DC-metrologi

DC-8 Testimoni GMF untuk P2 Metrologi LIPI (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

DC-metrologi

DC elektriske kredsløb


Spørgsmål 1

Definer følgende metrologiske vilkår:

• Usikkerhed
• Nøjagtighed
• Fejl
• Præcision
• Sporbarhed
Reveal svar Skjul svar

Jeg vil lade dig undersøge definitionerne på disse vilkår!

Bemærkninger:

Ordene "nøjagtighed" og "præcision" er ofte (forkert) forvekslet med hinanden. De har selvstændige og separate betydninger.

Hvad angår ordet "sporbarhed", vil du måske uddybe den elektriske metrologi som en karriere i sig selv. At opretholde internationale målestandarder er en arbejdskrævende indsats, og kvalificerede elektronikfolk på alle niveauer af ekspertise (teknikere, ingeniører, forskere, forskere) er påkrævet på mange steder rundt om i verden for at opretholde systemet. Selv om det kan lyde kedeligt, er metrologi afgørende for den nyeste videnskabelige forskning samt moderne industri.

Spørgsmål 2

I kemi laboratorier bruges balance skalaer til præcist at måle massen af ​​forskellige stoffer. Hvordan er netop en laboratorie "balance" skala brugt "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00523x01.png">

Reveal svar Skjul svar

En "balance" -skala virker på massespektret i ligevægten: Den ukendte masse modvirkes af kendte massemængder, indtil skalaen registrerer en tilstand af balance.

Bemærkninger:

Det vigtige punkt, jeg ønsker at kommunikere med dette spørgsmål er, at skalaen ikke gør andet end at angive en tilstand af balance (nul overskydende masse på begge sider). Som sådan ligger den primære kilde til nøjagtighed i dette målesystem ikke inden for selve skalaen mekanismen! Dette er en vigtig kvalitet af et målesystem: At isolere kilder til unøjagtighed til meget specifikke dele af systemet, hvor de kan styres tæt.

Spørgsmål 3

Forklar, hvordan dette elektriske system fungerer på samme måde som en laboratorie "balance" skala:

Cirklen med bogstavet "G" i det er et symbol for et galvanometer . Hvilket praktisk formål kan et system som dette tjene "# 3"> Reveal svar Skjul svar

Galvanometeret registrerer nul, hvis og kun, hvis de to spændingskilder er nøjagtigt ens.

Bemærkninger:

Det første spørgsmål, dine elever sandsynligvis vil stille er, "Hvad er et galvanometer ?" Lad dem gøre forskningen om dette spørgsmål! Svaret er let at finde.

Derefter skal dine elever forklare, hvordan dette system kan bruges til at gøre noget praktisk. Ligesom et laboratoriebalancestråle tjener formålet med at måle masse, måler dette system også noget. Udfordre dine elever til at tegne analogier mellem komponenterne i dette system og komponenterne i en laboratoriebalance. Hvilken vigtig funktion skal E-spændingskilden have for at dette kan være et nyttigt målesystem?

Spørgsmål 4

Hvis en voltmeter skal bruges til direkte måling af spændingen af ​​en ukendt kilde, skal den først kalibreres for at sikre en nøjagtig måling:

Hvad er det mindste antal punkter langs målerens rækkevidde, at det skal kalibreres på, givet antagelsen om perfekt lineært svar? // www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00526x02. png ">

Reveal svar Skjul svar

En perfekt lineær voltmeter, der bruges til direkte måling af spænding, skal kalibreres ved to punkter langs dens måleområde for at sikre målens nøjagtighed.

En voltmeter, der anvendes til differentiel måling, må kun kalibreres på et enkelt punkt langs dens rækkevidde, og det enkelte punkt er nul.

Bemærkninger:

Spørg dine elever om de to kalibreringspunkter på målerens rækkevidde skal være tæt sammen eller langt fra hinanden for at få den bedste (mest omfattende) kalibrering muligt.

Diskuter forskelligt målerens lettere kalibreringskrav. Udfordre dine elever med dette spørgsmål: "Mængder linearitetsmålingen af ​​et voltmeter så meget, hvis det bruges til at foretage en differentiel måling, sammenlignet med hvis den bruges til at foretage en direkte måling?" Hvorfor eller hvorfor ikke?

Spørgsmål 5

Forklar den enkleste måde at udføre en enkeltpunktskalibrering på et meget følsomt, præcisions voltmeter. Hvordan sikrer du, at voltmeteret modtager en fast indgang af kendt mængde, især uden at have dyre kalibreringsudstyr til rådighed?

Reveal svar Skjul svar

Kortslut voltmeterens testledninger sammen. Dette skaber en indgangstilstand på 0 volt.

Bemærkninger:

Udfordre dine elever med dette spørgsmål: "Hvis nul er et passende signal til brug for en enkeltpunktskalibrering, så hvorfor ikke bare lade de to testledninger frakobles? Hvorfor skal du korte dem sammen? "

Hvis du har en følsom voltmeter til rådighed i klasseværelset, kan svaret let demonstreres. Dette er især tilfældet, hvis du placerer voltmeteret i "AC millivolt" -området, så det henter spændingsledninger fra nærliggende elektriske enheder og forsyningsselskaber.

Spørgsmål 6

Denne spændingsdeler skal udgive halvdelen af ​​batteriets spænding mellem punkt A og B:

Men hvis du udfører det samme eksperiment ved hjælp af et ægte voltmeter, vil målingen opnået med måleren være væsentligt anderledes end hvad der skal være der, baseret på en forudsigelse af 1/2 E batteri . Forklar hvorfor voltmeteret registrerer som det gør. Hvad handler det om dette kredsløb, der får målingen til at være så langt væk fra forudsigelsen, når vi ved godt, at andre spændingsdeler-kredsløb, vi har konstrueret, ikke udviser nogen signifikant fejl "# 6"> Reveal svar Skjul svar

Dette kredsløb er en demonstration af voltmeter "loading" på kredsløbet ved at forårsage en fejlagtig lav måling.

Bemærkninger:

Meter "loading" er et alvorligt problem i elektrisk metrologi. Det er et grundlæggende måleprincip, at et måleinstrument altid påvirker mængden, der måles, til en vis grad. I tilfælde som dette er omfanget af indflydelse alvorligt.

For de instruktører med en vis baggrund i kvantefysik, skal du afstå fra at fortsætte myten, at målerindlæsning er et eksempel på Heisenbergs usikkerhedsprincip. Usikkerhedsprincippet har intet at gøre med virkningen af ​​et måleinstrument på noget, vi måler. Det beskriver snarere en usikkerhed, der ligger i mængden selv . Hvis du vil dele et ægte elektrisk eksempel på dette usikkerhedsprincip med dine elever, vent indtil de studerer harmoniske og spektrumanalysatorer, hvor du kan fortælle dem, at det er umuligt at måle både det øjeblikkelige amplitude af et signal og frekvensen af et signal med ubegrænset sikkerhed.

Spørgsmål 7

Følgende voltmeter kredsløb undgår problemer med "loading" ved måling af højspændingskilder. Beskriv, hvordan du bruger dette kredsløb, og hvordan fejlfinding elimineres ved hjælp af et sådant potentiometrisk instrument:

Reveal svar Skjul svar

Flyt kontakten til "Bal" position og juster potentiometeret, indtil målerens bevægelse registrerer nul volt nøjagtigt. Derefter flyttes kontakten til "Meas" -positionen og læser spændingen direkte fra målerens bevægelse.

Bemærkninger:

"Potentiometriske" DC-spændingsmålinger var almindeligt inden for industrien før fremkomsten af ​​præcise elektroniske voltmetre med højmodstandsindgange. Teknikken er dog bestemt ikke forældet, og er faktisk stadig ansat i metrologiske laboratorier verden over for at opnå de mest nøjagtige (ikke-belastede) spændingsmålinger.

Det er imponerende at få eleverne til at opbygge et potentiometrisk voltmeter kredsløb ved hjælp af en billig analog VOM (Volt-Ohm-Milliammeter), og få den bedre end en direkte læsning, digital laboratoriumkvalitet digital voltmeter, der koster hundredvis af dollars! Jo større modstanden er forbundet med den spændingskilde, der måles, jo mere alvorlige belastningsfejl for et hvilket som helst voltmeter, og jo mere et potentiometrisk instrument viser dets værdi.

Spørgsmål 8

Generel metrologi plejede at være baseret på standard artefakter, men den moderne videnskabelige tendens er i retning af egenskaber . Forklar, hvad disse to udtryk betyder, samt deres betydning i det videnskabelige arbejde.

Reveal svar Skjul svar

En "artefakt" er en ikke-reproducerbar genstand, der vilkårligt betragtes som "standard". En "intern" standard er i sammenligning en reproducerbar standard baseret på uforanderlige fysiske konstanter.

Bemærkninger:

Et godt eksempel på en "artefakt" -standard er metalstangen, som plejede at være den internationale standard for "meter" (metrisk enhed af længde). Spørg dine elever om, hvor praktisk det ville være for forskere, der arbejder rundt om i verden, at kalibrere deres udstyr, hvis den eneste primære standard for længdemåling var en enkelt metalbøjle. Hvilke fordele kan der hidrøre fra brugen af ​​"iboende" standarder "panelpanelets standardpanel"

Spørgsmål 9

Hvilken teknologi er i øjeblikket anset for at være state-of-the-art til gengivelse af standard volt ?

Reveal svar Skjul svar

Spændingsstandarden plejede at være baseret på en bestemt type kemisk batteri, men ikke længere!

Bemærkninger:

Spørgsmål som dette vil aldrig blive forældede, selvom svaret kan. På tidspunktet for denne skrivning (august 2003) er den internationalt anerkendte teknologi til standard volt baseret på et kvantfænomen, der er kendt som Josephson Junction- effekten.

Spørgsmål 10

Hvilken teknologi betragtes i øjeblikket som state-of-the-art til reproduktion af standard ohm ?

Reveal svar Skjul svar

Spændingsstandarden plejede at være baseret på en bestemt længde speciel ledning, men ikke længere!

Bemærkninger:

Spørgsmål som dette vil aldrig blive forældede, selvom svaret kan. På tidspunktet for denne skrivning (august 2003) er den internationalt anerkendte teknologi til standard volt baseret på et kvantfænomen, kendt som Quantum Hall Effect .

Spørgsmål 11

Kalibreringslaboratorier refererer ofte til test usikkerhedsforhold (TUR), som normalt holder i et forhold på 4: 1 eller mere, når der udføres kalibreringsarbejde på instrumenter. Hvad betyder denne figur?

Reveal svar Skjul svar

"Test Usikkerhedsforholdet" refererer til, hvor meget mere præcist kalibreringsinstrumentet sammenlignes med instrumentet, der kalibreres.

Bemærkninger:

Mens dine elever måske aldrig skal beregne TUR'er, er det stadig vigtigt for dem at vide, hvad det generelle princip er. Hvis nogen af ​​dem oplever vanskeligheder med at forstå konceptet, spørg dem, om det giver mening at bruge en lineal til at kontrollere kalibrering af en mikrometer eller at bruge et armbåndsur til at kontrollere den langsigtede stabilitet af en laboratorieklasse kronograf.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →