МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ

НАЦІОНАЛЬНИЙ МОРСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра

«Електротехніка і електрообладнання|електроноустаткування|суден»

Електричні

ВИМІРИ|вимірювання|

Методичні вказівки для виконання розрахунково графічних завдань|задавань|

Спеціальність

6.090214 «Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні, меліоративні машини і обладнання»

Одеса- 2011

Методичні вказівки розроблені Смрковським Едуардом Владиславовичем доцентом кафедри "Електротехніка і електрообладнання суден", Машіним Володимиром Миколайовичем – старшим викладачем тієї ж кафедри, Гаур Тетяною Олександрівною асистентом тієї ж кафедри Одеського національного морського університету.

Методичні вказівки схвалені кафедрою "Електротехніка і електрообладнання суден" ОНМУ 20 січня 2011 р. (протокол № 5-10/11).

ЗМІСТ

1. Електричні виміри, електромеханічні пристрої………………………..3

2. Розрахунок погрішностей вимірювань………………………................9

Література......................................................................................................15

1. ЕЛЕКТРИЧНІ ВИМІРЮВАНЯ |вимірювання|, ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ ПРИЛАДИ

Виміром|вимірюванням| називається знаходження значення фізичної величини дослідним|досвідченим| шляхом|колією| за допомогою спеціальних технічних засобів|коштів|.

Результат виміру|вимірювання| - значення фізичної величини, знайденою шляхом її виміру|вимірювання|.

Засоби|кошти| вимірів|вимірювань| поділяються на - міри, вимірювальні перетворювачі, вимірювальні прилади, вимірювальні установки і вимірювальні системи.

Міра – засіб|кошт| вимірів|вимірювань|, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру.

Вимірювальний перетворювач - засіб|кошт| вимірів|вимірювань| для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, зручній для передачі, перетворення, обробки і зберігання, але,|та| що не подається безпосередньому сприйняттю спостерігачем.

Вимірювальний прилад - засіб|кошт| вимірів|вимірювань|, призначений для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприйняття спостерігачем.

Вимірювальна установка – сукупність функціонально об'єднаних|з'єднаних| засобів|коштів| виміру|вимірювання|, призначена для вироблення інформації у формі, зручній для безпосереднього сприйняття спостерігачем і розташована|схильна| в одному місці.

Вимірювальна інформація – це кількісна оцінка стану |стану| матеріального об'єкту, отримувана|одержувати| експериментально, шляхом порівняння параметрів об'єкту з|із| мірою.

По вигляду|виду| розрізняють прямі, непрямі, сукупні і спільні|сумісні| виміри|вимірювання|.

Прямим називається вимір|вимірювання|, при якому шукане значення величини знаходять|находять| безпосередньо з|із| дослідних|досвідчених| даних.

При непрямому вимірі|вимірюванні| шукане значення величини знаходять|находять| на підставі залежності між цією величиною і величинами що піддаються прямим вимірам|вимірюванням|.

Сукупні виміри|вимірювання| проводяться|виробляють| одночасно над декількома однойменними величинами.

Спільні|сумісні| виміри|вимірювання| проводяться|виробляють| одночасно над двома, або декількома не однойменними величинами для знаходження залежності між ними.

Сукупність прийомів використання принципів і засобів|коштів| виміру|вимірювання| називається методом вимірів|вимірювань|.

Метод безпосередньої оцінки характеризується тим, що відлік значення вимірюваної величини проводиться|виробляє| безпосередньо по відліковому пристрою|устрою| вимірювального приладу.

Метод порівняння передбачає|припускає| операцію порівняння вимірюваної величини з|із| мірою в кожному з актів виміру|вимірювання|.

Порівняння можна проводити|виробляти| різними способами, тому метод розпадається на ряд|низку| різновидів, з|із| яких найбільш споживані наступні|слідуючі|:

1. Нульовий метод, при якому результуючий ефект дії вимірюваною величиною і мірою на прилад порівняння доводять до нуля|нуль-елемента|.

2. Диференціальний метод, при якому на вимірювальний прилад впливає різниця між вимірюваною величиною і відомою, відтворною мірою.

3. Метод заміщення, при якому вимірювана величина заміщається відомою величиною, відтворною мірою.

Прилади електровимірювань характеризуються: діапазоном вимірів|вимірювань|; похибками; чутливістю; потужністю, споживаною від джерела вимірюваної величини; залежністю свідчень|показань| від впливаючих величин (температури довкілля, форми кривої і частоти вимірюваного струму|току| або напруги|напруження| і так далі).

Абсолютна похибка приладу є різниця між показанням приладу і дійсним значенням вимірюваної величини :

(1)

За дійсне значення вимірюваної величини береться її значення, знайдене експериментально (наприклад, за допомогою зразкового приладу) і що настільки наближається до достеменного|істинного|, що для даної мети|цілі| воно може бути використане замість нього.

Відносна похибка приладу є відношення|ставлення| абсолютної похибки до дійсного значення вимірюваної величини:

(2)

Відносну похибку часто виражають|виказують| у відсотках|процентах| дійсного значення вимірюваної величини:

(3)

Унаслідок|внаслідок| того, що числові значення похибок виражаються|виказують| не більше ніж двома значущими цифрами, у багатьох випадках допустимо абсолютну похибку відносити до свідчення|показання| вимірювального приладу:

(4)

Приведена похибка приладу є відношення абсолютної похибки до нормуючого значення :

(5)

Нормуюче значення для приладу з|із| рівномірною або статичною|поважною| шкалою зазвичай|звично| набуває рівним кінцевому|скінченному| значенню робочої частини|частки| шкали (верхній межі виміру|вимірювання|), якщо нульова відмітка знаходиться|перебуває| на краю, або поза|зовні| шкалою.

Клас точності приладу - узагальнена характеристика приладу, визначувана межами основної похибки, що припускається, і зміною показань приладу під дією впливаючих величин, а також іншими властивостями приладу.

Знаючи клас точності приладу, можна знайти межу основної похибки, що припускається, - найбільшу основну похибку приладу, допущеного до вживання|застосування|.

Для амперметрів, вольтметрів і ватметрів |розділі|, клас точності чисельно дорівнює межі основної приведеної похибки приладу, що припускається.

Чутливість S - це відношення|ставлення| зміни вихідної величини вимірювального приладу до того, що викликав|спричиняв| її зміни вхідної величини:

(6)

Для приладів з|із| рівномірною шкалою чутливість постійна. Величина, зворотна чутливості, називається постійною приладу:

(7)

Для електродинамічних і феродинамічних ватметрів, градуйованих в діленнях|поділках| без вказівки значенні цих ділень|поділок| в одиницях вимірюваної величини, постійну у Вт/дел можна визначити по формулі:

(8)

де і- межі виміру ватметра по напрузі і струму;

- повне|цілковите| число ділень|поділок| шкали.

По характеру зміни похибки вимірів|вимірювань| підрозділяються на систематичні, випадкові і грубі (промахи).

Систематичні похибки - похибки вимірювань|, що залишаються постійними або що закономірно змінюються при багатократних|багаторазових| (повторних) вимірах|вимірюваннях| однієї і тієї ж величини в одних і тих же умовах, що становлять. Такі похибки можуть бути виявлені шляхом детального аналізу можливих їх джерел і зменшені (вживанням|застосуванням| точніших приладів, калібруванням приладів за допомогою робочих заходів і ін.). Проте|однак| повністю|цілком| їх усунути не можна.

По характеру зміни в часі систематичні погрішності підрозділяються на постійні (які зберігають величину і знак), прогресуючі| (що зростають або убувають в часі), періодичні, а також які змінюються в часі по складному неперіодичному закону.

Основ­ні з|із| цих похибкок – ті які прогресують.

