Лабораторной работы

Методические рекомендации по выполнению

5.1. Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд представляет собой LabVIEW компьютерную модель, рас­полагающуюся на экране персонального компьютера. На стенде находят­ся модели: электромагнитного вольтметра; электронного аналогового вольтметра; генератора сигналов (рис.5.1).

При выполнении лабораторной работы модели средств измерений и вспо­могательных устройств выполняют описанные ниже функции.

Модель электромагнитного вольтметра используется при моделировании процесса прямых измерений среднеквадратического значения на­пряжения сигнала синусоидальной формы методом непосредственной оценки. При вы­полнении работы модель электромагнитного вольтметра служит образцовым средством измерений, с помощью которого методом сличения определяют (контролируют) погрешность рабочего средства измерений.

Модель электронного аналогового вольтметра используется при моделирова­нии процесса прямых измерений среднеквадратического значения напряжения сигнала синусоидальной формы. При выполнении работы модель выполняет функцию рабочего(поверяемого) средства измерений, погрешность которого подлежит опреде­лению.

Модель генератора сигналов используется в качестве источника электрического сигнала синусоидальной формы с плавной регулировкой амплитуды и частоты генерируемого сигнала.

Схема соединения приборов при выполнении работы соответствует рисунку 5.2.

5.2. Подготовка стенда к работе.

Установите на компьютере программу LVRunTimeEng, при необходимостиразархивируйте файл LR_2_2 и запустите программу стенда лаборатор­ной работы № 2.2 LR2_2.ехе. На появившемся экране нажмите кнопку «Выполнить». На экране компью­тера появятся изображение лабораторного стенда с моделями средств измерений и вспомогательных устройств (рис. 5.1)

Ознакомьтесь с расположением моделей отдельных средств измерений на лабораторном стенде.

Подготовьте к работе модель электромагнитного вольтметра, установив с помощью ползункового переключателя предел измерений равным 15 В.

Подготовьте к работе модель электронного аналогового вольтметра:

· включите модель вольтметра с помощью кнопки «Вкл.»;

· с помощью переключателя «~/=» выберите род работы модели, соответ­ствующий измерению переменного напряжения;

· установите предел измерений вольтметра равным 10 В.

Подготовьте к работе модель генератора сигналов:

· включите модель генератора с помощью кнопки «Вкл.»;

· установите, ориентируясь на стрелочный индикатор, амплитуду выходно­го сигнала равной нулю;

· установите частоту выходного сигнала равной примерно 50 Гц.

Опробуйте модели средств измерений: плавно изменяйте напряжение на выходе генератора сигналов и следите за показаниями вольтметров. Изменяя диапазон измерений вольтметров, амплитуду и частоту выходного сигнала, проследите за изменениями показаний приборов и убедитесь в их работоспособности.

5.3. Проведение многократных наблюдений аналоговым вольтметром для определения зависимости погрешности (неопределенности) вольтметра от его показаний

Приготовьте таблицу 5.3 для записи результатов наблюдений. Исследование провести для трех значений напряжения (в трех точках шкалы: U₁ - в начале, U₂ - в середине и U₃ - в конце одного предела измерения) в соответствии с Вашим вариантом задания в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Варианты задания для выполнения лабораторной работы.

точки для исследования	последняя цифра номера зачетной книжки (пароля)
U1, B
U2, B
U3, B
P, вероят-ность	0,95	0,98	0,99	0,9	0,95	0,99	0,95	0,98	0,99	0,999

Таблица 5.2

Варианты задания для выполнения лабораторной работы.

параметр поверки	предпоследняя цифра номера зачетной книжки (пароля)
f, частота Гц
n, число наблюдений

5.3.1. Убедитесь, что схема соединения приборов на стенде соответствует схеме измерения рис. 5.2.

Обратите внимание! Предел допускаемой погрешности образцового вольтметра должен быть, по крайней мере, в три раза меньше предела допускаемой погрешности исследуемого вольтметра.

5.3.2. Выбрать и установить пределы измерения U_к обоих вольтметров, близкими к наибольшему значению напряжения из трех значений, заданных в таблице 5.1. Установить на источнике заданную частоту сигнала (таблица 5.2).

5.3.3. Регулируя напряжение источника, установить стрелку на отметку (оцифрованную риску) U₁ на шкале исследуемого вольтметра в соответствии с заданием (см.таблицу 5.3). Записать показание U_О1 образцового вольтметра в таблицу 5.3. (столбец 2). Выполнить n наблюдений, каждый раз расстраивая и устанавливая указатель вольтметра на отметку U₁ шкалы.

5.3.4. Повторить наблюдения по п. 5.3.3 для значений U₂ и U₃. Показания образцового вольтметра U_Оi занести в 6-й и 10-й столбцы табл. 5.3 соответственно.

5.4. Оценка случайной и систематической составляющих погрешности единичных измерений (результатов наблюдений) аналоговым вольтметром.

