Билет 1

1. Метрологические характеристики средств измерений

Метрологические характеристики средств измерений определяют их способность обеспечивать точность и надежность при измерениях. Некоторые из основных метрологических характеристик включают:

1. Точность: Это способность измерительного устройства давать результат близкий к истинному значению измеряемой величины.

2. Разрешение: Минимальное изменение измеряемой величины, которое может быть обнаружено измерительным устройством.

3. Чувствительность: Способность измерительного устройства обнаруживать и реагировать на малые изменения измеряемой величины.

4. Линейность: Это свойство измерительного устройства давать результат, который пропорционален измеряемой величине в определенном диапазоне.

5. Устойчивость: Способность измерительного устройства сохранять стабильность и надежность измерений в течение времени.

6. Воспроизводимость: Возможность получить одинаковые результаты при повторном измерении тех же величин с использованием того же измерительного устройства.

7. Временные задержки: время, за которое измерительное устройство выполняет измерение и отображает результат.

Эти метрологические характеристики важны для оценки и выбора средств измерений, поскольку они определяют их пригодность для конкретных задач измерения. Точные и надежные измерения имеют решающее значение в различных областях, таких как производство, научные исследования, медицина и технические приложения.

2. Измерение сопротивления способов вольтметра и амперметра

Для измерения сопротивления с помощью вольтметра и амперметра нужно выполнить следующие шаги:

Определите, какое сопротивление вы хотите измерить. Это может быть резистор, катушка, проводник или другой компонент в цепи.

Соберите схему для измерения сопротивления. Вам понадобится источник питания, амперметр, вольтметр и сопротивление, которое вы хотите измерить.

Подключите источник питания к амперметру и вольтметру. Убедитесь, что вы подключили амперметр последовательно с сопротивлением, а вольтметр параллельно сопротивлению.

Включите источник питания и запишите показания амперметра и вольтметра.

Рассчитайте сопротивление по формуле R = V / I, где R - сопротивление, V - напряжение, измеренное вольтметром, и I - ток, измеренный амперметром.

Повторите измерение несколько раз при разных значениях напряжения или тока, чтобы убедиться в стабильности результатов и точности измерения.

Обратите внимание, что этот метод дает приближенное значение сопротивления, так как он не учитывает внутреннее сопротивление амперметра и вольтметра, а также возможные потери на контактах и проводах. Для более точных измерений используйте омметр или мультиметр с автоматическим выбором диапазона измерения.

Задача

Инструментальная абсолютная погрешность вычисляется по формуле:

Δ I_абс = A/100·1/√(3) = 100 мА/100·1/√(3)≈ 0.058 мА

Инструментальная относительная погрешность вычисляется по формуле:

Δ I_отн = Δ I_абс/I· 100% = 0.058 мА/67 мА· 100%≈ 0.086%

Таким образом, пределы инструментальных погрешностей для данного измерения составляют:

Δ I_абс = 0.058 мА, Δ I_отн = 0.086%

Билет 2

1. Классы точности средств измерения

Средства измерений могут иметь различные классы точности, которые определяют их способность предоставлять точные измерения.

Обычно средства измерений классифицируются по следующим классам точности:

1. Первый класс точности: высокая точность и надежность. Такие средства обладают минимальными погрешностями и могут быть использованы для точных научных и технических измерений.

2. Второй класс точности: предоставляют достаточно точные измерения для повседневных применений, но их точность немного ниже, чем у средств первого класса. Они могут использоваться в промышленности, строительстве и других областях.

3. Третий класс точности: обладают относительно невысокой точностью и используются в простых измерениях, где высокая точность не требуется.

Классы точности средств измерений могут различаться в зависимости от стандартов и установленных требований в конкретном регионе или отрасли.

2. Схема «Последовательного» Омметра

Омметр - это измерительный прибор, предназначенный для определения величины сопротивления участка электрической цепи или радиокомпонента. По своей сути, омметр представляет собой вольтметр, который измеряет падение напряжения на объекте при прохождении через него определенного тока.

Один из способов измерения сопротивления - это использование “последовательной” схемы омметра. В этой схеме источник питания подключен последовательно с измеряемым сопротивлением, а амперметр и вольтметр - последовательно с источником питания.

Для измерения сопротивления используется следующая формула:

R = V / I

где R - сопротивление, V - измеренное напряжение, I - измеренный ток.

Однако стоит отметить, что такой метод измерения сопротивления имеет некоторые ограничения и может давать неточные результаты при высоких значениях сопротивления или при наличии значительных паразитных сопротивлений в цепи. В таких случаях рекомендуется использовать более точные методы измерения сопротивления, например, с использованием цифрового мультиметра или специализированных измерительных приборов.

Задача

Для определения класса точности вольтметра необходимо вычислить его погрешность. Погрешность измерения напряжения можно определить как абсолютную, так и относительную.

Абсолютная погрешность измерения напряжения равна разности между показаниями вольтметра и реальным значением напряжения:

Δ U_абс = |U_изм - U_ист| = |249.4 В - 250 В| = 0.6 В

Относительная погрешность измерения напряжения равна отношению абсолютной погрешности к реальному значению напряжения, умноженному на 100%:

Δ U_отн = Δ U_абс/U_ист· 100% = 0.6 В/250 В· 100%≈ 0.24%

Класс точности вольтметра определяется как отношение его погрешности к пределу измерений, умноженному на 100%. Для данного случая класс точности вольтметра будет равен:

класс точности = Δ U_отн/0,3· 100% = 0.24%/0,3· 100%≈ 0.8%

Ответ: класс точности вольтметра равен 0.8%. ( тут у меня вопрос тк предел измерения у нас 300 а тут 0,3, если заменить на 300 то у нас получится класс 0,08 тобишь 1%)

Билет 3

1. Обработка результатов многократных измерений.

После проведения многократных измерений необходимо обработать полученные результаты. Этот процесс включает в себя несколько этапов:

– Исключение грубых погрешностей (промахов): Проводится анализ полученных данных на наличие грубых ошибок. Они могут возникать из-за сбоев оборудования, ошибок оператора или других факторов. Если обнаружены значения, значительно отличающиеся от остальных, их следует исключить.

– Усреднение результатов: Если измерения проводились несколько раз, можно вычислить среднее значение и использовать его как окончательный результат. Это может уменьшить влияние случайных погрешностей на итоговый результат.

– Оценка случайной погрешности: Для оценки случайной погрешности можно использовать методы статистической обработки данных. Например, можно вычислить стандартное отклонение или доверительный интервал для среднего значения.

– Учет систематических погрешностей: Если выявлены систематические погрешности, их нужно учесть при оценке общей погрешности результата.

– Запись результатов: После обработки результатов измерений их следует записать с указанием всех погрешностей и условий проведения измерений.

2. Электронные цифровые вольтметры.

Электронные цифровые вольтметры (ЦВ) являются одним из основных видов электроизмерительной аппаратуры и предназначены для измерения напряжения постоянного и переменного тока, а также сопротивления постоянному току. ЦВ обладают высокой точностью, быстродействием, чувствительностью, широким диапазоном измеряемых величин и возможностью автоматизации процесса измерения.

Принцип действия ЦВ основан на преобразовании измеряемого напряжения в пропорциональное ему количество импульсов, частота которых затем измеряется цифровым счетчиком. В зависимости от типа используемого преобразователя напряжения, ЦВ могут быть последовательного или параллельного типа.

Последовательные ЦВ используют преобразователь напряжения, основанный на принципе зарядового уравновешивания. В этих приборах измеряемое напряжение подается на входное устройство, где оно преобразуется в пропорциональный заряд. Затем этот заряд поступает на вход компаратора, который сравнивает его с опорным зарядом. Если напряжение на входе компаратора превышает опорное напряжение, компаратор выдает импульс, который увеличивает показания счетчика.

Параллельные ЦВ используют преобразователь напряжения на основе принципа параллельного уравновешивания. В этом случае измеряемое напряжение поступает на группу прецизионных резисторов, включенных параллельно. Если напряжение превышает заданный порог, компаратор вырабатывает импульс, который увеличивает показания счетчика.

Задача

Результат измерения должен быть представлен в виде (75 ± 2) В, где 75 В - показание вольтметра, а 2 В - погрешность градуировки шкалы.

Таким образом, можно утверждать, что истинное значение напряжения находится в интервале от 73 до 77 В с вероятностью 68% (с учетом того, что погрешность градуировки шкалы составляет +2 В).

Билет 4

1. Расчёт погрешности косвенных измерений по погрешностям прямых измерений.

Расчёт погрешности косвенных измерений осуществляется следующим образом:

– Вычисляются частные производные функции зависимости косвенного измерения от прямых измерений по каждому прямому измерению:

∂y/∂x_1, ∂y/∂x_2,...,∂y/∂x_n

– Определяются абсолютные погрешности прямых измерений:

|Δx_1|, |Δx_2|,...,|Δx_n|

– Вычисляется погрешность косвенного измерения как корень из суммы квадратов частных производных, умноженных на квадрат абсолютной погрешности соответствующего прямого измерения:

sqrt((∂y/∂x_1)^2|Δx_1|^2+ (∂y/∂x_2)^2|Δx_2|^2+ ... + (∂y/∂x_n)^2|Δx_n|^2))

2. мостовая измерительная схема сопротивлений

Мостовая схема измерения сопротивления состоит из четырёх резисторов, соединённых в виде квадрата. Один из углов этого квадрата соединяется с положительной клеммой источника питания, а другой - с отрицательной. В двух других углах устанавливаются измерительные приборы (обычно это вольтметр и амперметр).

Принцип работы такой схемы заключается в том, что при изменении сопротивления одного из резисторов изменяется напряжение на нём, что приводит к изменению тока через амперметр и, соответственно, к изменению показаний вольтметра. Таким образом, измеряя эти показания, можно определить значение сопротивления.

Задача

301,5 – 300 = 1,5 В

Наибольшая абсолютная погрешность, выявленная во время проверки (1,5 В), делится на наибольшее напряжение, измеряемое вольтметром (500 В): 1,5/500*100%= 0,3 - это и есть класс точности данного прибора.

Ответ: 1 класс

Билет 5

1. Электронные цифровые вольтметры.

Электронные цифровые вольтметры (ЦВ) являются одним из основных видов электроизмерительной аппаратуры и предназначены для измерения напряжения постоянного и переменного тока, а также сопротивления постоянному току. ЦВ обладают высокой точностью, быстродействием, чувствительностью, широким диапазоном измеряемых величин и возможностью автоматизации процесса изме-рения.

Принцип действия ЦВ основан на преобразовании измеряемого напряжения в пропорциональное ему количество импульсов, частота которых затем измеряется цифровым счетчиком. В зависимости от типа используемого преобразователя напряжения, ЦВ могут быть последовательного или параллельного типа.

Последовательные ЦВ используют преобразователь напряжения, основанный на принципе зарядового уравновешивания. В этих приборах измеряемое напряже-ние подается на входное устройство, где оно преобразуется в пропорциональный заряд. Затем этот заряд поступает на вход компаратора, который сравнивает его с опорным зарядом. Если напряжение на входе компаратора превышает опорное напряжение, компаратор выдает импульс, который увеличивает показания счет-чика.

Параллельные ЦВ используют преобразователь напряжения на основе принци-па параллельного уравновешивания. В этом случае измеряемое напряжение по-ступает на группу прецизионных резисторов, включенных параллельно. Если напряжение превышает заданный порог, компаратор вырабатывает импульс, ко-торый увеличивает показания счетчика.

Задача

Для определения наибольшей возможной разницы показаний двух вольтметров необходимо рассчитать их погрешности измерения. Погрешность измерения для вольтметра с классом точности 1,0 составляет 1% от предела измерения, то есть 3 В. Для второго вольтметра с классом точности 2,5 погрешность измерения составляет 2,5% от предела измерения, то есть 6,25 В.

Таким образом, наибольшая возможная разница показаний двух вольтметров будет равна сумме их погрешностей измерения, то есть 3 В + 6,25 В = 9,25 В. То есть разница показаний двух вольтметров может быть не больше 9,25 В

Билет 6