;
ГС - генератор сигналов; ЦВ - цифровой вольтметр;
(UХ - измеряемое напряжение; блоки, выделенные пунктиром
находятся на сменном модуле, вертикальном стенде)
Для подключения двух измеряемых напряжений может быть использован переключатель, имеющийся на сменном модуле.
Для запуска ГСС на его вход подают сигнал прямоугольной формы с амплитудой, не превышающей 5 В, и нажимают кнопку запуска. Дисперсия случайных сигналов регулируется дискретно переключателем на ГСС и частотой сигнала от ГС.
|
|
|
Описание прибора
Сменный модуль, устанавливаемый на лабораторном стенде № 5 для выполнения работы, включает объекты испытаний: резистивные делители напряжения, в том числе высокоомный делитель, линейный и нелинейный преобразователи и вспомогательные устройства: набор образцовых сопротивлений, генератор случайных сигналов, сумматор, блок выборки и хранения, переключатель (установка не показана).
Объектами испытаний для прямых и косвенных измерений являются резистивные делители напряжений, имеющие один общий резистор R1и три (или два) выходных резистора R2, R3, R4. На вход делителя подают постоянное напряжение (напряжение указывается преподавателем), а нижнее гнездо, соединенное с резистором, соединяют с общей землей. Измерение напряжения на этих резисторах производят цифровым вольтметром.
Проведение измерений и обработка результатов
1. Ознакомиться с лабораторным стендом и сменным модулем № 5, включающим объекты испытаний и вспомогательные устройства, предназначенные для выполнения лабораторной работы.
|
|
|
2. Однократные измерения.
2.1. Прямые измерения.
2.1.1. Измерить напряжение на выходе резистивного делителя. Объект измерения указывается преподавателем. Оценить погрешности результатов измерений.
Относительную (отнесенную к показаниям вольтметра) погрешность 
, %, влияния вольтметра на измеряемое напряжение можно оценить по формуле
где Rвых - выходное сопротивление делителя, в частности при подключении резистора R2выходное сопротивление.
Тогда с учетом поправки на систематическую погрешность влияния сопротивления вольтметра измеряемое напряжение на выходе делителя равно
где 
- показания вольтметра.
Результат измерения записывают в виде
где ΔU - инструментальная погрешность, определяемая классом точности вольтметра.
Примечание. Сопротивления резисторов делителя указываются преподавателем, либо определяются путем косвенных измерений.
2.2. Косвенные измерения.
2.2.1. Измерять ток, протекающий через указанный в п.2.1 резистор, с помощью вольтметра и образцового сопротивления. Оценить погрешности результатов измерений.
При косвенных измерениях измеряются ток, протекающий через делитель, сопротивления резисторов делителя, мощность, выделяемая на резисторах делителя.
|
|
|
При измерении тока в разрыв цепи делителя включается образцовое сопротивление R0, на котором измеряется падение напряжения U0 цифровым вольтметром. Измеряемый ток определяется по формуле
Относительная погрешность измерения тока 
, %, возникающая при включении в цепь образцового сопротивления, может быть оценена выражением
Тогда с учетом поправки на систематическую погрешность влияния образцового сопротивления
Относительная инструментальная погрешность измерения тока 
,%, определяется по формуле
где 
- относительная погрешность образцового сопротивления;
- относительная погрешность измерения напряжения, определяемая классом точности вольтметра и его показанием.
Результат измерения тока записывается в виде
где 
2.2.2. По результатам п.2.1.1 и 2.2.1 определить сопротивление резистора и выделяемую на нем мощность. Определить погрешности косвенных измерений.
При косвенном измерении сопротивления и мощности используются известные соотношения 
при этом результаты измерений записываются в виде
где 
где 
2.3. Совместные измерения.
2.3.1. Найти зависимость 
для линейного преобразователя. Вариант зависимости задается преподавателем. Оценить погрешности результатов измерений.
|
|
|
2.3.2. Найти зависимость для нелинейного преобразователя. Вариант зависимости задается преподавателем. Оценить погрешности результатов измерений.
Для этого в заданном диапазоне напряжений цифровыми вольтметрами измеряются напряжения на входе и на выходе преобразователей. Для линейного преобразователя эксперименты проводятся в двух точках на концах диапазона исследований; для квадратического преобразователя - в трех точках: на концах диапазона и в средней точке диапазона входных напряжений. В результате исследований статические характеристики преобразования должны быть представлены в виде
для линейного преобразователя,
для квадратического преобразователя,
где 
, 
- соответственно линейная и параболическоя функции от 
. Для упрощения определения коэффициентов 
и анализа точности полученных моделей целесообразно в качестве базисных функций использовать ортогональные функции.
3. Многократные измерения.
3.1. Собрать схему, имитирующую влияние случайных погрешностей на результаты измерений (см. рисунок).
3.2. Прямые измерения.
3.2.1. Выполнить измерения по п.2.1.1 и 2.2.1 при наличии случайных погрешностей. Эксперименты провести при двух, различных объемах ( 
) выборки.
3.2.2. По результатам п.3.2.1 оценить погрешности результатов измерений. Оценить влияние объема выборки на погрешности измерений.
3.3. Косвенные измерения.
3.3.1. По результатам п.3.2.1 и 3.2.2 определить сопротивление резистора и выделяемую на нем мощность. Определить погрешности косвенных измерений при наличии случайных погрешностей для разных объемов выборки.
3.4. Совместные измерения.
3.4.1. Найти зависимость для линейного преобразователя при наличии случайных погрешностей. Оценить погрешность результатов измерений.
3.4.2. Найти зависимость для нелинейного преобразователя при наличии случайных погрешностей. Оценить погрешности результатов измерений.
Контрольные вопросы и задания
1. Перечислить объекты испытаний.
2. В каких случаях проводят однократные измерения?
3. Что понимают под точностью измерений?
4. Что понимают под систематической погрешностью?
5. Назовите определение случайной погрешности и промаха.
6. Какие измерения называются «исправленными»?
7. Расскажите классификацию погрешностей по различным признакам.
8. Как нормируются погрешности приборов?
9. Что такое класс точности прибора и как он определяется?
10. Как оценивается погрешность при однократных измерениях при прямых измерениях?
11. Как оценивается погрешность измерения при косвенных измерениях?
12. Перечислите классификации видов измерений.
Лабораторная работа № 4
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 668; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!