Для измерения силы тока используется амперметр. В идеале собственное сопротивление амперметра стремится к нулю, и оно никак не влияет на значение силы тока. Он включается в цепь последовательно с соблюдением полярности:
Вольтметр
Для измерения напряжения участка цепи используется вольтметр. В идеале собственное сопротивление вольтметра стремится к бесконечности, и устройство не проводит через себя ток. Он включается в электрическую цепь параллельно участку, в котором будет измеряться напряжение, с соблюдением полярности:
Как правильно записывать показания измерительных приборов с учетом погрешности
При записи величин (с учетом погрешности) следует пользоваться формулой:
A=a±Δa
где A — измеряемая величина, a — результат измерений, Δa — погрешность измерений.
Важно!
Погрешность измерений равна половине цены деления шкалы измерительного прибора, если в задаче не указана другая величина погрешности.
Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Чтобы найти цену деления шкалы, нужно:
- Найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величин.
- Вычесть из большего значения меньшее.
- Полученное число разделить на число делений (промежутков), находящихся между ними.
Пример №1. Определите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения составляет половину цены деления вольтметра.
Видно, что стрелка вольтметра встала на значении «2,0» Вольт. Она немного не дотягивает до штриха «2», но к нему она находится ближе, чем к предыдущему штриху.
Два ближайших штриха шкалы с указанными значениями имеют значения 1 и 2 В. Всего между ними 5 промежутков. Следовательно, цена деления шкалы равна: (2 – 1)/5 = 0,2 (Вольт).
Так как по условию задачи погрешность равна половине цене деления шкалы, то она равна 0,1 Вольтам. Следовательно, вольтметр показывает: 2,0 ± 0,1 В.
Задание EF18821
Определите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления вольтметра.
Ответ: (____± ____) В.
Алгоритм решения
1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.
2.Определить погрешность измерений.
3.Определить показания прибора.
4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.
Решение
Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 1 и 2 Вольта, а между ними 5 делений, то цена деления шкалы равна:
2−15=0,2 (В)
Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка вольтметра стоит в трех делениях от штриха, обозначенном цифрой «1». 3 деления по 0,2 Вольта равны 0,6 Вольтам. Следовательно, вольтметр показывает 1,6 В. С учетом погрешности: V = 1,6 ± 0,2 В.
Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».
Ответ: 1,60,2
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF18883
Определите показания амперметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения силы тока равна цене деления амперметра.
Ответ: ( ____± ____) А.
Алгоритм решения
1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.
2.Определить погрешность измерений.
3.Определить показания прибора.
4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.
Решение
Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 0 и 0,2 Ампера, а между ними 10 делений, то цена деления шкалы равна:
0,2−010=0,02 (А)
Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка амперметра стоит на штрихе, обозначенном числом «0,2». Следовательно, амперметр показывает 0,2 А. Так как при измерении учитываются сотые доли Амперов, правильно результат измерения записывается так: I = 0,20 А. С учетом погрешности: I = 0,20 ± 0,02 А.
Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».
Ответ: 0,200,02
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF19038
Определите напряжение на лампочке (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления вольтметра.
Ответ: ( ____±____ ) В.
Алгоритм решения
1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.
2.Определить погрешность измерений.
3.Определить показания прибора.
4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.
Решение
Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 2 и 4 Вольта, а между ними 10 делений, то цена деления шкалы равна:
4−210=0,2 (В)
Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка вольтметра стоит в пяти делениях от штриха, обозначенном цифрой «2». 5 делени1 по 0,2 Вольта равны 1 Вольту. Следовательно, вольтметр показывает 3 В. Так как при измерении учитываются сотые доли Вольтов, правильно результат измерения записывается так: U = 3 В.С учетом погрешности: U = 3,0 ± 0,2 В.
Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».
Ответ: 3,00,2
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Алиса Никитина | Просмотров: 7.4k
Чайковский филиал ПГТУ
Лабораторная
работа №2
Определение
основных
показателей погрешности вольтметра
Для студентов специальности 230100
«Информатика» и
специализации 552800 «Автоматизация и
управление»
Подготовил профессор Лисовский А.Ф.
Чайковский 2006
Цель работы — ознакомление с принципом
действия и устройством приборов для
измерения напряжений и токов, исследование
их основных метрологических характеристик.
Общие сведения. Метод и средства
для измерения напряжения.
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.
Основные метрологические характеристики
приборов для измерения напряжения:
диапазон измерения напряжения, погрешность
измерения, чувствительность или цена
деления.
