- •Измерение физических величин
- •Часть 1
- •Введение
- •Глава 1. Виды и методы измерений физической величины
- •1.1. Виды измерений физических величин
- •1.1.1. Прямые измерения физических величин
- •1.1.2. Косвенные измерения физических величин
- •1.1.3. Совокупные измерения физических величин
- •1.2. Методы измерения физических величин
- •1.2.1. Методы непосредственной оценки
- •1.2.2. Методы сравнения
- •1.3. Погрешности измерения физической величины
- •1.3.1. Виды погрешностей измерения физических величин
- •1.3.1.1. Классификация погрешностей по закономерности проявления
- •1.3.1.2. Классификация погрешностей по форме выражения
- •1.3.2. Оценка погрешности измерения физическойвеличины
- •1.3.2.1. Оценка величины систематической погрешности
- •1.3.2.2. Оценка величины случайной погрешности
- •Оценка истинного значения измеряемой величины
- •1.3.2.3. Учет систематической и случайной ошибок
- •1.3.2.4. Правила округления погрешности и результата измерения
- •Целая часть числа абсолютной погрешности равна нулю
- •1.3.3. Ошибки прямых измерений
- •1.3.4. Ошибки косвенных измерений
- •1.3.4.1. Ошибку измерения определяют погрешности измерительных приборов
- •1.3.4.2. Ошибку измерения определяют случайные ошибки
- •1.4. Минимизация погрешности измерения физической величины
- •1.4.1. О точности вычислений
- •1.4.2. Погрешность определения погрешности
- •1.4.3. Необходимое число измерений
- •Приложение 1.1.
- •Приложение 1.2.
- •Приложение 1.3.
- •Лабораторная работа №4
- •Часть 1. Метод взвешивания:
- •Часть 2. Метод подсчета площади:
- •Глава 2. Средства электрических измерений
- •2.1. Классификация средств электрических измерений
- •2.1.1. Меры
- •2.1.2. Измерительные преобразователи
- •Основные свойства измерительных преобразователей
- •2.1.3. Электроизмерительные приборы
- •1.1.3.1. Способы классификации электроизмерительных приборов
- •2.1.3.2. Характеристики электроизмерительных приборов
- •2.1.4. Электроизмерительные установки
- •2.1.5. Измерительные информационные системы
- •2.2. Способы выражения и нормирования пределов допускаемых погрешностей
- •Основные погрешности средств измерений[1,2,5,6]
- •2.3. Классы точности средств измерений
- •2.3.1. Классы точности
- •2.3.2. Обозначение классов точности средств измерений в документации
- •2.3.3. Обозначение классов точности на средствах измерений
- •Приложение 2.1.
- •Приложение 2.2.
- •Прибор имеет шкалу 50 200 в. Класс точности на корпусе прибора обозначается одним числом.
- •Приложение 2.3.
- •3. Образцовые средства измерений
- •Приложение 2.4.
- •Использованная литература
- •Глава 1. Виды и методы измерений физической величины 4
- •Глава 2. Средства электрических измерений 85
2.1.3.2. Характеристики электроизмерительных приборов
Метрологические характеристики
Метрологическими называют характеристики свойств средств измерений, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений. Знание метрологических характеристик необходимо для правильного выбора средств измерений и оценки точности результатов измерений.
Перечни метрологических характеристик средств измерений регламентируются ГОСТ 8.009-72 "Нормируемые метрологические характеристики средств измерений". Для средств измерения электрических величин общего назначения перечень метрологических характеристик устанавливает ГОСТ 22261-76.
Основная метрологическая характеристика средств измерений - погрешность.
В зависимости от изменения во времени измеряемой величины погрешности средств измерений разделяют на:
1) статическую - погрешность, возникающую при измерении постоянной во времени величины;
2) динамическую - разность между погрешностью измерения в динамическом режиме (т.е. при изменении измеряемой величины во времени) и статической погрешностью измерения величины, соответствующей значению измеряемой величины в данный момент времени.
В зависимости от характера изменения погрешностей средств измерений различают:
1) систематическую - погрешность, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся;
2) случайную - погрешность, изменяющуюся случайным образом.
В зависимости от условий возникновения погрешности различают:
1) основную погрешность - погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях;
2) дополнительную погрешность - погрешность средства измерения, вызванную отклонением одной из влияющих величин от нормального значения или выходом за пределы нормального значения.
Пределы дополнительных погрешностей устанавливают в виде постоянного значения для всей рабочей области влияющей величины или в виде постоянных значений по интервалам рабочей области влияющей величины; путем указания отношения предела допускаемой дополнительной погрешности, соответствующего регламентированному интервалу влияющей величины, к этому интервалу; путем указания зависимости предела допускаемой дополнительной погрешности, от влияющей величины (предельной функции влияния); путем указания функциональной зависимости пределов допускаемых отклонений от номинальной функции влияния.
К метрологическим характеристикам относятся также:
Вариация показаний прибора — это наибольшая разность показаний прибора при одном и том же значении измеряемой величины. Она определяется при плавном подходе стрелки к испытуемой отметке шкалы при движении ее один раз от начальной, а второй раз от конечной отметок шкалы. Вариация показаний характеризует степень устойчивости показаний прибора при одних и тех же условиях измерения одной и той же величины. Она приближенно равна удвоенной погрешности от трения, так как причиной вариации в основном является трение в опорах подвижной части.
Динамические характеристики средств измерений - характеристики инерционных свойств средств измерений, определяющие зависимость выходного сигнала средства измерения от меняющихся во времени величин.
Входное и выходное сопротивление средств измерений.
От входного сопротивления зависит мощность измерительного прибора, которую он потребляет от цепи, в которой работает.
От выходного полного сопротивления измерительного прибора зависит допустимая нагрузка на преобразователь.
Эксплуатационные характеристики свойств средств измерений
Чувствительностью S электроизмерительного прибора к измеряемой величине Х называется производная от перемещения указателя (стрелки измерительного механизма) а по измеряемой величине Х:
. (50) .
Перемещение указателя а, которое выражается в делениях шкалы или миллиметрах, для обширной группы приборов определяется, в первую очередь, углом отклонения подвижной части измерительного механизма. Кроме того, оно зависит от типа отсчетного устройства и его характеристик (стрелочный или световой указатель, длина шкалы, число делений шкалы и др.).
Чувствительность измерительного механизма приборов этой группы (при любом отсчетном устройстве) равна:
. (51) .
Выражением (51) определяется чувствительность прибора в данной точке шкалы. Если чувствительность постоянна, т. е. не зависит от измеряемой величины, то ее можно определять как отношение перемещения указателя (стрелки измерительного механизма и т.п.) к измеряемой величине или численно равна перемещению указателя, соответствующему единице измеряемой величины*.
. (52) .
У приборов с постоянной чувствительностью перемещение указателя пропорционально измеряемой величине, т. е. шкала прибора равномерна.
Чувствительность прибора имеет размерность, зависящую от характера измеряемой величины, поэтому, когда пользуются термином "чувствительность", говорят, например, о "чувствительности прибора к току", "чувствительности прибора к напряжению" и т.д. Например, чувствительность вольтметра к напряжению равна 10 дел/В.
Если чувствительность прибора не постоянна, т.е. прибор имеет неравномерную шкалу, то для такого прибора может нормироваться допускаемая погрешность для некоторой области значений измеряемой величины, называемой диапазоном измерения.
Величина, обратная чувствительности, называется постоянной прибора (или ценой деления). Она равна числу единиц измеряемой величины, приходящихся на одно деление шкалы. Например, еслиS, то .
Порогом чувствительности - наименьшее значение входной величины, способное вызвать заметное изменение показания прибора.
Понятие порога чувствительности распространяется на цифровые приборы и счетчики.
Потребляемая мощность При включении электроизмерительного прибора в цепь, находящуюся под напряжением, прибор потребляет от этой цепи некоторую мощность. В большинстве случаев эта мощность мала с точки зрения экономии электроэнергии. Но при измерении в маломощных цепях в результате потребления приборами мощности может измениться режим работы цепи, что приведет к увеличению погрешности измерения. Поэтому малое потребление мощности от цепи, в которой осуществляется измерение, является достоинством прибора.
Мощность, потребляемая приборами в зависимости от принципа действия, назначения прибора и предела измерения, имеет самые различные значения и для большинства приборов лежит в пределах от 10-12 до 15 Вт.
Время установления показаний После включения электроизмерительного прибора в электрическую цепь до момента установления показаний прибора, когда можно произвести отсчет, проходит некоторый промежуток времени (время успокоения). Под временем установления показаний следовало бы понимать тот промежуток времени, который проходит с момента изменения измеряемой величины до момента, когда указатель займет положение, соответствующее новому значению измеряемой величины. Однако если учесть, что всем приборам присуща некоторая погрешность, то время, которое занимает перемещение указателя в пределах допустимой погрешности прибора, не представляет интереса.
Под временем установления показаний электроизмерительного прибора понимается промежуток времени, прошедший с момента подключения или изменения измеряемой величины до момента, когда отклонение указателя от установившегося значения не превышает 1,5% длины шкалы. Время установления показаний для большинства типов показывающих приборов не превышает 4 сек.
Надежность электроизмерительных приборов - способность их сохранить заданные характеристики при определенных условиях работы в течение заданного времени.
Если значение одной или нескольких характеристик прибора выходит из заданных предельных значений, то говорят, что имеет место отказ. Количественной мерой надежности является минимальная вероятность безотказной работы прибора в заданных промежутке времени и условиях работы (наработка на отказ, которая регламентируется ГОСТ 22261-76 в виде ряда значений).
Вероятностью безотказной работы называется вероятность того, что в течение определенного времени Т непрерывной работы не произойдет ни одного отказа. Время безотказной работы указано в описаниях приборов. Часто пользуются приближенным значением этого показателя, определяемым отношением числа приборов, продолжающих после определенного времени Т безотказно работать, к общему числу испытываемых приборов.
Пример:Например, для амперметров и вольтметров типа Э8027 минимальное значение вероятности безотказной работы равно 0,96 за 2000 ч. Следовательно, вероятность того, что прибор данного типа сохранит заданные характеристики после 2000 ч работы, составляет не менее 0,96, иными словами, из 100 приборов данного типа после работы в течение 2000 ч, как правило, не более четырех приборов будут нуждаться в ремонте.
Среднее время безотказной работы прибора (показатель надежности), - среднее арифметическое время исправной работы каждого прибора. Обычно, когда приборы начинают выпускать серийно, некоторая небольшая часть их отбирается для испытаний на надежность. Показатели надежности, определенные по результатам этих испытаний, присваивают всей серии приборов.
Гарантийным сроком называют период времени, в течение которого завод-изготовитель гарантирует исправную работу изделия при соблюдении правил эксплуатации прибора. Например, для микроамперметров типа М266М предприятие-изготовитель гарантирует безвозмездную замену или ремонт прибора в течение 36 месяцев со дня отгрузки с предприятия, а для частотомеров типа Э373 этот срок составляет 11 лет.
Время установления рабочего режима.
электрическая прочность.
сопротивление изоляции.
способность переносить механические воздействия (вибро- и ударопрочность).
Могут быть и другие характеристики, регламентированные госстандартами в которых также описаны методы испытаний средств измерений (ГОСТ 22261‑76).