Описание прибора

Установка представляет собой стенд с размещенными на нем: мультиметром, набором активных и реактивных сопротивлений и набором схем измерения (методом замещения).

Измерение сопротивления способом амперметра и вольтметра можно вы­полнить по двум схемам включения: в одном случае измеряется сумма напряжений на объекте и амперметре, в другом - измеряется ток через объект и вольтметр (рис. 1).

Рис. 1. Измерение тока через объект и вольтметр

Данный способ относится к косвенным методам измерения, при которых полу­чение результата требует вычислений по принятой модели физической связи искомой величины с измеренными прямым методом. Модель связи может учитывать или иг­норировать влияние приборов на результат измерения. Игнорирование влияния при­боров упрощает расчет, но требует контроля размера возникающей при этом по­грешности и учета её в виде поправки результата (в случае необходимости).

Измерение сопротивления методом замещения может быть выполнено по схе­мам, приведенным на рис. 2, а, б.

Рис. 2. Измерение сопротивления методом замещения:

а – схема измерения напряжения; б – схема измерения тока

Определение вольт-амперной характеристики диода (прямой ветви и на­чального участка обратной) можно выполнять по одной из схем, изображенных на рис. 3, а, б. При снятии вольт-амперной характеристики следует начинать с малых значений напряжения Uv, поскольку полупроводниковый переход обладает сильно выраженной нелинейностью.

Рис. 3. Определение вольт-амперной характеристики диода:

а – схема измерения тока и напряжения;

б – схема измерения напряжения

Проведение измерений и обработка результатов

Измерение активных сопротивлений.

1. Выполнить измерение сопротивления комбинированным прибором, мультиметром. Объектами измерения, входящими в состав установки, являются: резисторы на­бора элементов и два набора резисторов. Разброс их сопротивлений подразумевает выбор средств измерений, обеспечивающих приемлемую (или заданную) точность и выбор необходимой (двух- или четырехзажимной) схемы включения объекта.

Если шкала прибора существенно нелинейна и указаны пределы допускаемой приведенной основной погрешности, то предельная относительная погрешность ре­зультата оценивают по формуле (в процентах)

5 = ± kL / (xh),

где k - показатель класса точности;

L - длина равномерной шкалы в делениях;

x - показание прибора, Ом;

h = ΔL / Δr - отношение приращения равномерной шкалы к радиальной проекции этого приращения на нелинейную шкалу в окрест­ности показаний прибора (в делениях на Ом).

Приведенная формула дает, в большинстве случаев, завышенную оценку по­грешности.

2. Измерение сопротивления способом амперметра и вольтметра вы­полнить по двум схемам включения: в одном случае измеряется сумма напряжений на объекте и амперметре, в другом - измеряется ток через объект и вольтметр (см. рис. 1).

При включении переключателя S в положение 1 результат измерения Rx опреде­ляется по формулам:

R_X = U_X /I_X

с методической погрешностью δ_м, %

δ_м = R_A /R_X ∙ 100,

или

R_X = U_X /I_X –R_A

с методической погрешностью δ_м = 0,

где U_X и I_X - показания соответственно вольтметра (V) и амперметра (A);

R_A - сопроти­вление амперметра.

При включении переключателя 5 в положение 2 результат измерения R_x опреде­ляется по формулам:

R_X=U_X /I_X

c методической погрешностью δ_м, %

δ_м = - [ R_X /( R_X+R_V)] ∙100

или

R_X = U_X /(I_X –U_X /R_V)

с методической погрешностью δ_м = 0,

где R_V - сопротивление вольтметра.

При необходимости в результат измерения вносят поправку, равную абсолют­ной методической погрешности с обратным знаком. Скорректированный результат при этом R_XC = R_X + с, с = - δ_м·R_X /100.

Формула окончательного результата измерения записывается в виде

R_И = R_XC + ΔR_X,

где ΔR_X = δ_R ∙ R_X / 100 - предельная инструментальная относительная погрешность измерения равна сумме предельных инструментальных относительных погрешностей измерения напряжения и тока, т.е. δ_R = δ_U + δ_I.

Предельная инструментальная относительная погрешность измерения (приборами лабораторной установки) напряжения или тока определяется по формуле

δ_U,I = k (U_X,I_X /U_X,I_X),

где U_X, I_X - примененные пределы измерения вольтметра и амперметра соответственно;

k = 0,5 - класс точности встроенных приборов.

3. Измерение сопротивления методом замещения выполнить по схе­мам, приведенным на рис. 2, а, б.

В качестве образцовых сопротивлений применить резисторы из набора элемен­тов R_N1, R_N2, R_N3 имеющих разброс в 0,5 %.

Результаты измерений вычисляются по формулам

для схемы a):

Rx = R_N · I_N / I_X,

где I_N и I_X - токи в образцовом и измеряемом сопро­тивлениях соответственно;

для схемы б):

Rx = R_N · U_X / U_N,

где U_X и U_N - падения напряжения на измеряемом и образцовом сопротивлениях.

Предельное значение основной относительной погрешности измерения при не­известной форме статической характеристики преобразования измерительного сред­ства δ_X, %:

для схемы а):

δ_X = δ_N + δ_I0 ·(1 – I_N /I_X),

где δ_N - относительная погрешность зна­чения образцового сопротивления (в процентах);

δ_I0 = k· I_X/I_N (%) - относительная по­грешность измерения тока в образцовом сопротивлении;

k - класс точности прибора (если класс точности представлен в виде дроби c/d, то вместо k подставлять d) ;

для схемы б):

δ_X = δ_N + δ_U0 ·(U_N/U_X - 1),

где δ_U0 - относительная погрешность измерения напряжения на образцовом сопротивлении (в процентах) - определяется аналогично величине δ_I0.

При известной статической характеристике преобразования, в частности при использовании встроенных в лабораторную установку цифровых приборов, предел относительной погрешности результата можно оценить по формуле

δ_X = δ_N + δ_И.Н. · Y_X / Y_N · (Y_N / Y_X - 1) + 2 · δ_Д.Н + 2 · δ_К.В.,

где δ_И.Н = 0,15 % - интегральная нелинейность цифрового преобразователя, встроен­ного в установку;

δ_Д.Н = 0,05 % - его дифференциальная нелинейность, δ_К.В = = 0,05% - по­грешность квантования;

Y – символ, обозначающий ток или напряжение.

4. Определить вольт-амперную характеристику (прямой ветви и на­чального участка обратной) диода по одной из схем, изображенных на рис. 3, а, б. При оценке погрешностей результатов измерений учесть рекомендации, изло­женные в пунктах 2 и 3. По результатам измерений построить график.

Измерение параметров реактивных элементов.

1. Выполнить измерение параметров реактивных элементов. Измерение емкости и тангенса угла потерь производить с помощью универ­сального моста. Перед измерением мост необходимо подготовить к работе в соот­ветствии с инструкцией по его применению.

2. Измерить индуктивности катушек индуктивности, их добротности, определить взаимную индуктивность трансформатора и абсолютную погрешность ее изменения.

Взаимная индуктивность определяется по формуле

M = ( L_c - L_в ) / 4.

Абсолютная погрешность измерения взаимной индуктивности определяется по формуле

ΔM = (Δ L_c +Δ L_а)/4,

где Δ L_c и Δ L_а - абсолютные погрешности измерения L_c и L_в .