Прогресуюча (дрейфова) похибка - це непередбачувана похибка, повільно|поволі| змінена в часі. Прогресуючі похибки характеризуються наступними|слідуючими| особливостями:

• можлива їх корекція поправками лише|тільки| в даний момент часу, але ці похибки знов|знову| непередбачувано змінюються;

• зміни прогресуючих похибок в часі представляють|уявляють| со­бою| нестаціонарний випадковий процес (характеристики якого змінюються| в часі), і тому в рамках|у рамках| достатньо повно розробленої теорії стаціонарних випадкових процесів вони можуть бути описані лише з|із| деякими обмеженнями.

Випадкові похибки - похибки вимірів|вимірювань|, які, змінюються випадковим чином при повторних (багатократних|багаторазових|) вимірюваннях| однієї і тієї ж величини в одних і тих же умовах. У появі таких похибок немає яких-небудь закономірностей, вони виявляються при повторних вимірах|вимірюваннях| однієї і тієї ж величини у вигляді деякого розкиду отримуваних|одержувати| результатів. Практично випадкові похибки неминучі, неусувні і завжди мають місце в результатах вимірів|вимірювань|.

Опис випадкових похибок можливий лише|тільки| на основі теорії випадкових процес­сов| і математичної статистики.

На відміну від систематичних випадкові похибки не можна виклю­чити| з|із| результатів вимірів|вимірювань| шляхом введення|вступу| поправки, проте|однак| їх можна істотно|суттєвий| зменшити шляхом багатократного|багаторазового| виміру|вимірювання| цієї величини і подальшою|наступною| статистичною обробкою отриманих результатів.

Грубі похибки (промахи) - похибки, яки істотно|суттєвий| перевищують| очікувані|сподівані| за даних умов виміри|вимірювання|. Такі похибки виникають із-за помилок оператора, або неврахованих зовнішніх дій. Їх виявляють при обробці результатів вимірів|вимірювань| і виключають з|із| розгляду|, користуючись певними правилами.

Таким чином, без врахування промахів, абсолютна похибка вимірювання|, в спільному|загальному| випадку є сумою систематичної і випадкової похибок:

(9)

Це означає, що абсолютна похибка, як і результат виміру|вимірювання|, є випадковою величиною.

З причин виникнення похибок виміру|вимірювання| підрозділяються на методичні, інструментальні, зовнішні і суб'єктивні.

Методичні похибки виникають зазвичай|звично| із-за недосконалості методу вимірів|вимірювань|, використання невірних теоретичних допущень при вимірах|вимірюваннях|, а також із-за впливу вибраного засобу|кошту| виміру|вимірювання| на вимірювані фізичні величини. При підключенні приладу електровимірювання від джерела сигналу споживається деяка потужність. Це приводить|наводить| до спотворення режиму роботи джерела сигналу і викликає|спричиняє| похибку методу виміру|вимірювання| (методичну похибку). Для розрахунку методичної похибки при вимірі|вимірюванні| струмів|токів| і напруги|напруження| необхідно знати внутрішні опори амперметрів і вольтметрів .

Якщо, наприклад, для виміру|вимірювання| струму|току| в деякий ланцюг|цеп| включити амперметр, причому вихідний опір ланцюгу|цепу| по відношенню до затиску амперметра рівний R, а напруга|напруження| холостого ходу по відношенню до тих же затисків U, то дійсне значення струму|току| в ланцюзі|цепі| (при )дорівнює|рівняється|

,

а вимірювання дорівнює

Відносна методична похибка при цьому рівна:

(10)

Якщо для виміру|вимірювання| напруги|напруження| на затисках активного двополюсника з|із| вихідним опором R і напругою|напруженням| холостого ходу U використовувати вольтметр з|із| внутрішнім опором , то для відносної методичної похибки виміру|вимірювання| напруги|напруження| можна аналогічно отримати|одержувати|:

(11)

де - напруга на затисках вольтметра.

Інструментальні (апаратурні, приладові) похибки виникають| із-за недосконалості засобів|коштів| виміру|вимірювання|, тобто із-за похибки засобів|коштів| вимірів|вимірювань|. Джерелами інструментальних похибок можуть бути, наприклад, неточне градуювання приладу і зсув|зміщення| нуля|нуль-елемента|, варіація показань приладу в процесі експлуатації і так далі. Зменшують інструментальні похибки вживанням|застосуванням| точнішого приладу.

