Лабораторные работы №№1-3 по дисциплине: Метрология, стандартизация и сертификация в инфокоммуникациях. Вариант №9

Лабораторная работа 1
1. Цель работы.

Ознакомление с упрощенной процедурой обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями. Получение, применительно к упрощенной процедуре, навыков обработки результатов наблюдений, оценка погрешностей результатов измерений и планирование количества наблюдений.

2. Программа лабораторной работы.

2.1.Выполненить многократные независимые наблюдения в автоматическом режиме.
2.2.Произвести автоматизированную упрощенную процедуру обработки результатов многократных независимых наблюдений.
2.3.Оформить полученные результаты в отчете.
2.4.Провести анализ и сделать выводы по работе.

3. Сведения, необходимые для выполнения работы

Для обработки результатов многократных наблюдений могут быть использованы различные процедуры. Стандартная методика весьма трудоемка, причем, далеко не всегда можно выполнить серию наблюдений, объем которой достаточен для выявления закона распределения случайной составляющей погрешности и применения стандартной методики. Кроме того, если неисключенный остаток систематической погрешности сравнительно велик, выполнение длинной серии наблюдений для максимального уменьшения влияния случайной составляющей погрешности теряет смысл.
Упрощенная процедура обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями применяется, если число наблюдений n≤30. При использовании этой процедуры за результат измерения также как и всегда принимают среднее арифметическое результатов исправленного ряда наблюдений, которое вычисляют по формуле[2,стр.6]:
x ̄=1/n ∑_(i=1)^n▒x_i     (1)
где – i-й исправленный результат наблюдения,
среднее арифметическое исправленного ряда наблюдений,
n – количество результатов наблюдений.
Затем вычисляют оценку СКО результата наблюдений S по формуле[2,стр.7]:
S=√((∑_(i=1)^n▒〖(x_i-x ̄)^2 〗)/(n-1))≈σ    (2)
Эта величина является приближенной оценкой среднего квадратического отклонения σ – параметра нормального закона распределения. Чем больше наблюдений проведено, тем точнее эта оценка.
Для расчета оценки среднего квадратического отклонения результата измерения S(x ̄) используют формулу[2,стр.7]:
S(x ̄)=S/√n     (3)
Оценка среднего квадратического отклонения S(x ̄) является основной характеристикой величины случайной погрешности результата измерений.
Для нахождения границ доверительного интервала случайной составляющей погрешности результата измерений в рассматриваемом случае необходимо проанализировать априорную информацию об объекте измерений и условиях проведения измерений. Если явно выраженных причин, способных привести к отклонению закона распределения результатов наблюдений от нормального, не выявлено, то доверительные границы находят с помощью квантилей распределения Стьюдента по формулам[2,стр.7]:
x_H=x ̄-t*S(x ̄)
x_B=x ̄+t*S(x ̄)  ,   (4)
где x_H и x_B– соответственно координаты нижней и верхней границ доверительного интервала,
t – квантиль распределения Стьюдента, определенный для доверительной вероятности P_д
Если на результат измерений оказывает влияние только случайная составляющая погрешности, то этот результат представляют в видеx_H,x_B,P_д.
Часто имеет место ситуация, когда на результат измерений оказывают влияние две составляющие, а именно: погрешность средства измерений и случайная составляющая погрешности, вызванная внешними факторами. Погрешность средства измерений оценивают по его классу точности, а случайную составляющую погрешности, вызванную внешними факторами, оценивают с помощью приведенной выше методики. В этом случае при определении результирующей границы погрешности результата измерений возникает задача суммирования погрешностей. В теории измерений показано, если составляющие погрешности независимы, справедливо следующее соотношение[2,стр.8]:
Δ_∑=√(Δ_1^2+Δ_2^2 ) (5)
где Δ_∑– граница результирующей абсолютной погрешности, Δ_1 и Δ_2 – границы отдельных составляющих абсолютных погрешностей, причем, если модуль одной из составляющих превышает модуль другой составляющей более чем в 8 раз, то влиянием меньшей составляющей на результирующую погрешность можно пренебречь.
Если доверительная вероятность для границ погрешности средства измерений не указана, то при расчетах ее можно принимать равной P_д=0,95 (МИ 1552-86). Результат измерений представляют в виде: x ̄±Δ_∑;P_д, при этом числовое значение результата измерений должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и округлённое значение границы абсолютной погрешностиΔ_∑.
Из формулы 3 видно, что по мере того, как количество наблюдений растет, вклад случайной составляющей погрешности в окончательный результат постепенно уменьшается и может настать момент, когда вклад случайной погрешности в общую погрешность измерений станет пренебрежимо мал. Ясно, что в этом случае дальнейшее увеличение количества наблюдений бессмысленно. Таким образом, измерения с многократными наблюдениями оправданы не всегда, а при их планировании полезно заранее оценить требуемый объем выборки. В противном случае трудоемкость измерений может оказаться неоправданно высокой, а увеличение точности - незначительным.

4. Описание электронного цифрового мультиметра.

