Szczegółowe wyjaśnienie wyboru zakresu multimetru i błędu pomiaru
Podczas pomiaru multimetrem wystąpią pewne błędy. Niektóre z tych błędów to maksymalne błędy bezwzględne, na jakie pozwala poziom dokładności samego przyrządu. Niektóre z nich to błędy ludzkie spowodowane niewłaściwą regulacją i użytkowaniem. Jeśli prawidłowo zrozumiesz charakterystykę multimetrów i przyczyny błędów pomiarowych oraz opanujesz prawidłowe techniki i metody pomiarowe, możesz zmniejszyć błędy pomiarowe.
Błąd odczytu przez człowieka jest jedną z przyczyn wpływających na dokładność pomiaru. Jest to nieuniknione, ale można je zminimalizować. Dlatego podczas użytkowania należy zwrócić szczególną uwagę na następujące punkty:
1. Przed pomiarem należy ustawić multimetr poziomo i wykonać mechaniczną kalibrację zera;
2. Podczas czytania trzymaj wzrok prostopadle do wskaźnika;
3. Podczas pomiaru rezystancji, przy każdej zmianie biegów należy przeprowadzić regulację zera. Jeśli nie może osiągnąć zera, wymień baterię na nową;
4. Podczas pomiaru rezystancji lub wysokiego napięcia nie należy trzymać rękami metalowej części przewodu pomiarowego, aby uniknąć przesunięcia rezystancji ciała człowieka, zwiększenia błędu pomiaru lub spowodowania porażenia prądem;
5. Podczas pomiaru rezystancji w obwodzie RC należy odciąć zasilanie obwodu i rozładować całą energię elektryczną zgromadzoną w kondensatorze przed ponownym pomiarem. Po wykluczeniu ludzkich błędów odczytu przeprowadzamy analizę innych błędów.
1. Wybór zakresu napięcia i prądu multimetru oraz błąd pomiaru
Poziomy dokładności multimetrów są ogólnie podzielone na kilka poziomów, takich jak {{0}}.1, 0,5, 1,5, 2,5, 5 itd. Kalibracja poziomu dokładności (precyzji) napięcia stałego, prądu, Napięcie, prąd i inne przekładnie są reprezentowane przez procent maksymalnego bezwzględnego dopuszczalnego błędu △X i wartość pełnej skali wybranego zakresu. Wyrażane wzorem: A%=(△X/wartość pełnej skali)×100%... 1
(1) Błąd spowodowany użyciem multimetrów o różnej dokładności do pomiaru tego samego napięcia
Na przykład: istnieje standardowe napięcie 10V i jest mierzone za pomocą dwóch multimetrów przy napięciu 100 V i poziomie 0,5 oraz poziomie 15 V i poziomie 2,5. Który miernik ma najmniejszy błąd pomiaru?
Rozwiązanie: Z równania 1: Pierwszy pomiar licznika: Maksymalny bezwzględny błąd dopuszczalny
△X1=±0.5%×100V=±0.50V.
Drugi test miernika: maksymalny bezwzględny dopuszczalny błąd
△X2=±2.5%×l5V=±0.375V.
Porównując △X1 i △X2 można zauważyć, że choć dokładność pierwszego metra jest większa niż drugiego metra, to błąd spowodowany pomiarem pierwszym miernikiem jest większy niż błąd spowodowany pomiarem drugim metr. Można zatem zauważyć, że przy wyborze multimetru im wyższa dokładność, tym lepiej. Posiadając multimetr o dużej dokładności trzeba także wybrać odpowiedni zakres pomiarowy. Tylko poprzez prawidłowy dobór zakresu pomiarowego można uwolnić potencjalną dokładność multimetru.
(2) Błąd spowodowany pomiarem tego samego napięcia przy różnych zakresach multimetru
Na przykład: multimetr MF-30 ma dokładność na poziomie 2,5. Wykorzystuje przekładnie 100 V i 25 V do pomiaru standardowego napięcia 23 V. Który bieg ma najmniejszy błąd?
Rozwiązanie: Maksymalny bezwzględny błąd dopuszczalny bloku 100 V:
X(100)=±2.5%×100V=±2.5V.
Maksymalny bezwzględny dopuszczalny błąd bloku 25 V: △X (25)=±2,5% × 25 V=±0,625 V. Widać to z powyższego rozwiązania:
Do pomiaru standardowego napięcia 23 V użyj przekładni 100 V. Wartość na multimetrze mieści się w przedziale od 20,5 V do 25,5 V. Do pomiaru standardowego napięcia 23 V użyj przekładni 25 V. Wartość na multimetrze mieści się w przedziale od 22,375 V do 23,625 V. Sądząc po powyższych wynikach, △X (100) jest większe niż △X (25), co oznacza, że błąd pomiaru bloku 100 V jest znacznie większy niż błąd pomiaru bloku 25 V. Dlatego też, gdy multimetr mierzy różne napięcia, błędy powstające przy pomiarach w różnych zakresach są różne. Pod warunkiem, że zmierzona wartość sygnału jest spełniona, należy w miarę możliwości wybierać bieg o małym zakresie. Poprawia to dokładność pomiaru.
