Министерство образования РФ.

красноярский государственный технический

университет

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Методические указания по лабораторным работам № 1,2 для студентов специальностей 1001, 1002, 1004, 1807,2104

Красноярск 2001

УДК 621.317

Основы метрологии и информационно-измерительной техники. Методические указания по лабораторным работам №2,2 / Составили: Геннадий: Петрович Образцов, Татьяна Ивановна Танкович, Александр Юрьевич Южанников; КГТУ. - Красноярск: 2001,24 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета

© кгту, 2001

1. Общие рекомендации по выполнению работ

Задачи, предлагаемые на лабораторных занятиях, могут бытъ решены только при условии предварительной подготовки.

Необходимо определиться с целью задания; знать назначение тельной установки, ее принцип действия, мнемоническую схему

По материалам методических указаний следует предварительно познакомиться с основными параметрами объекта исследования и источников питания, а также с техническими параметрами имеющихся на стенде промежуточных преобразователей электроэнергии, измерительных приборов пуско-регулирующих аппаратов и нагрузочных устройств. В соответствии с каждым этапом задания составляют схемы соединения электрических элементов исследуемого объекта и электроизмерительных средств. Рекомендуется сначала соединять участки цепи с последовательным соединением элементов устройства и приборов, а затем с параллельным, что позволит оценить назначение каждого элемента цепи.

Для исключения возможности возникновения больших токов в собранной цепи переключатели потенциометров и указатели автотрансформаторов устанавливают в положение, соответствующее минимуму напряжения на выходе, реостаты должны быть полностью введены.

Собранная студентами схема проверяется преподавателем, только с его разрешения можно включить источник питания и провести предварительное опробование цепи. Приступать к измерениям можно, только будучи уверенным, в том, что цепь собрана верно.

В случае, если стрелка какого-либо прибора выходит за пределы шкалы, а диск счетчика вращается в обратном направлении, надо отключить цепь от источника питания и переключить подходящие к прибору провода.

При снятии характеристики объекта исследования недопустимо превышать номинальные значения' токов и напряжений испытуемого электротехнического устройства.

Снятие показателей со всех, приборов необходимо по возможности производить одновременно. В случае сомнения в правильности полученных результатов измерения следует повторить несколько раз.

Результаты всех измерений сводят в Таблицу. Запись должна соответ­ствовать показаниям измерительных приборов без каких-либо пересчетов

Редактор,

Подп. в печать . Формат 60x84/16. Бумага тип. №3 Офсетная печать. Усл.печ.л. . Уч.-изд.л.1,5 .Тираж 200 экз

Заказ с

Редакционно-издательский отдел КГТУ 660074, Красноярск, ул.Киренского, 26 Отпечатано на ротапринте КГТУ

2. Обработка результатов показании прибора

Результат измерения должен быть выражен двумя числами, поскольку, только такое представление результата является технически правильным [1],

например

U = (220 ±5), (2,1)

где 220 - показания прибора,

в; ±5-диапазон погрешности, обусловленный классом точности прибора, в. в практике измерений различают точность прибора и точность измерения величины. Точность прибора согласно ГОСТ 13109-97 оценивается

а) абсолютной погрешностью

∆=±а, (2.2)

где ∆-разность между измеренной прибором величиной Х_п и истинным значением измеряемой величины Х, т.е.

∆ = Х_п – Х; (2.3)

6} приведенной погрешностью

(2.4)

где -предел допустимой приведенной погрешности в % от нормирующего значения Х_N.

Нормирующее значение Хn, определяется видом шкалы, например, если крайние значения шкал приборов имеют значения 0-100; 15-50; 100-0-100, то нормирующие значения Хn будут соответственно равны 100, 35 и 200;

в) относительной погрешностью

(2.5)

где -предел допустимой относительной погрешности в % от значения измеряемой величины Х_N.

По указанному на шкале аналогового прибора классу точности у_кm и уравнениям

, (2.6)

определяют относительную погрешность:

(2-7)

Результат измерения в общем виде выражается формулой

Х =Х_П(1±). (2.8)

Прибор следует взять такой, чтобы предел измерения, был близок к измеряемому значению. Для лабораторных работ допускают, что случайные погрешности малы, поэтому измерения проводят один раз с последующей оценкой относительной погрешности.

2.1. Рекомендации по измерению электрических величин

Приборы, представленные на стендах, измеряют напряжение, ток мощность и энергию методом непосредственной оценки.

Цепи постоянного тока. В цепях постоянного тока могут использоваться как магнитоэлектрические, так и электромагнитные приборы с преобразователями. При подключении магнитоэлектрических приборов к источнику питания следует соблюдать полярность их присоединения. Предел измерения приборов должен быть близок к значениям. Измеряемых величин,

Токовые катушки приборов включают последовательно в цепь с используемым объектом, а катушки напряжения - параллельно.

Сопротивление прибора, соизмеримое с входным сопротивлением измерительной цепи, может внести погрешность в результат измерений. Такую погрешность принято называть погрешностью метода [2].

; 2.9)

(2.10)

где - соответственно погрешности измерения тока и напряжения

r_в - входное сопротивление измерительной цепи;

r_A, r_V - соответственно сопротивления приборов для измерения тока и напряжения.

Цепи переменного тока. в цепях переменного тока используются в основном электромагнитные и электродинамические приборы.

Погрешности метода измерения, определяемые соотношением прибора и цепи, в данном случае заведомо мало и могут не учитываться. В цепях переменного тока приборы обычно показывают действующее значение измеряемой величины.

При измерении активной мощности (энергии) в однофазных цепях переменного тока с помощью ваттметров необходимо правильное включение прибора а схему токовую обмотку включают последовательно с объектом измерения, а обмотку напряжения - параллельно исследуемому объекту. В трехфазных цепях обычно пользуются двумя ваттметрами. Генераторные зажимы ваттметров включают, например, в фазы А и С, в негенераторные зажимы обмоток напряжения - в фазу В источника питания. 1 Цена деления ваттметра, Вт/дел,

(2.11)

где и_ш I_Н - номинальные пределы измерения по напряжению и току;

n-полное число делений шкалы прибора.

При измерении реактивной мощности обмотку напряжения ваттметров заключают в фазы, в которые не включена токовая обмотка.

ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ, ОФОРМЛЕНИЮ И ЗАЩИТЕ ОТЧЕТА

Требования и рекомендации к структуре и содержанию отчета определены стандартом предприятия СТП КГТУ 01-01 «Лабораторные работы. Общие положейия, структура и содержание методических указаний».

На титульном листе указываются: министерство, университет, кафедра, название и номер работы, Ф.И.О. студента, выполнившего работу, Ф.И.О. преподавателя, дата выполнения и защиты работы.

Отчет необходимо выполнять в соответствии с требованиями ГОСТов И стандарта предприятия СТП 01-01 «Общие требования к оформлению тек­стовых и графических студенческих работ. Текстовые материалу и иллюстрации».

В таблицах указывают единицы измерения исследуемых величин. Ка­ждая таблица должна иметь заголовок.

-Результаты опыта необходимо обработать. Особое внимание следует уделять графикам зависимостей, которые дают наглядное представление о результатах проделанной работы. Вычерчиать схемы и таблицы необходимо с использованием чертежного инструмен­та.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Поверка вольтметров, амперметров и ваттметров

Цель: знакомство с методикой, поверки показывающих приборов прямого действия, для определения соответствия прибора своему классу точности.

Краткие сведения о поверке аналоговых приборов

Основные положения системы метрологического надзора за средствами измерений (СИ) установлены. ГОСТ. 8.002.- 86 проведения поверки, ревизии и экспертизы средств измерений».

Метрологический надзор, осуществляемый органами государственной метрологической службы, называется государственным, а осуществляемый органами ведомственной метрологической службы-ведомственным.

В России применяются три формы метрологического надзора; поверки СИ, Метрологическая ревизия и метрологическая экспертиза.

Поверкой принято называть операцию определения соответствия прибора классу точности.

Различают следующие виды поверки: первичная, периодическая, внеочередная, инспекционная и экспертная.

Первичная поверка, проводится при выпуске средства измерений из производства и ремонта.

Периодическая поверка производится при эксплуатации (хранении) средства измерений через определенные межповерочные интервалы установленные с расчетом обеспечения метрологической исправности на период между поверками, т.е. его пригодность к применению.

Внеочередная поверка проводится при эксплуатации (хранении) средства измерения вне зависимости от сроков периодической поверки.

Инспекционная поверка проводится при выявлении исправности (пригодности к применению) средства, измерений при осуществлении надзора и ведомственного контроля на предприятиях и в местах его эксплуотации.

Экспертная поверка выполняется при возникновенииспорных вопросов по метрологическим характеристикам, исправности средства измерений и пригодности его к применению. Пригодными к применению признаются средства измерений, поверка которых, выполненная в соответствии с действующими НТД (нормативно-технические документы), подтверждает их соответствие требованиям этих документов.