Диапазон измерений представляет
собой область значений напряжения,
измеряемых прибором с нормированной
погрешностью.
Для многопредельных приборов диапазон
измерений указывают на каждом пределе
с различной нормированной погрешностью.
Переключение пределов измерений
производится вручную или автоматически.
Способность приборов работать при
сигналах, превышающих предел измерения,
называют их перегрузочной способностью.
Перегрузочная способность современных
цифровых вольтметров достигает 300%.
Различают полный и рабочий диапазоны
измерений. Полный диапазон определяют
по формуле
(1)
где
и
максимальное и минимальное значения
измеряемого напряжения.
Если эти максимальное и минимальное
значения измеряемого напряжения
определяются с заранее установленными
погрешностями, то обычно используют
понятие рабочего диапазона
(2)
который обычно меньше полного диапазона.
Погрешность измерений является
основной метрологической характеристикой
прибора. Различают абсолютную,
относительную и приведенную погрешности
приборов.
Абсолютная погрешность
определяется разностью между показанием
прибора Uпр
и истинным значением измеряемого
напряжения Uиcт:
=Uпр
—Uист
(3)
Абсолютная погрешность, взятая с обратным
знаком, называется поправкой П=-
.
Относительная погрешность
определяется отношением абсолютной
погрешности
к истинному значению измеряемого
напряжения Uист и выражается
в процентах
(4)
Относительная погрешность зависит от
значения измеряемого напряжения и с
уменьшением напряжения увеличивается.
Приведенная погрешность
определяется отношением абсолютной
погрешности к некоторому нормирующему
значению Uнорм
напряжения и выражается в процентах
(5)
В качестве нормирующего напряжения
принимают предельное значение шкалы
приборов с односторонней шкалой или
сумму предельных значений шкалы для
приборов с двухсторонней шкалой.
Приведенная погрешность не зависит от
значения измеряемого напряжения.
Программа работы:
— показать
величины полного
и рабочего диапазона измерений изучаемого
прибора;
-определить
основную погрешности прибора;
— найти вариации показаний и поправки
к показаниям прибора;
— установить чувствительность и цену
деления прибора.
Порядок выполнения работы.
1. Определение основной погрешности,
вариации показаний, поправки прибора
выполняется по схеме, изображенной на
рис. 1. В качестве поверяемого прибора
используется вольтметр типа МПЛ-46, а
образцовым служит цифровой вольтметр
типа В2-23.
2.
2. Перед проведением измерений провести
следующие действия:
— прибор В2-23 включить в сеть и выждать
10…15 мин:
— произвести установку нуля и калибровку
вольтметра В2-23 в соответствии с
инструкцией по пользованию прибором;
— выполнить установку нуля вольтметра
МПЛ-46, пользуясь корректором.
3. Для выполнения работы поверяемый
вольтметр МПЛ-46 установить на диапазон
15 В и измерить 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);
— 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 по показаниям
поверяемого прибора и образцового
вольтметра занести в форму 1.
4. . По данным измерений рассчитать все
остальные метрологические характеристики
поверяемого прибора.
Занести результаты расчетов в форму 1.
|
Измеряемые величины |
Харак- терис-тики |
№№ измерений |
||||||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
||
|
Показания |
Uпр ,В |
|||||||||||||||
|
Uобр,В |
||||||||||||||||
|
Показания образцового |
U’пр ,В |
|||||||||||||||
|
U’’обр ,В |
||||||||||||||||
|
Действительное значение напряжения |
Uср ,В |
|||||||||||||||
|
Погрешность |
|
|||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||
|
Поправка |
П, В |
|||||||||||||||
|
Вариация показаний |
|
|||||||||||||||
|
|
U
,%
п
Uобр,
Форма 1.
Действительные значения на оцифрованных
делениях шкалы поверяемого вольтметра
как среднее значение двух измерений
Uср=(U’обр+U’’обр)/2.
Расчет погрешности измерений
выполнить по формулам:
Абсолютная
погрешность
U=Uпов—Uср,
Относительная
погрешность
=(
U/
Uпов)*100%,
Приведенная
погрешность
п=(
U/
Uном) *100%, где Uном=15
В – номинальное значение поверяемого
напряжения.
Вариацию показаний вольтметра определить
по формулам:
Абсолютное значение
вариации
U=U’обр—U’’обр,
Приведенное
значение вариации
в=(
Uобр/
Uном)*100%,
Поправку вольтметра
вычислить по формуле П=-
U.