Модель электронного цифрового мультиметра служит для измерения постоянного тока и напряжения, измерения среднеквадратических значений тока и напряжения в цепях переменного тока синусоидальной формы, измерения сопротивления по постоянному току. Ниже приведены некоторые характеристики модели[2,стр.16]:
•  в режиме измерения постоянного и переменного напряжения пределы измерения могут выбираться в диапазоне от 1,0 мВ до 300 В;
•  при измерении напряжения могут быть установлены следующие поддиапазоны: от 0,0.мВ до 199,9 мВ; от 0,000 В до 1,999 В; от 0,00 В до 19,99 В; от 0,0 В до 199,9 В; от 0 В до 19,99 В.
 диапазон рабочих-частот от 20 Гц до 100 кГц;
 пределы допускаемых значений основной относительной погрешности при измерении напряжения равны:
δ=±[0",05" +"0,02" (U_K/U-1)]%
- при измерении переменного напряжения во всем диапазоне частот, где UK - конечное значение установленного предела измерений. U - значение измеряемого напряжения на входе мультиметра.
На лицевой панели модели (рис.3) расположены :
 тумблер (1) «ВКЛ» включения питания со световым индикатором;
 четырехразрядный индикатор (2) цифрового отсчетного устройства;
 кнопка (3) «<-» со световым индикатором для выбора меньшего рабочего предела;
 кнопка (4) «->» со световым индикатором для выбора большего рабочего предела;
 кнопка (5) автоматического выбора предела работы «АВП» со световым индикатором;
 группа кнопок (6) выбора рода работы (при измерении постоянного напряжения должна быть нажата кнопка «U=») со световыми индикаторами;
 электрические разъемы (7) для подключения к электрической цепи;
 световые индикаторы (8) значения измеряемого напряжения «кило В», «В», «мили В», «микро В».

Рис. 1. Внешний вид модели электронного цифрового мультиметра

5. Схема соединения приборов:










6. Измерительная задача

Исходные данные:

Вариант: 09

Номера наблюдений 10...14;
Доверительная вероятность Р=0,900;
Класс точности γ=0,04%

i, No
наблюдения 10 11 12 13 14
f, Гц 114,27 114,24 114,26 114,23 114,28

Лабораторная работа 2

1. Цель работы.
1.1. Изучить методы поддержания единства измерений.
1.2. Изучить способы нормирования погрешностей средств измерений.
1.3. Изучить методику обработки результатов измерений с многократными наблюдениями.
1.4. Приобрести практические навыки измерения напряжения аналоговыми вольтметрами.
1.5. Освоить методику оценки случайной составляющей погрешности (неопределенности) средств измерений.
1.6. Приобрести навыки оценки погрешности средств измерений по метрологическим характеристикам.

2. Программа лабораторной работы.
2.1. Провести многократные наблюдения напряжения аналоговыми вольтметрами для определения зависимости погрешности (неопределенности) вольтметра от его показаний.
2.2. Оценить случайную и систематическую составляющие погрешности единичных измерений аналоговым вольтметром путем обработки полученных результатов наблюдений.
2.3. Найти границы суммарной погрешности единичных измерений аналоговым вольтметром и отобразить их графически в зависимости от показания вольтметра.
2.4. Вычислить пределы основных допускаемых абсолютных погрешностей вольтметра, отобразить их на графике фактических границ суммарной погрешности аналогового вольтметра.
2.5. Произвести сравнение результатов экспериментальных исследований погрешности аналогового вольтметра с метрологическими характеристиками прибора. Сделать вывод о пригодности вольтметра к применению.


Лабораторная работа 3


1. Цель работы
1.1. Изучить:
1.1.1 Параметры переменных напряжений и токов;
1.1.2 Методы измерения параметров переменных напряжений и токов;
1.1.3 Принцип действия, устройство и метрологические характеристики электронных вольтметров;
1.1.4 Особенности измерения напряжения электронными вольтметрами переменного тока;
1.1.5 Источники погрешности при измерении электронными вольтметрами.
1.2. Получить навыки работы с измерительными приборами.
1.3.Приобрести умение обрабатывать и оформлять результаты измерений, выполненных с помощью электронных вольтметров.

2. Программа лабораторной работы.

2.1. Изучение основных метрологических характеристик электронных вольтметров.
2.2. Исследование частотных характеристик вольтметров переменного тока
2.3. Измерение параметров напряжения сигнала произвольной формы:
•  среднеквадратическое значение;
•  средневыпрямленное значение;
•  пиковое значение;
2.4. Измерение значений коэффициентов амплитуды, формы и усреднения сигналов различной формы.

3. Описание лабораторного стенда
Лабораторный стенд, (рис. 3.1), представляет собой LabVIEW компьютерную модель, отображаемую на экране персонального компьютера.
На стенде находятся модели:
электромагнитного (1) и электродинамического (2) вольтметров;
электронного вольтметра (3) с пиковым преобразователем, проградуированного в средневыпрямленных значениях гармонического напряжения;
электронных милливольтметров средневыпрямленного (4) и среднеквадратического (5) значения;
электронного осциллографа (6);
генератора сигналов специальной формы (7).

Оценка: Зачет
Дата оценки: 16.11.2021

Помогу с вашим вариантом, другой работой, дисциплиной или онлайн-тестом.
E-mail: sneroy20@gmail.com
E-mail: ego178@mail.ru