Зовнішні похибки - важлива|поважна| складова похибок вимірювання|, пов'язана з відхиленням однієї або декількох впливаючих величин від нормальних значень або виходом їх за межі нормальної області (наприклад, вплив вологості|вогкості|, температури, зовнішніх електричних і магнит­них| полів, нестабільності джерел живлення|харчування|, механічних дій і так далі).

У більшості випадків зовнішні похибки є|з'являються| систематичними| і визначаються додатковими похибками вживаних засобів|коштів| вимірів|вимірювань|.

Суб'єктивні похибки викликаються|спричиняють| помилками оператора при відліку свідчень|показань| засобів|коштів| виміру|вимірювання| (похибки від недбалості і неуваги оператора, від паралакса, тобто від неправильного напряму|направлення| погляду при відліку показань стрілочного приладу і ін.).

Подібні похибки усуваються вживанням|застосуванням| сучасних цифрових приладів або автомати­чних| методів виміру|вимірювання|.

Різні прилади залежно від принципу дії, схеми і конструкції по-різному реагують на впливаючі величини.

Наприклад, в магнітоелектричних приладах зміна температури довкілля приводить|наводить| до наступних|слідуючих| змін: змінюються опори вимірювальному ланцюгу|цепу|, змінюються пружні властивості пружин, змінюються магнітні властивості постійного магніту, але|та| останні два явища майже повністю|цілком| взаємно компенсуються.

У електродинамічних амперметрах з|із| послідовною схемою з'єднання|сполуки| котушок|катушок| і в електромагнітних амперметрах температура впливає лише|тільки| на пружні властивості пружин. Тому температурна похибка їх не перевищує ± 0,2 % на 10 °С і не вимагає спеціальних способів компенсації.

Свідчення|показання| електродинамічних і електромагнітних вольтметрів істотно|суттєвий| залежать від частоти вимірюваної напруги|напруження|. Головною|чільною| причиною розбіжності|розходження| їх свідчень|показань| на постійному і змінному струмах|токах| є наявність індуктивного опору.

Свідчення|показання| електростатичних вольтметрів практично не залежать від частоти і форми кривої вимірюваної напруги|напруження| і крім того, ці прилади володіють дуже великим вхідним опором.

У електронних вольтметрах змінної напруги|напруження| зазвичай|звично| використовуються амплітудні випрямлячі. Свідчення|показання| таких вольтметрів залежать від амплітудного значення вимірюваної напруги|напруження|, якщо застосований амплітудний випрямляч з|із| «відкритим|відчиняти| входом», або від амплітудного значення змінної складової вимірюваної напруги|напруження|, якщо застосований амплітудний випрямляч з|із| «закритим|зачиняти| входом».

Шкали цих вольтметрів градуються в значеннях синусоїдальної напруги|напруження|, що діють. Якщо форма кривої вимірюваної напруги|напруження| відрізняється від синусоїдальної, то виникає методична похибка.

При роботі з|із| вольтметрами (амперметрами) електромагнітною, електродинамічною, термоелектричною системами, а також з|із| електронними вольтметрами, забезпеченими випрямлячами значення, що діє, і електростатичними вольтметрами потрібно враховувати, що незалежно від форми кривої свідчення|показання| цих приладів пропорційні|пропорціональні| значенню вимірюваної напруги|напруження|, що діє (якщо його спектр відповідає діапазону частот, в якому може використовуватися даний прилад).

Свідчення|показання| приладів магнітоелектричної системи залежать від постійної складової вимірюваної напруги|напруження| (або струму|току|), якщо лише|тільки| спектр змінної складової лежить в області високих частот (практично можна вважати|лічити|, що більшість вольтметрів магнітоелектричної системи не реагують на напругу|напруження| частоти 50 Гц і вище).