Использование
табличных значений поправки позволяет
существенно уменьшить погрешность
измерения напряжения поверяемым
вольтметром. Вводя поправку в результат
измерения, получим действительное
значение напряжения U=Uпов—
U=Uпов+П.
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.
5. Представить отчет по выполненной
лабораторной работе.
5
Соседние файлы в папке разное
- #
- #
- #
- #
Как определить цену деления амперметра и вольтметра?
Если на шкале 100 делений, а переключатель пределов измерения стоит на 1000, то цена одного деления = 1000 / 100 = 10 единиц измерения. Если переключатель пределов стоит на 100, то цена деления соответственно 1 ед. Если переключатель на 10, то цена равна 0,1 единицы и т. д.
Внимательно посмотреть на шкалу и вспомнить арифметику.
берешь 2 цифры на нем написаные, 5 и 10 к примеру. вычитаешь из большего меньшее (10-5) и делишь на количество промежутков между делениями.
Например. 0 l l l l 5 l l l l 10 — цена деления 1 (10-5/5)
Погрешности измерений, представление результатов эксперимента
Определяется несовершенством методов и допущениями в методике.
Погрешность теории (модели)
Определяется теоретическими упрощениями, степенью соответствия теоретической модели и реальности.
Погрешность оператора
Определяется субъективным фактором, ошибками экспериментатора.
Примеры значащих цифр:
0,403 – три значащих цифры, величина определена с точностью до тысячных.
40,3 – три значащих цифры, величина определена с точностью до десятых.
40,300 – пять значащих цифр, величина определена с точностью до тысячных.
В простейших измерениях инструментальная погрешность прибора является основной.
В таких случаях физическую величину измеряют один раз, полученное значение берут в качестве истинного, а абсолютную погрешность считают равной инструментальной погрешности прибора.
Примеры измерений с абсолютной погрешностью равной инструментальной:
- определение длины с помощью линейки или мерной ленты;
- определение объема с помощью мензурки.
Пример получения результатов прямых измерений с помощью линейки:
 |
Измерим длину бруска линейкой, у которой пронумерованы сантиметры и есть только одно деление между пронумерованными делениями. Цена деления такой линейки: begin triangle=frac= frac>=0,5 text end Инструментальная погрешность: begin d=frac=frac=0,25 text end Истинное значение: (L_0=4 text) Результат измерений: $$ L=L_0pm d=(4,00pm 0,25) text $$ Относительная погрешность: $$ delta=fraccdot 100text=6,25textapprox 6,3text $$ |
 |
Теперь возьмем линейку с n=9 мелкими делениями между пронумерованными делениями. Цена деления такой линейки: begin triangle=frac= frac>=0,1 text end Инструментальная погрешность: begin d=frac=frac=0,05 text end Истинное значение: (L_0=4,15 text) Результат измерений: $$ L=L_0pm d=(4,15pm 0,05) text $$ Относительная погрешность: $$ delta=fraccdot 100textapprox 1,2text $$ |
Второе измерение точнее, т.к. его относительная погрешность меньше.
п.5. Абсолютная погрешность серии измерений
Измерение длины с помощью линейки (или объема с помощью мензурки) являются теми редкими случаями, когда для определения истинного значения достаточно одного измерения, а абсолютная погрешность сразу берется равной инструментальной погрешности, т.е. половине цены деления линейки (или мензурки).
Гораздо чаще погрешность метода или погрешность оператора оказываются заметно больше инструментальной погрешности. В таких случаях значение измеренной физической величины каждый раз немного меняется, и для оценки истинного значения и абсолютной погрешности нужна серия измерений и вычисление средних значений.
Пример расчета истинного значения и погрешности для серии прямых измерений:
Пусть при измерении массы шарика с помощью рычажных весов мы получили в трех опытах следующие значения: 99,8 г; 101,2 г; 100,3 г.
Инструментальная погрешность весов d = 0,05 г.
Найдем истинное значение массы и абсолютную погрешность.
Составим расчетную таблицу:
| № опыта | 1 | 2 | 3 | Сумма |
| Масса, г | 99,8 | 101,2 | 100,3 | 301,3 |
| Абсолютное отклонение, г | 0,6 | 0,8 | 0,1 | 1,5 |
Сначала находим среднее значение всех измерений: begin m_0=frac=fracapprox 100,4 text end Это среднее значение принимаем за истинное значение массы.
Затем считаем абсолютное отклонение каждого опыта как модуль разности (m_0) и измерения. begin triangle_1=|100,4-99,8|=0,6\ triangle_2=|100,4-101,2|=0,8\ triangle_3=|100,4-100,3|=0,1 end Находим среднее абсолютное отклонение: begin triangle_=frac=frac=0,5 text end Мы видим, что полученное значение (triangle_) больше инструментальной погрешности d.
Поэтому абсолютная погрешность измерения массы: begin triangle m=maxleft; dright>=maxleft\ text end Записываем результат: begin m=m_0pmtriangle m\ m=(100,4pm 0,5) text end Относительная погрешность (с двумя значащими цифрами): begin delta_m=fraccdot 100textapprox 0,050text end
п.6. Представление результатов эксперимента
Как найти результат прямого измерения, мы рассмотрели выше.
Результат косвенного измерения зависит от действий, которые производятся при подстановке в формулу величин, полученных с помощью прямых измерений.
- абсолютная погрешность их суммы равна сумме абсолютных погрешностей
- абсолютная погрешность их разности также равна сумме абсолютных погрешностей
- относительная погрешность их произведения равна сумме относительных погрешностей
- относительная погрешность их частного также равна сумме относительных погрешностей
- относительная погрешность квадрата (a^2) равна удвоенной относительной погрешности
- относительная погрешность куба (a^3) равна утроенной относительной погрешности
- относительная погрешность произвольной натуральной степени (a^n) равна
Вывод этих формул достаточно сложен, но если интересно, его можно найти в Главе 7 справочника по алгебре для 8 класса.
п.7. Задачи
Задача 1. Определите цену деления и объем налитой жидкости для каждой из мензурок. В каком случае измерение наиболее точно; наименее точно? 
Составим таблицу для расчета цены деления:
| № мензурки | a, мл | b, мл | n | (triangle=frac), мл |
| 1 | 20 | 40 | 4 | (frac=4) |
| 2 | 100 | 200 | 4 | (frac=20) |
| 3 | 15 | 30 | 4 | (frac=3) |
| 4 | 200 | 400 | 4 | (frac=40) |
Инструментальная точность мензурки равна половине цены деления.
Принимаем инструментальную точность за абсолютную погрешность и измеренное значение объема за истинное.
Составим таблицу для расчета относительной погрешности (оставляем две значащих цифры и округляем с избытком):
| № мензурки | Объем (V_0), мл | Абсолютная погрешность (triangle V=frac), мл |
Относительная погрешность (delta_V=fraccdot 100text) |
| 1 | 68 | 2 | 3,0% |
| 2 | 280 | 10 | 3,6% |
| 3 | 27 | 1,5 | 5,6% |
| 4 | 480 | 20 | 4,2% |
Наиболее точное измерение в 1-й мензурке, наименее точное – в 3-й мензурке.
Ответ:
Цена деления 4; 20; 3; 40 мл
Объем 68; 280; 27; 480 мл
Самое точное – 1-я мензурка; самое неточное – 3-я мензурка
Задача 2. В двух научных работах указаны два значения измерений одной и той же величины: $$ x_1=(4,0pm 0,1) text, x_2=(4,0pm 0,03) text $$ Какое из этих измерений точней и почему?
Мерой точности является относительная погрешность измерений. Получаем: begin delta_1=fraccdot 100text=2,5text\ delta_2=fraccdot 100text=0,75text end Относительная погрешность второго измерения меньше. Значит, второе измерение точней.
Ответ: (delta_2lt delta_1), второе измерение точней.
Задача 3. Две машины движутся навстречу друг другу со скоростями 54 км/ч и 72 км/ч.
Цена деления спидометра первой машины 10 км/ч, второй машины – 1 км/ч.
Найдите скорость их сближения, абсолютную и относительную погрешность этой величины.
Абсолютная погрешность скорости каждой машины равна инструментальной, т.е. половине деления спидометра: $$ triangle v_1=frac=5 (text), triangle v_2=frac=0,5 (text) $$ Показания каждого из спидометров: $$ v_1=(54pm 5) text, v_2=(72pm 0,5) text $$ Скорость сближения равна сумме скоростей: $$ v_0=v_+v_, v_0=54+72=125 text $$ Для суммы абсолютная погрешность равна сумме абсолютных погрешностей слагаемых. $$ triangle v=triangle v_1+triangle v_2, triangle v=5+0,5=5,5 text $$ Скорость сближения с учетом погрешности равна: $$ v=(126,0pm 5,5) text $$ Относительная погрешность: $$ delta_v=fraccdot 100textapprox 4,4text $$ Ответ: (v=(126,0pm 5,5) text, delta_vapprox 4,4text)
Задача 4. Измеренная длина столешницы равна 90,2 см, ширина 60,1 см. Измерения проводились с помощью линейки с ценой деления 0,1 см. Найдите площадь столешницы, абсолютную и относительную погрешность этой величины.
Инструментальная погрешность линейки (d=frac=0,05 text)
Результаты прямых измерений длины и ширины: $$ a=(90,20pm 0,05) text, b=(60,10pm 0,05) text $$ Относительные погрешности (не забываем про правила округления): begin delta_1=fraccdot 100textapprox 0,0554textapprox uparrow 0,056text\ delta_2=fraccdot 100textapprox 0,0832textapprox uparrow 0,084text end Площадь столешницы: $$ S=ab, S=90,2cdot 60,1 = 5421,01 text^2 $$ Для произведения относительная погрешность равна сумме относительных погрешностей слагаемых: $$ delta_S=delta_a+delta_b=0,056text+0,084text=0,140text=0,14text $$ Абсолютная погрешность: begin triangle S=Scdot delta_S=5421,01cdot 0,0014=7,59approx 7,6 text^2\ S=(5421,0pm 7,6) text^2 end Ответ: (S=(5421,0pm 7,6) text^2, delta_Sapprox 0,14text)
Шкала измерительного прибора, цена деления шкалы
Стрелочные измерительные приборы: вольтметры, амперметры, омметры и т. д., — обладают шкалами.
Шкала — плоская или цилиндрическая поверхность, относительно которой движется стрелка, на которой нанесены деления.
Иногда шкала у прибора всего одна, а иногда их несколько, при этом индикатором измерений служит всего одна стрелка. Давайте же разберемся, что это за шкалы, и как ими пользоваться, чтобы ничего не напутать.
Для начала отметим, что шкалы эти бывают разными. Во-первых, более распространенными являются именованные шкалы, то есть шкалы, на которых деления проградуированы соответствующими единицами измеряемых величин, это градуированные шкалы.
Во-вторых, встречаются условные шкалы. Если прибор имеет несколько переключаемых пределов измерений, то шкала будет наверняка условной, и одни и те же деления будут иметь разные значения в каждом из установленных пользователем пределов.
Для того, чтобы по условной шкале прибора определить точно значение измеряемой в данный момент величины, необходимо, зная цену деления, количество делений до того места, куда отклонилась, и где остановилась в данный момент стрелка, умножить на цену деления.
Если цена деления не ясна, то ее можно легко найти, для этого берется разность между двумя известными значениями на шкале, и делится на количество делений между этими значениями. Например, известно, что красная шкала имеет ширину 10 вольт, а количество делений 50, значит цена деления для красной шкалы составляет 200 мВ.
Если на шкале есть отметка ноль, то шкала называется нулевой. Если нуля нет, то шкала называется безнулевой. Что касается нулевых шкал, то они, в свою очередь, подразделяются на односторонние и двухсторонние. На фото выше можно видеть сразу семь нулевых шкал.
У односторонних ноль размещен в самом начале шкалы (как на рисунке, головка вольтметра с односторонней шкалой), а у двухсторонних — по центру или между конечной и начальной отметками. Так, в зависимости от расположения нуля, двухсторонние шкалы подразделяются на несимметричные и симметричные.
Симметричная шкала ноль имеет по центру, несимметричная — не по центру шкалы. Если шкала безнулевая, то крайние отметки обозначают верхний и нижний пределы измерений. На фото выше изображен миллиамперметр с симметричной двухсторонней шкалой, цена деления составляет 50 мкА, поскольку 0,5 мА / 10 = 0,05 мА или 50 мкА.
В зависимости от характера связи угловых и линейных расстояний между двумя соседними делениями шкалы с измеряемыми величинами, шкалы бывают неравномерными, равномерными, логарифмическими, степенными и т. д. Для более точных измерений предпочтительней равномерные шкалы.
Когда отношение ширины самого широкого деления к самому узкому не более 1,3 при неизменной цене деления, шкалу уже можно считать равномерной.
На лицевой стороне измерительного прибора, недалеко от шкалы, как правило, размещены необходимые маркировки: единица величины измерения, ГОСТ, класс точности прибора, число фаз и род тока, категория защищенности данного измерительного прибора от внешних электрических и магнитных полей, условия эксплуатации, рабочее положение, предельное напряжение прочности изоляции измерительных цепей (на фото — в звездочке «2», значит 2 кВ), номинальная частота тока, если отличается от промышленных 50 Гц, например 500 Гц, положение относительно Земли, тип, система прибора, год выпуска, заводской номер, и прочие важные параметры.
