3571

2

УДК 531.7+681.2

Поляков, С. И. Метрология, сертификация и стандартизация. Метрология и измерительная техника [Текст] : методические указания к лабораторным работам для студентов специальностей 220301 – Автоматизация технологических процессов и производств (лесной комплекс), 230200 – Информационные системы / С. И. Поляков ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2011. 36 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 1 от 19 ноября 2010 г.)

Рецензент канд. техн. наук, доц. ВГАСУ В.И. Акимов

Научный редактор д-р техн. наук, проф. В.С. Петровский

3

ВВЕДЕНИЕ

Рекомендации по сборке и включению схем. Прежде чем приступить к сборке схемы, необходимо расставить всю аппаратуру на столе так, чтобы было удобно собирать схему, снимать показания приборов и пользоваться регулирующими устройствами. Поле этого необходимо мысленно выделить по функциональному назначению части цепи (например, параллельные и последовательные цепи) и собрать их отдельно. Провода, соединяющие схему с источником питания, следует подключать к источнику последними. Перед включением схемы необходимо все ручки регулировочных устройств установить в такое положение, при котором на элементах схемы выделялась бы минимальная мощность (минимальные напряжение и токи). Верхние пределы измерений используемых приборов должны быть установлены максимальными, кроме особо оговоренных в работе случаев.

По окончании работы схемы должны быть разобраны, провода собраны в специальные папки, а используемые средства должны быть аккуратно расставлены на столе.

Запись результатов измерений и оценка инструментальных погрешностей. Результаты измерений должны быть представлены в виде

где хи – истинное значение измеряемой величины; х – оценка измеряемой величины по результатам эксперимента: показание

измерительного прибора, результат расчета измеряемой величины по показаниям приборов при косвенных измерениях и т.д.;

х – погрешность измерений.

При работе с измерительными приборами необходимо обращать внимание на их пределы измерений, выбирая пределы так, чтобы отсчет производился по возможности ближе к конечному значению шкалы.

Инструментальная составляющая погрешности измерений определяется классом точности средства измерений (СИ). Класс точности – это обобщенная характеристика средства измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность измерений.

4

Для оценки классов точности наиболее часто используют приведенные и относительные погрешности.

Для средств измерений, для которых нормируются пределы допускаемых погрешностей, максимальная абсолютная погрешность оценивается по формуле

где К – показатель класса точности прибора,

х N – нормирующее значение, которое принимается равным:

а) верхнему пределу измерений, если нижний предел равен нулю, либо нуль находится вне диапазона измерений;

б) сумме модулей пределов измерений, если нуль находится внутри диапазона измерений.

Для приборов, у которых пределы показаний могут быть (∞, 0) или (0, ∞), например, магнитоэлектрических омметров, за нормирующее значение принимается длина шкалы lN , выраженная, в частности, в делениях равномерной шкалы. Класс точности в этом случае имеет особое обозначение, например 2,5. Для таких приборов сначала определяют максимальную абсолютную погрешность, выраженную в единицах длины шкалы,

а затем – максимальную погрешность в единицах измеряемой величины путем механического (визуального) переноса l на шкалу измерений прибора, либо оценивая инструментальную погрешность по формуле х С l , где C – постоянная прибора в окрестностях точки показания прибора.

Для средств измерений, для которых нормируются пределы допускаемых относительных погрешностей, максимальная абсолютная погрешность может

где x N – верхний предел измерений, x – показания прибора.

Отсюда предельная абсолютная погрешность:

Для некоторых СИ заводы-изготовители используют несколько отличные формулы, что отражается в нормативно-технической документации.

Число значащих цифр численных показателей точности (абсолютных, относительных и приведенных погрешностей) должно быть не более двух. При этом полученные значения показателей точности округляются так, чтобы погрешность округления не превышала 10 %. Например, при Δ=0,823 В следует при записи результата оставить Δ=0,8 В (погрешность округления 2,5 %), а при δ=0,12 % округления до δ=0,1 % производить не следует, так как погрешность округления в этом случае будет 20 %.

При окончательной записи результата измерения в соответствии с (В-1) необходимо иметь в виду, что числовое значение результата измерений должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности.

В то же время промежуточные результаты вычислений округлять не следует, так как это может привести к накоплению погрешностей.

Требования к отчету. Отчет по лабораторной работе должен выполняться на листах бумаги формата А4 чернилами (пастой) черного или синего цвета.

Отчет должен иметь титульный лист и включать следующие разделы:

1.Цель работы и краткое задание.

2.Схемы экспериментов.

3.Таблицы результатов измерений и расчетов.

4.Расчетные формулы и примеры расчетов.

5.Графики зависимостей в соответствии с заданием к работе.

6.Выводы по работе.

Все схемы, таблицы и графики необходимо вычерчивать аккуратно на бумаге формата А4 (можно на миллиметровой бумаге того же формата). Допускается выполнять схемы и графики на миллиметровой бумаге другого формата, но при этом они должны быть вклеены в соответствующее место

6

отчета. При построении графиков следует по осям использовать масштабы, кратные 1, 2, 5, 10n, где n – целое число (положительное или отрицательное). На осях графиков указывают величины и их единицы. Точки на графике, соответствующие экспериментально полученным значениям, соединяются плавной кривой, если наблюдается закономерная зависимость. Если зависимость не является закономерной, то точки на графике соединяются прямыми линиями. Экспериментально полученные значения следует на графике выделять крестиком или точкой. Все графики должны иметь наименование, пояснительный текст. Отдельные листы отчета должны быть сшиты или склеены по левой стороне.

