Метрология, лаб1
.docx-
Цель работы: ознакомление с типовыми вольтметрами постоянного напряжения, овладение методикой измерений постоянных напряжений, приобретение навыков градуировки вольтметров.
-
Описание лабораторной установки.
При измерении напряжения на участке электрической цепи одним из источников погрешности является ответвление тока в цепь вольтметра. На рис.1 показана схема измерения напряжения вольтметром V на резисторе R2 (участок 1-2).
Рис.1. Схема включения вольтметра |
Рис.2. Эквивалентная схема цепи |
При подключении вольтметра в его цепь ответвляется ток iB и поэтому напряжение на R1 увеличивается (так как уменьшается общее сопротивление цепи), а на резисторе R2 – уменьшается по сравнению с их значениями до измерения. Эквивалентная схема измерения напряжения показана на рис.2.
Измерение напряжения производится дважды: основное измерение с результатом Uизм без шунта (обычное измерение напряжения) и контрольное измерение с результатом Uк при подключенном параллельно вольтметру шунте. Сопротивление шунта берется равным сопротивлению вольтметра. При контрольном измерении ток ответвляется как в цепь вольтметра, так и в цепь контрольного шунта, при этом напряжение Uк будет меньше Uизм (которое в свою очередь меньше значения напряжения на участке цепи до подключения вольтметра).
Описание магнитоэлектрического вольтметра.
Вольтметр выполнен в виде макета по схеме (рис. 3). Основными элементами вольтметра является магнитоэлектрический микроамперметр и добавочный резистор R1. Для экспериментального определения поправки на ответвление тока в цепь вольтметра в схему введен контрольный шунт - Rш. Контрольный шунт подключается параллельно входу вольтметра с помощью переключателя S1 ("Контрольный шунт").
Рис.3. Схема магнитоэлектрического вольтметра.
|
Градуировка выполняется путем сравнения показаний αх градуируемого вольтметра (в делениях) с показаниями Vо образцового вольтметра (в вольтах). В качестве образцового вольтметра используется мультиметр измерительной станции MS-9160. Схема градуировки показана на рис. 4. Одновременно с градуировкой производится проверка точности работы встроенного вольтметра источника питания измерительной станции.
Рис. 4. Схема градуировки вольтметра |
|
-
Перечень используемых приборов.
Название |
Тип |
Класс точности |
Предел измерений |
Магнитоэлектрический вольтметр |
MS-9160 |
2 |
50 |
Мультиметр |
|
0.5 |
20 |
-
Рабочие формулы.
(4.1) - погрешность измерения напряжения встроенного вольтметра источника питания, где - показания образцового вольтметра, - показания вольтметра источника питания.
(4.2) - сопротивление вольтметра, где - сопротивление образцового резистора, - напряжение источника питания, - напряжение на клеммах вольтметра.
(4.3) - погрешность измерения напряжений и , где - верхний предел измерения, - показания вольтметра, - предел допускаемой погрешности вольтметров (класс точности).
(4.4) - погрешность измерения сопротивления вольтметра, где - погрешность образцового сопротивления, - погрешности измерения напряжений и .
(4.5) или
, если <<1 (4.6) - поправка, где - отсчёт при измерении с шунтом, - отсчёт при измерении без шунта.
(4.7) - исправленный отсчёт, где - отсчёт при измерении с шунтом, C – поправка.
-
Примеры расчётов.
-
По формуле (4.1) (для
-
По формуле (4.2) (кОм)
-
По формуле (4.3)
-
По формуле (4.4)
-
По формуле (4.5) (дел) (для точки схемы 3)
-
По формуле (4.6) (дел) (т.к. = 0.03 << 1) (для точки схемы 5)
-
По формуле (4.7) (дел) (для точки схемы 3)
-
-
Результаты измерений и вычислений.
6.1. Градуировка магнитоэлектрического вольтметра
Таблица 1
Отсчёт по шкале |
Показания вольтметра |
Показания образцового вольтметра |
Погрешность |
αx, дел. |
Vип, В |
Vоб, В |
δUип,% |
0 |
0,0 |
0,0 |
0 |
5 |
1,4 |
1,4 |
0 |
10 |
2,7 |
2,7 |
0 |
15 |
4,1 |
4,2 |
2 |
20 |
5,3 |
5,35 |
1 |
25 |
6,8 |
7,0 |
3 |
30 |
8,2 |
8,3 |
1 |
35 |
9,9 |
10,1 |
2 |
40 |
11,1 |
11,3 |
2 |
45 |
12,8 |
13,0 |
2 |
50 |
13,9 |
14,2 |
2 |
6.2. Измерение сопротивлений вольтметров
Таблица 2
Тип вольтметра |
Класс точности |
Показания |
R0 |
RB |
Погрешности |
|||
|
(%) |
U1, дел. |
U2, дел. |
|
|
δU1,% |
δU2,% |
δRв,% |
Магнитоэлектрический |
2 |
50 |
26 |
270 кОм |
292,5 кОм |
2 |
4 |
13 |
6.3. Проверка режимов работы основных каскадов электронного блока
Таблица 3
Точки схемы
|
Показания мультиметра, В
|
Показания магнитоэлектрического вольтметра |
||||
Отсчёты
|
Поправка С, дел.
|
Исправленный отсчёт α=αизм.+С
|
Напряжение, В
|
|||
αизм, дел. (без шунта) |
αк, дел. (с шунтом) |
|||||
1 |
6,34 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2 |
6,19 |
19 |
18 |
1 |
20 |
5.5 |
3 |
8,34 |
20 |
15 |
10 |
30 |
8.3 |
4 |
4,70 |
16 |
16 |
0 |
16 |
4.4 |
5 |
10,52 |
36 |
35 |
1 |
37 |
10.3 |
6 |
7,68 |
23 |
21 |
2 |
25 |
7 |
7 |
6,76 |
24 |
23 |
1 |
25 |
7 |
8 |
4,08 |
14 |
14 |
0 |
14 |
3.9 |
9 |
5,79 |
19 |
18 |
1 |
20 |
5.5 |
10 |
5,31 |
16 |
13 |
5 |
21 |
5.9 |
-
Выводы.
В результате выполнения первой части лабораторной работы провели измерения напряжения в цепи двумя приборами (мультиметр и вольтметр источника питания). Получили результаты для десяти значений выходного напряжения. Погрешность варьирует от 0 до 2 %.
Во второй части работы получили результаты измерения напряжений, при помощи который осуществили расчет для сопротивления. Для значений U1 и U2 получились прямые погрешности 2 и 4 % соответственно. Косвенная погрешность сопротивления 13 % при значении самого сопротивления вольтметра 292,5 кОм.
В третьей части лабораторной работы измерили напряжения для десяти точек схемы мультиметром и магнитоэлектрическим вольтметром. Провели необходимые подсчеты, сравнили значения двух приборов, тем самым проверили режимы работы электронного блока.