Курсовая работа по предмету «Методам и средствам измерений»

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Факультет Информатики и Радиоэлектроники

КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

по предмету «Методы и средства измерений.»

 

 

 

 

 

 

 

                                Проверил:

          _________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2014

Содержание

 

Задание по варианту……………………………………………………………..2

1. Выбор измерительного прибора………………………………………………3

1.1 Прямые измерения……………………………………………………………5

1.1.1 Однократные измерения……………………………………………………5

1.1.2 Многократные измерения…………………………………………………..6

2. Косвенные измерения………………………………………………………...12

3. Измерение неэлектрической  физической величины……………………..…14

Список использованной литературы…………………………...........................18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание по варианту

 

Курсовой проект состоит из 3 –х частей.

В первой части задания необходимо для заданной электрической физической величины (напряжение постоянного тока до 600В) обоснованно выбрать средство измерений и оценить результат ее измерения при а) однократном и б) многократном измерении.

Во второй части задания требуется предложить метод косвенного измерения этой электрической физической величины и оценить систематическую, случайную составляющие и общую погрешность измерения.

В третьей части задания необходимо предложить метод измерения неэлектрической физической величины (Температура), описать его и оценить погрешность измерения.

 

 

Выбор измерительного прибора

Электронные аналоговые измерительные приборы - это сочетание электронной части, предназначенной для преобразования, выпрямления, усиления электрической величины, и измерительного механизма магнитоэлектрической системы, а в осциллографах – электронно-лучевой трубки. Электронные приборы по сравнению с электромеханическими обладают значительным быстродействием, большим диапазоном измеряемых величин.

В зависимости от характера измерений и вида измеряемых величин, все электронные измерительные приборы, подразделяются на группы:

Группа В - приборы для измерения напряжений: В1 - калибраторы; В2 - вольтметры постоянного тока; В3 - вольтметры переменного тока; В4 - вольтметры импульсного тока; В6 - вольтметры селективные, В7 – вольтметры универсальные.

Группа Г – измерительные усилители и генераторы: Г3 - генераторы гармонических колебаний низкочастотные; Г4 - генераторы гармонических колебаний высокочастотные; Г5 - генераторы импульсные; Г6 - генераторы функциональные.

Группа Е – приборы для измерения распределенных параметров электрических цепей.

Группа С – приборы для наблюдения за формой сигналов и ее исследования.

Группа Ч – частотомеры.

Группа Ф – измерители фазового сдвига и т.д.

 

 

Измерительный прибор – Вольтметр

Вольтметр Э365, Э365.1 (в дальнейшем - прибор) щитовые показывающие электромагнитной системы, класса точности 1,5 со стрелочным указателем, с односторонней степенной шкалой длиной не менее 90 мм, предназначены для измерения тока и напряжения в сетях переменного тока.

Приборы в зависимости от конечных значений диапазонов измерений нормальных значений частот имеют исполнения

Э365-1, Э365-2, Э365-3, Э365.1-1, Э365.1-2, Э365.1-3.

Приборы предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от минус 40 до плюс 50оС и относительной влажности 95% при температуре 35оС.

Приборы в тропическом исполнении (заводское обозначение прибора Э365-1Т2**, Э365-2Т2**, Э365-3Т2**, Э365.1-1Т2**, Э365.1-2Т2**, Э365.1-3Т2**) предназначены для работы в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободных доступ наружного воздуха (при отсутствии прямого воздействия солнечной радиации и атмосферных осадков).

Технические данные

Класс точности приборов – 1,5.

Предел допускаемой основной погрешности на всех отметках диапазона измерений равен

±1,5% от конечного значения диапазона измерений.

Предел допускаемой основной погрешности амперметра перегрузочного в диапазоне измерений равен ±1,5% от конечного значения диапазона измерений, в перегрузочной части шкалы равен ±12% от разности конечных значений перегрузочной части шкалы и диапазона измерений.

Предел допускаемой вариации показаний приборов равен пределу допускаемой основной погрешности.

Остаточное отклонение стрелки от нулевой отметки при плавном подводе стрелки к этой отметке от наиболее удаленной от нее отметки шкалы не превышает 1,3 мм

Конечные значения диапазонов измерений должны соответствовать:

табл. 1 – для приборов исполнения      Э365-1, Э365.1-1;

табл. 2 –                     то же                 Э365-2, Э365.1-2;

табл. 3 –                     - “ -                    Э365-3, Э365.1-3;

Нормальное значение частоты для приборов исполнения Э365-1, Э365.1-1, Э365-2, Э365.1-2 должно быть 50 или 60 Hz.