В этой таблице приведены расшифровки основных обозначений, которые можно встретить на шкалах. Надеемся, что эта краткая статья поможет вам научиться правильно проводить измерения при помощи стрелочных измерительных приборов.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
6
-
ЗАДАНИЕ
Выбрать цифровой вольтметр для измерения напряжения постоянного тока (рис. 1) с учётом Rнг и условий измерения.
-
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Вариант 87
Показания вольтметра 0,92 В
Вариация напряжения в сети питания +10%
Допускаемая погрешность измерения 2,5 %
Сила тока в цепи 2,87 мА
Температура окружающей среды +35 С.
-
РАСЧЁТ РЕЗУЛЬТИРУЮЩЕЙ ПОГРЕШНОСТИ
Прежде всего определим Rнг
Rнг = Ux /I = 0,92/2,87 = 320,5 ОМ
Так как это значение на несколько порядков меньше входных сопротивлений цифровых вольтметров, то осуществляем предварительный выбор прибора по значению осн .
П
ри измерении 0,92 В на вольтметре В7-16, предел измерения устанавливается 1 В. Для времени преобразования 20 мс, предел допускаемой основной погрешности будет равен
А
для времени преобразования 2 мс получим, что
Эти значения гораздо меньше доп = 2,5 %, поэтому не будем затруднять себя рассчитывать остальные погрешности измерения для этого прибора.
Практически такое же несущественное число получится при анализе характеристик вольтметра Ф203.
осн = 0, 208 %
В случае использования прибора В7-22 предел измерений установим равным 2 В.
Вольтметр Щ4313. Установив диапазон измерений 0,5 — 5В, получим, что
Полученное значение основной погрешности очень близко к допустимому значению (2,5 2,72), но в результате дальнейшего расчёта не выполняется условие (Р) доп. Поэтому этот вольтметр тоже не подходит.
Тогда попробуем другой наиболее близкий вольтметр — В7-22.
Определим дополнительную погрешность прибора, вызванную вариацией напряжения питания. Анализируя технические характеристики прибора приходим к выводу, что заданная вариация напряжения питания +10В является допускаемым верхним пределом (+22В) нормального значения напряжения в сети питания вольтметра. Таким образом
пит = 0
Следующим шагом будет определение дополнительной погрешности прибора, вызванной повышенной (+35С) рабочей температурой. Обратившись к техническим характеристикам данного вольтметра узнаём, что дополнительная погрешность прибора, вызванная отклонением температуры от нормальной (202С) до крайних значений рабочих температур (от -10 до +40С), не превышает половины предела допускаемой основной погрешности на каждые 10С изменения температуры.
Исходя из вышесказанного получим:
т = 0,5 осн + 0,25*осн = 0,75осн
т = 0, 435 %
Определим погрешность из-за несоответствия свойств обьекта и прибора по формуле
У
читывая, что при данном диапазоне входное сопротивление составляет 100 МОм получим, что
Поправка для этой ситематической погрешности
= 0,0000029
Исправленное значение показаний вольтметра
Uv = 0,92 + 0,0000029 = 0,9200029
Приближённо погрешность определения поправки равна погрешности определения Rнг . Так как значения I, Rнг, являются маленькими, то погрешность определения поправки является величиной второго порядка малости и ею можно пренебречь.
И
только теперь, выбрав доверительную вероятность Р = 0,95; к = 1,1 и учитывая
Получим, что
Условие (Р) доп выполняется ( 0,79 < 2,5).
Абсолютная форма представления погрешности
(Р) = 0,79*0,9200029*10-2 = 0,0072 = 0, 007 В, Р = 0,95
Результат измерения напряжения с помощью выбранного вольтметра В7-22 может быть представлен так:
U = 0,92 0,007 В; Р = 0,95; ТРЕУГ.
Для рассматриваемого диапазона измерения (0-2 В) выбранного вольтметра на рис. 2.1 и рис. 2.2 представлены графики изменения пределов основной погрешности прибора и результирующей погрешности измерения (для заданных условий) соответственно при относительной (рис. 2.1) и абсолютной форме (рис. 2.2) представления погрешностей
Из анализа графиков следует, что измеряемое значение Ux попадает в первую половину диапазона с заниженной точностью. Поэтому данный случай использования вольтметра В7-22 следует отнести к нерекомендуемым.
