Сборник ЛР по «Метрология», «Электрические измерения», «Информационно-измерительная техника»

Лабораторная работа № I

определение влияния наклона можно производить только на отметке меха­ нического нуля при отключенном приборе. Нормированный угол наклона зависит от конструкции прибора, его класса точности, условий применения.

В проверочных лабораториях для создания соответствующих углов наклона имеются шаблоны с углами 1,5°, 10°, 20°, 30° и 45°.

Проверка электрической прочности изоляции

Испытание электрической прочности изоляции токоведущих частей средств измерений производится в обязательном порядке только при вы­ пуске их из производства или ремонта. Изоляция между всеми изолиро­ ванными электрическими цепями и корпусом прибора должна в течение одной минуты выдерживать действие испытательного напряжения сину­ соидального тока с частотой 50 Гц. Значение этого испытательного на­ пряжения и сопротивление изоляции нормируется в зависимости от номи­ нального напряжения средства измерения и обычно указывается на лице­ вой стороне прибора. Для целого ряда приборов сопротивление изоляции в нормальных условиях должно быть не менее 40 МОм при номинальном напряжении до 1000 В, плюс 20 МОм на каждые последующие полные или неполные 1000 В номинального напряжения.

Определение времени успокоения подвижной части прибора

Под временем успокоения подвижной части прибора понимается время с момента изменения измеряемой величины до момента, когда'отли­ чие показания прибора от установившегося его значения не превысит 1% длины шкалы. Для приборов с односторонней шкалой время успокоения определяется при изменении измеряемой величины, вызывающем переме­ щение указателя от нулевого показания до геометрической середины шка­ лы. Для приборов с двухсторонней шкалой время успокоения определяется после отключения измеряемой величины, вызывавшей отклонение указа­ теля до крайней оцифрованной отметки шкалы.

Для определения времени успокоения прибор с односторонней шка­ лой присоединяют к источнику питания и, плавно повышая измеряемую величину, устанавливают указатель прибора на середину шкалы. Затем, не меняя значение сигнала, прибор отключают, и после успокоения колеба­ ний указателя вновь включают, засекая секундомером время успокоения.

Характер успокоения может быть апериодическим или колебатель­ ным. В первом случае указатель прибора плавно, без колебаний подходит к установившемуся значению. Во втором случае указатель, прежде чем ос­ тановиться, совершает одно или несколько колебаний около отметки шка­ лы, соответствующей установившемуся положению.

Измерения производят не менее трех раз. Среднее арифметическое значение полученных результатов измерения и будет временем успокоения подвижной части. Для приборов термоэлектрической, электростатической

11

Сборник лабораторных работ по метрологии

систем и приборов с длиной стрелки более 100 мм время успокоения не должно превышать 6 с, а для остальных приборов максимальное время ус­ покоения 4 с.

Проведение поверки

Для питания поверочной схемы используются специальные стабили­ зированные источники тока и напряжения. Некоторые из них, позволяю­ щие точно выставлять заданные значения, называются калибраторами. По­ казания поверяемых приборов сравниваются либо со значениями, задан­ ными на калибраторе, либо с показаниями образцового прибора, изме­ ряющего ту же самую величину.

ГОСТ 8.497-83 регламентирует методы поверки приборов в зависи­ мости от их класса точности. Так, амперметры постоянного тока классов точности 0.1 -5- 0.5 поверяют с помощью калибратора, а амперметры клас­ сов точности 1.0 -5- 5.0 поверяют методом непосредственного сличения при помощи образцовых амперметров. На переменном токе амперметры клас­ сов точности 0.1 0.2 поверяют при помощи поверочных установок, а классов точности 0.5 -*■4.0 - методом непосредственного сличения с об­ разцовыми амперметрами.

Основную погрешность и вариацию показаний приборов классов точности 0.05, 0.1 и 0.2 определяют на каждой числовой отметке шкалы. Для приборов классов точности 0.5 и менее точных, а также для приборов с равномерной шкалой, у которых число отметок более 10, допускается определять основную погрешность и вариацию показаний лишь на пяти отметках шкалы, равномерно распределенных по диапазону измерений.

В процессе поверки плавно увеличивают показания поверяемого прибора и устанавливают его стрелку поочередно на числовые отметки шкалы X . При этом записывают показания образцового прибора .

Пройдя таким образом всю шкалу, дают небольшую перегрузку так, чтобы стрелка дошла до упора, и начинают плавно уменьшать показания, вновь останавливаясь на каждой числовой отметке и записывая показания образ­ цового прибора Хншгх. Во время опыта необходимо следить за тем, чтобы указатель поверяемого прибора подходил к следующей отметке шкалы плавно и только с одной стороны. При возрастании измеряемой величины - слева, а при убывании - справа. Если указатель случайно перешел за от­ метку, то надо вернуться к краю шкалы и снова подойти к отметке с тре­ буемой стороны.

