Как найти погрешность измерения в физике амперметр

Амперметр

Для измерения силы тока используется амперметр. В идеале собственное сопротивление амперметра стремится к нулю, и оно никак не влияет на значение силы тока. Он включается в цепь последовательно с соблюдением полярности:

Вольтметр

Для измерения напряжения участка цепи используется вольтметр. В идеале собственное сопротивление вольтметра стремится к бесконечности, и устройство не проводит через себя ток. Он включается в электрическую цепь параллельно участку, в котором будет измеряться напряжение, с соблюдением полярности:

Как правильно записывать показания измерительных приборов с учетом погрешности

При записи величин (с учетом погрешности) следует пользоваться формулой:

A=a±Δa 

где A — измеряемая величина, a — результат измерений, Δa — погрешность измерений.

Важно!

Погрешность измерений равна половине цены деления шкалы измерительного прибора, если в задаче не указана другая величина погрешности.

Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Чтобы найти цену деления шкалы, нужно:

1. Найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величин.
2. Вычесть из большего значения меньшее.
3. Полученное число разделить на число делений (промежутков), находящихся между ними.

Пример №1. Определите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения составляет половину цены деления вольтметра.

Видно, что стрелка вольтметра встала на значении «2,0» Вольт. Она немного не дотягивает до штриха «2», но к нему она находится ближе, чем к предыдущему штриху.

Два ближайших штриха шкалы с указанными значениями имеют значения 1 и 2 В. Всего между ними 5 промежутков. Следовательно, цена деления шкалы равна: (2 – 1)/5 = 0,2 (Вольт).

Так как по условию задачи погрешность равна половине цене деления шкалы, то она равна 0,1 Вольтам. Следовательно, вольтметр показывает: 2,0 ± 0,1 В.

Задание EF18821

Определите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления вольтметра.

Ответ: (____± ____) В.

---

Алгоритм решения

1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.

2.Определить погрешность измерений.

3.Определить показания прибора.

4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.

Решение

Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 1 и 2 Вольта, а между ними 5 делений, то цена деления шкалы равна:

2−15=0,2 (В)

Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка вольтметра стоит в трех делениях от штриха, обозначенном цифрой «1». 3 деления по 0,2 Вольта равны 0,6 Вольтам. Следовательно, вольтметр показывает 1,6 В. С учетом погрешности: V = 1,6 ± 0,2 В.

Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».

Ответ: 1,60,2

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF18883

Определите показания амперметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения силы тока равна цене деления амперметра.

Ответ: ( ____± ____) А.

---

Алгоритм решения

1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.

2.Определить погрешность измерений.

3.Определить показания прибора.

4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.

Решение

Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 0 и 0,2 Ампера, а между ними 10 делений, то цена деления шкалы равна:

0,2−010=0,02 (А)

Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка амперметра стоит на штрихе, обозначенном числом «0,2». Следовательно, амперметр показывает 0,2 А. Так как при измерении учитываются сотые доли Амперов, правильно результат измерения записывается так: I = 0,20 А. С учетом погрешности: I = 0,20 ± 0,02 А.

Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».

Ответ: 0,200,02

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF19038

Определите напряжение на лампочке (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления вольтметра.

Ответ: ( ____±____ ) В.

---

Алгоритм решения

1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.

2.Определить погрешность измерений.

3.Определить показания прибора.

4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.

Решение

Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 2 и 4 Вольта, а между ними 10 делений, то цена деления шкалы равна:

4−210=0,2 (В)

Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка вольтметра стоит в пяти делениях от штриха, обозначенном цифрой «2». 5 делени1 по 0,2 Вольта равны 1 Вольту. Следовательно, вольтметр показывает 3 В. Так как при измерении учитываются сотые доли Вольтов, правильно результат измерения записывается так: U = 3 В.С учетом погрешности: U = 3,0 ± 0,2 В.

Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».

Ответ: 3,00,2

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Алиса Никитина | Просмотров: 7.3k

Ни один прибор в мире не является точным. Величина, которую он измеряет, всегда будет отличаться от истины на ту величину, которую еще называют его погрешностью. Данная погрешность и будет определять класс точности амперметра. Задачей всех производителей измерительной техники, заключается в том, чтобы эта погрешность была, как можно ниже и стремилась к нулю.

