Пример лабы Э4Б по метрологии
.docxМинистерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Белорусский государственный университет информатики
и радиоэлектроники»
Факультет непрерывного и дистанционного обучения
Кафедра метрологии и стандартизации
лабораторная работа №2
по курсу “Метрология, стандартизация и сертификация”
ТЕМА: «Измерение напряжений и уровней сигналов с помощью электронных вольтметров и измерителей уровня»
Вариант №2
Проверила:
Руховец Ольга Владимировна
Минск 2012
Цель работы:
-
Изучение принципов работы электронных вольтметров и измерителей уровня сигналов.
-
Изучение методов измерения напряжений электронными вольтметрами и уровней сигналами передающего тракта измерителями уровня.
-
Изучение источников методических погрешностей, возникающих при измерении переменных напряжений с помощью электронных вольтметров.
-
Изучение метода поверки электронного вольтметра в части определения погрешности измерения переменного напряжения.
-
Изучение алгоритма обработки измерительной информации при многократном косвенном измерении коэффициента передачи четырехполюсника путем измерения переменных напряжений на его входе и выходе.
-
Приобретение практических навыков работы с генератором Г4-117, электронными вольтметрами В7-28, В3-38, В3-40, В4-12 и осциллографом С1-72.
Лабораторное задание:
-
Определить входное сопротивление Rv и входную емкость Cv вольтметра B7-28.
-
Провести поверку вольтметра В3-40 в части определения погрешности измерения переменного напряжения при использовании вольтметра В7-28 в качестве образцового. Оценить абсолютную, относительную и приведенную погрешности вольтметра В3-40 при измерении переменного напряжения.
-
Определить для заданных сигналов различной формы пиковое Um, среднеквадратичное Uск, средневыпрямленное Uсв значения напряжения, коэффициент амплитуды Ka и коэффициент формы Kф.
Перечень применяемых приборов
Наименование прибора |
Тип прибора |
Основные технические характеристики |
Генератор сигналов низкочастотный |
Г4-117 |
Диапазон генерируемых частот от 20 Гц до 10Мгц. |
Вольтметр универсальный цифровой |
В7-28 |
Обеспечивает измерение переменного напряжения в диапазоне от 100 мкВ до 300 В на пределах измерений 1; 10; 100; 300 В. |
Милливольтметр |
В3-38 |
Основная приведенная погрешность прибора не превышает ± 2,5% в поддиапазонах (1…300) мВ и ± 4% в поддиапазонах (1…300) В для диапазона частот 45 Гц … 1 МГц. |
Милливольтметр |
В3-40 |
Основная приведенная погрешность прибора не превышает ±1,5% на пределах (1…300) мВ, ±2,5% на пределах (0,1…0,3) мВ и ±4% на (1…300) В для диапазона частот 45 Гц … 1 МГц. |
Милливольтметр импульсного тока |
В4-12 |
Пределы измеряемых значений напряжений: 3, 10, 30, 100, 300, 1000 мВ. |
Электронно-лучевой осциллограф |
С1-72 |
Может работать в режимах непрерывной и ждущей разверток, а также в режиме развертки внешним сигналом. |
Выполнение работы
-
Исследовать вольтметр В7-28.
Uг, В |
Fн, Гц |
Uгн, В |
R0, кОм |
URV, В |
Rv, кОм |
Rv, кОм |
Fв, кГц |
Uгв, В |
Co, пФ |
UCV, В |
Cv, пФ |
Cv, пФ |
1,5 |
25 |
1,701 |
560 |
1,088 |
993,97 |
977,6 |
45 |
1,682 |
30 |
0,27 |
156,89 |
122,78 |
1000 |
0,795 |
877,5 |
20 |
0,22 |
132,91 |
|||||||
270 |
1,356 |
1061,32 |
10 |
0,19 |
78,53 |
Для расчёта Rv используем формулу: ;
Для расчёта Cv используем формулу: ;
Значения Rv и Cv находятся как среднее арифметическое Rv и Cv.
-
Поверка вольтметра В3-38 при использовании вольтметра В7-28 в качестве образцового.
