listy

DC Metrológia

TITANS Official Teaser Trailer #2 - Dick Grayson (2018) DC Series (Január 2019).

Anonim

DC Metrológia

DC elektrické obvody


Otázka 1

Definujte nasledujúce metrologické výrazy:

• Neistota
• Presnosť
• Chyba
• Presnosť
• Vysledovateľnosť
Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Dovoľte, aby ste vyskúšali definície týchto termínov!

Poznámky:

Slová "presnosť" a "presnosť" sú často (nesprávne) navzájom zamieňané. Majú však odlišné a odlišné významy.

Pokiaľ ide o slovo "vysledovateľnosť", možno budete chcieť vypracovať elektrickú metrológiu ako kariéru sama osebe. Udržiavanie medzinárodných meracích noriem je náročné na prácu a v mnohých miestach na celom svete je potrebná kvalifikovaná elektronika na všetkých úrovniach odbornosti (technici, inžinieri, výskumní pracovníci, vedci). Hoci to môže znieť nudné, metrológia je nevyhnutná pre najmodernejšie vedecké výskumy ako aj pre moderný priemysel.

Otázka 2

V laboratóriách chémie sa váhy váhy používajú na presné meranie hmotnosti rôznych látok. Ako presne sa používa laboratórna váha "//www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00523x01.png">

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Stupnica "rovnováhy" pracuje na princípe hmotností v rovnováhe: neznáma hmotnosť sa vyrovná so známymi množstvami hmoty, až kým stupnica nezaznamená stav rovnováhy.

Poznámky:

Dôležitým bodom, s ktorým chcem komunikovať s touto otázkou, je, že mierka neznamená nič iné, ale naznačuje stav rovnováhy (nulová prebytočná hmotnosť na každej strane). Ako taký, primárny zdroj presnosti v tomto meracom systéme nie je v samotnom meradle! Ide o dôležitú kvalitu meracieho systému: izolovať zdroje nepresnosti do veľmi špecifických častí systému, kde môžu byť prísne kontrolované.

Otázka 3

Vysvetlite, ako tento elektrický systém funguje podobným spôsobom ako laboratórna stupnica "rovnováhy":

Kruh s písmenom "G" v ňom je symbolom galvanometra . Aký praktický účel môže takýto systém slúžiť "# 3"> Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Galvanometer sa registruje na nulu, ak a len ak sú oba zdroje napätia presne rovnaké.

Poznámky:

Prvá otázka, na ktorú sa študenti pravdepodobne pýtajú, je: "Čo je galvanometer ?" Nechajte ich robiť prieskum na túto otázku! Odpoveď je ľahko nájsť.

Ďalej vaši študenti budú musieť vysvetliť, ako môže byť tento systém použitý na vykonanie niečoho praktického. Rovnako ako laboratórny balansový nosník slúži na meranie hmotnosti, tento systém tiež niečo meria. Vyzvite svojich študentov, aby vytvorili analógie medzi zložkami tohto systému a zložkami laboratórnej rovnováhy. Aký základný prvok musí mať štandardný zdroj napätia E, aby to bol užitočný merací systém?

Otázka 4

Ak sa použije voltmetr na priame meranie napätia neznámeho zdroja, musí sa najskôr kalibrovať tak, aby sa zabezpečilo presné meranie:

Aký je minimálny počet bodov pozdĺž rozsahu meradla, na ktorý je potrebné kalibrovať, vzhľadom na predpoklad absolútne lineárnej odozvy. "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00526x02. png ">

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Perfektne lineárny voltmetr, ktorý sa používa na meranie napätia priamo, musí byť kalibrovaný v dvoch bodoch pozdĺž jeho meracieho rozsahu, aby sa zabezpečila presnosť merania.

Voltmetr použitý na meranie rozdielov je potrebné kalibrovať iba v jednom bode pozdĺž jeho rozsahu a tento jediný bod je nulový.

Poznámky:

Spýtajte sa svojich študentov, či sú dve kalibračné body v rozsahu meracieho prístroja blízko alebo od seba vzdialené, aby ste dosiahli najlepšiu (najkomplexnejšiu) kalibráciu.

Diskutujte o jednoduchších kalibračných požiadavkách diferenciálneho merača. Vyzvite svojich študentov týmito otázkami: "Má meracia lineárnosť voltmetra taký veľký význam, ak sa používa na meranie diferenciálu v porovnaní s tým, či sa používa na priame meranie?" Prečo alebo prečo nie?

Otázka 5

Vysvetlite najjednoduchší spôsob vykonávania kalibrácie s jedným bodom na vysoko citlivom presnom voltmetri. Ako zabezpečíte, že voltmetr dostane pevný vstup známeho množstva, najmä bez toho, aby bol k dispozícii drahé kalibračné zariadenie?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Skúste skontrolovať voltmetrový test. Tým vznikne vstupná podmienka nula voltov.

Poznámky:

Vyzvite svojich študentov s touto otázkou: "Ak je nula vhodným signálom, ktorý sa má používať pri kalibrácii s jedným bodom, prečo nie len nechať dve testovacie vedenia odpojené? Prečo by ste ich mali skrátiť ? "

Ak máte náhodný voltmetr k dispozícii v triede, odpoveď sa môže ľahko preukázať. Platí to najmä vtedy, keď umiestnite voltmetr do radu "AC millivolt", aby zachytil strašné napätia elektrického vedenia z okolitých elektrických zariadení a pomôcok.

Otázka 6

Tento rozdeľovač napätia by mal vyprodukovať polovicu napätia batérie medzi bodmi A a B:

Ak však vykonáte ten istý experiment s použitím skutočného voltmetra, meranie získané pomocou meracieho prístroja sa podstatne líši od toho, čo by malo byť na základe predpovede 1/2 E batérie . Vysvetlite, prečo sa voltmetr zaregistruje tak, ako to robí. Čo je to s týmto obvodom, ktorý spôsobuje, že meranie je tak ďaleko od predikcie, keď dobre vieme, že ostatné obvody rozdeľovača napätia, ktoré sme skonštruovali, nevykazujú žiadnu významnú chybu. "# 6"> Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Tento obvod je dôkazom "zaťaženia" voltmetra na obvode tým, že spôsobuje falošne nízke meranie.

Poznámky:

Merač "zaťaženie" je vážnym problémom v oblasti elektrickej metrológie. Základným princípom merania je, že meradlo vždy do určitej miery ovplyvňuje merané množstvo. V takýchto prípadoch je rozsah vplyvu závažný.

Pre tých inštruktorov, ktorí majú určité pozadie v kvantovej fyzike, prosím, zdržujte sa mýtu, že načítanie merača je príkladom princípu Heisenbergovej neistoty. Princíp neistoty nemá nič spoločné s dopadom meracieho prístroja na niečo, čo sa meria. Skôr opisuje neistotu vlastnú samotnému množstvu . Ak chcete zdieľať skutočný elektrický príklad tohto princípu neistoty s vašimi študentmi, počkajte, kým študujú harmonické a spektrálne analyzátory, kde im môžete povedať, že nie je možné merať ako okamžitú amplitúdu signálu, tak aj frekvenciu signálu s neobmedzenú istotu.

Otázka 7

Nasledujúci voltmetrový obvod zabraňuje problémom "naplnenia" pri meraní zdrojov vysokého odporu napätia. Popíšte, ako tento okruh ovládať a ako sa eliminuje chyba pri použití takéhoto potenciometrického prístroja:

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Prepnite prepínač do polohy "Bal" a nastavte potenciometer tak, aby meranie presmerovalo nulové napätie. Potom prepnite prepínač do polohy "Meas" a prečítajte si napätie priamo z pohybu meradla.

Poznámky:

"Potenciometrické" merania jednosmerného napätia boli bežné v priemysle pred nástupom presných elektronických voltmetrov s vysokým odporom vstupov. Táto technika však určite nie je zastaraná a v skutočnosti sa stále používa v metrologických laboratóriách na celom svete, aby získala čo najpresnejšie merania napätia (bez záťaže).

Je impozantné, aby študenti vytvorili potenciometrický obvod voltmetra pomocou lacného analógového VOM (Volt-Ohm-Milliammeter) a mali by prekonať digitálny voltmetr s priamym čítaním a laboratórnou kvalitou sto dolárov! Čím väčší je odpor, ktorý je vlastný meranému zdroju napätia, tým závažnejšia je chyba pri nakladaní akéhokoľvek voltmetra a čím viac sa potenciometrický nástroj ukáže ako jeho hodnota.

Otázka 8

Všeobecná metrológia bola založená na štandardných artefaktoch, ale moderný vedecký trend smeruje k vnútorným normám . Vysvetlite, čo znamenajú tieto dva pojmy, ako aj ich význam vo vedeckej práci.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

"Artefakt" je nereprodukovateľný objekt, ktorý sa ľubovoľne považuje za "štandard". Pre porovnanie je "vnútorným" štandardom reprodukovateľný štandard založený na nemeniteľných fyzikálnych konštantách.

Poznámky:

Skvelým príkladom štandardu "artefaktu" je kovová tyč, ktorá bola medzinárodným štandardom pre "meter" (metrická jednotka dĺžky). Spýtajte sa svojich študentov, aké by bolo vhodné pre vedcov pracujúcich po celom svete kalibrovať ich vybavenie, ak jediným základným štandardom merania dĺžky je jedna kovová tyč. Aké výhody môžu byť odvodené z použitia "vnútorných" noriem "panely panelu pracovných stolov v štandardnom paneli" itemscope>

Otázka 9

Ktorá technológia je v súčasnosti považovaná za najmodernejšiu technológiu na reprodukciu štandardného voltu ?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Napäťový štandard bol založený na konkrétnom type chemickej batérie, ale už nie!

Poznámky:

Takéto otázky nikdy nebudú zastarané, hoci odpoveď môže. V čase tohto zápisu (august 2003) je medzinárodne uznávaná technológia pre štandardný volt založená na kvantovom jave známe ako Josephson Junction efekt.

Otázka č. 10

Ktorá technológia sa v súčasnosti považuje za najmodernejšiu na reprodukciu štandardného ohmu ?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Napäťový štandard bol založený na špecifikovanej dĺžke špeciálneho vodiča, ale už nie!

Poznámky:

Takéto otázky nikdy nebudú zastarané, hoci odpoveď môže. V čase tohto písania (august 2003) je medzinárodne uznávaná technológia pre štandardný volt založená na kvantovom jave známe ako Quantum Hall Effect .

Otázka 11

Kalibračné laboratóriá často poukazujú na pomer testu neistoty (TUR), ktorý sa pri kalibračných prácach na prístrojoch bežne drží v pomere 4: 1 alebo viac. Čo to znamená?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

"Pomer testu neistoty" sa týka toho, ako presnejší je kalibračný prístroj porovnaný s kalibrovaným prístrojom.

Poznámky:

Aj keď títo študenti nikdy nemusia počítať TUR, je pre nich stále dôležité vedieť, aký je všeobecný princíp. Ak sa niekto z nich stretne s ťažkosťami pri porozumení konceptu, opýtajte sa, či je rozumné používať pravítko na kontrolu kalibrácie mikrometra alebo použiť hodinky na kontrolu dlhodobej stability laboratórneho chronografu.

  • ← Predchádzajúci pracovný list

  • Index pracovných hárkov

  • Nasledujúci pracovný list →

Expert Tipy