Цель работы : изучить основные метрологические характеристики цифровых и аналоговых измерительных приборов, научиться измерять значения напряжения, силы тока, сопротивления и частоты переменного тока, произвести поверку.
Оборудование : модуль «Модуль питания», модуль «Трансформатор тока и трансформатор напряжения. Приборы магнитоэлектрической системы», модуль «Элементы ЦАП и АЦП», модуль «Функциональный генератор», модуль «Измерительный блок», магазин сопротивлений, соединительные проводники.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Все средства измерений, независимо от их конкретного исполнения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими их функционального назначения. Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками.
Метрологические характеристики измерительных устройств предназначены главным образом для двух целей:
1) выбора измерительного устройства, обеспечивающего измерение величины в заданных пределах и с требуемой точностью;
2) оценки погрешностей измерений, которые будут получены при использовании конкретного измерительного устройства.
Измерительные приборы бывают аналоговые и цифровые. В аналоговых приборах показания определяются по шкале и являются непрерывной функцией изменения измеряемой величины. В цифровых приборах, вырабатываются дискретные сигналы измерительной информации, и результат представляется в цифровой форме. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики. Важной характеристикой шкальных измерительных приборов является цена деления.
Цена деления шкалы − разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы (0,04 А для амперметра изображенного на рис. 1). У цифровых приборов шкалы в явном виде нет, и на них вместо цены деления указывается цена единицы младшего разряда числа в показании прибора.
Шкала средства измерений − это часть средства измерений, представляющая собой упорядоченный набор меток вместе со значениями соответствующей величины.
Метка шкалы − это знак (штрих, точка и т. п.) на шкале, соответствующий некоторому отдельному значению измеряемой величины.
Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называется делением шкалы.
Длина деления шкалы (см. рис. 1.1) − расстояние между осями (центрами) двух соседних отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых коротких отметок шкалы.
Диапазон показаний − область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы, то есть наибольшим и наименьшим значениями измеряемой величины. Например, у амперметра, изображенного на рис. 1.1, диапазон показаний составляет 1 А.
Рис. 1.1. Внешний вид амперметра
Чувствительность средства измерений − отношение изменения показаний средства измерений к вызывающему его изменению измеряемой величины.
Различают абсолютную и относительную чувствительность.
Абсолютную чувствительность определяют по формуле
, (1)
относительная чувствительность − по формуле
(2)
где 
− изменение показаний; х − измеряемая величина; 
− изменение измеряемой величины.
Вариация показаний измерительного прибора − это разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе «справа» и подходе «слева» к этой точке. Вариация показаний представляет собой алгебраическую разность наибольшего и наименьшего результатов при многократном измерении одной и той же величины в неизменных условиях. Вариация характеризует нестабильность показаний измерительного прибора.
Результат любого измерения отличается от истинного значения величины на некоторое значение, зависящее от точности средств и методов измерения, квалификации оператора, условий, в которых проводилось измерение, и т. д. Отклонение результата измерения от истинного значения величины называется погрешностью измерения. Поскольку определить истинное значение величины в принципе невозможно, т. к. это потребовало бы применения идеально точного средства измерений, то на практике вместо истинного значения величины применяют действительное значение измеряемой величины, которое настолько точно приближается к истинному значению, что может быть использовано вместо него. Это может быть, например, результат измерения величины образцовым средством измерения.
Под погрешностью средства измерений понимают разность между показанием средства измерений и известным опорным (действительным) значением величины.
Абсолютная погрешность 
средства измерений − это погрешность, выраженная в единицах измеряемой величины. Определяется как разность между измеренным 
и действительным 
значениями величины:
. (3)
Абсолютная погрешность может быть положительной или отрицательной. Абсолютная погрешность не всегда является достаточной или наглядной информацией о точности измерения.
Во многих случаях абсолютную погрешность полезно соотнести с размером самой измеряемой величины. Тогда используется понятие «относительная погрешность». Относительная погрешность средства измерений выражается в процентах и вычисляется по формуле:
. (4)
При необходимости охарактеризовать точность измерительною прибора и сравнить различные приборы между собой по обеспечиваемой ими точности измерения, относительная погрешность также оказывается недостаточно информативной. Для этих целей вводится характеристика, называемая «приведенная погрешность» 
.
Приведенная погрешность средства измерений выражается отношением абсолютной погрешности средства измерений к нормирующему значению величины 
:
. (5)
Для приборов с нулевой отметкой на краю шкалы нормирующее значение 
равно конечному значению диапазона измерений. Для приборов с двухсторонней шкалой, т. е. с отметками шкалы, расположенными по обе стороны от нуля значение равно арифметической сумме модулей конечных значений диапазона измерения.
Важнейшей метрологической характеристикой средства измерений, которая указывается изготовителем в паспорте и на его шкале (рис. 1.1) является класс точности.
Класс точности − это максимально возможная приведенная погрешность прибора, используемого в нормальных условиях, при одиночном измерении стационарной величины.