Измерении - нахождение значения физической величины (ФВ) опытным путем с помощью специально предназначенных для этого технических средств. Измерения делят на прямые, косвенные, совокупные и совместные. На практике же применяют прямые и косвенные измерения.

При прямом измерении искомое значение находят непосредственно из опытных данных, например, измерение электрического напряжения вольт­метром.

Косвенным называют измерение, при котором искомое значение ФВ вычисляют на основании известной зависимости между этой ФВ и величи­нами прямых измерений. Примером таких измерений может служить опреде­ление удельного сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.

Под совокупным понимают одновременно выполняемые измерения нескольких одноименных ФВ, искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Примером этих измерений могут служить измерения сопротивления отдельных декад магазина сопротивлений, значения которых находят по известному сопротивлению катушки и результатам прямого сравнения сопротивлений различных сочетаний декад.

Совместными называют производимые одновременно измерения двух или нескольких одноименных величин с целью нахождения зависимости между ними, например, нахождение электрического сопротивления при температуре 15оС и температурных коэффициентов измерительного резистора по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах. При измерениях, выполняемых при поверке, градуировке или аттестации средств измерений, за действительное значение принимают показание образцового средства измерения, а за измеренное - показание поверяемого средства измерения.

Истинное значение физической величины - значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Так как истинное значение определить практически невозможно, вместо истинного пользуются действительным значением.

Действительное значение физической величины - значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности измерительным приборов.

Абсолютная погрешность прибора ∆ - есть разность между показанием прибора Хn и истинным значением X измеряемой величины:

А (1.1)

Относительная погрешность прибора - представляет собой отно­шение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины Х_д:

(1.2)

Для получения действительного значения измеряемой величины устанавливают погрешности средств измерений введением поправок. Поправкрй называется абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком:

(1.2)

Приведенная погрешность прибора - есть отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению X_N (длины шкалы прибора);

(1.4)

В зависимости от характера измеряемой величины погрешности СИ делят на статические и динамические.

Статическая погрешность СИ - погрешность СИ, применяемого для измерения не изменяющейся во времени величины.

Динамическая погрешность СИ - разность между погрешностью в СИ в динамическом режиме и его статической погрешностью, соответствует значению величины в данный момент времени.

По характеру изменения погрешности СИ делятся на систематические и случайные.

Систематическая погрешность - погрешность постоянная или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же велнчины.

Случайная погрешность - погрешность, изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины.

В зависимости от условий, в которых производят измерения, различают погрешности СИ основную и дополнительную.

Основная погрешность - погрешность СИ, применяемого в нормальных условиях.

Дополнительная погрешность - погрешность СИ, вызываемая отклонением условий эксплуатации от нормальных.

Другими важными характеристиками приборов является: вариация показаний, время установлении показаний и чувствительность к измеряемой величине.

Вариация показаний прибора у_вар ~ это наибольшая разность между показаниями прибора при одном и том же значении измеряемой величины:

(1.5)

где Х_{д.восх ,} Х_д.нисх - значения измеряемой величины, установленные одним плавным увеличением и плавным уменьшением.

Чуветвительностью S прибора к измеряемой величине называется производная' от перемещения указателя а по измеряемой величине X:

(1.6)

Время установления показаний прибора - это промежуток времени с момента подключения или изменения измеряемой величины до момента, ко­гда отклонение указателя от установившегося значения не превышает 1 % длины шкалы.

При поверке классы точности образцового и поверяемого приборов •должны иметь отношение 1:4,. 1:5. Приборы поверяют сравнением показаний испытуемых приборов с показаниями образцового прибора. Поскольку в качестве испытуемых используются приборы классов точности от 1,0 до 2,5, то образцовые приборы выбирают классов 0,2 и 0,5.

Рисунок 1.1. - Схема поверки приборов прямого действия: а - вольтметра, б - амперметра

Поверка предусматривает:

1. внешний осмотр прибора;

2. влияние наклона прибора на отклонение указателя;

3. определение времени установления показаний прибора;

4. определение основных погрешностей прибора;

5. определение вариаций показаний прибора;

6. определение отклонения указателя от нулевой отметки шкалы.

Определять основные погрешности электроизмерительных приборов можно двумя способами: 1) методом измерения величин, воспроизводимых образцовыми мерами, значения которых выбираются равными всем цифровым отметкам шкалы прибора. Наибольшая разность между результатом измерения и соответствующим ему размером мер является в этом случае основной погрешностью прибора; 2) методом сравнения показаний поверяемого и образцового приборов при измерении одной и той же величины (рисунок 1.1). Разность между показаниями образцового и поверяемого приборов определяет погрешность поверяемого прибора.