В нашей лаборатории электрические цепи питаются от следующих источников тока:
1) сеть переменного тока с напряжением 220 В;
2) сеть постоянного тока с напряжением 9В и 12В, розетки постоянного тока имеют знаки полярности (+ и -);
3) химические источники тока (ХИТ); гальванические элементы и аккумуляторы – устройства, в которых химическая энергия активных веществ (окислителя и восстановителя) непосредственно превращается в электрическую энергию.
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯ.
ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Существует два основных метода электрических измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения. В методе непосредственной оценки измеряемая величина отсчитывается непосредственно по шкале прибора. При этом шкала измерительного прибора предварительно градуируется по эталонному прибору в единицах измеряемой величины. Как правило, такая градуировка производится на заводе при изготовлении прибора. Достоинства этого метода – удобство отсчета показаний прибора и малая затрата времени на операцию измерения. Метод непосредственной оценки широко применяется в различных областях техники для контроля и регулирования технологических процессов, в полевых условиях, на подвижных объектах и т.д. Недостаток метода – сравнительно невысокая точность измерений.
|
|
В методе сравнения измеряемая величина сравнивается непосредственно с эталоном, образцовой или рабочей мерой. В этом случае точность измерений может быть значительно повышена. Метод сравнения используется главным образом в лабораторных условиях, он требует сравнительно сложной аппаратуры, высокой квалификации операторов и значительных затрат времени. В последнее время в аппаратуре сравнения все шире внедряется автоматизация.
Электроизмерительные приборы непосредственной оценки позволяют отсчитать числовое значение измеряемой величины на шкале или цифровом устройстве прибора.
Практика показывает, что при всяком измерении непрерывной величины неизбежна некоторая погрешность – разница между измеренным и действительным значениями измеряемой величины: . Эту разницу называют абсолютной погрешностью измерения. Она определяется систематическими и случайными погрешностями прибора, а также ошибками оператора.
Систематические погрешности изменяются по определенному закону и возникают вследствие факторов, которые могут быть учтены: влияние внешних условий (температура, радиация, электромагнитные поля), несовершенство метода измерения, несовершенство измерительного прибора.
Случайные погрешности возникают вследствие факторов, которые не поддаются непосредственному учету. Оценку случайных погрешностей можно произвести только при очень большом числе повторяющихся измерений, используя методы теории вероятностей.
|
|
Ошибки оператора (в записи, в определении цены деления прибора и др.), обычно легко выявляемые в ряду наблюдений по значительным отклонениям результата измерения от средних или примерно ожидаемых значений, исключают из записей и при обработке результатов измерения не учитывают.
Для более полной характеристики измерений вводят понятие относительной погрешности измерения :
.
Величины и характеризуют точность измерения.
Во многих случаях возникает необходимость охарактеризовать точность прибора. Для этой цели вводится понятие приведенной погрешности измерения:
,
где – максимальное значение шкалы прибора, т.е. предельное значение измеряемой величины.
Наибольшая приведенная погрешность определяет класс точности прибора. Если, например, класс точности амперметра равен 1,5, то это означает, что наибольшая приведенная погрешность . Если прибор рассчитан на измерение токов до 15 А, то абсолютная погрешность измерения этим прибором составит:
А.
Если указанным прибором измерить ток 10 А, то относительная погрешность измерения не превысит:
.
Если тем же прибором измерить ток 1 А, то относительная погрешность измерения не превысит:
.
Этот пример показывает, что при точных измерениях прибор следует подбирать так, чтобы значение измеряемой величины приходилось на вторую половину шкалы.
Различают основную и дополнительную погрешности. Основные погрешности возникают при нормальных условиях работы, указанных в паспорте прибора и условными знаками на шкале. Дополнительные погрешности возникают при эксплуатации прибора в условиях, отличных от нормальных (повышенная температура окружающей среды, сильные внешние магнитные поля, неправильная установка прибора и др.). Пример оценки дополнительной погрешности будет рассмотрен при выполнении лабораторной работы № 1.
ЧУВТСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ЦЕНА ДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Чувствительностью прибора , имеющего равномерную шкалу, называют число делений шкалы , приходящихся на единицу измеряемой величины , т.е. . Например, если шкала миллиамперметра, рассчитанного на 300 mA, имеет 60 делений, то чувствительность прибора равна:
.
Размерность чувствительности зависит от характера измеряемой величины (например, чувствительность прибора к току, напряжению и т.д.).
Величина , обратная чувствительности, называется ценой деления прибора. Она определяет значение электрической величины, вызывающей отклонение на одно деление. В общем случае цена деления представляет собой разность значений измеряемой величины для двух соседних отметок. Цена деления зависит от прибора и от числа делений шкалы. Например, для рассмотренного выше примера цена деления равна:
.
КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ШКАЛЕ
Электроизмерительные приборы классифицируются по различным признакам.
1. В зависимости от основной приведенной погрешности электроизмерительные приборы разбиты на классы точности. Класс точности указывается на шкале прибора и обозначает наибольшую приведенную погрешность в процентах. Это важнейшая характеристика электроизмерительного прибора, она определяет относительную систематическую погрешность прибора, выраженную в процентах.
Все приборы классифицируются по 9 основным классам точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Существуют приборы, классы точности которых являются не основными. Примером таких приборов являются счетчики электрической энергии, для которых класс точности равен 2,0.
|
|
Приборы первых пяти классов точности являются особо точными, поэтому они называются прецизионными. Приборы остальных классов точности называются техническими. Для приборов, систематическая погрешность которых больше 4%, класс точности не устанавливается.
По характеру градуировки шкалы приборы делятся на два типа.
К первому типу относятся приборы, у которых абсолютная систематическая погрешность по всей шкале прибора постоянна. Класс точности таких приборов указывается на шкале прибора в виде цифры, например: 1,0.
Ко второму типу относятся приборы, у которых постоянной является относительная систематическая погрешность по всей шкале прибора. Класс точности таких приборов указывается в виде цифры, стоящей в кружочке.
Например, если измерение осуществляется миллиамперметром со шкалой 0–500 mА ( =500mА) класса точности 1,5, то на любой отметке шкалы миллиамперметра абсолютная погрешность прибора равна:
mA.
Зная абсолютную погрешность прибора, можно рассчитать относительную погрешность проведенного в данном опыте измерения. Пусть в опыте рабочее значение измеряемого тока было равно 200 mA, тогда относительная погрешность данного измерения будет равна отношению абсолютной погрешности прибора к рабочему значению измеряемого тока:
.
Таким образом, результат запишется в виде:
.
Для декадных магазинов сопротивлений с классом точности 0,2 погрешность не превышает:
,
где – число декад магазина, показания которых не равны 0, – значение включенного сопротивления.
Абсолютная погрешность будет равна:
.
На шкалу электроизмерительного прибора наносятся следующие условные обозначения.