(3) Błąd spowodowany pomiarem dwóch różnych napięć przy tym samym zakresie multimetru
Na przykład: multimetr MF-30 ma dokładność 2,5. Wykorzystuje przekładnię 100 V do pomiaru standardowego napięcia 20 V i 80 V. Który bieg ma najmniejszy błąd?
Rozwiązanie: Maksymalny błąd względny: △A%=maksymalny błąd bezwzględny △X/zmierzona regulacja napięcia standardowego × 100%, maksymalny błąd bezwzględny przy bloku 100 V △X (100)=±2,5% × 100 V { {8}} ±2,5 V.
Dla 20 V wartość wskazania mieści się w przedziale 17,5 V-22,5 V. Maksymalny błąd względny wynosi: A(20)%=(±2,5 V/20 V)×100%=±12,5%.
Dla 80 V wartość wskazania mieści się w przedziale 77,5 V-82,5 V. Jego maksymalny błąd względny wynosi:
A(80)%=±(2.5V/80V)×100%=±3.1%.
Porównując maksymalne błędy względne zmierzonych napięć 20 V i 80 V, widać, że to pierwsze ma znacznie większy błąd niż to drugie. Dlatego też, jeśli używasz tego samego zakresu multimetru do pomiaru dwóch różnych napięć, to, które jest bliższe wartości pełnej skali, będzie miało większą dokładność. Dlatego przy pomiarze napięcia należy wskazać zmierzone napięcie powyżej 2/3 zakresu multimetru. Tylko w ten sposób można ograniczyć błędy pomiarowe.
2. Wybór zasięgu i błąd pomiaru bariery elektrycznej
Każdy zakres rezystancji elektrycznej może mierzyć wartości rezystancji od 0 do ∞. Skala omomierza jest nieliniową, nierówną, odwróconą skalą. Wyraża się ją jako procent długości łuku linijki. Ponadto rezystancja wewnętrzna każdego zakresu jest równa liczbie skali centralnej pomnożonej przez długość łuku linijki, co nazywa się „oporem centralnym”. Oznacza to, że gdy zmierzona rezystancja jest równa rezystancji środkowej wybranego zakresu, prąd płynący w obwodzie stanowi połowę prądu pełnej skali. Wskazówka znajduje się w środku skali. Jego dokładność wyraża następujący wzór:
R%=(△R/opór środkowy)×100%……2
(1) W przypadku użycia multimetru do pomiaru tej samej rezystancji pojawia się błąd spowodowany wyborem różnych zakresów
Na przykład: multimetr MF{{0}}, rezystancja środkowa bloku Rxl0 wynosi 250 Ω; rezystancja środkowa bloku R×l00 wynosi 2,5 kΩ. Poziom dokładności wynosi 2,5. Użyj go do pomiaru standardowej rezystancji 500 Ω i zapytaj, czy do pomiaru używasz bloku R×10 czy bloku R×100, który z nich ma większy błąd? Rozwiązanie: Z równania 2:
Maksymalny bezwzględny błąd dopuszczalny bloku R×l0 wynosi △R(10)=rezystancja środkowa×R%=250Ω×(±2,5)%=±6,25 Ω. Użyj go do pomiaru standardowej rezystancji 500 Ω, a wartość wskazania standardowej rezystancji 500 Ω mieści się w przedziale od 493,75 Ω do 506,25 Ω. Maksymalny błąd względny wynosi: ±6,25 ÷ 500 Ω×100%=±1,25%.
Maksymalny bezwzględny dopuszczalny błąd bloku R×l00 wynosi △R (100)=rezystancji środkowej × R% 2,5 kΩ × (±2,5)%=±62,5 Ω. Użyj go do pomiaru standardowej rezystancji 500 Ω, a wartość wskazania standardowej rezystancji 500 Ω mieści się w przedziale od 437,5 Ω do 562,5 Ω. Maksymalny błąd względny wynosi: ±62,5 ÷ 500 Ω×100%=±10,5%.
Porównanie wyników obliczeń pokazuje, że błędy pomiaru znacznie się różnią w przypadku wyboru różnych zakresów rezystancji. Dlatego przy wyborze zakresu przełożeń staraj się, aby zmierzona wartość rezystancji znajdowała się w środku długości łuku skali zakresu. Dokładność pomiaru będzie większa.