Погрешность амперметра устанавливается в результате поверки и сравнении показаний замеров одних и тех же величин с эталонным или образцовым прибором, имеющий более высокий класс точности. При этом значение, полученное на образцовом приборе, считаются действительными.

Что такое амперметр и какие величины он измеряет

Амперметр — измерительный прибор, который служит для измерения силы тока [І] в электроцепях. Единицей [І] по системе СИ является ампер [А]. Электрические цепи могут проводить ток разной силы, поэтому градуируют приборную шкалу амперметра с различной градацией от микроампера равного 1 мкА = 1×0^-6 ампер до килоампера равного: 1 кА = 1 000 ампер.

Важно! В электроцепь амперметр включают последовательно, а для повышения границы измерений, используют специальные устройства: трансформаторы, шунты м магнитные усилители.

Поскольку ток в цепи напрямую зависит от величины сопротивления [R] элементов электроцепи, то собственное сопротивление прибора [Rа] должно быть предельно низким, стремится к нулю. Это приведет к уменьшению влияния устройства в процессе замеров тока в цепи, тем самым будет повышена точность измерения.

Разновидности амперметров

Они могут быть электромеханическими или аналоговыми, цифровыми или электронными. Базовый набор, как правило, состоит из детектора, передающего устройства и индикатора, самописца или запоминающего устройства.

Аналоговые устройства — самые старые из используемых инструментов. Хотя они надежны для статических и стабильных измерений, они не подходят для динамических и переходных условий. Кроме того, они довольно громоздкие и имеют ограничения из-за использования стрелочной индикации.

Электронные инструменты реагируют быстрее и способны мгновенно обнаруживать динамические изменения тока в сети. Примером является цифровой мультиметр, который способен измерить значения тока в динамическом или переходном режиме за секунды.

Виды погрешностей амперметра

Чтобы понять размер погрешности в измерениях, нужно сравнить полученные результаты с эталонными.

В метрологии используют для всех электротехнических измерителей, как для амперметров, так и для вольтметров, несколько видов погрешностей: абсолютную, относительную и приведенную.

Абсолютная погрешность амперметра — это разность Δ между результатом измерения, полученного на шкале прибора (Xи) и действительным значением силы тока в цепи (Xд). Абсолютная погрешность амперметра описывается простой формулой и выражается в единицах тока А.

Δх = Xд−Xи, А

где:

• Δх — дельта Х
• Xд — действительное показание силы тока, принимаемой по образцовому прибору;
• Xи — измеренное значение на шкале прибора.

Относительная погрешность (δ) — отношение абсолютной погрешности амперметра Δх к действительному показанию силы тока, принимаемому по образцовому прибору. Оно может быть указано как в процентах, тогда частное умножается на 100, либо выражаться в относительных единицах.

δ = (Δх : Xд)×100, %

Приведенная погрешность — это значение приведенное к диапазону измерения амперметра, приравненного к его шкале. Его получают в виде частного от абсолютной погрешности Δх и нормируемого значения (Xн), в значениях соответствующим абсолютной погрешности Δх умноженной на 100 %:

δпр = (Δх : Xн)×100, %

Класс точности

Это основная характеристика амперметра, которая согласно еще советскому действующему ГОСТ 1845-59, определяет границы возможных погрешностей.

Для всех электроизмерительных приборов, к которым он относится, класс точности (Кл) обозначается в числовом виде по значению, соответствующему предельной допустимой приведенной погрешности δпр, в %.

Все электрические амперметры подразделяются по точности на 8 классов, а затем по группам, которые является важным признаком их классификации:

• Образцовые: 0.05–0.1–0.2;
• лабораторные: 0.5–0.1;
• технические: 1.5–2.0–4.0.

Обратить внимание! Все приборы, у которых погрешность превышает 4%, являются внеклассными.

Образцовые применяют в электроизмерительных процессах для определения класса точности технических и лабораторных амперметров. Лабораторные применяются в научно-технических процессах при электротехнических исследованиях контроля ведения режимов, например на котельных, ГЭС, ТЭЦ и АЭС.

