ІКТА / КБ-24 / Метрологія Гамула / Лаби умови / Лабораторна робота №5

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

визначатиметься як сума граничної (допустимої) відносної похибки показу зразкового амперметра та граничної (допустимої) відносної струмової похибки вимірювального трансформатора струму. У цьому випадку доцільно проводити обчислення у відносних похибках. Тоді вираз для обчислення сумарної

граничної відносної похибки результату вимірювання струму буде наступним
	I ,зр A ,гр fВТС,гр ,			(5.18)
		зр
де А ,гр — гранична	відносна	похибка	вимірювання струму зразковим
зр
амперметром, fВТС,гр	— клас	точності	вимірювального	трансформатора
струму.

Подібна ситуація є зі схемою, що представлена на рис. 5.6. Тут гранична (допустима) відносна похибка результату вимірювання напруги

визначатиметься як сума граничної (допустимої) відносної похибки вимірювання напруги зразковим вольтметром та граничної (допустимої) відносної похибки перетворення напруги вимірювальним трансформатором напруги:

			U ,зр V ,гр fВТН ,гр ,			(5.19)
				зр
де V	зр	,гр — гранична	відносна	похибка	вимірювання напруги зразковим
вольтметром, fВТН ,гр			— клас	точності	вимірювального	трансформатора

напруги.

На останньому етапі залишається перевірити, чи виконується співвідношення (5.17) між гранична (допустима) відносними похибками вимірювання перевірюваним приладом та зразковими засобами.

Приклад 5.4. Встановити, чи можна перевіряти приладом М2044, що працює в режимі вольтметра, класу точності 0,2 та границею вимірювання 75 В (з прикладу 5.3) вольтметр М903 класу точності 1,5 з межею вимірювання 50 В (з прикладу 5.2)

Згідно з прикладом 5.3 гранична абсолютна похибка результату вимірювання зразковим вольтметром становить гр,зр 0,15В , а гранична

відносна похибка результату вимірювання зразковим вольтметром становить

гр,зр 0,3% при UVx 50В .

Поділивши знайдене в прикладі 5.2 числове значення граничної похибки результату вимірювання перевірюваним вольтметром на коефіцієнт k 5 отримуємо:

113

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

						1									1
	для абсолютної похибки:											гр,x						0,75В	0,15B
						k								5
		1								1
	для відносної похибки:				гр,x								1,5%					0,3%	при U	50В
		k						5											V
																			x

Зіставивши отримане значення з граничною похибкою результату вимірювання зразковим вольтметром, бачимо, що вони рівні як для абсолютної ( гр,зр 0,15В ) так і для відносної ( гр,зр 0,3% ) границь похибок.

Висновок: приладом М2044 в режимі вольтметра класу точності 0,2 та границею вимірювання 75 В можна перевірити вольтметр М903 класу точності 1,5 з межею вимірювання 50 В методом безпосереднього порівняння зі зразковим.

2.4.2. Вибір системи зразкового приладу

Вибираючи систему зразкового приладу, необхідно керуватися наступними вимогами:

прилади перевіряють на тому роді струму (постійному чи змінному), для якого вони призначені;

зразковий прилад має бути призначений для вимірювання того параметра сигналу (сталої складової, середньоквадратичного чи середньовипрямленого значення тощо), що і перевірюваний прилад, або тієї величини, яка передбачена методом перевірки;

діапазони вимірювання і частот зразкових засобів вимірювання повинні включати відповідні діапазони перевірюваного приладу;

при перевірці приладів на змінному струмі бажано вибрати такий зразковий прилад, який реагує на зміну форми кривої сигналу так

само, як і перевірюваний.

Зокрема, на змінному струмі перевагу доцільно надавати приладам електродинамічної системи (Д590, Д591, Д592 та ін.), як таким, що є найточнішими [6]. Прилади електромагнітної системи також використовують як зразкові для перевірки приладів невисокої точності (класів не вище 0,5). Як зразкові часто використовують прилади електростатичної та електронної систем. Застосування приладів електронної системи, зокрема, з цифровим відліком особливо ефективне для перевірки на малих струмах і напругах у широкому діапазоні частот, тобто там, де неможливо застосувати прилади інших систем.

Для перевірки приладів магнітоелектричної системи як зразкові застосовують прилади цієї ж системи, а приладів всіх інших систем на

114

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

постійному струмі — прилади електродинамічної або електромагнітної систем. Використання в цьому випадку приладів магнітоелектричної системи теж допускається.

2.4.3. Вибір межі вимірювання зразкового приладу

При виборі межі вимірювання зразкового приладу користуються наступним підходом. При метрологічній перевірці за схемами, зображеними на рис. 5.3 та рис. 5.5 межу вимірювання зразкового приладу X К ,зр вибирають не

меншою за значення найбільшої оцифрованої позначки перевірюваного приладу X К ,x . Тобто має виконуватися наступне співвідношення:

X к,зр X к,x .

(5.15)

Для схеми, зображеної на рис. 5.4. співвідношення має бути наступним:

Iк,A	kI ,ном Iк,A ,	(5.16)
зр	x

де kI ,ном — номінальний коефіцієнт трансформації вимірювального

трансформатора струму.

Для схеми, зображеної на рис. 5.6. співвідношення має бути наступним:

Uк,Vзр kU ,ном Uк,Vx ,	(5.17)
де kU ,н — номінальний коефіцієнт трансформації	вимірювального
трансформатора напруги.

2.5. Методика виконання метрологічної перевірки

Вибравши схему метрологічної перевірки та зразкові засоби вимірювальної техніки необхідно скласти електричну схему та провести експеримент.

Під час перевірки приладів на змінному струмі частотою 50 Гц вимірювальну схему живлять від промислової мережі через регулювальну апаратуру (спеціалізований лабораторний стенд, навантажувальні трансформатори, реостати тощо). Регулювальні пристрої повинні забезпечувати плавну зміну струму чи напруги перевірюваного приладу так, щоб ступінь зміни (дискретність) не перевищував 1/10 ціни його поділки.

Якщо оцифрованих поділок приладу, що перевіряється, не більше 10, то перевіряється кожна оцифрована поділка перевірюваного приладу, в іншому випадку вибирається 5 рівновіддалених точок на шкалі.

Кожна оцифрована точка на шкалі перевіряється наступним чином. Підлаштовуючи джерело живлення з регульованою напругою встановлюється

115

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

плавно (без коливань) на перевірюваному приладі відлік, що відповідає оцифрованій точці, підходом зліва. Записується умовно істинне значення (за показами зразкового приладу) вимірюваної величини xд,л .

Це ж саме виконується підходом стрілки справа і записується умовно істинне значення вимірюваної величини xд,п .

	Дійсне значення вимірюваного струму при перевірці згідно з рис. 5.3
визначається як
					Iд N A CА ,			(5.18)
					зр	зр
де	N A	— відлік	по	шкалі	зразкового	амперметра, CА	— стала	шкали
	зр					зр
зразкового амперметра.
	Дійсне значення вимірюваної напруги у при перевірці згідно з рис. 5.5
визначається як
					Uд NV CV ,			(5.19)
					зр	зр
де	NVзр	— відлік	по	шкалі	зразкового	вольтметра, CVзр	— стала	шкали

зразкового амперметра.

Якщо для розширення межі вимірювання зразкового амперметра використовують вимірювальний трансформатор струму ВТC (рис. 5.4), то дійсне значення вимірюваного струму визначається з врахуванням коефіцієнта трансформації

Iд N A	CА	kI ,ном ,	(5.20)
зр	зр

Перевірку вольтметра з межами вимірювання від 250 до 600 В (750 В) здійснюють за схемою, зображеною на рис. 5.6, в якій використано навантажувальний трансформатор напруги НТ для одержання напруги до 600 В (750 В). Тоді дійсне значення вимірюваної напруги визначається з врахуванням коефіцієнта трансформації

Uд NVзр CVзр kU ,ном ,

(5.21)

Знайдене таким чином значення похибки порівнюється з обчисленими границями відхиленнь показу приладу від дійсного значення і у випадку перевищення похибкою цієї границі перевірюваний прилад визнається непрадатним для вимірювань, оскільки він не відповідає своєму класу точності.

Результати перевірки записуються у таблицю 5.2.

3.ПРАКТИЧНІ ВКАЗІВКИ

3.1.Практичні вказівки до розв’язування задачі

116

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

3.1.1. Аналіз умови задачі. Необхідно перевірити вольтметр М903 класу точності 1,5 та межею вимірювання 50 В.

Задача вважається розв’язаною, якщо:

вибрана схема метрологічної перевірки;

обчислено граничну (допустиму) похибку результату вимірювання перевірюваним приладом;

вибрані зразкові засоби вимірювальної техніки: клас точності, систему та межу вимірювання зразкового приладу;

пораховано граничну (допустиму) похибку дійсного (умовно істиного) значення величини;

перевірено чи виконується вимога щодо точності зразкових засобів вимірювальної техніки.

3.1.2. Вибір схеми метрологічної перевірки

Оскільки встановлене на лабораторному стенді регульоване джерело живлення має діапазон регулювання 120 В, то для перевірки доцільно вибрати схему, що зображена на рис. 5.5, б.

3.1.3. Обчислення граничної (допустимої) похибки показів перевірюваного приладу

Обчислення граничної (допустимої) похибки показів перевірюваного приладу здійснюється виходячи з табл. 5.1 у вигляді абсолютної або відносної похибки.

