Порядок выполнения работы. 1) Собрать цепь, показанную на рис

1) Собрать цепь, показанную на рис. 3.5, для косвенного измерения
сопротивления r_x.

2) Установить на приборах заданные преподавателем пределы измерения. После проверки схемы подать напряжение.

3) Изменяя сопротивления потенциометра на входе, установить показания амперметра и вольтметра, соответствующие значениям, превышающим 1/3 шкалы. Произвести измерения заданного сопротивления для двух положений переключателя П, при этом выбранный предел измерения приборов не изменять. Результаты измерений записать в табл. 3.5.

4) По номинальным значениям напряжений и токов измерительных приборов вычислить собственные сопротивления амперметра r_A и вольтметра r_V:

(3.60)

, (3.61)

где U_NA – падение напряжения на амперметре при использованном пределе измерения амперметра I_N;

I_NV – ток полного отклонения стрелки вольтметра при U_N. Номинальные значения U_NA, I_N, U_N, I_NV указываются на шкалах приборов.

5) Вычислить относительные погрешности прямых измерений по формулам (3.51), (3.53) для вольтметра и амперметра.

6) По результатам измерений произвести следующие вычисления:

а) сопротивлений r_x' и r_x – по формулам (3.49), (3.50), (3.52);

б) относительные погрешности определения сопротивлений – по выражению (3.54);

в) для двух исследуемых схем определить абсолютные погрешности по формуле (3.59).

7) Результаты расчета и измерения занести в табл. 3.5, записать пределы изменения действительного значения измеряемого сопротивления в виде

8) Сравнить значения относительных погрешностей для двух вариантов включения вольтметра и выбрать наиболее рациональную схему для данного измеряемого сопротивления.

9) Сравнить значения r_x', r_x и соответствующие относительные погрешности. Сделать вывод: можно ли пренебречь систематической погрешностью метода и если можно, то при каких условиях.

3.3.3. Контрольные вопросы

1) Дать определение прямого и косвенного методов измерения.

2) Перечислить условия, на основании которых пренебрегают систематической погрешностью метода.

3) Как вычисляется относительная погрешность прямых измерений?

4) Как вычисляется систематическая погрешность метода для двух схем включения приборов?

5) Какая схема включения двух приборов целесообразна для измерения малых и средних сопротивлений?

Таблица 3.5

Результат измерения сопротивления методом двух приборов

Измеряемое

Вариант подключения вольтметра

Прямые измерения

Результат вычисления

сопротивление,

сопротивление приборов

r'_x

r_x

d_U

d_I

d_r

r = r_x ± Dr

пределы измерения

U, В

I, A

r_A

r_V

I_n, U_n

Ом

R_0M

I_n = U_n =

R_0N

I_n = U_n =

3.4. Лабораторная работа 10

ОБРАБОТКА РеЗУЛЬТАТОВ ОДНОКРАТНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

Цель работы: исследование составляющих систематической погрешности, обработка результатов однократных наблюдений.

3.4.1. Основные сведения из теории

При однократных наблюдениях имеет место лишь систематическая составляющая погрешности, информация о случайной погрешности отсутствует.

Систематическая погрешность характеризует правильность измерений, т. е. степень близости полученного значения измеряемой величины (ИВ) к тому значению, которое может быть получено с максимально возможной точностью на данном этапе развития науки и измерительной техники.

Систематическая погрешность классифицируется по нескольким признакам, например: учитываемые погрешности, неисключенные остатки.

Учитываемые систематические погрешности, в свою очередь, характеризуются:

возможным вычислением с последующим введением поправок;

невозможным вычислением, но с возможной схемотехнической компенсацией.

Для определения неисключенных остатков необходимо выполнить комплекс исследований по их оценке. При этом решаются следующие задачи:

1) изучение природы источников возникновения систематической погрешности;

2) описание ;

3) оценка размеров ;

4) исключение с помощью поправок;

5) исключение без оценки ее размера;

6) проведение оценки неисключенных остатков.

После выполнения двух первых задач и определения составляющих вычисляется результирующая систематическая погрешность (задача 3). Если известны знаки составляющих , то

. (3.61)

Для вычисления несмещенного результата определяется поправка
(задача 4):

. (3.62)

Оценка значения измеряемой величины осуществляется по выражению:

(3.63)

где X – результат наблюдения.

Имеют место случаи, когда оценку размера выполнить невозможно, однако исключение возможно путем схемных или других решений
(задача 5).

Исследование неисключенных остатков (задача 6) предполагает выполнение следующей работы:

- анализ источников возникновения;

- оценка по каждому источнику возникновения;

- оценка результирующей составляющей неисключенных остатков систематической погрешности.

Особенность исследования неисключенных остатков, представляющих собой составляющую систематической погрешности, заключается в том, что значения недетерминированы, т. е. представляют собой случайную величину, которую можно характеризовать средним квадратическим отклонением (СКО) .

Тогда соответствует свое результирующее СКО:

(3.64)

где – функция влияния на конечный результат.

Если неизвестно влияние значения СКО на конечный результат, то вводится гипотеза об одинаковом влиянии каждого компонента .

В том случае, когда закон изменения каждого компонента неизвестен и нет возможности определить хотя бы его вид, вводится гипотеза о том, что отдельные компоненты неисключенных остатков распределены равномерно. Реализация этой гипотезы позволяет для каждого выбрать границы ,
для – :

(3.65)

где k – поправочный коэффициент, зависящий от числа компонентов и доверительной вероятности.

Зависимость k от числа компонентов слабая. Значения k при доверительной вероятности приведены в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Значение коэффициента k в зависимости

от доверительной вероятности

Доверительная вероятность	0,9	0,95	0,99	0,9978
Значение коэффициента	0,95	1,13	1,49	1,73

Результат измерения при доверительной вероятности p записывается в следующем виде:

. (3.66)

Значения и округляются в соответствии с существующими правилами.

3.4.2. План выполнения работы

1) Собрать схему для измерения падения напряжения на резисторе
(рис. 3.6).

2) В табл. 3.7 записать исходные данные для проведения метрологических исследований:

а) номинальное значение сопротивления резистора R_ном (модели) и модельной погрешности ± ∆R;

б) внутреннее сопротивление вольтметра и погрешность ;

в) нормирующее значение U_ном;

г) число делений шкалы N;

д) класс точности измерительного прибора ;

3) Получить по одному результату наблюдения V на двух различных резисторах. Результаты привести в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Исходные данные для метрологических исследований

R_ном±∆R,Ом	r_V, Ом	, %	U_ном, В	N, дел	, %	V, В

Таблица 3.8

Результаты вычислений

, В	, %	,%	, %	, %	, % при Р	, В при Р	, В при Р
0,95	0,99	0,95	0,99	0,95	0,99

4) Рассчитать методическую погрешность при определении результатов наблюдений.

Действительное значение напряжения на сопротивлении R

. (3.67)

Измеренное вольтметром значение напряжения на сопротивлении R

. (3.68)

Абсолютная погрешность измерения

. (3.69)

5) Определить поправку и оценку результатов измерения U. Поправка определяется из соотношения:

. (3.70)

Оценка результата наблюдений

. (3.71)

6) Определить составляющие неисключенных остатков:

а) инструментальную погрешность , вносимую классом точности измерительного прибора .

Инструментальная погрешность определяется по формуле:

; (3.72)

б) личностную погрешность (оператора) .

Погрешность оператора

%, (3.73)

где С_U – постоянная вольтметра, В/дел.;

в) инструментальную погрешность , определяемую размытостью значения внутреннего сопротивления вольтметра (принять = 0,02 %);

г) погрешность модели , определяемую размытостью модели .

7) Определить результирующую погрешность неисключенных остатков при Р = 0,95; 0,99.

В соответствии с выражением (3.24)

(3.74)

где , k - поправочный коэффициент (см. табл. 3.6)

8) Записать результат в измерения при Р = 0,95; 0,99. Результат измерения представить в виде:

, (3.75)

где - граничное значение случайной величины,

. (3.76)

9) Показать на графике границы изменения значения измеряемой величины при Р = 0,95; 0,99.

10) Результаты вычисления свести в табл. 3.8

Контрольные вопросы

1) Понятие систематической погрешности.

2) Классификация систематической погрешности по возможности
ее учета.

3) Исследование систематической погрешности на этапе проведения эксперимента.

4) Оценка результирующей систематической погрешности и внесение поправок.

5) Задачи исследования неисключенных остатков.

6) Композиция неисключенных остатков.

7) Форма представления результата измерения.

3.5. Лабораторная работа 11

СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ

Цель работы: исследование случайной погрешности входного сопротивления путем моделирования параметров элементов схемы при их
серийном производстве.

3.5.1. Основные сведения из теории