Обработать результаты наблюдений напряжений U₁, U₂, U₃ следующим образом.

5.4.1. Вычислить абсолютную погрешность каждого наблюдения D_i, содержащую систематическую и случайную составляющие погрешности измерения

D_i = U_j – U_оi (5.1.)

и записать их значения в 3-й, 7-й и 11-й столбцы; внизу каждого столбца поместить алгебраическую сумму

где U_j принимает значения U₁, U₂ и U₃ соответственно.

5.4.2. Оценить систематическую составляющую погрешности

, (5.2)

которая постоянна для каждого значения напряжения U₁ , U₂ , U₃.

°

У к а з а н и е. Абсолютная погрешность отдельного наблюдения D_i является суммой систематической D_cj и случайной погрешности D_i

5.4.3. Вычислить случайные составляющие погрешности каждого наблюдения и записать их значения в 4-й, 8-й, 12-й столбцы.

Таблица 5.3.Результаты наблюдений и расчета составляющих основной погрешности исследуемого вольтметра

i

U1 = B

U2 = B

U3 = B

U0i В

Di В

В

В^2

U0i В

D i В

В

В^2

U0i В

Di В

В

В^2

12·i·n

å =

å =

å =

å =

å =

å =

Dc1 = В

Dc2 = В

Dc3 = В

S1 = В

S2 = В

S3 = В

° ° ° Р дов = n= t=

Dдов.1 = ± В

D дов.2 = ± В

D дов.3 = ± В

5.4.4. Найти квадраты случайных составляющих и полученные значе6ния занести в 5-й, 9-й и 13-й столбцы, а внизу каждого из них поместить суммы этих квадратов

5.4.5. Определить оценку среднего квадратического отклонения случайной составляющей погрешности вольтметра по формуле

(5.4.).

Найденные значения S_1, S_2, S₃ поместить в табл.5.3

5.4.6. Вычислить доверительный интервал случайной составляющей погрешности вольтметра.

где t – коэффициент, значение которого зависит от заданной доверительной вероятности Р _дов и числа наблюдений n.

У к а з а н и е. Предполагая, что закон распределения случайной составляющей погрешности нормальный, коэффициент t, при малом числе наблюдений, определяется распределением Стьюдента. Значение коэффициентов t можно определить по таблицам в учебниках [1] (стр.413) и [2] (стр.418).

П р и м е ч а н и е. Полученные значения составляющих основной погрешности вольтметра являются лишь приближенными оценками. Если необходимо улучшить точность этих оценок, то нужно при низменных условиях измерений увеличить число наблюдений n вплоть до нескольких сотен, сделать заключение о характере закона распределения случайной составляющей погрешности с помощью процедуры проверки согласия опытного и теоретического распределений.

5.5. Определение границ суммарной погрешности единичных измерений аналоговым вольтметром

°

5.5.1.Оценку суммарной основной абсолютной погрешности вольтметра выполняют на основании формулы (5.3) вычисляя как D (U_j) = D_cj ± D _{дов j}.

5.5.2. Построить график, характеризующий область значений основной погрешности D (U), полученных экспериментально при напряжениях U₁,U₂,U₃:

Значения D_{c j} и возьмите из табл.5.3. Примерный вид графика приведен на рис.5.3.

5.6. Определение пределов допускаемых погрешностей аналогового вольтметра.

5.6.1. По метрологическим характеристикам исследуемого вольтметра вычислить пределы основной допускаемой абсолютной погрешности. Если класс точности прибора нормирован приведенной погрешностью g, область допускаемой абсолютной суммарной погрешности определяется с помощью формулы

D пред = ±g · U_к /100, В (5.7)

Если пределы основной допускаемой абсолютной погрешности прибора характеризуется двучленной формулой вида

d_пред = ± (с + d (| U_к / U_п | -1)), % (5.8)

то область допускаемой основной абсолютной погрешности вычисляется по формуле

D_пред. =± (с / 100) ∙ U_п + (d / 100) ∙ (│U_к│- U_п), В (5.9)

В формулах (5.7.), (5.8.) и (5.9.) U_к – конечное значение установленного предела измерения, в формулах (5.8), (5.9) U_п – показание прибора.

5.6.2. Нанести область границ (пределов) допускаемых погрешностей исследуемого вольтметра на рисунок, на котором уже отображен график, характеризующий область значений основной погрешности D(U), полученный экспериментально.

5.7. Сравнение результатов экспериментальных исследований погрешности аналогового вольтметра с метрологическими характеристиками прибора. Используя построенный график, сравните результаты экспериментальных исследований погрешности аналогового вольтметра с метрологическими характеристиками прибора. Если область экспериментальных значений не выходит за границы допускаемых погрешностей прибора, то он пригоден к измерениям. Сделайте вывод о пригодности вольтметра к применению по результатам Вашего эксперимента.

Дата добавления: 2015-04-30