Гранична (допустима) абсолютна похибка показів перевірюваного вольтметра М903 класу точності 1,5 та межею вимірювання 50 В становить:

гр,x гр,x Uк,Vx 1,5 50В 0,75В . 100% 100%

3.1.4. Вибір зразкових засобів вимірювальної техніки: класу точності, системи та межі вимірювання зразкового приладу

Перевірюваний прилад типу М903 належить до магніто-електричної системи. З наявних на лабораторному стенді зразкових приладів є лише один прилад магніто-електричної системи — це М2044 класу точності 0,2 з межами вимірювань 0,075В, 0,15В, 0,3В, 0,75В, 1,5В, 3В, 7,5В, 15В, 30В, 75В, 150В.

117

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

Його і виберемо у якості зразкового. Серед можливих меж вимірювання приладу М2044 необхідно вибрати межу, що відповідала б вимозі (5.5). Таким чином обираємо межу вимірювання 75 В. Тому інших додаткових зразкових засобів вимірювальної техніки не потрібно.

3.1.5. Обчислення граничної (допустимої) похибки дійсного значення вимірюваної величини

(граничної похибки зразкового засобу вимірювальної техніки)

Для зразкового вольтметра М2044 класу точності 0,2 та межею вимірювання 75 В Гранична (допустима) абсолютна похибка результату вимірювання становить

гр,зр гр,зр Uк,Vзр 0, 2 75В 0,15В .

100% 100%

3.1.6. Перевірка виконання вимоги щодо забезпечення необхідного рівня точності зразкових засобів вимірювальної техніки

Тепер необхідно перевірити чи виконується вимога щодо забезпечення необхідного рівня точності зразкових засобів вимірювальної техніки

Згідно з пунктом 3.1.5 Гранична (допустима) абсолютна похибка результату вимірювання зразковим вольтметром становить гр,зр 0,15В .

Поділивши знайдене в пунктіі 3.1.2 числове значення граничної (допустимої) похибки результату вимірювання перевірюваним вольтметромгр,x 0,75В на коефіцієнт k 5 отримуємо:

1k гр,x 15 0,75В 0,15B

Як вже було зазначено в 2.4.1 при перевірці амперметрів та вольтметрів класу 1,0 — 5,0 коефіцієнт k може приймати значення 4. Проте це лише за умови, що варіація показів зразкового приладу не має перевищувати значення половини границі відхиленнь показу приладу від дійсного значення, що визначається відповідно до класу точності. Оскільки нема інформації про варіацію, то вибрано значення коефіцієнта 5.

Зіставивши отримане значення з граничною (допустимою) похибкою результату вимірювання зразковим вольтметром гр,зр 0,15В , бачимо, що

вони рівні.

118

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

Висновок: приладом М2044 класу точності 0,2 та границею вимірювання 75 В можна перевірити вольтметр М903 класу точності 1,5 з межею вимірювання 50 В методом безпосереднього порівняння зі зразковим.

3.2.Практичні вказівки до виконання експерименту

Зібрати схему для проведення експерименту, увімкнути живлення та прогріти прилад (особливо електронний чи цифровий) протягом 15 хвилин при номінальному значенні відхилення вказівника перевірюваного приладу.

Для визначення основної похибки та варіації показів, плавно змінюючи вимірювану величину, встановлюють вказівник приладу, що перевіряється, на перевірювану оцифровану позначку шкали двічі: збільшуючи та зменшуючи вимірювану величину (тобто плавно підводячи вказівник до позначки, що перевіряється, спершу зліва, а потім справа). Перевірку доцільно починати з кінцевого значення шкали, при цьому під час підведення вказівника до кінцевої оцифрованої позначки справа можна допустити незначне перевантаження, перевівши вказівник на 1 – 2 мм за цю позначку.

Результати перевірки записують до табл. 5.2.

Записати технічні характеристики використовуваних приладів в табл. 5.3.

3.3.Практичні вказівки до опрацювання результатів експериментів

Для наочності і кращої зрозумілості проведемо опрацювання результатів експерименту, що представлені в табл. 5.2.

Стовпчик 1 таблиці 5.2 містить оцифровані позначки шкали перевірюваного приладу. У стовпчиках 2 та 3 знаходяться результати вимірювання — кількість поділок зразкового приладу при встановленні оцифрованої позначки зі стовпчика 1 при підході зліва (стовпчик 2) та справа (стовпчик 3).

Дійсні значення вимірюваної напруги (стовпчики 5 та 6 таблиці 5.2) обчислюються за виразом.

UVзр ,л СVзр NVзр ,л 0,5 подВ 19 под 9,5В .