РАБОТА 1. Исследование основных метрологических характеристик

электромеханических измерительных приборов

Цель работы – ознакомление с аналоговыми электромеханическими приборами и методикой определения некоторых метрологических характеристик приборов.

Задание

1.Ознакомиться с имеющейся на рабочем месте аппаратурой.

2.Определить основную погрешность и вариацию показаний поверяемого миллиамперметра или вольтметра на постоянном токе. Погрешность и вариация определяются для 6 – 8 точек шкалы с обязательным включением в число поверяемых точек всех числовых отметок.

3.Построить графики зависимости абсолютной погрешности прибора от его показаний при его работе на постоянном токе. Определить максимальное значение приведенной основной погрешности прибора для постоянного тока.

4.Определить внутреннее сопротивление миллиамперметра или вольтметра.

5.На основе анализа полученных данных сделать вывод о соответствии основной погрешности и вариации показаниям, определяемым классом точности испытуемого прибора.

Методические указания

Поверкой средств измерений называют определение погрешностей средства и установление его пригодности к применению. В основе поверки

7

методом сличения лежит одновременное измерение одной и той же величины поверяемым прибором и образцовым средством измерений. Соотношение пределов допускаемых абсолютных основных погрешностей образцовых средств измерений и поверяемых приборов для каждой поверяемой отметки шкалы должно быть не более 1:5 при поверке приборов всех классов точности.

Перед началом поверки необходимо:

а) установить прибор в нормальное для него положение в соответствии с условным обозначением на шкале прибора;

б) с помощью корректоров установить указатели приборов на начальную отметку шкалы;

в) для поверки вольтметра путем сличения собрать и включить цепь (рис. 1.1), где PV1 и PV2 – поверяемый и образцовый вольтметры; R2 и R3 – регулировочные переменные резисторы;

Рис. 1.1

г) для поверки миллиамперметра собрать и включить цепь (рис. 1.2), где РА – поверяемый миллиамперметр; R5 и R6 – регулировочные переменные резисторы;

Рис. 1.2 При определении основной погрешности указатель поверяемого прибора

последовательно устанавливают на поверяемые отметки шкалы сначала при плавном увеличении измеряемой величины, а затем на те же отметки при плавном уменьшении измеряемой величины. Для всех поверяемых отметок по

9

абсолютной погрешности. Во всех случаях знак погрешности зависит от соотношения x и x0 .

Вариацию показаний (в процентах) определяет по формуле

Для определения входного сопротивления приборов можно использовать набор сопротивлений R7 ...R14 . При этом проводятся два эксперимента:

-выставляется напряжение на входе прибора, при котором стрелка отклоняется более чем на 2/3 шкалы, и фиксируется это значение напряжения.

-не изменяя входное напряжение источника, последовательно с прибором дополнительно включается такое сопротивление, при котором показание исследуемого прибора изменится на 10 – 30 %. Далее сопротивление прибора определяется на основании расчета.

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1.Краткое задание.

2.Спецификацию примерных средств измерений.

3.Схемы включения средств измерений и объектов.

4.Примеры расчетов.

5.Результаты измерений.

6.Выводы по полученным результатам.

Контрольные вопросы

1.Как можно установить соответствие прибора требованиям того или иного класса точности?

2.Что такое вариация показаний прибора и как ее можно определить?

3.Какие обозначения наносят на шкалы прибора?

4.Как создается успокоение в магнитоэлектрических, электродинамических и электростатических приборах?

5.Что такое время установления показаний прибора?

6.Почему магнитоэлектрические амперметры и вольтметры, без преобразователя переменного тока в постоянный, не могут быть использованы для измерений в цепях переменного тока промышленной частоты?

7.Что такое чувствительность прибора?

10

8.Каким образом создается противодействующий момент в логометрических измерительных механизмах?

9.Что такое приведенная погрешность?

10.Как создается вращающий момент в магнитоэлектрических, электромагнитных, электродинамических, электростатических измерительных приборах?

11.Какие требования по точности предъявляют к образцовому прибору? 12.Как определяют дополнительную погрешность?

13.Что такое абсолютная, относительная и приведенная погрешности? 14.Что такое дополнительная погрешность прибора?

15.Что такое класс точности прибора?

РАБОТА 2. Измерение параметров сигналов в электронных схемах

Цель работы – изучение методов и средств измерения амплитудных и временных параметров сигналов в электронных цепях.

Задание

Получить у преподавателя указания по выполнению работы

1.Измерить коэффициенты формы и амплитуды.

2.Измерить режим работы усилителя на постоянном токе.

3.Определить амплитудно-частотную характеристику усилителя.

Методические указания

1. Для измерения коэффициента формы и амплитуды можно воспользоваться встроенными в установку преобразователями переменного напряжения в постоянное и вольтметрами постоянного тока. Чтобы собрать вольтметр действующего значения (или среднего выпрямленного, или амплитудного значений) сигнала, следует выход соответствующего преобразователя соединить с входом вольтметра постоянного тока; вход преобразователя при этом становится входом вольтметра действующего значения (или иного). Составленный таким образом вольтметр обладает следующими характеристиками: пределы допускаемой приведѐнной (к пределу измерения 20 В) основной погрешности измерения γ=±1 %, в диапазоне входных напряжений ± 7 В, в диапазоне частот от 20 Гц до 50 Гц.