Указывая класс точности прибора, изготовитель гарантирует, что приведенная погрешность любого одиночного измерения окажется не больше названной величины. Поскольку каждое единичное измерение содержит как систематическую, так и случайную погрешности, то и класс точности прибора должен учитывать обе эти погрешности.
Основной принцип оценки класса точности установлен единым регламентом, согласно которому необходимо:
а) по формуле (5) определить в каждой оцифрованной точке шкалы прибора наибольшую наблюдаемую приведенную погрешность измерения;
б) из полученного ряда значений приведенной погрешности выбрать максимальное значение, которое и будет характеризовать класс точности данного прибора.
Средство измерений − это техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные (установленные) метрологические характеристики.
Цифровой мультиметр MASTECH MY-64 предназначен для измерения постоянного и переменного напряжения, постоянного и переменного тока, сопротивления, частоты, емкости и проверки полупроводников. Предусмотрена защита от перегрузок на всех пределах (табл. 1.1−1.5) (рис. 1.2, п. 11).
Рис. 1.1. Внешний вид мультиметра MASTECH MY -64 :
1 − дисплей; 2 − разъем для подключения транзисторов; 3 − переключатель режима измерения; 4 − разъем для подключения термопары; 5 − гнездо « 
» для подключения измерительного щупа или соединительного проводника при измерении напряжения, частоты или сопротивления; 6 − гнездо «СОМ» для подключения измерительного щупа или соединительного проводника при измерении напряжения, силы тока, частоты или сопротивления; 7 − гнездо « 
» для подключения измерительного щупа или соединительного проводника при измерении силы тока до 200 мА; 8 − гнездо «10 А» для подключения измерительного щупа или соединительного проводника при измерении силы тока до 10 А; 9 − разъем для подключения конденсаторов при измерении их емкости; 10 − кнопка включения/отключения питания; 11 − индикатор низкого заряда батареи (лабораторный мультиметр питается от сети 220 В через 
преобразователь, поэтому не нуждается в замене батареи); 12 − индикатор, отображающий, что мультиметр работает в режиме измерения высокого напряжения.
Основные технические характеристики цифрового мультиметра MASTECH MY-64 приведены в табл. 1.1 − 1.5.
Таблица 1.1 − Диапазоны измерения постоянного напряжения
| Диапазон | Разрешение | Погрешность |
| 200 мВ | 0,1 мВ | ± (0,5 %· |
| 2 В | 1 мВ | |
| 20 В | 10 мВ | |
| 200 В | 100 мВ | |
| 1000 В | 1 В | ± (0,8 %·  + 2 ед. мл. разряда)
|
Защита от перегрузок: 200 В эффективна на пределе 200 мВ и 1000 В постоянного напряжения или 750 В на остальных пределах.
Таблица 1.2 − Диапазоны измерения переменного напряжения
| Диапазон | Разрешение | Погрешность |
| 200 мВ | 0,1 мВ | ± (1,2 %· + 3 ед. мл. разряда)
|
| 2 В | 1 мВ | ± (0,8 %· |
| 20 В | 10 мВ | |
| 200 В | 100 мВ | |
| 750 В | 1 В | ± (1,2 %· + 3 ед. мл. разряда)
|
Защита от перегрузок: 1000 В при постоянном напряжении или 750 В на всех пределах измерения. Диапазон частот измеряемого переменного напряжения 45 Гц...450 Гц.
Таблица 1.3 − Диапазоны измерения постоянного тока
| Диапазон | Разрешение | Погрешность |
| 2 мА | 1 мкА | ± (0,8 %· |
| 20 мА | 10 мкА | |
| 200 мА | 100 мкА | ± (1,5 %·  + 1 ед. мл. разряда)
|
| 10 А | 1 мА | ± (2,0 %· + 5 ед. мл. разряда)
|
Защитой от перегрузок на пределе 200 мА является самовосстанавливающийся предохранитель, на пределе 10 А нет предохранителя. Падение напряжения: 200 мВ.
Таблица 1.4 − Диапазоны измерения переменного тока
| Диапазон | Разрешение | Погрешность |
| 2 мА | 1 мкА | ± (1,0 %· |
| 20 мА | 10 мкА | |
| 200 мА | 100 мкА | ± (1,8 %· + 5 ед. мл. разряда)
|
| 10 А | 1 мА | ± (3,0 %· + 7 ед. мл. разряда)
|
Таблица 1.5 − Диапазоны измерения сопротивления
| Диапазон | Разрешение | Погрешность |
| 200 Ом | 0,1 Ом | ± (0,8 %·  + 3 ед. мл. разряда)
|
| 2 кОм | 1 Ом | ± (0,8 %· |
| 20 кОм | 10 Ом | |
| 200 кОм | 100 Ом | |
| 2 МОм | 1 кОм | |
| 20 МОм | 10 Ом | ± (1,0 %· + 2 ед. мл. разряда)
|
| 200 МОм | 100 кОм | ± (6,0 %· + 10 ед. мл. разряда)
|
Максимальное напряжение на разомкнутых щупах: 2,8 В. Время срабатывания защиты от перегрузок: 15 с максимум 200 В эффективность на всех пределах.
Цифровой мультиметр SANWA PC500 (рис. 1.3) предназначен для измерения различных электрических величин (напряжения, силы тока, активного сопротивления, емкости, частоты) в слаботочных цепях.
Рис. 1.3. Внешний вид мультиметра SANWA PC 500:
1 − поворотный переключатель выбора режима работы; 2 − кнопка ручного выбора диапазона (так же служит для автокомпенсации сопротивления щупов); 3 − кнопка выбора режима измерения (постоянный, переменный ток); 4 − ЖК-дисплей; 5 − кнопка фиксации показания на дисплее; 6 − кнопка включения режима измерения частоты (измерение частоты возможно при любом режиме измерения); 7 − входное гнездо « 
, 
, 
, 
, 
, ┤├ »; 8 − входное гнездо «СОМ» (общее для любого режима измерения); 9 − гнездо « 
, 
» (для измерения силы тока до 500 мА); 10 − гнездо «А» (для измерения силы тока до 10 А.
Мультиметр удовлетворяет требованиям безопасности стандарта IE С1010. Для всех диапазонов измерения тока предусмотрена защита. Результаты измерений отображаются на дисплее (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Дисплей мультиметра SANWA PC 500:
1 − основной дисплей; 2 − индикатор режима автоматического выбора диапазона; 3 − индикатор режима фиксации показаний; 4 − индикатор режима измерения постоянного переменного тока (напряжения); 5 − индикатор отрицательной полярности; 6 − индикатор режима проверки диодов; 7 − индикатор разряженной батареи (лабораторный мультиметр питается от сети 220 В через 
преобразователь, поэтому не нуждается в замене батареи); 8 − графическая шкала; 9 − индикатор режима «прозвонка»; 10 − индикатор размерности измеряемой величины; 11 − индикатор чувствительности для режима измерения частоты.
Диапазоны измерений и точность мультиметра SANWA PC 500
Абсолютная погрешность, если не указано иначе, определяется как ± (% от показания прибора 
: число значений единицы младшего разряда), например, при измерении в диапазоне до 500 мВ показания прибора 134,8 мВ, абсолютная погрешность будет составлять
.
Таблица 1.6 − Диапазоны измерения напряжения
| Диапазон | Погрешность |
| 50.00 мВ | 0,12 % + 2D |
| 500.0 мВ | 0,06 % + 2D |
| 5.000, 50.00, 500.0, 1000 В | 0,08 % + 2D |
Таблица 1.7 − Диапазоны измерения напряжения переменного тока
| Диапазон | Погрешность |
| при частоте переменного тока 50...60 Гц | |
| 50.00, 500.0 мВ 5.000, 50.00, 500.0, 1000 В | 0,5 % +3D |
| при частоте переменного тока 40...500 Гц | |
| 50.00 мВ, 500.0 мВ | 0,8 % + 3D |
| 5.000, 50.00, 500.0 В | 1 % + 4D |
| 1000 В | 1,2 % + 4D |
Таблица 1.8 − Диапазоны измерения силы постоянного тока
| Диапазон | Погрешность |
| 500.0, 5000 мкА 50.00, 500.0 мА 5.000, 10.00 А | 0,2 % + 4D |
Таблица 1.9 − Диапазоны измерения силы переменного тока
| Диапазон | Погрешность |
| при частоте переменного тока 50...60 Гц | |
| 500.0, 5000 мкА 50.00 мА | 0,6 % +3D |
| 500.0 мА | 1 % +3D |
| 5.000, 10.00 А | 0,6 % +3D |
| при частоте переменного тока 40...1000 Гц | |
| 500.0, 5000 мкА 50.00 мА | 0,8 % +4D |
| 500.0 мА 5.000, 10.00 А | 1 % +4D |
Таблица 1.10 − Диапазон измерения сопротивления
| Диапазон | Погрешность |
| 50.00 Ом | 0,4 % + 6D |
| 500.0 Ом | 0,2 % + 3D |
| 5.000, 50.00, 500.0 кОм | 0,2 % + 2D |
| 5.000 МОм | 1,0 % + 3D |
| 50 МОм | 1,5 % + 5D |
Таблица 1.11 − Диапазоны измерения частоты
| Режим | Погрешность | Диапазон |
| «мВ» | 0,01 %+2D | 10 Гц...125 кГц |
| «5 В» | 10 Гц...125 кГц | |
| «50 В» | 10 Гц...20 кГц | |
| «500 В» | 10 Гц...1 кГц | |
| «1000 В» | 10 Гц...1 кГц | |
| «µA», «mA», «А» | 10 Гц...125 кГц |
Таблица 1.12 − Диапазоны измерения емкости
| Режим | Погрешность |
| 50.00 нФ | 0,8 % + 3D |
| 500.0 нФ | 0,8 % + 3D |
| 5000 нФ | 1,0 % + 3D |
| 50.00 мкФ | 2,0 % + 3D |
| 500.0 мкФ | 3,5 % + 5D |
| 9999 мкФ | 5,0 % + 5D |
Дата: 2019-02-25, просмотров: 357.
