Выбор средства измерения для выполнения однократного технического измерения

Основная  погрешность и все виды дополнительных погрешностей цифровых вольтметров  нормируются порознь. В большинстве  случаев для цифровых вольтметров  нормировано приведенное значение относительной погрешности. Пределы  допускаемой дополнительной погрешности  устанавливаются в виде дольного (кратного) значения ().

В общем случае использования цифрового вольтметра при наличии нескольких неисключенных систематических погрешностей (), заданных своими границами, доверительную границу неисключенной доверительной погрешности результата измерения (без учета знака) вычисляют по формуле

 

,

 

где - поправочный коэффициент, определяемый принятой доверительной вероятностью и числом составляющих доверительной погрешности результата измерения.

Если число  суммирующих составляющих , то при доверительной вероятности Р = 0,95 принимают к = 1,1. При m = 4 к≈1,4; при m = 3 к ≈ 1,3; при m = 2 к ≈1,2. При этом предполагается, что каждая из составляющих подчиняется равномерному закону распределения. В этом случае плотность распределения результирующей погрешности, состоящей из двух равных составляющих, имеет вид треугольника, а состоящей из двух неравных составляющих - вид трапеции. При наличии трех составляющих плотность распределения результирующей приближенно можно считать нормальной, и при m = 4 ее функция распределения не отличается от нормальной.

В общем случае использования цифрового вольтметра

 

,

 

где - предел допускаемой основной погрешности измерения постоянного напряжения цифровым вольтметром;

- предел  допускаемой дополнительной погрешности  вольтметра от изменения температуры  окружающей среды на каждые 10 °С;

- предел  допускаемой дополнительной погрешности  вольтметра за счет изменения напряжения питающей сети на 10 %;

- предел  допускаемой дополнительной погрешности  от изменения влажности окружающей  среды;

- методическая  погрешность из-за несоответствия  свойств объекта и средства  измерения, а именно из-за потребления  вольтметром некоторой мощности  цепи, напряжение которой он измеряет. При измерении напряжения на  нагрузке R_НГ вольтметр включают параллельно нагрузке (рисунок 3), при этом часть тока протекает через вольтметр с входным сопротивлением R_v, и напряжение на нагрузке R_НГ уменьшается. Погрешность определяется соотношением между сопротивлением участка цепи и сопротивлением вольтметра R_v. Сопротивление вольтметра известно из технических условий.

 

1.3 Определение сопротивления нагрузки цепи

 

Определим сопротивления  нагрузки цепи по формуле:

;

 

4. Определение первоначальной совокупности средств измерения

Необходимо чтобы выбранные  приборы подходили по следующим  параметрам:

• температуре (t = +40℃);
• напряжению (0,9 В);
• допускаемой погрешность измерения ()

 Нам  подходят  приборы – это Щ4313, В7-16, Ф203, В7-22, В7-16А, В7-27.

а) Технические данные вольтметра Щ4313:

- предел допускаемой относительной основной погрешности в зависимости от диапазона измерений приведен в таблице 1

Таблица 1 - Предел допускаемой основной погрешности вольтметра Щ4313

Диапазон измерений	Входное сопротивление, МОм	Предел допускаемой основной погрешности, %
5…50 мВ	100,0
50…500 мВ	1,0
0,5…5 В
5…50 В
50…500 В

 

 

- быстродействие прибора – 25 преобразований в секунду;

- прибор предназначен для работы в закрытых отапливаемых помещениях при температуре окружающего воздуха от 10 до 35°С и относительной влажности до 80 % при температуре 25°С;

- дополнительная погрешность прибора, вызванная изменением напряжения питания от нормального (220 ± 4,4 В) до крайних значений рабочих напряжений сети (187…253 В), не превышает половины предела допускаемой основной погрешности;

- дополнительная погрешность прибора, вызванная отклонением температуры окружающего воздуха от нормальной (20 ± 2 ℃) до крайних значений рабочих температур (10…35 ℃), не превышает предела допускаемой основной погрешности на каждые 10 ℃ изменения температуры;

- габаритные размеры прибора 280 70 280 мм;

- масса прибора не более 2,8 кг.

Таким образам  данный прибор подходит по температуре  и напряжению (может быть измерено в диапазоне 0,5...5В). Рассчитаем предел допускаемой основной погрешности прибора

(-1)

Так как больше, чем , то этот прибор не пригоден для измерений.

б) Технические данные вольтметра В7-16:

- предел допускаемой относительной основной погрешности в зависимости от диапазона измерений приведен в таблице 2

Таблица 2 - Предел допускаемой основной погрешности вольтметра В7-16

Пределы измерения, В	Входное сопротивление, МОм	Предел допускаемой
		основной погрешности,
		%
1	20	±
10
100	2	±
1000

 

 

- входное сопротивление прибора не менее 10МОм;

- прибор предназначен для работы в закрытых отапливаемых помещениях при температуре окружающего воздуха от 10 до +40°С и относительной влажности до 80 % при температуре 20°С;

- предел допускаемой дополнительной погрешности за счет изменения напряжения питающей сети на ± 10% при изменении постоянного тока и времени преобразования 20 мс не превышает, %,

;

- предел допускаемой дополнительной погрешности прибора от изменения температуры окружающей среды на каждые 10 ℃ при времени преобразования 20 мс не превышает, %,

;

- габаритные размеры прибора 348 160 425 мм;

- масса прибора не более 10 кг.

Таким образам  данный прибор подходит по температуре  и напряжению (может быть измерено в диапазоне 0…1В). Рассчитаем предел допускаемой основной погрешности прибора для времени преобразования 20мс или 2мс

 

 

и для времени преобразования 2мс

 

 

Погрешность данного прибора ниже требуемой, следовательно, прибор подходит для данного измерения.

в) Технические данные вольтметра В7-16А:

- предел  допускаемой относительной основной  погрешности в зависимости от  диапазона измерений приведен в таблице 3

Таблица 3 - Предел допускаемой основной погрешности вольтметра В7-16А

Пределы измерения, В	Время преобразования, мс	Предел допускаемой основной погрешности, %
1 10 100 1000	20 и 100
	1

 

- выбор поддиапазонов измерения осуществляется ручным способом;

- выбор полярности при измерении постоянного напряжения осуществляется автоматически;

- нормальные условия применения прибора: температура окружающего воздуха 20 ± 5°С, относительная влажность окружающего воздуха 30...80 %, напряжение питающей сети переменного тока при частоте 50 Гц равно 220 ± 4,4 В;

- входное сопротивление прибора не менее 10 МОм;

- прибор предназначен для работы в закрытых отапливаемых помещениях при температуре окружающего воздуха от -10 °С до +50 °С и относительной влажности до 95 % при температуре 30 °С;

- предел допускаемой дополнительной погрешности прибора от изменения температуры окружающей среды на каждые 10 °С не должен превышать половины предела основной погрешности;

- предел дополнительной погрешности от воздействия повышенной влажности не должен превышать предела основной погрешности;

- питание вольтметра осуществляется от сети переменного тока напряжением (220 ± 22) В;

- габаритные размеры прибора 348 160 425 мм;

- масса прибора не более 10 кг.

 

Таким образам  данный прибор подходит по температуре  и напряжению (может быть измерено в диапазоне 0…1В). Рассчитаем предел допускаемой основной погрешности прибора для времени преобразования 20мс или 100мс

 

 

и для времени преобразования 1мс

 

 

Погрешность данного прибора ниже требуемой, следовательно, прибор подходит для данного измерения.

