Расчет погрешности вольтметра

1. ЗАДАНИЕ

Выбрать цифровой вольтметр для измерения напряжения постоянного тока (рис.

1) с учётом Rнг и условий измерения.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Вариант 87

Показания вольтметра 0,92 В

Вариация напряжения в сети питания +10%

Допускаемая погрешность измерения (2,5 %
Сила тока в цепи 2,87 мА
Температура окружающей среды +35( С.

2. РАСЧЁТ РЕЗУЛЬТИРУЮЩЕЙ ПОГРЕШНОСТИ

Прежде всего определим Rнг

Rнг = Ux /I = 0,92/2,87 = 320,5 ОМ

Так как это значение на несколько порядков меньше входных сопротивлений цифровых вольтметров, то осуществляем предварительный выбор прибора по значению (осн .

При измерении 0,92 В на вольтметре В7-16, предел измерения устанавливается
1 В. Для времени преобразования 20 мс, предел допускаемой основной погрешности будет равен

А для времени преобразования 2 мс получим, что

Эти значения гораздо меньше (доп = ( 2,5 %, поэтому не будем затруднять себя рассчитывать остальные погрешности измерения для этого прибора.
Практически такое же несущественное число получится при анализе характеристик вольтметра Ф203.

(осн = 0, 208 %

В случае использования прибора В7-22 предел измерений установим равным 2 В.

Вольтметр Щ4313. Установив диапазон измерений 0,5 - 5В, получим, что

Полученное значение основной погрешности очень близко к допустимому значению (2,5 ( 2,72), но в результате дальнейшего расчёта не выполняется условие ( (Р) ( (доп. Поэтому этот вольтметр тоже не подходит.
Тогда попробуем другой наиболее близкий вольтметр - В7-22.

Определим дополнительную погрешность прибора, вызванную вариацией напряжения питания. Анализируя технические характеристики прибора приходим к выводу, что заданная вариация напряжения питания +10В является допускаемым верхним пределом (+22В) нормального значения напряжения в сети питания вольтметра. Таким образом

(пит = 0

Следующим шагом будет определение дополнительной погрешности прибора, вызванной повышенной (+35(С) рабочей температурой. Обратившись к техническим характеристикам данного вольтметра узнаём, что дополнительная погрешность прибора, вызванная отклонением температуры от нормальной
(20(2С() до крайних значений рабочих температур (от -10 до +40(С), не превышает половины предела допускаемой основной погрешности на каждые 10(С изменения температуры.
Исходя из вышесказанного получим:

(т = (0,5 (осн + 0,25*(осн = (0,75(осн

(т = 0, 435 %

Определим погрешность из-за несоответствия свойств обьекта и прибора по формуле

Учитывая, что при данном диапазоне входное сопротивление составляет 100 МОм получим, что

Поправка для этой ситематической погрешности

( = 0,0000029

Исправленное значение показаний вольтметра

Uv = 0,92 + 0,0000029 = 0,9200029

Приближённо погрешность определения поправки равна погрешности определения
Rнг . Так как значения I, Rнг, ( являются маленькими, то погрешность определения поправки является величиной второго порядка малости и ею можно пренебречь.
И только теперь, выбрав доверительную вероятность Р = 0,95; к = 1,1 и учитывая

Получим, что

Условие ((Р) ( ( доп выполняется ( 0,79 < 2,5).
Абсолютная форма представления погрешности

((Р) = ( 0,79*0,9200029*10-2 = (0,0072 = 0, 007 В, Р = 0,95

Результат измерения напряжения с помощью выбранного вольтметра В7-22 может быть представлен так:

U = 0,92 ( 0,007 В; Р = 0,95; ТРЕУГ.

Для рассматриваемого диапазона измерения (0-2 В) выбранного вольтметра на рис. 2.1 и рис. 2.2 представлены графики изменения пределов основной погрешности прибора и результирующей погрешности измерения (для заданных условий) соответственно при относительной (рис. 2.1) и абсолютной форме
(рис. 2.2) представления погрешностей

Из анализа графиков следует, что измеряемое значение Ux попадает в первую половину диапазона с заниженной точностью. Поэтому данный случай использования вольтметра В7-22 следует отнести к нерекомендуемым.

Исходя из экономических соображений можно предположить использовать вольтметр более грубого класса точности, чем В7-22, но удовлетворяющий заданным условиям измерения за счёт благоприятного сочетания Ux и Uпр . В этом случае измерение 0,92 В должно осуществлятся в пределе от 0 до 1,5 В.
При расчёте предела допускаемой основной погрешности этого прибора предполагаем для него такое же значение (осн в рабочей точке диапазона, какое было получено у нас выше (0,58 %).

Это значение определяем по следующей формуле:

Для верхнего предела диапазона предположим

Из совместного решения вышеприведенных выражений получим d = 0,1 и c =
0,4.

Значит, для предлагаемого вольтметра получим:

При использовании этого вольтметра для Ux = 0,92 В при Uпр = 1,5 В получим (осн = 0,57, что практически не отличается от значения, рассчитанного нами выше. Следовательно, дальнейшие расчёты можно не проводить.

Проведенный расчет предела основной допускаемой погрешности предлагаемого вольтметра иллюстрируется графиками, представленными на рис.
2.3, где а – пределы (осн для В7-22, а b – пределы (осн для предлагаемого вольтметра.

В соответствии с требованием стандартов формула основной погрешности, получившаяся выше, должна быть преобразована следующим образом:

В итоге для предполагаемого вольтметра получим класс точности

0,5/0,1.

Проведя аналогичные преобразования формулы (осн вольтметра В7-22, для него получим класс точности 0,35/0,2. Исходя из экономической целесообразности (при прочих равных условиях) на производстве предпочтительнее использовать менее точный прибор класса 0,5/0,1.

-----------------------
[pic]

[pic]