Лабы по метрологии.

1. Цель работы: углубление знаний в области метрологических характеристик средств измерений, нормирования этих характеристик, общих сведений об электромеханических приборах.

2. Ответы на вопросы:

1) Какие характеристики средств измерений (СИ) называют метрологическими?

Метрологическая характеристика средства измерений – характеристика одного из свойств средства измерений, влияющих на результат измерений или его погрешность. Основными метрологическими характеристиками являются диапазон измерений и различные составляющие погрешности средства измерений.

Метрологические характеристики средств измерений – это характеристики, которые необходимы при оценке точности результатов измерений.

2) На какие группы подразделяются метрологические характеристики СИ?

Действительная метрологическая характеристика – метрологическая характеристика средства измерений, устанавливаемая экспериментально
Нормируемая метрологическая характеристика – метрологическая характеристика средства измерений, устанавливаемая нормативно-техническими документами

3) Как вы понимаете термин – функция преобразования?

Функция преобразования (статистическая характеристика преобразования) – это функциональная зависимость между информативными параметрами выходного и входного сигналов средства измерений.

4) Что такое чувствительность, порог чувствительности СИ?

Чувствительность средства измерений – это отношение приращения выходного сигнала средства измерений к вызывающему это приращение изменению входного сигнала . В общем случае чувствительность

Порог чувствительности – это наименьшее изменение входной величины, обнаруживаемое с помощью данного средства измерений.

5) Что такое диапазон измерений, диапазон показаний?

Диапазон измерений – это область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений.
Диапазон показаний – это область значений шкалы, ограниченная начальными и конечными значениями шкалы.

6) В каких единицах измеряется абсолютная, относительная и приведённая погрешности СИ?

Абсолютная погрешность измеряется в единицах измерения измеряемой величины. Относительная и приведённая погрешности измеряются в процента.
7) Пределы каких погрешностей могут нормироваться при установлении точности СИ?

Пределы относительной и приведённой погрешностей могут нормироваться при установлении точности средства измерений.

8) Чему равняется нормирующее значение при определении приведённой погрешности СИ?

Нормирующее значение при определении приведённой погрешности для средства измерений с равномерной или степенной шкалой, а также для измерительных преобразователей, если нулевое значение входного (выходного) сигнала находится на краю или вне диапазона измерений, устанавливают равным большему из пределов измерений или равным большему из модулей пределов измерений, если нулевое значение находится внутри диапазона измерений. Для электроизмерительных приборов с равномерной шкалой, практически равномерной или степенной шкалой и нулевой отметкой внутри диапазона измерений нормирующее значение при определении приведённой погрешности средства измерений допускается равным сумме модулей пределов измерений.

9) Как обозначается класс точности СИ?

Классы точности средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме приведённой погрешности или относительной погрешности, обозначают числами, которые равны пределам, выраженным в процентах. Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме относительных погрешностей, классы точности обозначают числами с и d (в процентах), разделяя их косой чертой. Для средств измерений с пределами допускаемой основной погрешности в форме абсолютных погрешностей классы точности обозначают буквами латинского алфавита или римскими цифрами.

При нормировании по относительной погрешности обозначение класса точности (число, соответствующее значению погрешности) заключают в кружок.
При нормировании по приведенной погрешности класс точности обозначается числом, соответствующим значению погрешности.

10) Из какого ряда чисел выбирают значения пределов допускаемых погрешностей СИ?

Значения пределов допускаемых погрешностей средств измерений выбирают из ряда 1*10n; 1,5*10n; (1,6*10n); 2*10n; 2.5*10n; (3*10n); 4*10n; 5*10n; 6*10n (n = 1, 0, -1, -2, и т. д.). Значения, указанные в скобках, не устанавливают для вновь разрабатываемых средств измерений.

1. Цель работы: закрепление и углубление знаний по мостовым методам измерений; получение практических навыков работы с приборами, построенными на основе мостовых методов измерений; знакомство с рядами номинальных значений сопротивлений резисторов.

2. Ответы на вопросы:

1) Нарисуйте схему четырёхплечего (одинарного) моста постоянного тока.


2) Какие величины можно измерить мостом постоянного тока?

Сопротивление

3) Напишите уравнение равновесия моста постоянного тока.

Ток в диагонали б – г равен нулю (т.е. Iг = 0); R1*R4 = R2*R3

4) Напишите формулу для определения неизвестного сопротивления, включённого в одно из плеч уравновешенного моста.

Процесс измерения с помощью моста заключается в том, что в одно из плеч моста (например, а – б) включают объект с неизвестным сопротивлением Rx и, изменяя одно или несколько сопротивлений плеч, добиваются отсутствия тока в цепи гальванометра (т.е. Iг = 0), тогда на основании соотношения R1*R4 = R2*R3
Rx = R2*R3/R4

5) Для чего используются двойные мосты?

Для измерения малых сопротивлений, так как влияние соединительных проводов и контактов в них минимально.

6) Какие мосты называются неуравновешенными?

