Исследование метрологических характеристик

Метрологические характеристики

Измерительных приборов

Методические указания
к выполнению лабораторных работ

Составители:
К. В. Сафронова, Б. П. Сибринин, В. А. Баранов

Пенза

Издательство ПГУ

УДК 006 (075.32)

Р е ц е н з е н т

кандидат технических наук,
главный метролог ФГУП НИИЭМП

Г. А. Солодимова

Прямые и косвенные измерения : метод. указания к выполнению лаб. работ / сост.: К. В. Сафронова, Б. П. Сибринин, В. А. Баранов. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2011. – с.

Даны методические указания по исследованиям метрологических характеристик комбинированного аналогового прибора и влияния частоты и формы кривой измеряемого напряжения на показание вольтметра.

Методические указания подготовлены на кафедре «Метрология и системы качества» и предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Метрология, стандартизация и сертификация», а также для студентов других специальностей, изучающих дисциплины, связанные с метрологией и техническими измерениями.

УДК 006 (075.32)

© ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа Л-01-1. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК КОБИНИРОВАННОГО АНАЛОГОВОГО ПРИБОРА

Литература

Приложение 1. Тест для подготовки к проведению лабораторной работы Л-01-1

Приложение 2. Основные метрологические характеристики используемых приборов

Лабораторная работа Л-01-2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧАСТОТЫ И ФОРМЫ КРИВОЙ ИЗМЕРЯЕМОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОКАЗАНИЯ ВОЛЬТМЕТРА

Литература

Приложение 1. Коэффициент формы и коэффициент амплитуды

синусоидального сигнала

Приложение 2. Основные технические характеристики комбинированных приборов при измерениях на переменном токе

Приложение 3. Тест для подготовки к проведению

лабораторной работы Л-01-2

Приложение 4. Коэффициент формы и коэффициент амплитуды синусоидального сигнала

Лабораторная работа Л-01-1

Исследование метрологических характеристик

комбинированного аналогового прибора

Цель работы:приобретение навыков проведения эксперимента по исследованию метрологических характеристик комбинированного аналогового прибора при измерении силы постоянного тока.

Задачами лабораторной работы являются:

– изучение функциональной электрической схемы аналогового многопредельного прибора при работе в режиме измерения силы тока;

– изучение нормированных метрологических характеристик;

– исследование погрешности в оцифрованных отметках шкалы испытуемого прибора;

– исследование вариации показаний;

– вычисление поправок к результатам измерений;

– экспериментальное определение внутреннего сопротивления прибора.

Используемое оборудование:

исследуемый прибор: комбинированный аналоговый прибор;

рабочий эталон: комбинированный цифровой прибор.

Вспомогательные средства измерений и оборудование:

- магазин сопротивлений;

- источник постоянного напряжения;

- модуль с резистором;

- средства контроля условий эксперимента (напряжения и частоты питающей сети, температуры и влажности окружающего воздуха, атмосферного давления).

1 Подготовка к работе (домашнее задание)

1.1 Изучите теоретический материал, относящийся к данной работе по литературе [1 - 3] и описанию работы.

1.2 Подготовьте ответы к тесту (Приложение 1).

1.3 Электрическая функциональная схема аналогового комбинированного прибора в режиме измерения силы постоянного тока приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Электрическая функциональная схема аналогового комбинированного прибора в режиме измерения силы постоянного тока

На рисунке 1 приняты следующие обозначения:

ИМ – магнитоэлектрический измерительный механизм (микроамперметр);

R₁ – R₇ – сопротивления, образующие шунт;

S – переключатель пределов измерений.

2 Порядок выполнения работы
и методические указания

2.1 Изучение нормированных метрологических характеристик

Метрологическая характеристика – характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность. Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально - действительными метрологическими характеристиками.

Нормированные метрологические характеристики (МХ) приведены в эксплуатационной документации средства измерений.

К МХ комбинированного аналогового прибора относятся:

– пределы измерений;

– цена деления шкалы;

– класс точности (пределы допускаемой основной приведенной погрешности и соответствующие нормальные условия);

– напряжение на зажимах прибора (или соответствующее ему входное сопротивление);

– вариация показаний;

– невозвращение стрелки к нулевой отметке шкалы;

– время установления показаний.

Нижним или верхним пределом измерений называют значения величины, ограничивающие диапазон измерений соответственно снизу и сверху.

Диапазон измерений средства измерений ‑ область значений величины, в пределах которой нормированы пределы допускаемой погрешности средства измерений.

Цена деления шкалы ‑ разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений (на каждом пределе разная)

Класс точности ‑ обобщенная характеристика данного типа средств измерений, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.

Напряжение на зажимах прибора – максимальное значение напряжения на зажимах прибора при протекании через него тока, равного пределу измерений. Входное сопротивление для выбранного предела измерений амперметра определяется как отношение напряжения на зажимах прибора к пределу измерений.

