Меню

Лабораторная работа определение погрешности измерения напряжения



Лабораторная работа определение погрешности измерения напряжения

Метод и средства для измерения напряжения и тока.

При измерении напряжения и тока используют прямые и косвенные способы. Прямые измерения основаны на сравнении измеряемой величина с мерой этой величины или на непосредственной оценке измеряемой величины по отчетному устройству измерительного прибора. Косвенные измерения основаны на прямых измерениях другой величины, функционально связанной с измеряемой величиной. Например, косвенное измерение тока выполняют при помощи вольтметра, измеряющего напряжение на известном сопротивлении R0, и расчете тока по формуле

Погрешность косвенного метода измерения зависит от погрешности прямого измерения и погрешности расчета по функциональной зависимости (23). Сопротивление, используемое при косвенном измерении тока, называют шунтом. Дополнительная погрешность при косвенных измерениях обусловлена перераспределением тока между шунтом и вольтметром при изменении температуры окружающей среды. Для снижения температурной погрешности применяют специальные схемы компенсации,

В зависимости от рода тока приборы делят на четыре группы;

1) вольтметры постоянного напряжения (группа В2),
2) вольтметры переменного напряжения (группа ВЗ),
3) вольтметры импульсного напряжения (группа В4),
4) вольтметры селективные (группа В6).

Универсальные приборы, предназначенные для измерения постоянного и импульсного напряжения и тока, выделены в группу В7.

Программа работы

1. Определение основной погрешности, вариация показаний и поправку вольтметра.
2. Определение чувствительности и цены деления вольтметра.
3. Определение входного сопротивления вольтметра.
4. Определение частотного диапазона вольтметра.
5. Исследование влияния формы напряжения на показание вольтметра.
6. Определение погрешности при прямых и косвенных измерениях тока.

Порядок выполнения работы.

1. Определение основной погрешности, вариация показаний и поправки вольтметра выполняют по схеме, изображенной на рис. 1. В качестве поверяемого прибора используют вольтметр типа МПЛ-46, а образцовый служит цифровой вольтметр типа В2-23. Перед проведением измерений прибор В2-23 включить в сеть и выждать 10…15 мин. Затем произвести установку нуля и калибровку вольтметра И2-23 в соответствии с инструкцией по пользованию прибором. Кроме того, необходимо выполнить установку нуля вольтметра МПЛ-46, пользуясь корректором.

Для выполнения п.1 программы поверяемый вольтметр МПЛ-46 устанавливают на диапазон 15 В и измеряют напряжение на всех оцифрованных делениях шкалы, изменяя входное напряжение регулируемого источника ТЕС-13. Измерение напряжения на каждом оцифрованном делении шкалы МПЛ-46 производят дважды: один раз при возрастании напряжения (показание образцового вольтметра U’обр), а второй раз при убывание напряжения (показание образцового вольтметра U’’обр). При этом на образцовом вольтметре В2-23 необходимо выбрать поддиапазон, обеспечивающий не менее трех значащих цифр. Результаты измерений занести в ф.1.

Действительные значения на оцифрованных делениях шкалы поверяемого вольтметра определяют как среднее значение двух измерений Uср=(U’обр+U’’обр)/2.
Расчет погрешности измерений выполняют по формулам:
Абсолютная погрешность U=Uпов-Uср,
Относительная погрешность =(U/ Uпов)*100%,
Приведенная погрешность п=(U/ Uном) *100%,
где Uном=15 В – номинальное значение напряжения поверяемого.
Вариацию показаний вольтметра определяют по формулам:
Абсолютное значение вариации U=U’обр-U’’обр,
Приведенное значение вариации в=(Uобр/ Uном)*100%,
Поправку вольтметра вычисляют по формуле П=-U.
Из полученных значений п и в необходимо выбрать наибольшее и сравнить их с классом точности Кu поверяемого вольтметра. Если п макс и в макс окажутся больше Кu, то поверяемый вольтметр нельзя использовать с указанным классом точности.

