Поверка средств измерений и основы метрологии

3адача №1

«Поверка средств измерений и основы метрологии»

Технический амперметр магнитоэлектрической системы с номинальным током Iн=2,5А, числом номинальных делений αн=100 имеет оцифрованные деления от нуля до номинального значения, проставленные на каждой пятой части шкалы (стрелки обесточенных амперметров занимают нулевое положение).

Поверка технического амперметра осуществлялась образцовым амперметром той же системы.

1. Указать условия поверки технических приборов.
2. Определить поправки измерений.
3. Построить график поправок.
4. Определить приведенную погрешность.
5. Указать, к какому ближайшему стандартному классу точности относится данный прибор.
6. Если прибор не соответствует установленному классу точности, указать на это особо.
7. Написать ответы на вопросы:

Что называется измерением?

Измерение — совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений).

Что такое мера и измерительный прибор? Как они подразделяются по назначению?

Мера — величина, размер, степень чего-либо,

единицы измерения (единицы величин).

Измери́тельный прибо́р — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Часто измерительным прибором называют средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператора.

Измерительные приборы разделяются по назначению на:

--технические (или эксплуатационные): технические общепромышленные измерительные приборы являются рабочими приборами, применяемыми на производстве. Они просты по конструкции, надежны в работе, снабжены четкими шкалами с крупной оцифровкой, изготовляются на классы точности от 0,5 до 4,0.

- контрольные, лабораторные: контрольные и лабораторные приборы применяются для по­верки технических приборов, а также при наладочных и научно-исследовательских работах. Обычно контрольными приборами поверяют технические приборы на месте их установки, а лабораторными приборами – в помещении лаборатории. Контрольные и лабораторные приборы изготовляются более высоких классов точности, чем технические приборы, а именно, 0,5 и 1.

- образцовые и эталонные: эталонные и образцовые приборы применяются для поверки измерительных приборов. Наивысшей точностью обладают эталоны. Основное назначение эталонов – хранить и воспроизводить единицы с наивысшей точностью. Образцовые приборы в своих показаниях дают действительное значение измеряемой величины. Но образцовые приборы имеют меньшую точность, чем эталонные приборы, назначение образцовых приборов – передача при по­мощи поверки и градуировки правильных единиц измерения от эталонов остальным приборам, их классы точности 0,02-0,4.

Что такое погрешность? Дать определение абсолютной, относительной и приведенной погрешности.

Погрешность - оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения.

Абсолютная погрешность измерительного прибора определяется разностью между показаниями прибора Ах и действительным значением измеряемой величины Ад

А = Ах – Ад.

Приведенная погрешность измерительного прибора определяется отношением абсолютной погрешности к номинальному   (или наибольшему) значению рабочей шкалы прибора.

Поправка  П – это абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком. Алгебраическая сумма поправки и измеренного значения дает истинное значение измеряемой величины.

Исходные данные

 

Таблица 1

Абсолютная погрешность ∆А	-0,06	Номинальный ток Iн	2,5А
	-0,03
	+0,08
	-0,02
	+0,05

 

 

Решение

1. Условия поверки технических приборов:

- номинальная температура;

- наличие эталонного прибора;

- электрическая цепь для  проверки.

2. Поправки измерений.

Абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком, называется поправкой.

Занесем в таблицу 2 поправки измерений для каждого оцифрованного деления шкалы

 

 

 

 Таблица 2

Оцифрованные деления шкалы, А	Абсолютная погрешность ΔI, А	Поправки измерений ПI, А	Приведенная погрешность, gпр, %
2	-0,06	0,06	0,06
4	-0,03	0,03	0,03
6	+0,08	-0,08	0,08
8	-0,02	0,02	0,02
10	+0,05	-0,05	0,05

 

Рис. 1 График поправок

Число, обозначающее класс, является наибольшей приведенной погрешностью прибора на всех отметках рабочей части его шкалы.

Ответ: класс точности – 0,1.

 

3адача № 2

«Измерение тока и напряжения в цепях постоянного тока»

Измерительный механизм (ИМ) магнитоэлектрической системы рассчитан на ток IИ и напряжение UИ и имеет шкалу на αи делений.

1.Составить схему включения измерительного механизма с шунтом и дать вывод формулы rш.

2.Определить постоянную измерительного механизма по току СI, величину сопротивления шунта rш и постояyную амперметра С'I, если этим прибором нужно измерять то IН.

3.Определить мощность, потребляемую амперметром при номинальном значении тока IН.

4.Составить схему включения измерительного механизма с добавочным сопротивлением и дать вывод формулы rд.

5.Определить постоянную измерительного механизма по напряжению СU, величину добавочного сопротивления rд и постоянную вольтметра С'U, если этим прибором нужно измерять напряжение UН.

6.Определить мощность, потребляемую вольтметром при номинальном значении напряжения UН.

 

 

Исходные данные

 

Таблица 3

Наименование        величин	Единица измерения	Величина
Напряжение ИМ, UИ	мВ	8
Ток ИМ, IИ	мА	40
Число делений, αН	дел	50
Напряжение , UН	В	200
Ток , IН	А	4,0

 

Решение

1. Для расширения пределов ИМ (измерительного механизма) применяются:

• шунты – при измерении тока (в амперметрах);

• добавочные резисторы – при измерении напряжения (в вольтметрах);
• делители напряжения – при измерении напряжения в электронных вольтметрах.

Амперметр в измерительную цепь включают последовательно нагрузки с другими проводниками. Для того чтобы включение амперметра не искажало значение измеряемого тока, его сопротивление должно быть очень малым по сравнению с сопротивлением нагрузки. В том случае, когда нужно измерить ток во много раз больший, чем тот, на который рассчитан амперметр, параллельно с амперметром включают сопротивление шунта.

Вольтметр включают параллельно измеряемому участку цепи. Для того чтобы не искажать результат измерения, его сопротивление должно быть очень большим по сравнению с сопротивлением этого участка. В том случае, когда нужно измерить напряжение во много раз большее, чем то, на которое рассчитан вольтметр, последовательно с измерителем включают добавочное сопротивление.

 

Исходные данные:

ИМ магнитоэлектрической системы рассчитан на ток и напряжение и имеет шкалу на делений. Номинальное напряжение , номинальный ток .

Расчет сопротивления шунта:

Шунт – это дополнительное сопротивление, включаемое параллельно амперметру (рис.2) с тем, чтобы через это сопротивление шла бóльшая часть измеряемого тока I. Сопротивление шунта значительно меньшим, чем сопротивление рамки подвижной части ИМ магнитоэлектрической системы.

Т.к. соединение параллельное, то

.

или

.

отсюда

.

 

 

 

Из 1-го з-на Кирхгофа

.

Значит

,

где – шунтирующий коэффициент, показывающий во сколько раз расширяется предел измерения амперметра по току.

Следовательно выражение для сопротивления шунта

 

Обозначение зажимов:

• Т – токовые – служат для последовательного подключения шунта в измеряемую цепь (переходное контактное сопротивление может влиять на сопротивление шунта);
• П – потенциальные – служат для подключения ИМ параллельно шунту.

Сопротивление шунта между потенциальными зажимами не зависит от переходных сопротивлений зажимов П.

При измерении силы тока шунт включают в цепь последовательно, а ИМ – параллельно шунту (рис.4.17,б и в).

Шунты изготавливают из манганиновой проволоки, ленты или стержней, укрепленных между массивными наконечниками.

Индивидуальные шунты устанавливают внутри прибора и градуируют с этим прибором. Они могут иметь один или несколько пределов измерений. Применяют индивидуальные шунты при измерениях токов до 50 – 100 А.

Наружные шунты (магазины шунтов) используют при больших токах.

Взаимозаменяемые (калиброванные) шунты применяют с любыми приборами, имеющими предел измерения, равный падению напряжения, указанному на шунте.

Падение напряжения на шунтах стандартизировано и составляет 30, 45, 75, 100, 150 или 300 мВ при номинальном значении тока. Погрешность шунтов колеблется от 0,005 до 0,5%.

1. Определение постоянной ИМ по току , величины сопротивления шунта и постоянной амперметра , если этим прибором нужно измерять ток .

ИМ магнитоэлектрической системы рассчитан на ток и напряжение и имеет шкалу на делений. Номинальное напряжение , номинальный ток .

Решение:

Согласно закону Ома

.

 

Тогда

 

.

 

 

 

Постоянная ИМ по току

.

Постоянная амперметра по току

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение мощности, потребляемой амперметром при номинальном значении тока .

Решение:

,

.

3. Схема включения измерительного механизма с добавочным сопротивлением и вывод формулы .
4. Определение постоянной ИМ по напряжению , величины добавочного сопротивления и постоянной вольтметра , если этим прибором нужно измерять напряжение .

.

,

Таким образом,

.

Постоянная ИМ по напряжению

,

.

 

Постоянная амперметра по напряжению

,

 

6. Определение мощности, потребляемой вольтметром при номинальном значении напряжения

Решение:

,

.

 

Задача 3

«Методы и погрешности измерения электрических сопротивлений»

Для измерения сопротивления косвенным методом используются два прибора: амперметр и вольтметр магнитоэлектрической системы.

Измерение сопротивления производилось при температуре t°С приборами группы А, Б или В. Данные приборов, их показания, а также группа приборов и температура окружающего воздуха, при которой производилось измерение сопротивления, приведены в табл. 4.

       Таблица 4

Наименование величин		Единица измерения	Показания приборов
Данные вольтметра	Предел измерения Un	В	75
	Ток полного отклонения стрелки прибора U	мА	1
	Класс точности	%	0,5
	Показания вольтметра U	В	50
Данные амперметра	Предел измерения Iк	А	0,3
	Падение напряжения на зажимах прибора при IR	мВ	27
	Класс точности γв	%	0,2
	Показания амперметра I	А	0,3
Группа приборов		--	В
Температура t		°C	40