Нормальное значение частоты для приборов исполнения Э365-3, Э365.1-3 должно соответствовать указанному в табл.3

 

1.1 Прямые измерения

 

Прямыми называются измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно по показаниям СИ

 

1.1.1 Однократные измерения

Погрешность результата прямого однократного измерения зависит от многих факторов, но в первую очередь определяется, естественно, погрешностью используемого СИ. Поэтому в первом приближении погрешность результата измерения можно принять равной погрешности, которой в данной точке диапазоне измерений характеризуется используемое СИ. При проведении измерений в нормальных условиях можно считать, что погрешность результата измерения будет равна пределу допускаемой основной и дополнительной погрешности средства измерения. О пределе допускаемой основной и дополнительной погрешности судим по классу точности.

Классы точности средств измерений, обобщенная характеристика средств измерений, служащая показателем установленных для них государственными стандартами пределов основных и дополнительных погрешностей и других параметров, влияющих на точность. Введение классов точности облегчало стандартизацию СИ и их подбор для измерения с требуемой точностью.

Из-за однообразия измеряемых величин и средств измерений нельзя ввести единый способ выражения пределов допускаемой погрешности и единиц обозначения классов точности.

Если пределы погрешности выражены в виде приведенной погрешности, (т.е. в процентах от верхнего предела измерений, диапазона измерений или длины шкалы прибора), а так же в виде относительной погрешности, (т.е. в процентах действительного значения величины), то классы точности обозначают числом соответствующим значению погрешности. Например: классу точности 0,1 соответствует погрешность 0,1%. Многие показывающие приборы (вольтметр, манометр, омметр и другие) формируются по приведенной погрешности, выраженной в процентах от верхнего предела измерений зная класс точности СИ, можно легко найти максимально допустимое значение абсолютной погрешности для всех точек диапазона:

У данного прибора класс точности равен 1,5 =>

 

Хнорм. = 1 Ом, г прив. = 1,5 =>

Д = гприв.* Хнорм./100 = 1,5*1/100 = 0,015 Ом

 

Тогда согласно ГОСТ 8.011-72 результат однократного измерения можно записать: U=500±1,5. P = 0,95

 

1.1.2 Многократные измерения

При многократном измерении получена серия из 30 результатов измерений Хi; i Î (1…30). Эти результаты занесены в табл.1:

 

 

Таблица 1

Х1	Х2	Х3	Х4	Х5	Х6	Х7	Х8	Х9	Х10	Х11	Х12	Х13	Х14	Х15
499	500	501	499	500	501	499	500	501	499	500	499	500	501	499
Х16	Х17	Х18	Х19	Х20	Х21	Х22	Х23	Х24	Х25	Х26	Х27	Х28	Х29	Х30
500	501	499	500	501	499	500	501	499	500	501	499	500	501	499

 

Последовательность обработки результатов измерений, произведенная по методике, включает следующие этапы:

• Доказательство отсутствия или незначительности систематической погрешности. Вычисление среднего арифметического значения по формуле

.

 

• Вычисление выборочного СКО у от значения погрешности измерения по формуле

 

.

 

• Выявление ошибочных результатов.

Определение закона распределения случайной составляющей.

• Определение стандартного отклонения среднего арифметического
• При заданном значении доверительной вероятности Р и числе измерений n по таблицам определяем коэффициент Стьюдента tp.

Нахождение границ доверительного интервала для случайной погрешности

 

J= /

• Окончательный результат.

Обработка результатов для n≤30, n=15.

Поскольку мы произвели небольшое количество измерений (n = 15; n<30), то для определения доверительного интервала для действительного значения физической величины воспользуемся распределением Стьюдента.

 

Р( ) = г, где

 ( ) = г – доверительный интервал, покрывающий неизвестный параметр Хд. с надежностью г;

г – надежность (доверительная вероятность Р) оценки неизвестного параметра (задается самостоятельно);

- коэффициент Стьюдента, определяется  по таблице (приложение 1);

- среднее арифметическое результатов отдельных измерений;

у – среднее квадратическое отклонение.

Найдем среднее арифметическое результатов отдельных измерений по формуле:

 

  1/15*7498=499,86

 

Для получения характеристики рассеивания результатов вокруг среднего арифметического значения в абсолютных единицах используют среднее квадратичное отклонение

 

= 1,93

 

Расчет для большего  числа наблюдений, n =30.

1. Доказательство отсутствия или незначительности систематической погрешности. Вычисление среднего арифметического значения по формуле:

2. Вычисление СКО ряда:

 

3. Определим СКО среднего арифметического:

 

4. Находим по критерию Смирнова отношение максимального расчетного отклонения выборки к оценке СКО:

Для числа измерений n=30 примем 3 интервала гистограммы.

 

 

Таблица 2.

n	I	№ интервала	n	I	№ интервала
1	499	1	16	500	2
2	499	1	17	500	2
3	499	1	18	500	2
4	499	1	19	500	2
5	499	1	20	500	2
6	499	1	21	500	2
7	499	1	22	501	3
8	499	1	23	501	3
9	499	1	24	501	3
10	499	1	25	501	3
11	499	1	26	501	3
12	500	2	27	501	3
13	500	2	28	501	3
14	500	2	29	501	3
15	500	2	30	501	3