Загрузил Даниил Жинкин

Лабораторная работа #8 метрология, ЛЭТИ

реклама
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования “Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”
им. В.И.Ульянова (Ленина)”
Кафедра ИИСТ
ОТЧЕТ
по лабораторной работе №8
“ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ”
Выполнили : Василенко Ю.И., Жинкин Д.А., Чапурина А.В.
Группа №8307
Преподаватель: Жданова Е.Н.
Санкт-Петербург
2020
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8
ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Цель работы: изучение средств и методов измерения параметров электрических цепей; оценка результатов и погрешностей измерений.
Задание
1. Ознакомиться со средствами измерений параметров электрических цепей в лабораторной работе и соответствующими инструкциями пользователей. Получить у преподавателя конкретное задание по используемым средствам измерений и объектам измерений.
2. Измерить и оценить погрешности результатов измерений сопротивления резисторов, встроенных в лабораторный модуль, следующими приборами:
- измерителем импеданса («измерителем иммитанса»),
- универсальным электронным вольтметром в режиме измерения сопротивления,
- универсальным цифровым вольтметром в режиме измерения сопротивления,
- комбинированным магнитоэлектрическим измерительным прибором (тестером) в режиме измерения сопротивления (режиме омметра). Погрешности результатов измерений оценить непосредственно при выполнении работы по имеющимся в лаборатории метрологическим характеристикам используемых средств измерений. Провести сравнительный анализ полученных результатов.
3. Измерить емкость С и тангенс угла потерь tg 𝛿 конденсатора, индуктивность L и добротность Q катушки измерителем импеданса по параллельной и последовательной схемам замещения; оценить погрешности результатов измерений.
Описание работы
Измерение сопротивлений. Объекты измерений – резисторы и используемые средства измерений указываются преподавателем.
Измерение сопротивлений проводится по методике, представленной в
инструкциях пользователя соответствующих приборов. Результаты измерений должны быть представлены в виде
Rx = Rпр  R,
(8.1)
2
Где Rпр - сопротивление измеряемого резистора, определяемое по
шкале прибора; R – абсолютная погрешность измерения сопротивления
Погрешности результатов измерений определяются непосредственно
при выполнении работы в лаборатории на основании указанных в инструкциях классов точности или предельных значений инструментальных погрешностей средств измерений (см. также введение).
Дополнительно поясним оценку погрешностей для ряда омметров,
имеющих неравномерную шкалу с диапазонами показаний 0-∞, ∞-0. В таких
приборах традиционное понятие «нормирующее значение шкалы», выраженное в единицах измерений – омах, не имеет смысла. За нормирующее значение 𝐿𝑁 принимают геометрическую длину шкалы, выраженную в делениях
любой равномерной шкалы, имеющейся у данного прибора, например шкалы
для измерения напряжения или тока (рис8.1).
В таких приборах класс точности имеет особое обозначение,
например
, . Численное значение класса точности при таком его
представлении означает максимальную допустимую приведенную погрешность омметра, в данном случае определяемую как отношение максимально
допустимой абсолютной погрешности прибора, выраженной в делениях, к
длине 𝐿𝑁 шкалы омметра в тех же делениях.
Отсюда следует двухступенчатая процедура оценки погрешности результата измерений сопротивления омметрами по его классу точности. Сначала определяют предельную абсолютную погрешность прибора, выраженную в делениях любой равномерной шкалы:
𝑘𝐿
𝛥𝐿 = 𝑁 ,
(8.2)
100
где 𝐿𝑁 - нормирующее значение равномерной шкалы, выраженное в делениях
шкалы; k - класс точности прибора, например 𝐿𝑁 = 30 дел.
Для того чтобы определить погрешность в единицах измерения сопротивления, необходимо подключить магазин сопротивлений к вольтметру и
установить полученное значение сопротивления резистора на магазине сопротивлений. Далее с помощью магазина сопротивлений, изменяя значения
сопротивления магазина, отложить по равномерной шкале вправо, а затем
3
влево предельную абсолютную погрешность ∆L, рассчитанную по (8.2), фиксируя при этом получаемые значения магазина сопротивлений.