Исходя из экономических соображений можно предположить использовать вольтметр более грубого класса точности, чем В7-22, но удовлетворяющий заданным условиям измерения за счёт благоприятного сочетания Ux и Uпр . В этом случае измерение 0,92 В должно осуществлятся в пределе от 0 до 1,5 В. При расчёте предела допускаемой основной погрешности этого прибора предполагаем для него такое же значение осн в рабочей точке диапазона, какое было получено у нас выше (0,58 %).
Э
то значение определяем по следующей формуле:
Д
ля верхнего предела диапазона предположим
Из совместного решения вышеприведенных выражений получим d = 0,1 и c = 0,4.
Значит, для предлагаемого вольтметра получим:
При использовании этого вольтметра для Ux = 0,92 В при Uпр = 1,5 В получим осн = 0,57, что практически не отличается от значения, рассчитанного нами выше. Следовательно, дальнейшие расчёты можно не проводить.
Проведенный расчет предела основной допускаемой погрешности предлагаемого вольтметра иллюстрируется графиками, представленными на рис. 2.3, где а – пределы осн для В7-22, а b – пределы осн для предлагаемого вольтметра.
В
соответствии с требованием стандартов формула основной погрешности, получившаяся выше, должна быть преобразована следующим образом:
В итоге для предполагаемого вольтметра получим класс точности
0,5/0,1.
Проведя аналогичные преобразования формулы осн вольтметра В7-22, для него получим класс точности 0,35/0,2. Исходя из экономической целесообразности (при прочих равных условиях) на производстве предпочтительнее использовать менее точный прибор класса 0,5/0,1.
Как измерять напряжение вольтметром
Вольтметр – это измерительный прибор, который предназначен для измерения напряжения постоянного или переменного тока в электрических цепях.
Вольтметр подключается параллельно к выводам источника напряжения с помощью выносных щупов. По способу отображения результатов измерений вольтметры бывают стрелочные и цифровые.
Величина напряжения измеряется в Вольтах, обозначается на приборах буквой В (в русском языке) или латинской буквой V (международное обозначение).
На электрических схемах вольтметр обозначается латинской буквой V, обведенной окружностью, как показано на фотографии.
Напряжение тока бывает постоянное и переменное. Если напряжение источника тока переменное, то перед значением ставится знак «~«, если постоянного, то знак «–«.
Например, переменное напряжение бытовой сети 220 Вольт кратко обозначается так: ~220 В или ~220 V. На батарейках и аккумуляторах при их маркировке знак «–» часто опускается, просто нанесено число. Напряжение бортовой сети автомобиля или аккумулятора обозначается так: 12 В или 12 V, а батарейки для фонарика или фотоаппарата: 1,5 В или 1,5 V. На корпусе в обязательном порядке наносится маркировка возле положительного вывода в виде знака «+«.
Полярность переменного напряжения изменяется во времени. Например, напряжение в бытовой электропроводке изменяет полярность 50 раз в секунду (частота изменения измеряется в Герцах, один Герц равен одному изменению полярности напряжения в одну секунду).
Полярность постоянного напряжения во времени не меняется. Поэтому для измерения напряжения переменного и постоянного тока требуются разные измерительные приборы.
Существуют универсальные вольтметры, с помощью которых можно измерять как переменное, так и постоянное напряжение без переключения режимов работы, например, вольтметр типа Э533.
Как измерять напряжение в электропроводке бытовой сети
Внимание! При измерении напряжения величиной выше 36 В недопустимо прикосновение к оголенным провода,так как это может привести к поражению электрическим током!
Согласно требованиям ГОСТ 13109-97 действующее значение напряжения в электрической сети должно быть 220 В ±10%, то есть может изменяться в пределах от 198 В до 242 В. Если в квартире стали тускло гореть лампочки или часто перегорать, стала нестабильно работать бытовая техника, то для принятия мер, требуется сначала измерять значение напряжения в электропроводке.
- Приступая к измерениям, необходимо подготовить прибор:
- – проверить надежность изоляции проводников с наконечниками и щупов;
- – установить переключатель пределов измерений в положение измерения переменного напряжения не менее 250 В;
– вставить разъемы проводников в гнезда прибора ориентируясь по надписям возле них;
– включить измерительный прибор (если необходимо).
Как видно на картинке, в тестере выбран предел измерения переменного напряжения 300 В, а в мультиметре 700 В. Во многих моделях тестеров, нужно установить в требуемое положение сразу несколько переключателей. Род тока (~ или –), вид измерений (В, А или Омы) и еще вставить концы щупов в нужные гнезда.