№ |
fп, кГц |
Uпр, В |
Uи, В |
U0, В |
Δи, В |
δи, % |
γи, % |
1 |
0,2 |
0,3 |
0,05 |
0,489 |
0,439 |
89,77 |
1,46 |
2 |
0,1 |
0,106 |
0,006 |
5,66 |
0,02 |
||
3 |
0,15 |
0,152 |
0,002 |
1,31 |
0,007 |
||
4 |
0,2 |
0,203 |
0,003 |
1,47 |
0,01 |
||
5 |
0,3 |
0,297 |
0,003 |
1,01 |
0,01 |
Для расчета используем следующие формулы:
Δи = |Uи - U0|;
δи = (Δи/U0) ∙ 100%;
γи =(Δи/Xn) ∙ 100%,
где Xn согласно ГОСТ 8.401-80 принимается равным пределу измерения, т.е. Uпр.
-
Определить для заданных сигналов различной формы пиковое Um, среднеквадратичное Uск, средневыпрямленное Uсв значения напряжения, коэффициент амплитуды Ка и коэффициент формы Кф.
№ точки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
UВ4-12, мВ |
270 |
370 |
260 |
455 |
505 |
Uпр В4-12, мВ |
300 |
1000 |
300 |
1000 |
1000 |
UВ3-40, мВ |
165 |
230 |
260 |
400 |
400 |
Uпр В3-40, мВ |
300 |
300 |
300 |
1000 |
1000 |
UВ3-38, мВ |
160 |
220 |
245 |
380 |
380 |
Uпр В3-38, мВ |
300 |
300 |
300 |
1000 |
1000 |
Um, мВ |
270 |
370 |
260 |
455 |
505 |
Uск, мВ |
165 |
230 |
260 |
400 |
400 |
Uсв, мВ |
146 |
200 |
223 |
346 |
346 |
Kа |
1,64 |
1,61 |
1 |
1,14 |
1,26 |
Kф |
1,13 |
1,15 |
1,17 |
1,16 |
1,16 |
δ UВ4-12, % |
4,4 |
10,8 |
4,6 |
8,8 |
7,9 |
δ UВ3-40, % |
2,7 |
2 |
1,7 |
6,3 |
6,3 |
δ UВ3-38, % |
4,7 |
3,4 |
3,1 |
10,5 |
10,5 |
Точкам 1 – 5 соответствуют различные формы сигналов — они приведены на рисунке 1.
Показания вольтметров с различными типами детектора отличаются. Следовательно, нужно учитывать градуировочное уравнение, устанавливающее связь между показаниями Uv (градуировкой) вольтметра и фактически измеряемым параметром Ux: Uv = C∙Ux, где С – градуировочный коэффициент. Градуировочные уравнения для используемых вольтметров приведены ниже.
-
Милливольтметр В3-38 предназначен для измерения напряжения переменного тока. Его шкала проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения, т.е.:
Uсв = U / 1,11.
-
Микровольтметр В3-40 предназначен для измерения напряжения переменного тока произвольной формы. Шкала прибора проградуирована в среднеквадратических значениях произвольной формы:
Uск = U.
-
Милливольтметр В4-12 предназначен для измерения амплитудных значений видеоимпульсов прямоугольной формы положительной и отрицательной полярности, а также амплитуд синусоидальных напряжений. Его шкала проградуирована в пиковых значениях напряжения:
Um = U.
Коэффициент амплитуды Ка вычисляется по формуле:
Ка = Um / Uск.
Коэффициент формы Кф вычисляется по формуле:
Кф = Uск / Uсв.
Пределы инструментальных относительных погрешностей будем определять по формулам:
-
Для милливольтметра В4-12
, где .
-
Для микровольтметра В3-40
, где для предела (1….300) мВ , а для предела (1….300) В.
-
Для милливольтметра В3-38
, где для предела (1….300) мВ и для предела (1….300) В.
Формы сигналов точек 1 – 5:
Рис. 1. Формы сигналов
Выводы:
В данной лабораторной работе был изучен принцип работы вольтметров и приобретен практический навык работы с генераторами, электронными вольтметрами и осциллографами. Опытным путём установлено наличие погрешности приборов и результатов измерения. Сделан вывод о недостаточной точности прибора из-за наличия небольшой относительной погрешности. Оценив входную емкость и сопротивление, убедились в большом входном сопротивлении и малой емкости.