Это мосты, в которых измеряемую величину можно определять по значению тока или напряжения выходной диагонали моста.
7) Напишите условия равновесия моста переменного тока в общем виде?
Равновесие моста имеет место при таком подборе параметров плеч, чтобы I0 = 0, т.е. при Z1*Z4 = Z2*Z3

8) Какие величины можно измерить мостом переменного тока?

Индуктивность, ёмкость, добротность, угол потерь

9) Нарисуйте схему моста переменного тока для измерения ёмкости и угла потерь конденсатора.

10) Напишите формулы для определения ёмкости и угла потерь конденсатора, включённого в одно из плеч уравновешенного моста.

Для измерения ёмкости конденсаторов с малыми потерями схема моста показана на рисунке в пункте 9.

Cx = CN*R2/R1; Rx = RN*R1/R2

tg? = ?*Cx*Rx = ?*CN*RN

Для измерения ёмкости конденсаторов с большими потерями применяют мост с параллельным подключением резистора RN и конденсатора CN, так как введение последовательно в плечо большого сопротивления уменьшает чувствительность схемы.

Cx = CN*R2/R1; Rx = RN*R1/R2

tg? = 1/(?*Cx*Rx) = 1/(?*CN*RN)

Для определения потерь в диэлектриках:

Cx = CN*R2/R1; Rx = С2*R1/ CN

tg? = ?*Cx*Rx = ?*C2*R2

11) Назовите ряды, по которым выбирают номинальные значения резисторов и допускаемые отклонения сопротивлений для этих рядов.

Номинальные сопротивления резисторов, выпускаемых отечественной промышленностью в соответствии с рекомендациями МЭК, стандартизованы. Для постоянных резисторов установлено пять рядов: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192, а для переменных резисторов установлен ряд Е6. Кроме этого допускается использовать ряд Е3.
Цифра после буквы Е указывает число номинальных значений в каждом десятичном интервале.

Таблица 1
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Ri, Ом 610,68 617,17 613,53 615,38 611,01 616,46 604,5 615,9 620,18 623,69 610,2 612,87 611,7 616,76
? 1,5 0,46 1,04 0,75 1,45 0,57 2,5 0,66 0,03 0,6 1,58 1,15 1,34 0,52

Средне значение сопротивления: (R1+…+R14) / 14 = 614,29
Номинальное значение резисторов: 620 Ом
Предельные отклонения сопротивлений резисторов: ? = (Rном - Ri) / Rном

Таблица 2
№ конденсатора 1 2 3 4 5
Ёмкость 9,71 мкФ 2,6 нФ 10,34 нФ 11 нФ 43,8 пФ
tg ? 0,011 0,006 0,024 0,025 0,001


1. Цель работы: углубление теоретических знаний в области динамических характеристик средств измерений, их классификации и нормирования, приобретение практических навыков экспериментального определения динамических характеристик средств измерений и работы на универсальных электроизмерительных приборах: генераторах различных сигналов, электронно-лучевых осциллографах.

2. Оборудование: универсальный осциллограф, генератор сигналов специальной формы.

3. Выполнение работы:

Таблица 1 – Нормируемые динамические характеристики осциллографа
№ Наименование характеристики Единица измерения Допускаемое значение Условия испытаний Фактичес-кое значение
1 Неравномерность АЧХ % 3% 0...200 кГц 2,5%

дБ 3 дБ 0...1 МГц 0,628 дБ
2 Время нарастания
переходной
характеристики мкс длительность
импульса - 5 мкс,
фронт нарастания - не более 0,11 мкс,
неравномерность вершины - не более 3 % 0,24
3 Время
установления
переходной
характеристики мкс
1
4 Величина выброса
переходной
характеристики %
11,4

Таблица 2 – Результаты исследования АЧХ осциллографа
i Частота сигнала f, Гц Размер изображения Н, см
1 20 4
2 50 4
3 100 4
4 500 4
5 103 4
6 104 4
7 105 4
8 2*105 4,1
9 5*105 4,3
10 106 4
11 2*106 1,8
12 5*106 0,1
13 107 0,1

4. Ответы на контрольные вопросы:

1) Какие измерения считают динамическими?
Измерения называются динамическими, если измеряемая величина меняется во времени, и этим изменением пренебречь нельзя

2) На какие две группы подразделяются динамические характеристики средств измерений?
Динамические характеристики средств измерений делят на полные динамические характеристики и частные динамические характеристики.

3) Перечислите полные динамические характеристики средств измерений.
Дифференциальные уравнения, передаточная функция, комплексный коэффициент преобразования, переходная функция, импульсная (весовая) характеристика.

4) Приведите примеры частных динамических характеристик.
Время измерения, рабочая полоса частот, время установления переходного процесса, время нарастания выходного сигнала и др.

5) Какие динамические характеристики нормируют для приборов, предназначенных для регистрации изменяющихся величин? Какое допущение имеет место для электронно-лучевых осциллографов?
Динамические характеристики нормируются путём задания передаточной, переходной, импульсной весовой характеристики. Для осциллографа: неравномерность АЧХ, время выброса переходной характеристики, время установки переходной характеристики, время нарастания переходной характеристики.

6) В чём заключается сущность прямого метода определения динамических характеристик?