Методические указания к выполнению виртуальных лабораторных работ по дисциплине метрология, стандартизация и сертификация для студентов всех направлений бакалавриата

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. 
   Изучение характеристик чувствительности вольтметров.
   

4.1.1. Включите сигнал синусоидальной формы и, устанавливая выходное напряжение генератора согласно таблице 2.1, произведите измерения выходного напряжения амплитудным, квадратичным и линейным вольтметрами. Все полученные значения внесите в таблицу для последующей обработки экспериментальных данных.
4.1.2. Далее, устанавливая на выходе генератора сигналы прямоугольной, пилообразной, треугольной и трапециидальной форм, повторите измерения в соответствии с пунктом 4.1.1. Результаты измерений для каждой формы образцового сигнала представьте в виде таблиц (2.2...2.5) по форме таблицы 2.1.
Таблица 2.1
Измерение напряжения сигнала синусоидальной формы

Uген, В	Uлин, В	Uквадр, В	Uампл, В
1
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20

4.1.3. Для каждой формы сигнала постройте графики функциональных зависимостей: U_лин = F(U_ген); U_квадр = F(U_ген); U_ампл = F (U_ген). Эти функциональные зависимости необходимо отобразить на одном графике для каждой из пяти таблиц. Полученные экспериментальные данные являются характеристикой чувствительности вольтметров.
Проведите сравнительный анализ выполненных экспериментальных исследований и сделайте выводы.
4.2. Оценка коэффициентов амплитуды и формы.
4.2.1. Проведите дополнительную обработку измерительной информации экспериментальных данных, представленных таблицами 2.1...2.5. Произведите выборку значений и заполните таблицу 2.6.
4.2.2. Пользуясь уравнениями: К_а= U_ампл / U_квадр; К_ф = U_квадр / U_лин , выполните вычисления и полученные данные занесите в таблицы 2.6.

Таблица 2. 6

Определение коэффициентов амплитуды и формы

Форма сигнала	Uген,В	Uампл, В	Uквадр, В	Uлин, В	Ка	Кф
Синусоидальная	1
	10
	20
Прямоугольная	1
	10
	20
Пилообразная	1
	10
	20
Треугольная	1
	10
	20
Трапециидальная	1
	10
	20

4.3. Исследование коэффициентов амплитуды и формы для сигналов прямоугольной и трапециидальной форм в зависимости от скважности.
4.3.1. Установите сигнал прямоугольной формы и при выходном напряжении U_ген = 10 В, измерьте значения напряжения амплитудным, квадратичным и линейным вольтметрами (U_ампл, U_квадр, U_лин) при скважности согласно таблицы 2.7.
Таблица 2.7
Определение коэффициентов амплитуды и формы в зависимости от скважности для прямоугольных сигналов

Q	Uампл	Uквадр	Uлин	Kа	Kф
3
4
5
6
7
8
9
10

Таблица 2.8

Определение коэффициентов амплитуды и формы в зависимости от скважности для трапециидальных сигналов

Q	Uампл	Uквадр	Uлин	Kа	Kф
3
4
5
6
7
8
9
10

4.3.2. Установите сигнал трапециидальной формы. Выполните измерения в соответствии с пунктом 4.3.1. Полученные данные занесите в таблицу 2.8.
Выполните расчет коэффициентов К_а и К_ф для двух сигналов и постройте графики функциональных зависимостей К_а = F(Q) и К_ф = F(Q). Проведите анализ и сделайте выводы.


5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1. Цель лабораторной работы.

5.2. Краткие теоретические сведения о предмете исследований.
5.3. Принципиальные схемы измерительных детекторных преобразователей.
5.4. Результаты экспериментальных исследований; расчетные данные; графики функциональных зависимостей.
6.4. Выводы и заключения.
6. КОНТРОЛьНЫЕ ВОПРОСЫ
6.1. Какими параметрами характеризуют переменные напряжения?
6.2. Поясните принципы построения аналоговых электронных вольтметров.
6.3. В чём заключается принцип действия детекторных преобразователей амплитудного, средневыпрямленного и среднего квадратического значений?
6.5. Какими вольт-амперными характеристиками должны обладать преобразователи средневыпрямленного и среднеквадратического значений?
6.7. Как зависят показания вольтметров от формы измеряемого напряжения?
6.8. Что называется коэффициентом амплитуды, формы и усреднения? Чему равны эти коэффициенты для синусоидального напряжения?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ МНОГОКРАТНЫХ РАВНОТОЧНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

1. 
   ЦЕЛЬ РАБОТЫ
   

0. 
   Изучение методов и принципов исключения погрешностей измерений.
   
1. 
   Освоение методики статистической обработки результатов многократных равноточных измерений.
   
2. 
   Изучение способов нормирования погрешностей и форм представления результатов измерений.
   

2. 
   ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
   

Многократные наблюдения проводят при наличии значительных случайных погрешностях, а так же при измерениях, выполняемых в порядке проведения научных исследований и метрологических работ (например, аттестации средств и методик измерений). Задача обработки результата измерений состоит в том, чтобы по результатам наблюдений определить наилучшую оценку измеряемой физической величины и интервал, в котором она находится с заданной вероятностью. Эту задачу решают статистической обработкой результатов наблюдений, основанной на гипотезе о нормальном распределении случайных погрешностей.

Результат измерения в общем случае содержит как случайную, так и систематическую составляющие погрешности. Если систематическая погрешность компенсирована или исключена каким-либо способом, то влияние случайной погрешности можно уменьшить, если провести прямые измерения с независимыми многократными и равноточными наблюдениями.
Методика статистической обработки результатов наблюдений состоит из следующих операций:
1. Проводят наблюдений (единичных измерений) и фиксируют результатов наблюдений одного и того же значения физической величины ( показаний прибора): ;
2. Исключают известные систематические погрешности введением поправок для получения исправленных результатов наблюдений (если поправки известны);
3. Находят среднее арифметическое значение исправленных результатов наблюдений, которое принимается равным результату измерения:
(3.1)
4. Вычисляют оценку среднего квадратического отклонения результатов наблюдений:
а) находят отклонение от среднего арифметического:
; (3.2)
б) проверяют правильность вычислений; если они правильны, то
; (3.3)
в) получают квадрат отклонений от среднего значения ;
г) определяют оценку среднего квадратического отклонения ряда наблюдений:
(3.4)

5. Вычисляют оценку среднего квадратического отклонения результата измерения , которая характеризует степень разброса

значений по отношению к истинному значению для различных :
(3.5)
6. Вычисляют доверительные границы случайной составляющей погрешности измерений, которая без учета знака определяется по формуле:
(3.6)
где – коэффициент Стьюдента, который в зависимости от доверительной вероятности и числа результатов наблюдений находят по таблицам 3.1.
Таблица 3.1