Podstawy pomiaru wielkości elektrycznych Analiza niepewności

Podstawy pomiaru wielkości elektrycznych
Analiza niepewności pomiarowych
1
2007 – styczeń
Pracownia Wstępna
styczeń 2007
-2-
Instrukcja do ćwiczenia
1
„Wyznaczanie oporu”
I. Cel ćwiczenia
W doświadczeniu wyznacza się średni opór grupy kilkudziesięciu oporników. Pomiaru
dokonuje się za pomocą dzielnika napięcia zbudowanego z opornika wzorcowego o znanej
rezystancji R ref oraz opornika o poszukiwanej oporności Rx. Dzielnik jest zasilany z zasilacza.
Po zmierzeniu napięcia zasilania Uwe oraz napięcia wyjściowego dzielnika Uwy za pomocą
woltomierza cyfrowego, poszukiwany opór Rx wyznaczamy posługując się wzorem :
Rx
U wy = U we
Rref + R x
II. Wymagania
Znajomość podstawowych praw rządzących przepływem prądu elektrycznego przez
obwody, prawa Ohma i Kirchoffa oraz zasady Thevenina i Nortona.
Znajomość dzielnika napięcia i dzielnika prądu.
Znajomość zasad posługiwania się woltomierzem i amperomierzem.
Znajomość podstaw rachunku błędów.
III. Aparatura
Zasilacz, miernik uniwersalny (Brymen 805), akcesoria pomocnicze (kolba lutownicza,
kable łączeniowe, chwytaki pomiarowe).
IV. Wykonanie ćwiczenia
Wykonać pomiar 100 oporników o nominalnej wartości 10 kΩ metodą pomiaru pośredniego
w układzie dzielnika napięcia, poprzez wyznaczenie spadku napięcia Ux na badanej
oporności, w zależności od wartości oporności odniesienia Rref i napięcia zasilania Uwe .
R x = R ref
Uwy
Uwe− Uwy
Uwy
♦ Zbudować układ pomiarowy według schematu jak wyżej. Badane oporniki umieszczać
w zaciskach na otrzymanej płytce montażowej. Do pomiaru napięcia Uwy użyć kabla
koncentrycznego z wtykiem BNC, zakończonego z drugiej strony wtyczkami
bananowymi.
♦ Przy odłączonych kablach zasilania, zmierzyć wartość wlutowanej rezystancji
opornika wzorcowego R ref za pomocą multimetru cyfrowego (Brymen 805) i określić
jej niepewność, zgodnie z podaną tabelką dokładności pomiaru oporności.
Zakres
Dokładność
400,0 Ω
4,000 kΩ ; 40,00 kΩ ; 400,0 kΩ
4.000 MΩ
40.00 MΩ
0,8% + 6c
0,6% + 4c
1,0% + 4c
2.0% + 4c
Pracownia Wstępna
styczeń 2007
-3-
♦ Zasilić układ napięciem stałym, rzędu kilku wolt, za pomocą kabli zakończonych
wtyczkami bananowymi.
♦ Zmieniając kolejno oporniki w zaciskach, mierzyć napięcia Uwe i Uwy. Na ich
podstawie obliczyć wartości oporów R. Niepewność pomiaru napięcia za pomocą
multimetru cyfrowego (Brymen 805) określić zgodnie z podaną tabelką dokładności
pomiaru napięcia.
Zakres
Dokładność
400,0 mV
4,000 V; 40,00 V; 400,0 V
1000 V
0,3% + 4c
0,5% + 3c
1,0% + 4c
UWAGA: Wykorzystać własność układu połączeń sprawiającą, że w momencie wyjęcia
badanego opornika, woltomierz mierzy wartość napięcia zasilania Uwe
♦ Utworzyć tabelę pomiarową:
Nr.
1
Uwe [V]
Uwy [V]
∆Uwe [V]
∆Uwy [V]
R [kΩ]
∆R [kΩ]
♦ Obliczyć opór R i szacować niepewność tego pomiaru
♦ Narysować rozkład wartości oporów w postaci histogramu
♦ Dla całej grupy oporników wyznaczyć średnią wartość rezystancji oraz jej dyspersję.
♦ Wrysować znormalizowaną krzywą rozkładu Gaussa w histogram.
♦ Czy liczba badanych rezystorów była wystarczająca, by rozkład oporności był dobrze
opisywany przez rozkład Gaussa ?
♦ Czy niepewność pojedynczego pomiaru ma istotny wpływ na rozrzut wyników ?
♦ W jakich warunkach możemy nie uwzględniać rezystancji wyjściowej zasilacza i
rezystancji wejściowej woltomierza ?
♦ Jakie czynniki, poza dokładnością miernika, mogą mieć wpływ na systematyczny błąd
pomiarowy ?
====== Powodzenia =====
Strona internetowa Pracowni Wstępnej WF UW:
http://www.slcj.uw.edu.pl/pe/