Определив разность между показаниями магазина сопротивлений и
номинальным значением, полученным с помощью вольтметра, результат измерения следует записать в виде
Измерение емкости и тангенса угла потерь конденсаторов, индуктивности и добротности катушек. Объекты измерений указываются преподавателем; для измерений применяют измеритель импеданса («измеритель
иммитанса»). Результаты измерений по каждому параметру представляют в
виде, аналогичном (8.1). Оценку погрешностей проводят в лаборатории по
методике, указанной в описании прибора.
4
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8
“ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ”
Таблица 8.1 Цифровой вольтметр
Резистор
Диапазон изме-
Rизм
рений
Погрешность
Относительная
𝛥𝑅
погрешность, 𝛿
R1
20 – 200 Ом
118,00 Ом
0,24 Ом
0,2
R2
200 – 2000 Ом
920,8 Ом
1,8 Ом
0,2
R3
2000 – 20000 Ом
8120 Ом
16 Ом
0,2
Спецификация для цифрового вольтметра:
R = Rизм ± ΔR; ΔR=0,002*Rизм + 1ед.мл.разряда для диапазона 20 Ом2000кОм.
Пример расчета:
ΔR1=0,002 * 118,0 + 0,001 = 0,236 + 0,001 = 0,237 Ом
𝛿1 = (ΔR1/Rизм1) * 100 = (0,237/118,0) * 100 = 0,201
Результат:
R1=118,00 ± 0,24 Ом
R2=920,8 ± 1,8 Ом
R3=8120 ± 16 Ом
Таблица 8.2 Аналоговый вольтметр
Резистор
Диапазон изме-
Rизм
рений
Погрешность
Относительная
𝛥𝑅
погрешность, 𝛿
R1
100 – 1000 Ом
120 Ом
5 Ом
4
R2
100 – 1000 Ом
920 Ом
41 Ом
4
R3
1000 – 10000 Ом
8150 Ом
366 Ом
4
Спецификация для аналогово вольтметра:
R = Rизм ± ΔR; ΔR= 𝑅изм ∗
𝐿шк
𝐿𝑥
∗
кл.точн.
100
, где Lшк – длина шкалы прибора
(=50); Lх – длина участка шкалы от нулевой отметки до положения указателя
(=27,8); кл.точности прибора = 2,5.
5
Пример расчета:
ΔR1=120 * (50/27,8) * (2,5/100) = 5,396 Ом
𝛿1 = (ΔR1/Rизм1) * 100 = (5,396 /120) * 100 = 4,497
Результат:
R1=120 ± 5 Ом
R2=920 ± 41 Ом
R3=8150 ± 366 Ом
Таблица 8.3 Иммитанс (измерение сопротивления)
Резистор
Диапазон изме-
Rизм
Погрешность
Относительная
𝛥𝑅
погрешность, 𝛿
рений
R1
100 – 1000 Ом
118,5 Ом
0,26 Ом
0,22
R2
100 – 1000 Ом
921,2 Ом
1,4 Ом
0,15
R3
1000 – 10000 Ом
8130 Ом
18 Ом
0,22
Спецификация для измерителя иммитанса:
R = Rизм ± ΔR; ΔR=
δ∗Rизм
100
,
δ=±[0,15+0,01*((Rк/R)–1)] для диапазона 100-1000 Ом, где Rк – конечное значение установленного диапазона измерений;
δ=±[0,15+0,01*((R/Rн)–1)] для диапазона 1-1000 кОм, где Rн – начальное значение установленного диапазона измерений
Пример расчета:
𝛿1 = 0,15 + 0,01 * ((1000/118,5) - 1) = 0, 224
ΔR1= (0,224 * 118,5)/100 = 0,265 Ом
Результат:
R1=118,50 ± 0,26 Ом
R2=921,2 ± 1,4 Ом
R3=8130 ± 18 Ом
Таблица 8.4 Иммитанс (измерение емкости)
Конден-
Диапазон
сатор
измерений
Сизм
Тангенс
Погреш-
Погрешность
Относительная
угла потерь
ность 𝛥С
𝛥𝑡𝑔𝛿
погрешность,
𝑡𝑔𝛿
6
𝛿
С1
1,6-16 нФ
2,308 нФ
0,018
0,005 нФ
0,010
0,21
С2
1,6-16 нФ
9,90 нФ
0,019
0,015 нФ
0,004
0,16
С3
16 – 160 нФ
61,34 нФ
0,05
0,10 нФ
0,005
0,17
Спецификация для измерителя иммитанса:
С=Сизм ± ΔС; ΔС=
δ∗Сизм
100
,
δ=±[0,15+0,01*((Ск/С)–1)* √1 + (𝑡𝑔2 δ);
tg δ = tg δ изм ± Δtg δ; Δtg δ = ±[2,5/1+tg δ)+
Ск
С
∗ (1 + 𝑡𝑔 δ)] ∗10-3.
Пример расчета:
𝛿1 = 0,15 + 0,01 * ((16/2,308) - 1) *√1 + (0,018)2 = 0, 209
ΔC1= (0,209 *2,308)/100 = 0,0048 Ом
Δtg δ1 = [(2,5/1 + 0,018) + (16/2,308) * (1 + 0,018)] * 10-3 = 0,0096
Результат:
С1=2,308± 0,005 нФ
С2=9,900 ± 0,015 нФ
С3=61,34 ± 0,10 нФ
tg1=0,018± 0,010
tg2=0,019± 0,004
tg3=0,050 ± 0,005
Таблица 8.5 Иммитанс (измерение индуктивности)
Конденсатор
Диапазон
Lизм
измерений
Добротность Погрешность Погрешность Относительная
∆𝐿
Q
𝛥𝑄
погрешность,
𝛿
L1, Гн
160-1600 Гн
394 Гн
50,47
100 Гн
13
25
L3, Гн
0,16 – 1,6 Гн
1,05 Гн
0,279
0,0022 Гн
0,0006
0,21
Спецификация для измерителя иммитанса:
L=Lизм ± ΔL; ΔL=
δ∗Lизм
100
; Q=Qизм ± ΔQ; ΔQ=
δ∗Qизм
100
;
δ=±[0,15+0,01*((L/Lн)–1)] для диапазона 160-1600 мГн;
δ=±[0,25*((Q+(1/Q))+0,1(L/Lн)(Q+1)]
Пример расчета:
7
𝛿1 = 0,25 * (50,47 + (1/50,47)) + 0,1 * (394/160) * (50,47 + 1) = 25,297
ΔL1= (25,297 * 394)/100 = 99,670
ΔQ1= (25,297 * 50,47)/100 = 12,767
Результат:
L1=394,0 ± 0,6 Гн
L3=1,0500 ± 0,0022Гн
Q1=50 ± 13
Q3=0,2790 ± 0,0006
Вывод: В данной работе мы измеряли параметры электрических цепей тремя
приборами: аналоговым вольтметром, цифровым вольтметром и измерителем
иммитанса. Для каждого из трёх приборов мы рассчитали значение погрешности измерений и представили эти данные в таблице. Из таблицы видно, что
наименьшую погрешность измерений даёт измеритель иммитанса, немного
большую погрешность дает цифровой измеритель, а аналоговый вольтметр
имеет погрешность в разы больше. Следовательно, для измерения сопротивлений в цепи лучше пользоваться цифровым вольтметром и измерителем
иммитанса. Так же измеритель иммитанса позволяет измерять емкости и индуктивности, также с небольшой погрешностью. Это показывает его преимущество перед другими приборами.
8
Скачать