Важно! На панели амперметра класс точности указывается в кружках, квадратах и звездочках. Если он имеет неравномерную шкалу измерения, Кл обозначается ломаной линией.

Как определить класс точности

Согласно действующих государственных норм, производители амперметров обязаны гарантировать его относительную погрешность измерения, полученную по классу точности, указанной на измерительной панели и в паспорте на прибор. Кроме того, все измерительные приборы должны проходить периодическую поверку в метрологических центрах, на соответствие заводскому классу точности. Если такую аттестацию он не проходит, то не может использоваться в измерительных процессах.

Зная абсолютную погрешность и показание силы тока на шкале, можно просто получить реальную силу тока, действующую в цепи. При этом шкала для применения абсолютной погрешности считается равномерной.

Важно! При выборе шкалы стрелочного амперметра, нужно чтобы рабочее значение тока находилось, примерно, в 2/3 диапазона шкалы. Если стрелка будет находиться практически на 0 или на максимальном показатели шкалы, то относительная погрешность будет очень высокой, то есть доверять таким показаниям не рекомендуется.

Пример нахождения показания амперметра по приведенной погрешности

Для примера рассматривается аналоговый измеритель со шкалой до 25 А.

На шкале имеется обозначение класса точности 2.5, кружок или квадрат отсутствует, поэтому эта погрешность приведенная.

Y=Dх/Xп×100=+/- p

При Хп= 25А и значении p = 2.5 можно рассчитать абсолютную погрешность:

Δх =25/100×2.5=0.625 A

Если пользователь обнаружит на панели класс точности заключенный в квадрат, то погрешность нужно будет определять в процентном выражении от измеренного значения.

При показаниях по шкале Iи = 10 А, погрешность прибора не должна превышать

Δх =10×2.5/100=0.25

При показаниях по шкале Iи=2 А погрешность будет иной:

Δх =2×2.5/100=0.05

При показаниях по шкале Iи=25 А погрешность будет максимальной:

Δх =25×2.5/100=0.625

Вот почему важно, чтобы аналоговый прибор работал при измерениях в 2/3 рабочей шкалы.

Пример нахождения показания амперметра по относительной погрешности

Для того чтобы узнать погрешность для амперметра, имеющего класс точности 0.05/0.02, шкалу измерения 0…25 А. Δх определяют по измеряемому показанию на шкале 10А.

Поскольку класс точности задан как c/d, то расчет будет выполняться по формуле:

δ пр =+/-(с+d(xk/(x-1)))

Где:

• xk=25 А;
• х=10 А;
• с=0.05;
• d=0.02.

δ пр =100 Δх / xN

Нормирующее значение xN=xk=25 A,

δ пр =+/-(0.05+0.02(25/(10-1)))=0.105

Δх = δ пр×xN/100=0.105×25/100=0.026 A

Выбор амперметра по метрологическим характеристикам

Наиболее частым источником ошибки при измерении тока считается то, что амперметр имеет ненулевое входное сопротивление. Напряжение, возникающее на измерителе, приводит к снижению напряжения на тестируемом устройстве. Если уменьшение будет значительным, это приведет к значительно меньшему протеканию тока. Другими словами, измеритель не показывает ток, который фактически протекает в сети.

Для того чтобы максимально нивелировать эту погрешность, применяют два основных типа архитектуры измерения: шунтирующие амперметры и с обратной связью.

Погрешность, вызванная шунтирующим измерителем, определяемая в виде частного напряжения амперметра, деленная на выходное сопротивление.

Амперметры с обратной связью ближе к «идеальным». Он вырабатывает напряжение на пути обратной связи операционного усилителя с высоким коэффициентом усиления. Это напряжение также пропорционально измеряемому току, но не появляется на входе прибора. В результате чувствительные измерители с обратной связью, такие как электрометры и пикоамперметры, имеют нагрузку по напряжению, обычно ограниченную до 200 мкВ.

Для промышленных измерений наиболее часто применяются амперметры аналогового панельного типа. При их выборе следует учитывать такие моменты:

1. Выбор типа. При измерении І постоянного, следует выбрать измеритель постоянного тока, то есть с магнитоэлектрическим измерительным механизмом. При измерении переменного тока нужно обратить внимание на форму волны и частоту. Если это синусоида, то измеряют только эффективное значение, с последующим преобразованием в максимальное или среднее значение.
2. Класс точности. Чем более высокий класс точности измерителя, тем выше его цена, тем сложнее у него ремонт и метрологическая аттестация. Поэтому для выполнения большинства инженерных измерений достаточно класса точности 1.5, не стоит применять образцовые или лабораторные приборы.
3. Выбор шкалы. Чтобы в полной мере использовать возможности амперметра по классу точности, измеряемый показатель должен быть в интервале 1/2 ~ 2/3 максимальной шкалы.

Важно! Внутреннее сопротивление — определяющая величина при выборе измерителя. Ее следует принимать в соответствии с величиной измеряемого импеданса, иначе это приведет к большим ошибкам измерения. Поскольку внутреннее сопротивление отражает энергопотребление самого измерителя, при измерении тока прибор с внутренним сопротивлением следует выбирать, как можно меньшим.

Видео по теме

Оценка погрешностей электрических измерений

Абсолютная
погрешность измерений, производимых
электроизмерительными приборами,
оценивается, исходя из класса точности
приборов. Обозначение класса точности
0,2; 0,5; 1,0 и т.д. не только характеризует
прибор в зависимости от системы,
конструкции, качества материалов,
точности градуировки и других факторов,
но и указывает, что погрешность показаний
прибора соответствующего класса в любом
месте шкалы не должна превышать 0,2%;
0,5%; 1%.

Если
обозначим через
максимально возможное показание прибора,
а через–
номер класса прибора, то получим
абсолютную погрешность прибора

.

Например,
вольтметр 0,2 класса (n
= 0,002),
шкала которого рассчитана на 50 В, имеет
абсолютную погрешность

,

а
амперметр класса 1,5, рассчитанный
на максимальное показание 5 А, имеет
абсолютную погрешность

.

Так
как абсолютная погрешность считается
одинаковой по всей шкале данного
электроизмерительного прибора, то
относительная погрешность
будет тем больше, чем меньше измеряемая
величина. Если, например, при помощи
указанного амперметра измерить ток
около 4А, то относительная погрешность
будет составлять 1,9%, а при измерении
силы тока около 1А – 7,5%.

При точных
измерениях следует пользоваться такими
приборами, чтобы предполагаемое значение
измеряемой величины составило 70-80% от
максимального (номинального) значения.
Поэтому применяют приборы, имеющие
несколько пределов измерений; при работе
с таким прибором его включают в цепь на
тот предел измерений, который достаточно
близок к предполагаемому значению
измеряемой величины.

Рассмотрим
вычисление погрешностей на следующем
примере.

Определить
погрешность измерения внутреннего
сопротивления элемента, электродвижущая
сила которого Е, напряжение на полюсах
U
и величина тока I.
Для измерения применены вольтметр
класса 0,5 ()
и
амперметр класса 1,0 ().Результаты
измерений следующие: Е = 2В, U
= 1,3 В,
I
= 1,2 А.

Абсолютные
погрешности измерений:

;

.

Вычисление
внутреннего сопротивления производим
по формуле

. (1)

Максимальная
относительная погрешность может быть
определена общеизвестным методом.
Логарифмируя выражение (1)

lnr
= ln(E-U)
– lnI,

находим относительную
погрешность

;

.

Эта
погрешность,
выраженная в процентах, составляет:

.

С
помощью формулы (1) находим внутренне
сопротивление r
и абсолютную погрешность
r:

Ом;

=
0,029 Ом =0,03 Ом.

Следовательно,
внутреннее сопротивление

0,03)
Ом.

ЛАБОРАТОРНАЯ
РАБОТА № 1

Изучение электростатических полей методом электролитического моделирования

Цель
работы:

1. Ознакомиться
   с одним из наиболее распространенных
   способов изучения характеристик
   электростатического поля с помощью
   электролитической ванны.

2. Практически
   исследовать некоторые электростатические
   поля.

Приборы и
принадлежности: электростатическая
ванна, набор электродов; индикатор нуля,
пантограф.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Задача 1

Для
определения мощности в цепи постоянного тока были измерены напряжение сети U вольтметром класса точности N_B
с пределом измерений U_m, ток I амперметром класса точности N_a
с пределом измерений I_m. Определить
мощность, потребляемую приёмником, а также относительную и абсолютную
погрешности её определения.

Дано:

Найти:

Решение:

1)  Найдем
мощность, потребляемую приемником

2)  Класс
точности определяет приведенную погрешность

3)  Найдем
абсолютную погрешность измерения тока и напряжения

,

.

4)  Найдем
абсолютную погрешность измерения мощности при косвенном измерении

5)  Найдем
относительную погрешность измерения мощности

6)  Доверительный
интервал результата измерения с вероятностью .

Задача 2

Проведено пять
независимых наблюдений одного и того же напряжения U.
Найти результат измерения и доверительную вероятность того, что абсолютная
погрешность измерения не превышает по модулю DU. Систематической погрешностью можно пренебречь.

Дано:

Найти:

Решение:

1)  Определим
среднее арифметическое результатов измерения

2)  Определяем
среднее квадратичное результатов измерения

3)  Для
определения интервала и вероятности пользуются распределением Стьюдента, где
доверительный интервал равняется     , где

– коэффициент Стьюдента,

 – среднее квадратичное отклонение
результата измерения.

4)  Находим
доверительный интервал

5)  Результат
измерения

Задача 3

Обмотка
магнитоэлектрического измерительного механизма имеет сопротивление R_O  и рассчитана на предельный длительный ток I_O, при котором подвижная часть получает
наибольшее отклонение. Каким образом на базе указанного измерительного
механизма сделать амперметр с пределом измерений I_m
и вольтметр с пределом измерений U_m?

Дано:

Найти: ,

Решение:

1)  Расчет
измерительной цепи амперметра

1.1 
Определяем коэффициент расширения пределов измерения по току

1.2     Определяем сопротивление
шунта

1.3 
 Схема измерительной цепи

2)  Расчет
цепи вольтметра

2.1 Определяем коэффициент
расширения пределов измерения по напряжению

2.2  Определяем добавочное
сопротивление

2.3 
Схема включения

Задача 4

Определить
цену деления измерительных приборов:

1) амперметра, имеющего на шкале n_a делений и предел измерения I_m;

2)вольтметра, имеющего n_в делений шкалы и предел измерения U_m;

3) ваттметра, имеющего n_ВТ делений шкалы и пределы измерений по току I_{m ВТ} и напряжению U_m
ВТ.

Дано:

Найти:

Решение:

1) Цена деления
амперметра

2) Цена деления
вольтметра

3) Цена
деления ваттметра

Задача 5

У вольтметра и
амперметра с пределами измерений U_m и I_m, включенных соответственно через измерительные
трансформаторы напряжения 6000/100 и тока 600/5, отчёт по шкале составил U₂ и I₂.
Определить напряжение и ток в сети, а также предел допускаемой абсолютной и
относительной погрешностей измерения, если известны класс точности приборов N_a и N_в и
измерительных трансформаторов N_тн и N_тт. Привести схему измерения.

Дано:

Найти:

Решение:

1) Определим
коэффициенты трансформации трансформатора напряжения и тока

2) Определим
ток и напряжение в сети

3) Определим
абсолютные погрешности амперметра и вольтметра

4) Определяем
абсолютные погрешности коэффициентов трансформации трансформатора тока и
напряжения

5) Результирующие
абсолютные погрешности измерения тока и напряжения равны

6)
Относительные погрешности измерения тока и напряжения

Задача 6

Определить
относительные погрешности измерения сопротивления R_x
в цепи постоянного тока с помощью амперметра и вольтметра при подключении их
двумя возможными способами. Сопротивление амперметра – R_a,
вольтметра – R_в. Сделать вывод о
целесообразности использования той или иной схемы.

Дано:

Найти: .

Решение:

Принципиальные
схемы

 

Схема
1                                              Схема 2

1)  Для
схемы включения 1.

1.1. 
Измеренное сопротивление.

1.2. 
Определяем абсолютную погрешность.

1.3. 
Определяем относительную погрешность.