Источник

Лабораторная работа «Определение абсолютной и относительной погрешностей прямых измерений»

Е.И. Батурина (ГУО «Средняя школа № 39 г. Могилева»)

Лабораторная работа № 5
«Определение абсолютной и относительной погрешностей прямых измерений»

Цель урока: обеспечить условия для расширения знаний учащихся о причинах, приводящих к появлению погрешностей; классификации погрешностей; о способах записи приближенных чисел;

способствовать развитию умений планировать и проводить физический эксперимент, обрабатывать результаты, делать выводы;

обеспечить формирование умений определять абсолютную и относительную погрешности прямых измерений и представлять результат измерений в интервальной форме;

воспитывать наблюдательность, внимательность, аккуратность, чувство коллективизма.

Оборудование: металлический шарик на нити длиной 1 м, секундомер, штатив с лапкой, треугольник.

Актуализация опорных знаний о шкале прибора, цене деления шкалы, точности отсчета, прямых и косвенных измерениях.

Актуализацию опорных знаний можно провести в процессе работы с простейшими измерительными приборами (линейка, мерная лента, секундомер), предложив учащимся ответить на следующие вопросы.

1. Какая цена деления шкалы каждого прибора?

2. Какие физические величины можно непосредственно измерить, т.е. провести непосредственные измерения, данными приборами?

Ответ. Длину, промежуток времени.

3. Какая точность отсчета при работе с данными приборами?

Ответ. Точность измерения равна цене деления шкалы прибора.

Читайте также:  Измерение внутриглазного давления алгоритм тонометром

4. Приведите примеры прямых и косвенных измерений.

Ответ. В зависимости от того, каким способом получается значение измеряемой величины, различают погрешности прямых (непосредственных) и косвенных измерений. Прямыми называются измерения, в результате которых значение измеряемой величины получается сразу по шкале прибора (например, измерение длины штангенциркулем) или при помощи какого-либо способа сравнения с эталоном (например, взвешивание на рычажных весах). Косвенные — это такие измерения, когда для нахождения некоторой физической величины сначала измеряют прямыми измерениями несколько других величин, а затем по их значениям с помощью каких-либо формул вычисляют значение искомой величины. Одну и ту же величину часто можно найти путем как прямых, так и косвенных измерений. Например, скорость автомобиля может быть определена по спидометру (прямое измерение) или найдена делением пройденного расстояния на время движения (косвенное измерение).

5. Какие виды погрешностей вы знаете?

Ответ. В зависимости от причин, приводящих к возникновению погрешностей, различают их следующие виды.

Промахи — грубые ошибки в значениях измеряемой величины. Промахи, как правило, вызываются невнимательностью. Они могут возникать также вследствие неисправности прибора. От промахов не застрахован никто, однако по мере приобретения экспериментальных навыков вероятность промахов заметно уменьшается.

Систематические погрешности — такие погрешности, которые соответствуют отклонению измеряемой величины от ее истинного значения всегда в одну сторону — либо в сторону завышения, либо в сторону занижения. При повторных измерениях в тех же условиях величина погрешности остается неизменной. При закономерных изменениях условий погрешность также меняется закономерно.

Систематические погрешности могут возникать по ряду причин, вот некоторые из них:

несоответствие прибора эталону (например, пластмассовые линейки с течением времени обычно укорачиваются на несколько миллиметров, секундомер может иметь неправильный ход — спешить или отставать на несколько секунд в сутки).

неправильное использование прибора (например, перед взвешиванием не установлено равновесие ненагруженных весов).

пренебрежение поправками, которые нужно ввести в результаты измерения для достижения требуемой точности (например, не учтена зависимость температуры кипения воды от атмосферного давления).

Систематические погрешности, обусловленные некоторыми из этих причин, могут быть сведены к минимуму проверкой приборов, их тщательной установкой, анализом необходимых поправок и т.д.

Случайные погрешности . Даже при очень строгом соблюдении одних и тех же условий повторные измерения одной и той же величины, как правило, приводят к значением, отличающимся друг от друга, Эта разница в значениях может вызываться причинами самой различной природы. Отклонения от истинного значения при этом могут быть как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, причем величина отклонения также может быть различной.

Случайные погрешности вызываются большим числом неконтролируемых причин, влияющих на процесс измерения. Такие причины могут быть объективными (неровности на поверхности измеряемого предмета; дуновение воздуха, ведущее к изменению температуры; скачкообразное изменение напряжения электрической сети и т. п.) и субъективными (разная сила зажима предмета между ножками штангенциркуля, неодинаковое расположение глаза по отношению к шкале прибора, различное запаздывание при включении секундомера и т.п.). Эти причины могут сочетаться в различных комбинациях, вызывая то увеличение, то уменьшение значения измеряемой величины. Поэтому при измерениях одной и той же величины несколько раз получается, как правило, целый ряд значений этой величины, отличающихся от истинного значения случайным образом).

Приборные погрешности . Предполагая, что приборные погрешности, имеющие систематический характер, устранены (весы выставлены по отвесу и уравновешены в отсутствие нагрузки, стрелка отключенного электроизмерительного прибора показывает на нуль, часы выверены по сигналам точного времени и т. д.), мы все приборные погрешности будем относить к случайным. Такие погрешности могут возникать при изготовлении приборов или при их градуировке. Обычно довольствуются сведениями о допустимых приборных погрешностях, сообщаемых заводами-изготовителями в паспортах, прилагаемых к приборам. Завод ручается, что погрешности отсчета по прибору не выходят за пределы, указываемые в паспорте. При этом остаются неизвестными ни конкретная величина, ни знак погрешности, получающейся в результате отдельного измерения данным прибором. Поэтому такие погрешности следует относить к случайным погрешностям с достаточно большой доверительной вероятностью (порядка 0,95 и выше). Допустимые погрешности обычно включают в себя и те, которые могут возникнуть при приведении приборов в рабочее состояние (установке на нуль и т.п.) при условии выполнения заводской инструкции.

Абсолютная погрешность находится как сумма перечисленных погрешностей.

Кроме абсолютной погрешности результат также характеризуется еще и относительной погрешностью , т.е. отношением абсолютной погрешности к среднему арифметическому значению измеряемой величины . Относительная погрешность выражается в виде десятичной дроби или в процентах и показывает качество измерения. Если при измерениях получена относительная погрешность более 10%, то говорят, что произведено не измерение, а лишь оценка измеряемой величины. В лабораториях физического практикума относительная погрешность обычно составляет 1-10%. В научных же лабораториях измерения некоторых физических величин, таких, например, как длина световой волны, осуществляется с точностью порядка миллионной доли процента.

Читайте также:  Какая есть таблица измерения тока

6. Как производится запись приближенных чисел?

Ответ. Поскольку значения физических величин, полученные в результате измерений, имеют погрешности, они выражаются не точными, а приближенными числами. Незначащими цифрами приближенного числа называются нули, стоящие слева в десятичных дробях до первой отличной от нуля цифры, и нули, поставленные в конце числа, вместо цифр, отброшенных при округлении. Остальные цифры называются значащими . Например, в числе 0,0123 значащие цифры 1,2,3; в числе 508000, полученном округлением числа 507893, три нуля – незначащие. В конце числа могут быть и значащие нули. Так, например, во втором числе выражения 5 км = 5000 м нули не заменяют отброшенные при округлении цифры, а выражают точное соотношение между единицами длины.

Для того, чтобы числа не содержали незначащих нулей, их принято записывать в показательной (экспоненциальной) форме с запятой после первой значащей цифры. В этом случае числа предыдущих примеров имеют

вид: 0,00123 = 1,23; 508000 = 5,08. Значащие нули при такой записи не отбрасываются: 5 км = 5,000м.

В числах, выражающих значения, для которых указана погрешность, последняя цифра (сомнительная) стоит в том же разряде, что и первая значащая цифра погрешности. Цифры, находящиеся в следующих разрядах как самого числа, так и его погрешности, должны быть отброшены как неверные по правилам округления, причем погрешность округляют всегда в сторону увеличения. Таким образом, сама погрешность содержит только одну значащую цифру. Однако, если первая цифра погрешности единица, то в погрешности оставляют две цифры, а в самом числе сохраняют лишний разряд. Наконец, если данное число не является окончательным результатом, а будет участвовать в каких-либо вычислениях, то в нем, как и в его погрешности сохраняют лишний разряд.

Запись окончательного результата измерения. В записи окончательного результата измерения должны содержаться:

название измеряемой величины и ее буквенное обозначение;

наиболее вероятное значение измеряемой величины, т.е. значение, получающееся в результате отсчета по прибору, если измерение проводилось однократно, или среднее арифметическое этих отсчетов, если измерение проводилось несколько раз.

полная абсолютная погрешность измеряемой величины;

единица измерения, в которой выражена измеряемая величина и ее полная абсолютная погрешность;

доверительная вероятность результата;

относительная погрешность, выраженная в виде десятичной дроби или в процентах.

При записи результата измерения следует соблюдать приведенные выше правила записи приближенных чисел.

Порядок выполнения работы

1. К лапке штатива прикрепите нить с шариком (рисунок). Отведите шарик в сторону (точку А) так, чтобы нить составила с вертикалью угол α = 30 0 (определяется треугольником). Отпустите шарик и, одновременно нажав на кнопку секундомера, измерьте минимальный промежуток времени, через который шарик снова окажется в точке А. Полученный результат занесите в таблицу.

2. Повторите опыт не менее пяти раз, записывая результаты измерений в таблицу.

3. Вычислите и занесите в таблицу среднее значение промежутка времени:

4. Вычислите абсолютную случайную погрешность при каждом измерении и среднее значение при пяти измерениях:

Результаты вычислений занесите в таблицу.

5. Определите максимальное значение случайной погрешности:

. Результаты вычислений занесите в таблицу.

6. Определите и занесите в таблицу значение абсолютной систематической погрешности:

Предельную погрешность секундомера найдите по таблице (см. приложение). Абсолютную погрешность отсчета определите как цену деления шкалы механического секундомера.

7. Вычислите и запишите в таблицу значение абсолютной погрешности ∆ t прямого измерения промежутка времени:

t = 0,192 с + 0,5 с = 0,692 с, после округления до одной значащей цифрыt = 0,7 с.

Вычислите и занесите в таблицу значение относительной погрешности прямого измерения промежутка времени t:

9. Запишите окончательный результат измерений в интервальной форме: t = (2,0 ± 0,7) с, ε t = 35 %

Источник

Методическая разработка по выполнению лабораторной работы «Определение погрешности трансформатора напряжения»

Определение погрешности трансформатора напряжения

Цель работы: Ознакомится со схемой включения трансформатора напряжения и определить его погрешность.

а) убеждаемся, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания, перечень устройств представлен в таблице 1.

б) соединяем гнёзда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» трёхфазного источника питания А1.

в) соединяем аппаратуру в соответствии с монтажными схемами 1, 2

Таблица 1 – Перечень устройств

Однофазный источник питания

Трехфазный источник питания

Читайте также:  Кда единица измерения молекулярной массы

Рисунок 1 – Монтажная схема

Рисунок 2 – Монтажная схема

Указания по проведению эксперимента

а) убеждаемся, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

б) соединяем гнезда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» автотрансформатора А1 или трехфазного источника питания G2.

в) соединяем аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений 1 или 2.

г) поворачиваем регулировочную рукоятку автотрансформатора А1

(для схемы 1) в крайнее против часовой стрелки положение.

д) устанавливаем активную А22 равной, например, 50.

е) включаем автоматический выключатель и устройство защитного отключения в однофазном источнике питания G1.

ж) включаем выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и автотрансформатора А1.

з) активизируем мультиметры блока Р1.

и) включаем выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора А1 (для схемы 13) или включите трехфазный источник питания G2 (для схемы 2).

к) зафиксируем (с помощью вольтметра Р1.1) первичное напряжение U1 трансформатора напряжения А21.

л) зафиксируем с помощью вольтметра Р1.3 и амперметра Р1.2 соответственно напряжение U2 и ток I2 вторичной обмотки трансформатора напряжения А21.

м) отключаем автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1 (для схемы 13) или трехфазный источник питания G2 (для схемы 2).

н) отключаем выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора А1 (для схемы 1) и блока мультиметров Р1.

о) вычисляем нагрузку S2, кВт, трансформатора напряжения А21 по формуле

где U2 – напряжение вторичной обмотки, В.

I2 – ток вторичной обмотки, А.

S2 = 85 · 0,38 = 32,3 кВт.

п) вычисляем погрешность Δ U, %, трансформатора напряжения А21 по формуле

Источник

Определение погрешности электронного вольтметра методом сличения

Лабораторная работа №2-2

Определение погрешности электронного вольтметра методом сличения

Цель работы: Получение навыков проведения метрологических работ в процессе определения (контроля) погрешности электронного вольтметра методом сличения.

Описание лабораторного стенда

Практическая часть выполнение работы

Определение (контроль) погрешности электронного вольтметра методом сличения с показаниями образцового электродинамического вольтметра при измерении переменного напряжения
частотой 50 Гц на пределе шкалы 10 В.
Показания образцового вольтметра, В (мВ) Показания рабочего вольтметра, В (мВ) Абсолютная погрешность рабочего вольтметра, мВ Относительная рабочего погрешность вольтметра, % Вариация показаний рабочего вольтметра
возрастание убывание возрастание убывание Абсолютная, В относительная, %
возрастание убывание
0,7 0,8 0,3 0,2 -0,1 -10
1,8 1,9 0,2 0,1 -0,1 -10
2,8 2,9 0,2 0,1 6,66 3,33 -0,1 -10
3,9 0,1 2,5 -0,1 -10
6,1 -0,1 -1,66 -0,1 -10
7,1 -0,1 -1,428 -0,1 -10
7,9 8,1 0,1 -0,1 1,25 -1,25 -0,2 -20
8,8 9,1 0,2 -0,1 2,22 -1,11 -0,3 -30
10,3 10,3 -0,3 -0,3 -3 -3

График зависимости абсолютной погрешности прибора от его показаний:

График зависимости относительной погрешности прибора от его показаний:

Вывод: Получил навыки проведения метрологических работ в процессе определения погрешности электронного вольтметра методом сличения.

Что такое поверка и зачем она выполняется?

Поверка средств измерений — совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим характеристикам.

Дайте определение следующих понятий: погрешность средства измерений, класс точности средства измерений, погрешность поверки.

Погрешность средства измерений – разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины.

Класс точности – это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений.

Погрешность поверки — составляющая погрешности измерений, являющаяся следствием несовер-шенства поверки средств измерений. Погрешности от измерительного усилия действуют в случае контактных измерительных приборов. При оценке влияния измерительного усилия на погрешность измерения, необходимо выделить упругие деформации установочного узла и деформации в зоне контакта измерительного наконечника с деталью.

Что такое нормальные условия при поверке?

Нормальными условиями для определения основной погрешности поверяемого средства измерений следует считать условия, при которых составляющая погрешности поверяемого средства измерений от действия совокупности влияющих величин не превышает 35 % предела допускаемой основной погрешности поверяемого средства измерений.

Лабораторная работа №2-2

Определение погрешности электронного вольтметра методом сличения

Цель работы: Получение навыков проведения метрологических работ в процессе определения (контроля) погрешности электронного вольтметра методом сличения.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Источник