Стандартизация и сертификация

Введение

Рекомендации по сборке и включению схем. Прежде чем приступить к сборке схемы, необходимо расставить всю аппаратуру на столе так, чтобы было удобно собирать схему, снимать показания приборов и пользоваться регулирующими устройствами. После этого необходимо мысленно выделить части схемы по функциональному назначению (например, параллельные и последовательные цепи) и собирать их отдельно. Провода, соединяющие схему с источником питания, следует подключать к источнику в последнюю очередь. Перед включением схемы необходимо все ручки регулировочных устройств (реостатов, автотрансформаторов и т. п.) установить в такое положение, при котором на элементах схемы выделялась бы минимальная мощность (минимальные напряжения и токи). Верхние пределы измерений используемых приборов должны быть установлены максимальными, кроме особо оговоренных в работах случаев. В дальнейшем, при выполнении лабораторных работ, значения физических величин устанавливаются и контролируются средствами измерений на уровне, необходимом для выполнения соответствующих пунктов исследований.

По окончании работы схемы должны быть разобраны, провода собраны и аккуратно уложены, а используемые средства расставлены на столе.

Запись результатов измерений и оценка инструментальных погрешностей. Результаты измерений, как правило, должны быть представлены в виде

x _и = x ± D x, (В.1)

где x _и – истинное значение измеряемой величины; x – оценка измеряемой величины по результатам эксперимента: показание измерительного прибора, результат расчета измеряемой величины по показаниям приборов при косвенных измерениях и т. п.; D x – абсолютная погрешность измерений.

Важной составляющей погрешности результата измерений является инструментальная погрешность средства измерений, которая определяется его классом точности [1]. Класс точности – это обобщенная метрологическая характеристика средства измерений, определяющая пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другие свойства этого средства, влияющие на точность результатов измерений. Пределы допускаемых погрешностей могут быть представлены в форме приведенных, относительных или абсолютных погрешностей.

Для средств измерений, у которых погрешность нормируют в виде предела приведенной погрешности, класс точности численно равен этому пределу. В этом случае максимальные абсолютная и относительная (в процентах) погрешности средства измерений оцениваются по формулам соответственно:

, , (В.2)

где кл. т. – показатель класса точности прибора; x_N – нормирующее значение (условно принятое значение измеряемой величины для средства измерений). Часто в качестве нормирующего значения принимают:

– верхний предел измерений, если нижний предел равен нулю либо нуль находится вне диапазона измерений;

– сумму модулей верхнего и нижнего пределов измерений, если нуль находится внутри диапазона измерений.

Для некоторых приборов пределы показаний, но не измерений, могут находиться в диапазонах (¥, 0) или (0, ¥) – например, у магнитоэлектрических омметров. Определять нормирующие значения приборов в соответствии с указанным выше правилом в этих случаях не имеет смысла. В таких приборах за нормирующее значение принимается длина шкалы L_N, выраженная, в частности, в делениях любой равномерной шкалы, обычно присутствующей в этих приборах, например для измерения токов или напряжений. Класс точности при этом имеет особое обозначение, . Такой подход определяет и особую процедуру оценки максимальной абсолютной погрешности измерений по указанному классу точности: сначала определяют максимальную абсолютную погрешность, выраженную в делениях шкалы:

, (В.3)

а затем - максимальную погрешность D x в единицах измеряемой величины; для этого визуально или механически (изменением положения указателя прибора на D L) переносят D L на шкалу измерений прибора и считывают погрешности D x. Погрешности с разными знаками могут отличаться для нелинейных шкал (подробнее см. лаб. раб. 8).

Для ряда СИ класс точности записывается в виде двух чисел через косую черту: c/d, например 0,05/0,02. При такой форме записи класса точности оценивается предельная относительная погрешность в процентах по формуле

, (В.4)

где x_N – нормирующее значение; x – показание прибора.

В некоторых цифровых СИ указываются пределы максимальных абсолютных погрешностей в виде формулы

D x = a х + 1ед. мл. разр., (В.5)

где a – постоянный коэффициент, например 0,01, 0,05 и т. п.; 1 ед. мл. разр. (единица младшего разряда) определяется пределом x _max, на котором проводились измерения, и максимальным числом N _max уровней квантования (максимальным индицируемым числом); 1ед. мл. разр. = x _max / N _max. Так, для уни-

версального цифрового вольтметра GMD-8135 максимальное индицируемое число равно 2000 (указывается в описании). Тогда для предела измерений, равного 2 В, единица младшего разряда равна 2/2000 B, а для предела измерений 200 В – 200/2000 В, и т. д.

Для различных СИ заводы-изготовители используют и другие формулы оценки предельных погрешностей, что указывается в нормативно-техниче­ской документации.

При работе с многопредельными приборами необходимо обращать внимание на их пределы измерений, выбирая эти пределы так, чтобы отсчет производился по возможности ближе к конечному значению шкалы.

Число значащих цифр численных показателей точности (абсолютных, относительных и приведенных погрешностей) должно быть не более двух. При этом полученные значения показателей точности округляются так, чтобы погрешность округления не превышала 10 %. Например, при D = 0,823 В следует при записи результата оставить D = 0,8 В (погрешность округления 2,5 %),
а при d = 0,12 % округлять до d = 0,1 % не следует, так как погрешность округления в этом случае будет 20 %.

При окончательной записи результата измерения в соответствии с (В.1) необходимо иметь в виду, что числовое значение результата измерений должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности.

В то же время, промежуточные результаты вычислений округлять не следует, так как это может привести к накоплению погрешностей.

Спецификация средств измерений, применяемых при эксперименте. В отчете по лабораторной работе необходимо представить спецификацию

Наименование средства измерений	Диапазоны измерений, постоянные СИ	Характеристики точности СИ, классы точности	Рабочий диапазон частот	Параметры входа (выхода)
Милливольтметр GVT-417B	300 мкВ … 100 В всего 12 пределов	Приведенная погрешность 3 %	20 Гц … 200 кГц	R вх = 1 МОм С вх = 50 пФ
Вольтметр универсальный цифровой GDM-8135	Измерение на постоянном токе
200 мВ, 2 В, 20 В, 200 В, 1200 В	Пределы максим. абсолют. погрешности	—	R вх ³ 10 МОм
0,001 U изм +1 ед. мл. разр.
Измерение на переменном токе
200 мВ, 2 В, 20 В, 200 В	0,005 U изм +1 ед. мл. разр. 0,01 U изм +1 ед. мл. разр. 0,02 U изм +1 ед. мл. разр. 0,05 U изм +1 ед. мл. разр.	40 Гц … 1 кГц 1 … 0 кГц 10…20 кГц 20…40 кГц	R вх ³ 10 МОм С вх < 100 пФ
Осциллограф универсальный GOS-620	Коэф. откл. 5 мВ/дел... 5 В/дел, всего 10 значений, Коэф. разв. 0,2 мкс/дел… 0,5 с/дел, всего 20 значений	3 %   3 %	0...20 МГц	R вх = 1 МОм С вх = 25 пФ
Магазин сопротивлений Р33	0,1...99999,9 Ом	0,2/6×10 6	—	—

применяемых при эксперименте средств измерений; ее представляют в виде таблицы по приведенному образцу. При составлении спецификации следует придерживаться следующих правил:

– спецификация составляется для всех СИ, используемых в лабораторной работе;

– если прибор комбинированный (например, вольтметр универсальный цифровой GDM-8135), то спецификация проводится для используемого в эксперименте режима работы этого прибора;

– если прибор многопредельный, то при 3…5 верхних пределах измерений записываются все пределы, при большем числе пределов – наименьший и наибольший пределы и указывается общее число пределов; при необходимости записываются нижний и верхний пределы (например, –50 °С...+50 °С);

– обязательно указываются единицы измерений числовых характеристик.

Требования к отчету. Отчет по лабораторной работе должен выполняться на листе бумаги формата А4 (210 ´ 297 мм) чернилами (пастой) черного или синего цвета или быть отпечатан на принтере.

Отчет должен иметь титульный лист и включать следующие разделы:

1. Цель работы и краткое задание.

2. Спецификацию применяемых средств измерений.

3. Схемы экспериментов.

4. Таблицы результатов измерений и расчетов.

5. Расчетные формулы и примеры расчетов.

6. Графики зависимостей в соответствии с заданием к работе.

7. Выводы по работе.

Все схемы, таблицы и графики необходимо вычерчивать аккуратно на бумаге формата А4 (можно на миллиметровой бумаге того же формата). Допускается выполнять схемы и графики на миллиметровой бумаге другого формата, но при этом они должны быть вклеены в соответствующее место отчета. При построении графиков делительные штрихи на осях следует размещать на расстоянии друг от друга, кратном (1, 2, 5)10 ⁿ, где п – целое число (положительное или отрицательное). На осях графиков указываются величины и их единицы. Точки на графике, соответствующие экспериментально полученным значениям, соединяются плавной кривой, если наблюдается закономерная зависимость. Если же зависимость не является закономерной, то точки на графике соединяются прямыми линиями. Экспериментально полученные значения следует на графике выделять звездочкой или точкой. Все графики должны иметь наименование и пояснительный текст.

Отдельные листы отчета должны быть скреплены по левой стороне.

Лабораторная работа 1.