Лабораторная работа Л-01

Определение действительных значений

погрешности и внутреннего сопротивления

комбинированного измерительного прибора

Программа и методические указания

Цель работы: провести эксперимент по определению действительных значений погрешности и внутреннего сопротивления комбинированного измерительного прибора (тестера) в режимах измерения силы постоянного тока и напряжения постоянного тока.

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЙСТВИТЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ

ПОГРЕШНОСТИ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ СИЛЫ ТОКА

Задача состоит в выполнении эксперимента, позволяющего определить действительные значения погрешности комбинированного прибора (тестера) в режиме измерения силы постоянного тока. Схема эксперимента (схема соединений) приведена на рис.1 а, а эквивалентная схема – на рис.1 б. В качестве источника Э.Д.С. используется источник постоянного стабилизированного напряжения типа ИПС-1 с двумя регулировками “Грубо” и “Плавно” и встроенным вольтметром для измерения напряжения, устанавливаемого на выходе источника.

Образцовый миллиамперметр А_о имеет погрешность значительно меньшую, чем погрешность испытуемого прибора А_и. Предположим, что ею можно пренебречь. Минимальное сопротивление нагрузки (R_н)_min выбирается из соображений ограничения тока в цепи до значения, соответствующего конечному значению I_к шкалы (пределу измерения) тестера:

,

где Е_max – значение верхнего уровня напряжения источника, устанавливаемое оператором. При использовании в качестве нагрузки магазина сопротивлений необходимо также учитывать ограничение по мощности:

или

где Р – предел допускаемой мощности рассеивания на магазине (берется из справочника либо считывается непосредственно с корпуса магазина).

Значение (R_н)_min необходимо рассчитать и выставить до подключения источника напряжения к сети. В противном случае большой ток может вывести из строя измерительные приборы и источник э.д.с.

1.1 Для заданного преподавателем предела измерения тока рассчитать значение сопротивления (R_н)_min и выставить его на магазине сопротивлений.

1.2 Включить питание источника э.д.с и с помощью регулировок “Грубо” и “Плавно” убедиться, что стрелка тестера плавно перемещается от нулевого показания до максимального.

Перед началом эксперимента стрелка выставляется на нулевую отметку с помощью корректора.

1.3 Прогреть тестер в течение 15 минут при протекании по нему тока, значение которого равно пределу измерения I_к.

1.4 Определить действительные значения погрешности на оцифрованных отметках испытуемого прибора. Для этого, плавно увеличивая значение измеряемого тока (с помощью регулировок “Грубо” и “Плавно”), устанавливают указатель испытуемого прибора поочередно на каждую оцифрованную отметку I_и и записывают соответствующие им показания образцового прибора I_о. Причем подход к оцифрованной отметке шкалы должен осуществляться с одной стороны.

1.5 Вычислить абсолютные и относительные значения погрешности для каждой оцифрованной отметки шкалы по формулам:

1.6 Рассчитать пределы допускаемых значений абсолютной

и относительной δ_I погрешностей для тех же точек шкалы, пользуясь классом точности прибора (γ):

, .

1.7 Результаты измерений и расчетов представить в виде табл.1.

Таблица 1

Iи, мА	Iо, мА	, мА	ΔI, мА	ηI, %	δI, %

1.8 По данным табл.1 построить графики зависимостей  (I_и) и  (I_и).

На эти же графики занести предельные значения погрешностей + и + (рис.2 а, б).

1.9 Сделать вывод о том, не превосходят ли полученные экспериментально действительные значения погрешностей прибора пределы допускаемых для него значений абсолютной и относительной погрешностей, т.е. убедиться в том, что и .

2 Определение внутреннего сопротивления тестера при измерении силы тока

Задача состоит в определении внутреннего (входного) сопротивления R_А тестера (миллиамперметра) по схеме, приведенной на рис.3 а, путем шунтирования прибора магазином сопротивлений.

Внутреннее сопротивление определяется экспериментально-расчетным методом. Полагая, что ток в цепи (см. эквивалентную схему на рис.3 б) в основном определяется сопротивлением нагрузки (R_н>>R_А) можно записать:

,

где I_А1 – показание прибора при отключенном магазине (R_м= ∞); I_А2 – показание прибора при подключенном магазине (R_м= 0 и R_м= ∞).

Тогда ,

и в частном случае, когда I_A2=0,5I_A1, R_A=R_м.

2.1. Собрать схему эксперимента: приведенную на рис.3 а. В качестве имитатора нагрузки R_н используется резистор, номинальное значение сопротивления которого близко рассчитанному в п.1.1 значению. Магазин сопротивлений выполняет роль вспомогательного устройства.

2.2 При отключенном магазине сопротивлений измерить ток в цепи I_А1.

2.3 Выставить на магазине максимально возможное сопротивление. Подключить магазин сопротивлений и изменяя сопротивление R_м магазина, добиться, чтобы ток через прибор составил I_A2=0,5I_A1. В этом случае за внутреннее сопротивление R_A прибора принять сопротивление R_м магазина.

2.4 Сравнить полученное экспериментальным путем значение внутреннего сопротивления прибора с нормированным, т.е. приписываемым прибору значением (берется по справочнику или рассчитывается по формуле, указанной на обратной стороне прибора: , где U – падение напряжения на зажимах прибора, I_к – предел измерения).

3 Определение действительных значений погрешности при измерении напряжения

Задача состоит в экспериментальном определении действительных значений погрешности тестера в режиме измерения напряжения постоянного тока и сравнении их с предельно допускаемыми значениями по классу точности. Схема эксперимента приведена на рис.4 а, а эквивалентная электрическая схема – на рис.4 б.

Рисунок 4 а. Схема эксперимента для определения действительных значений погрешности тестера в режиме измерения напряжения

3.1 Установить на тестере предел измерений напряжения U_к (задается преподавателем).

3.2 Собрать схему эксперимента.

3.3 Определить действительные значения погрешности по шкале прибора. Для этого (с помощью регулировок “Грубо” и “Плавно”) плавно увеличивая значение измеряемого напряжения, указатель тестера устанавливают поочередно на каждую оцифрованную отметку шкалы U_и и записывают соответствующие им показания U_о образцового вольтметра. Подход к оцифрованной отметке должен осуществляться с одной стороны.

3.4 Вычислить абсолютные и относительные значения погрешности для каждой оцифрованной отметки шкалы по формуле:

3.5 Рассчитать предельно допускаемые значения абсолютной Δ_V и относительной δ_V погрешностей для тех же точек шкалы прибора, пользуясь классом точности прибора (γ);

.

3.6 Результаты измерений и расчетов свести в таблицу, аналогичную табл.1.

3.7 Выполнить пункты, аналогичные 1.8 и 1.9.