В мультиметре конец щупа черного цвета вставлен в гнездо COM (общее для всех измерений), а красного в V, общий для изменения постоянного и переменного напряжения, тока, сопротивления и частоты. Гнездо, обозначенное ma , используются для измерения малых токов, 10 А при измерении тока достигающего 10 А.
Внимание! Измерение напряжения, когда штекер вставлен в гнездо 10 А выведет прибор из строя. В лучшем случае перегорит вставленный внутри прибора предохранитель, в худшем придется покупать новый мультиметр. Особенно часто допускают ошибки при использовании приборов для измерения сопротивления, и, забыв переключить режим, измеряют напряжение. Встречал не один десяток таких неисправных приборов, с горелыми резисторами внутри.
После проведения всех подготовительных работ можно приступать к измерению. Если Вы включили мультиметр, а на индикаторе не появились цифры, значит, либо в прибор не установлена батарейка или она уже выработала свой ресурс. Обычно в мультиметрах применяется батарейка типа «Крона», напряжением 9 В, срок годности которой один год. Поэтому, даже если прибор не использовался долгое время, батарейка может быть неработоспособна. При эксплуатации мультиметра в стационарных условиях целесообразно вместо кроны использовать адаптер ~220 В/–9 В.
Вставляете концы щупов в розетку или прикасаетесь ними к проводам электропроводки.
Мультиметр сразу покажет напряжение в сети, а вот в стрелочном тестере показания надо еще уметь прочитать. На первый взгляд, кажется, что сложно, так как много шкал. Но если присмотреться, то становится ясно, по какой шкале считывать показания прибора. На рассматриваемом приборе типа ТЛ-4 (который безотказно мне служит более 40 лет!) есть 5 шкал.
Верхняя шкала используется для снятия показаний, когда переключатель стоит в положениях кратных 1 (0,1, 1, 10, 100, 1000). Шкала, расположенная чуть ниже, кратных 3 (0,3, 3, 30, 300). При измерениях напряжения переменного тока величиной 1 В и 3 В, нанесены еще 2 дополнительные шкалы. Для измерения сопротивления имеется отдельная шкала. Аналогичную градуировку имеют все тестеры, но кратность может быть любая.
Так как предел измерений был выставлен ~300 В, значит, отсчет нужно производить по второй шкале с пределом 3, умножив показания на 100. Цена маленького деления равна 0,1, следовательно, получается 2,3 + стрелка стоит посередине между штрихами, значит, берем значение показаний 2,35×100=235 В.
Получилось, что измеренное значение напряжения составляет 235 В, что в пределах допустимого. Если в процессе измерений наблюдается постоянное изменение значения цифр младшего разряда, а у тестера стрелка постоянно колеблется, значит, имеются плохие контакты в соединениях электропроводки и необходимо провести ее ревизию.
Как измерять напряжение батарейки
аккумулятора или блока питания
Так как напряжение источников постоянного тока обычно не превышает 24 В, то прикосновение к клеммам и оголенным проводам не опасно для человека и особых мер безопасности соблюдать не требуется.
Для того, чтобы оценить годность батарейки, аккумулятора или исправность блока питания требуется измерять напряжение на их выводах. Выводы у круглых батареек находятся по торцам цилиндрического корпуса, положительный вывод обозначен знаком «+».
Измерение напряжения постоянного тока практически мало чем отличается от измерения переменного. Нужно просто переключить прибор в соответствующий режим измерения и соблюдать полярность подключения.
Величина напряжения, которое создает батарейка обычно нанесена на ее корпусе. Но даже если результат измерений показал достаточное напряжение, это еще не говорит о том, что батарейка хорошая, так как измерена ЭДС (электро движущая сила), а не емкость батарейки, от которой зависит продолжительность работы изделия, в которое она будет установлена.
Для более точной оценки емкости батарейки нужно напряжение измерять, подсоединив к ее полюсам нагрузку. В качестве нагрузки для батарейки 1,5 В хорошо подходит лампочка накаливания для фонарика, рассчитанная на напряжение 1,5 В. Для удобства работы нужно припаять к ее цоколю проводники.
Если напряжение под нагрузкой снижается менее, чем на 15%, то батарейка или аккумулятор вполне пригодны для эксплуатации. Если нет измерительного прибора, то можно судить о годности к дальнейшей эксплуатации батарейки по яркости свечения лампочки. Но такая проверка не может гарантировать продолжительность работы батарейки в устройстве. Она лишь свидетельствует, что в настоящее время батарейка еще пригодна к эксплуатации.