г) Технические данные вольтметра В7-22:

- предел допускаемой относительной основной погрешности в зависимости от диапазона измерений приведен в таблице 4

Таблица 4 - Предел допускаемой основной погрешности вольтметра В7-22

Пределы измерения, В	Входное сопротивление, МОм	Предел допускаемой основной погрешности, %
0,2 2	100
20 200 1000	10

 

- время установления показаний 2с;

- прибор предназначен для работы в закрытых отапливаемых помещениях при температуре окружающего воздуха от -10 до +40°С и относительной влажности до 80 % при температуре 20°С и напряжении питания 220 ± 22 В с частотой 50 ± 0,5 Гц;

- предел допускаемой дополнительной погрешности прибора, вызванной отклонением температуры окружающей среды от нормальной (20 ± 2°С) до крайних значений рабочих температур, на каждые 10 °С изменения температуры не превышает половины предела допускаемой основной погрешности;

- габаритные размеры прибора 215 65 190 мм;

- масса прибора не более 2,2 кг.

Таким образам  данный прибор подходит по температуре  и напряжению (может быть измерено в диапазоне 0,2...2В). Рассчитаем предел допускаемой основной погрешности прибора

 

Погрешность данного прибора ниже требуемой, следовательно, прибор подходит для данного измерения.

д) Технические данные вольтметра Ф203:

- предел допускаемой относительной основной погрешности в зависимости от диапазона измерений приведен в таблице 5

Таблица 5 - Предел допускаемой основной погрешности вольтметра Ф203

Пределы измерения, В	Входное сопротивление, МОм	Предел допускаемой
		основной погрешности,
		%
1	2*106	±
10	1*106
100
1000

 

 

- время одного преобразования не более 1000 мкс;

- прибор предназначен для работы в закрытых отапливаемых помещениях при температуре окружающего воздуха от 5 до +50°С и относительной влажности до 80 % при температуре 35°С и напряжении питания 220 ± 22 В с частотой 50 ± 0,5 Гц;

- предел допускаемой дополнительной погрешности прибора, вызванной отклонением температуры окружающей среды от нормальной (20 ± 2°С) до крайних значений рабочих температур, на каждые 10 °С изменения температуры не превышает половины предела допускаемой основной погрешности;

- габаритные размеры прибора 197 100 297 мм;

- масса прибора не более 2,5 кг.

Таким образам  данный прибор подходит по температуре  и напряжению (может быть измерено в диапазоне 0…1 В). Рассчитаем предел допускаемой основной погрешности прибора

 

Погрешность данного прибора ниже требуемой , следовательно, прибор подходит для данного измерения.

 

е) Технические данные вольтметра В7-27(В7-27А, В7-27/А):

- предел допускаемой относительной основной погрешности в зависимости от диапазона измерений приведен в таблице 6

Таблица 6 - Предел допускаемой основной погрешности вольтметра Ф203

Пределы измерения, В	Входное сопротивление, МОм	Предел допускаемой
		основной погрешности,
		%
100мВ	1*107
10
100
1000

 

 

- время одного преобразования не более 1000 мкс;

- прибор предназначен для работы в закрытых отапливаемых помещениях при температуре окружающего воздуха от 5 до +40°С и относительной влажности до 90 % при температуре 30°С и напряжении питания 220 ± 22 В с частотой 50 ± 0,5 Гц;

- предел допускаемой дополнительной погрешности прибора, вызванной отклонением температуры окружающей среды от нормальной (20 ± 2°С) до крайних значений рабочих температур, на каждые 10 °С изменения температуры не превышает половины предела допускаемой основной погрешности;

- предел допускаемой дополнительной погрешности прибора в условиях повышенной влажности (85…90%) при температуре окружающего воздуха 30℃ равен пределу допускаемой основной погрешности;

- габаритные размеры прибора 259 180 322 мм;

- масса прибора не более 6 кг.

Таким образам  данный прибор подходит по температуре  и напряжению (может быть измерено в диапазоне 0…10 В). Рассчитаем предел допускаемой основной погрешности прибора