设计实验误差分配和实验仪器的选择讲述.doc

设计实验　误差分配和实验仪器的选择 [实验目的] 　　1．学习和训练在实际测试过程中，如何根据不确定度要求和不确定度分配原则，对实验仪器作出合理的选择。 2．学习和训练如何根据不确定度分析，选定简单测量电路，确定电表的量程、规格、电源输出电压。 [设计内容与要求] 　　1．合理选择测量圆柱体（直径D约为25mm，高度H约为55mm）体积的量具。分别要求体积的测量相对不确定度刚好满足： 　　（1）EV≤0.06％，（2）EV≤0.3％，（3）EV≤5％。 　　2．用伏安法测电阻，被测电阻RX的标称值为500Ω，额定功率为1/4W。要求： 　　（1）使测量值的相对不确定度ER＝1.5％。 　　（2）电源输出电压固定为6V，选择测试电流、电压、电表的量程和接法，选择滑线电阻器的接法，并画出完整的测试电路。 　　（3）对电表接入引入的系统误差进行修正，确定实验结果的不确定度。 　　[可提供仪器] 　　1．待测圆柱体、钢直尺、游标卡尺（20分度、50分度两种）、千分尺。 　　2．待测电阻、稳压电源（E＝6V）、滑线电阻器（500Ω，0.58A）、C31－V直流电压表（0.5级）、C31－A直流电流表（0.5级）、开关、导线。 实验指导 　　内容1 在间接测量中，先对和间接量有关的各直接量进行测量，然后依据某一公式再把间接量计算出来，各直接量的测量中须用到不同仪器，这些仪器之间有一个合理配套问题，我们使用“不确定度等作用原则”来进行合理配套。 　　不确定度等作用原则 原则：各直接量不确定度（分不确定度）对间接量总不确定度影响相同。 　　这是人为的规定，事实上各直接量不确定度对间接量总不确定度影响有大有小，有的甚至可忽略，但若无此规定，那就无所适从。 从选配仪器的角度出发，讨论中的不确定度均指B类分量U（Δ仪）。 若N＝f（x、y、z、……），各直接量x、y、z、……各自独立，则 UN＝ 　　 　　　　　　　　　　　　设为m项 　　， 　　， 　　， 　　在本实验中，圆柱体的测量公式为： 即 根据不确定度等作用原理 ， ， 由实验题目要求， EV≤0.06％， EV≤0.3％， EV≤5％，分别代入上式，即可求出三组不同的UD、UH，再与实验室所提供仪器的仪器误差比较、选择，即可选出合适的测量仪器。 　　[实验内容与数据处理] 根据测量要求，选择三组不同的仪器测量圆柱体的直径D、高度H。 注意不同的仪器有不同精度，它们的读数有一定的规律，有效数字也不同。 注意千分尺的初读数。 分别记录实验数据，并计算测量结果的相对不确定度EV，验证计算结果是否符合预期的设计要求。 　　内容2 根据被测电阻额定功率，计算最大允许电流Imax，＝20mA 为不使电阻发热，一般选用Imax作为测试电流，Imax·R标为测试电压，并据此选择电表量程。 =4 mA , U=4×500=2V 由测试电流与测试电压可选定电表的量程，电表量程选7.5 mA和3V，同时可得知电流表与电压表的内阻。 因为＞＞，所以选择电流表内接法。 已知条件电源为固定输出6伏，则用滑线变阻器作分压输出，画出完整的测量电路，使测量电压达到设计的要求。 由不确定度等作用原则检验所提供的0.5级电表和选定的测试电流、电压是否满足对RX的测试要求。 % 　　　　 （电表的仪器误差为） [实验内容与数据处理] 记录伏安法（内接法）测RX值的实验数据，并计算RX、RX修与相对不确定度ER，验证测量结果是否达到预期的设计要求。 　　 [附录：C31型电表参数] 　　C31－V直流电压表　　量程（V）：……3、7.5、15…… 　　　　　　　　　　　　 内阻RV（Ω）：量程×500Ω/V 量程（mA） 7.5 15 30 75 …… 内阻RA（Ω） 3.43 2.31 1.26 0.49 …… 　　C31－A直流电流表　 　　　　　　　　　　　 V A