Абсолютні похибки приладу (стовпчики 7 та 8 таблиці 5.2) обчислюються як :

U x ,л UVx UVзр ,л 10B 9,5B 0,5B .

119

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

Границі відхилення показу від дійсного значення перевірюваного приладу визначаються класом точності перевірюваного вольтметра та його межею вимірювання згідно табл. 5.1:

		V ,гр Uк,V	x		1,5% 50B	0,75B
		x
U x ,гр		100%			100%
Абсолютна варіація обчислюється згідно виразу (5.12) як

B	UV ,л UV ,п					0,5B 0,5B			0B
	зр	зр
Графіки залежностей допустимих				і			експериментально визначених
абсолютних похибок перевіреного		приладу у функції його показів будуються
за даними зі стовпчиків 7, 8 та 9 таблиці 5.2.

Рис. 5.7. Графіки залежностей допустимих і експериментально визначених абсолютних похибок перевіреного приладу у функції його показів

Висновок: вольтметр М903 відповідає свому класу точності. Метрологічна перевірка проведена методом безпосереднього порівняння зі зразковим з граничною похибкою 0,0866 В.

4. ПРЕДСТАВЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТІВ

Таблиця 5.2

Результати перевірки приладу __М903__ Температура повітря _22,5_°С

120

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

Показ приладу, що перевіряється				Показ зразкового приладу			Стала зразкового приладу	Дійсне значення			вимірюваної величини		Абсолютна похибка			приладу, що		перевіряється		Границі відхилення показу від дійсного значення			Абсолютна варіація	Гранична абсолютна похибка результату вимірювання дійсного значення зразковим приладом
UV			NVзр ,л		NVзр ,п		CVзр	UVзр ,л			UVзр ,п		U	x	,л			U	,п		U	,гр	B		uB U	зр
	x																	x			x
	В		под.		под.		В	В			В		В					В			В		В		В
10			19		19		0,5	9,5			9,5		0,5					0,5		0,75			0		0,15 В
20			40		39		0,5	20,0			19,5		0					0,5		0,75			0,5		0,15 В
30			59		61		0,5	29,5			30,5		0,5					-0,5		0,75			1,0		0,15 В
40			80		79		0,5	40,0			39,5		0					0,5		0,75			0,5		0,15 В
50			100		99		0,5	50,0			49,5		0					0,5		0,75			0,5		0,15 В
																								Таблиця 5.3
			Технічні характеристики використовуваних засобів вимірювання
			Назва засобу				Система				Верхня						Клас				Заводський
	№						(умовне				межа										номер, рік
		вимірювання														точності
						позначення)				вимірювань											випуску
	1		М903				магніто-				50 В							1,5			24292, 1989
							електрична
	2		М2044				магніто-				75 В							0,2			90052, 1984
							електрична

ЗМІСТ ЗВІТУ

1.Мета роботи.

2.Завдання.

3.Розв'язок задачі.

4.Робочі електричні принципові схеми перевірки.

5.Таблиця результатів перевірки.

6. Графіки залежностей допустимих і експериментально визначених абсолютних похибок перевіреного приладу у функції його показів

доп. f x

x f x

8.Технічні характеристики використаних засобів вимірювань.

9.Висновок стосовно придатності перевіреного приладу до застосування.

121

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.В чому полягає перевірка засобу вимірювань?

2.Які є методи метрологічної перевірки ?

3.В чому полягає різниця між основною та додатковою похибками приладу?

4.Дайте означення класу точності засобу вимірювань.

5.Які є способи задання класу точності приладів, як за ними обчислюється гранична похибка показів приладів?

6.Що таке абсолютна, відносна, зведена похибки приладу?

7.Що таке нормувальне значення і як воно залежить від шкали приладу?

8.Що таке варіація показів приладу? Як її визначити при перевірці приладу?

9.Як здійснюють перевірку приладів методом безпосереднього порівняння із зразковим?

10.Який прилад вважається зразковим?

11.На яких позначках перевіряють прилад?

12.Яке співвідношення повинно забезпечуватись між граничними (допустимими) похибками перевірюваного та зразкового приладів?

13.Які схеми застосовують при перевірці амперметрів і вольтметрів методом безпосереднього порівняння зі зразковим?

14.На підставі яких даних можна зробити висновок щодо придатності до застосування перевіреного приладу?

15.Дайте визначення приладів прямого перетворення.

16.Чим визначається точність метрологічної перевірки ?

17.Які умови називаються нормальними ?

18.Які умови називаються робочими ?

19.У яких випадках співвідношення між між граничними (допустимими) похибками перевірюваного та зразкового приладів може приймати значення 3 та 4?

20.У яких випадках дозволяється вибір співвідношення між граничними (допустимими) похибками результатів вимірювання струму перевірюваного та зразкового амперметрів меншим за 5?

122