Вариация показаний ‑ разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины. Вариация может быть обусловлена наличием трения в опорах подвижных узлов, люфта в механической системе и др. причинами.

Невозвращение указателя к нулевой отметке шкалы – остаточное отклонение указателя от нулевой отметки при плавном уменьшении измеряемой величины от максимального значения до нуля.

Время установления показаний – интервал времени с момента изменения измеряемой величины до момента, когда указатель не удаляется от окончательного положения более, чем на 1% длины шкалы. Время установления показаний для аналоговых приборов не должно превышать 4 с.

Для выбранного предела измерений в диапазоне от 1 до 15 мА заполните таблицу 1, используя технические описания исследуемого прибора и рабочего эталона (приложение 2).

Таблица 1 – Основные метрологические характеристики используемых приборов при измерении силы постоянного тока

2.2 Исследование погрешности в оцифрованных отметках шкалы аналогового комбинированного прибора

Исследование погрешности проводится методом сличения показаний аналогового прибора с показаниями цифрового прибора.

2.2.1 Подготовка к проведению эксперимента

Установите прибор в положение, указанное на шкале:

– горизонтальное положение;

_┴ – вертикальное положение.

Проведите, если необходимо, регулировку и настройку исследуемого прибора и рабочего эталона, используя раздел "Порядок работы" их эксплуатационной документации. Обратите внимание, что погрешность цифрового прибора не превышает нормированной только после указанного в техническом описании времени прогрева и последующих операций установки нуля и калибровки. У исследуемого прибора необходимо установить стрелку на нулевую отметку механическим корректором (осуществляется при отсутствии входного сигнала).

Выберите и установите предел измерений исследуемого прибора, на котором будет выполняться эксперимент, в диапазоне от 1 до 30 мА. Схема соединений приборов приведена на рисунке 2. В качестве источника питания используется источник постоянного стабилизированного напряжения с двумя регулировками "Грубо" и "Плавно".

Рисунок 2

На цифровом приборе установите предел измерений, ближайший больший в сравнении с выбранным пределом измерений комбинированного аналогового прибора. Проверьте соотношение классов точности цифрового и комбинированного аналогового приборов. Согласно ГОСТ 8.497-83 соотношение между пределами допускаемой абсолютной (или относительной) погрешности рабочего эталона и исследуемого прибора должно быть не более чем 1:5. Это соотношение должно соблюдаться и в том случае, когда при проведении эксперимента приходится переключать предел измерений цифрового прибора. Например, если предел измерений I_к аналогового прибора составляет 15 мА, то при исследовании его погрешности у цифрового прибора придется использовать пределы измерений 10 и 100 мА.

У комбинированного цифрового прибора Щ300 нормируются пределы допускаемой основной относительной погрешности, выражаемые по двучленной формуле в виде:

,

где I_ок – предел измерений, мА;

I_о – результат измерений, мА.

На пределе измерения 10 мА (таблица 2.2 приложения 2):

а на пределе 100 мА:

Проведем сравнение пределов допускаемой абсолютной погрешности комбинированного аналогового и цифрового приборов.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности комбинированного аналогового прибора определяются по формуле:

,

где γ – предел допускаемой основной приведенной погрешности, %.

Если прибор класса точности 1,0 исследуется на пределе 15 мА, то пределы допускаемой абсолютной погрешности комбинированного аналогового прибора

мА.

Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности цифрового прибора выражаются формулой:

.

На пределе I_к = 10 мА

‑ при токе I_о= 0 мА мА;

‑ при I_о=10 мА мА;

На пределе I_к = 100 мА

‑ при I_о=10 мА мА;

‑ при I_о=15 мА мА.

На рисунке 3 приведены графики зависимостей и в диапазоне от 0 до 15 мА.

Рисунок 3 - Графики зависимостей и в диапазоне от 0 до 15 мА.

Сравнение и показывает, что при токе I = 10 мА отношение пределов погрешностей рабочего эталона и проверяемого приборов составляет 1:15, а при токе I = 15 мА – 1:3. Последнее соотношение допустимо для проверяемых амперметров и вольтметров класса точности 0,5 и ниже.

Определите цену деления С исследуемого прибора на выбранном пределе измерений:

,

где – максимальное число делений на шкале, соответствующей измерению на постоянном токе. Такая шкала отмечена знаком "–".

Рассчитайте сопротивление R_н магазина, задавшись напряжением питания E_max=15 В. При этом расчете допускается пренебрегать внутренним сопротивлением как исследуемого аналогового, так и цифрового приборов:

. (1)

Значение R_н необходимо выставить до подключения источника напряжения к цепи. В противном случае большой ток может вывести прибор из строя.

Соберите схему (рисунок 2), установите переключатели приборов в соответствующие положения, включите питание и проверьте её функционирование. При этом убедитесь, что регулировкой напряжения питания можно установить стрелку вплоть до ограничительного штифта с правой стороны шкалы. В противном случае, выставив E_max, уменьшите R_н так, чтобы стрелка отклонялась до штифта.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: