Обработка и представление результатов однократных измерений при наличии систематической погрешности

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный институт электроники и математики

(технический университет)»

Кафедра метрологии и сертификации

Отчёт по лабораторной работе № 1.2

«Обработка и представление результатов однократных измерений при наличии систематической погрешности»

по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

Выполнили:

Шавергин, Исаева (группа СБ-25)

допуСК К защите:

«___» ______ 20__ г.

____________ (_______________)

ОтметкИ о защите:

Шавергин Антон

«___» ____ 20__ г.

____________ (_______________)

Исаева Юлия

«___» ____ 20__ г.

____________ (_______________)

Москва 2012 г.

1.  ЦЕЛИ РАБОТЫ

Целью данной работы является: получение навыков обнаружения и устранения влияния систематических погрешностей на результаты прямых однократных измерений.

2. ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Компьютерные модели приборов:

1.  Магнитоэлектрический вольтамперметр.

2.  Электронный цифровой мультиметр.

3.  Магазин сопротивлений.

4.  Универсальный источник питания.

5.  Коммутационное устройство.

3. СтруктурА лабораторного стенда

На стенде находятся модели магнитоэлектрического вольтамперметра, электронного цифрового вольтметра, магазина сопротивлений, универсального источника питания (УИП) и коммутационного устройства (КУ) (рис. 1.2.3).

При выполнении работы модели средств измерений и вспомогательных устройств служат для решения описанных ниже задач.

Модель магнитоэлектрического вольтамперметра используется при моделировании процесса прямых измерений постоянного напряжения методом непосредственной оценки.

Модель электронного цифрового мультиметра используется в процессе работы как цифровой вольтметр при моделировании процесса прямых измерений постоянного напряжения методом непосредственной оценки.

Модель магазина сопротивлений используется при моделировании работы многозначной меры электрического сопротивления.

Модель УИП используется при моделировании работы регулируемого источника стабилизированного постоянного напряжения.

При выполнении работы модель магазина сопротивлений и модель УИП используются совместно, таким образом, моделируется источник постоянного напряжения, обладающий переменным внутренним сопротивлением. Для этого модель магазина сопротивлений подключается последовательно с выходом модели УИП (рис. 1.2.4). В результате создается источник напряжения с выходами «Кл. 9» магазина сопротивлений и «-» УИП, напряжение на выходе которого измеряется одним из вольтметров. Внутреннее сопротивление полученного источника напряжения равно сумме установленного сопротивления магазина и внутреннего сопротивления УИП, которое не превышает 0,3 Ом.

Модель КУ используется при моделировании подключения входа вольтметров к выходу источника измеряемого напряжения. Подключение моделей вольтметров к модели источника производится путем установки переключателя КУ либо к магнитоэлектрическому милливольтамперметру, либо к электронному цифровому мультиметру.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.  Измерение электрического напряжения на выходе источника с регулируемым внутренним сопротивлением

1.1.  Подключите магнитоэлектрический вольтметр к выходу источника постоянного напряжения (переключатель коммутационного устройства должен быть установлен в положение 2).

1.2.  Установите последовательно значение сопротивления магазина равным О Ом, 3 Ом, 30 Ом, 300 Ом, 3000 Ом и 30 кОм. При каждом значении установленного сопротивления снимите показания магнитоэлектрического вольтметра, результаты запишите в отчет.

1.3.  Подключите цифровой мультиметр (в режиме вольтметра) к выходу источника постоянного напряжения..

1.4.  Устанавливая последовательно те же значения сопротивления магазина, что и в п. «1.6», снимите показания цифрового вольтметра. Результаты запишите в отчет.

1.5.  Установите предел измерения магнитоэлектрического вольтметра равным 30 В и, ориентируясь на индикатор, установите на выходе УИП напряжение, значение которого несколько меньше выбранного предела измерений.

1.6.  Для вновь установленного значения выходного напряжения УИП выполните задание, сформулированное в пп. «1.3»-«1.6».

2.  Исследование влияния соотношения между внутренним сопротивлением источника напряжения Rвн и входным сопротивлением вольтметра Rвх на результаты измерения электрического напряжения

2.1.1.  Определить абсолютную и относительную инструментальную погрешность измерения напряжения на выходе источника с переменным внутренним сопротивлением;

2.2.  Определить абсолютную и относительную методическую погрешность измерения напряжения на выходе источника с переменным внутренним сопротивлением;

2.3.  Определить поправки к показаниям магнитоэлектрического вольтметра;

2.4.  Определить неисправленные и исправленные результаты измерений, полученные с помощью магнитоэлектрического вольтметра;

2.5.  Определить предельное значение неисключенной методической погрешности, если ошибка в оценке внутреннего сопротивления источника составляет 1%;

2.6.  Определить абсолютную и относительную результирующую погрешность измерения напряжения на выходе источника с переменным внутренним сопротивлением; полученные данные запишите в отчет;

2.7.  Определить сравните результаты измерений, полученные с помощью разных вольтметров, и объясните их. Результаты запишите в отчет;

2.8.  Определить постройте, пользуясь средствами MS Excel, график зависимости методической погрешности измерений от отношения выходного сопротивления источника напряжения к входному сопротивлению вольтметра.

2.9.  Определить по экспериментальным данным и расчетным путем определите, при каком значении внутреннего сопротивления источника напряжения методическая составляющая погрешности измерений не превышает ее инструментальной

5. результатЫ измерений и вычислений

Таблица 1.2.1.
Измерение постоянного напряжения магнитоэлектрическим вольтметром в диапазоне до 15 В
Вольтметр: класс точности 0,5; используемый диапазон измерения: 0-15В ; Магазин сопротивлений: 0,02-0,000002
Установленное сопротивление магазина, Ом	Показания вольтметра, В	Абсолютная погрешность	Поправка, мВ	Исправленные показания, В	Результат измерения, В
инстр. , мВ	неискл. метод. , В
0	13	75	0,0000013	0,00013	13,00013	13,00±0,08
3	13	75	0,0000143	0,00143	13,00143	13,00±0,08
30	13	75	0,0001313	0,01313	13,01313	13,01±0,08
300	12,95	75	0,0012963	0,12963	13,07963	13,08±0,08
3000	11,92	75	0,019212	1,19212	13,11212	13,11±0,08
30000	6,5	75	0,065007	6,50007	13,00007	13,00±0,10

Таблица 1.2.2.
Измерение постоянного напряжения цифровым вольтметром в диапазоне до 19,99 В
Вольтметр: 0,1/0,02, используемый диапазон измерения 0-19,99В; Магазин сопротивлений: 0,02-0,000002
Сопротивление магазина, Ом	Показания вольтметра, В	Абсолютная погрешность, В	Относительная погрешность, %	Результат измерения, В
0	13,02	0,13	±0,11	13,0200 ±0,001
3	13,02	0,13	±0,11	13,0200±0,001
30	13,02	0,13	±0,11	13,0200±0,001
300	13,02	0,13	±0,11	13,0200±0,001
3000	13,02	0,13	±0,11	13,0200±0,001
30000	13,02	0,13	±0,11	13,0200±0,001

Таблица 1.2.3.
Измерение постоянного напряжения магнитоэлектрическим вольтметром в диапазоне до 30 В
Вольтметр: класс точности 0,5; используемый диапазон измерения: 15-30В ; Магазин сопротивлений: 0,02-0,000002
Установленное сопротивление магазина, Ом	Показания вольтметра, В	Абсолютная погрешность, мВ	Поправка, мВ	Исправленные показания, В	Результат измерения, В
инстр.,мВ	неискл. метод.,В
0	29,8	150	0,00003	0,003	29,80003	29,80±0,15
3	29,8	150	0,0000328	0,00328	29,8000328	29,80±0,15
30	29,65	150	0,0002995	0,02995	29,6502995	29,65±0,15
300	29,5	150	0,0029529	0,29529	29,5029529	29,50±0,15
3000	28,25	150	0,0282528	2,82528	28,2782528	28,28±0,15
30000	22,26	150	0,2226002	22,26022	22,4826002	22,48±0,27

Таблица 1.2.4.
Измерение постоянного напряжения цифровым вольтметром в диапазоне до 30 В
Вольтметр: 0,1-0,02, используемый диапазон измерения 0-199,99В; Магазин сопротивлений: 0,02-0,000002
Сопротивление магазина, Ом	Показания вольтметра, В	Абсолютная погрешность, В	Относительная погрешность, %	Результат измерения, В
0	29,26	0,06	0,22	29,26±0,06
3	29,26	0,06	0,22	29,26±0,06
30	29,26	0,06	0,22	29,26±0,06
300	29,26	0,06	0,22	29,26±0,06
3000	29,26	0,06	0,22	29,26±0,06
30000	29,26	0,06	0,22	29,26±0,06

Измерение постоянного напряжения магнитоэлектрическим вольтметром в диапазоне до 19,99 В

Rвн/Rвх

Измерение постоянного напряжения магнитоэлектрическим вольтметром в диапазоне до 199,9 В

Rвн/Rвх

6. Выводы по работе

В результате выполнения лабораторной работы сделаны следующие выводы:

·  В прямых измерениях, из-за несовершенства метода, могут содержаться систематические погрешности.

·  Для исправления результатов измерений, содержащих систематическую погрешность, эти результаты складывают с поправками, равными систематическим погрешностям по величине и противоположными им по знаку.

·  Поправки могут быть определены как экспериментально, так и теоретически.