Для каждой оцифрованной отметки шкалы вычисляют три значения

12

Лабораторная работа Me I

и среднюю

Поправка к показаниям прибора равна средней погрешности, взятой с противоположным знаком

Наибольшая относительная погрешность прибора на каждой оциф­ рованной отметке шкалы также имеет две оценки:

При обычных измерениях, когда надо получить возможно более точ­ ный результат, применяют усреднение результатов нескольких измерений, что уменьшает погрешности. При поверке задача обратная - обнаружить максимальные погрешности прибора, поэтому усреднение здесь неумест­ но. Надо выбирать наибольшую по модулю из двух получившихся по­ грешностей 5 _ и 6висх:

Именно ее и следует указывать как наибольшую относительную по­ грешность поверяемого прибора на данной отметке шкалы.

Аналогично в каждой поверяемой точке шкалы вычисляем по два значения приведенной погрешности и выбираем наибольшее из них:

где XNнормирующее значение.

13

Сборник лабораторных работ по метрологии

Поверяемый прибор соответствует своему классу точности, если приведенная погрешность у на поверяемых отметках шкалы не превышает его класса точности к . Кроме того, все абсолютные погрешности должны быть меньше допускаемой погрешности, найденной по классу точности:

При поверке вариация находится как разность действительных зна­ чений измеряемой величины при одних и тех же показаниях поверяемого

Оформление результатов поверки

Результаты поверки приборов классов точности 1.0 + 5.0 оформля­ ются протоколом произвольной формы, а классов точности 0.05 -*• 0.5 - протоколом, в котором приводятся условия поверки, результаты поверки в форме таблицы, указывается специальной строкой наибольшее значение вариации показаний, остаточное отклонение указателя от нулевой отметки шкалы.

В учебных целях таблица поверки несколько изменена. В ней введе­ ны дополнительные графы. Форма табл. 1.3 для поверки вольтметра при­ водится ниже.

Для приборов высоких классов точности по данным табл. 1.3 строят кривую поправок (рис.1.1). В учебных целях эта кривая в лабораторной работе строится для приборов любых классов точности.

14

1.4. Описание лабораторной установки

ГОСТ 8.497-83 устанавливает основные требования к образцовым средствам измерений и представляет широкие возможности для выбора метода поверки и вида образцовой аппаратуры. Выбор метода поверки и вида образцовых средств измерений для каждой поверочной лаборатории определяется техническими и экономическими факторами.

Влаборатории поверка амперметров и вольтметров классов точности

0.5+ 4 проводится методом непосредственного сличения с образцовыми, аналоговыми или цифровыми приборами. Схемы поверки приведены на рис. 1.2. Основными из них являются 1.2,а и 1.2,6.

15

Сборник лабораторных работ по метрологии

Рис 1.2. Схемы поверки

Схемы капитаны от регулируемых источников напряжения РИН и регулируемых источников тока РИТ. К источникам РИН и РИТ предъяв­ ляются определенные требования, ограничивающие допустимые значения переменной составляющей, коэффициента нелинейных искажений, ста­ бильности и плавности регулирования тока и напряжения.

На рис. 1.2 образцовые приборы помечены индексом (о), а поверяемые - (п). Применение схем, содержащих масштабные преобразователи МПо в цепи образцовых приборов (рис. 1.2 в. г), менее желательно, однако в ряде случаев позволяет обеспечить поверку широкого круга приборов. Под МПо в данном случае подразумеваются: измерительные трансформаторы, шунты, добавочные сопротивления.

1.5. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

♦титульный лист с названием работы и фамилиями студентов;

♦список оборудования. Указать тип, систему, заводской номер и класс точности каждого прибора;

♦расчеты, подтверждающие соответствие образцового прибора требова­ ниям, предъявляемым к его точности;

♦схему поверки прибора;

♦таблицу с опытными и расчетными данными;

16

Лабораторная работа № /

♦расчетные формулы с примерами подстановки чисел;

♦кривую поправок (зависимость поправок от показаний прибора);

♦обоснованное заключение о годности или негодности поверяемого при­ бора.

1.6. К онтрольные вопросы

7Раскройте содержание понятий: абсолютная погрешность прибора; наибольшая допускаемая основная абсолютная погрешность прибора?

2.Что означают термины: относительная погрешность прибора; наи­ большая допускаемая основная относительная погрешность прибора?

3Объясните содержание понятий: приведенная погрешность прибора; наибольшая допускаемая основная приведенная погрешность прибора?

4Что означает термин «нормирующее значение» и как это значение оп­ ределяется для приборов с односторонней и двухсторонней шкалами?

5Какое значение имеет выражение «класс точности», напишите фор­ мулы для расчета погрешностей приборов через «класс точности».

6Дайте определение понятию «вариация показаний прибора».

7.Напишите формулы для расчета абсолютной и приведенной вариации.

8.В каком соотношении должны находиться абсолютные погрешности образцового и поверяемого приборов?

9.Как определяется поправка к показаниям прибора?

10 Объясните содержание понятия «кривая поправок». Как с помощью этой кривой уточнить показания прибора?

11.Как определяется время успокоения прибора, каковы его допустимые значения?

12.Какие приборы и сколько времени следует прогревать перед поверкой?

13.Какие приборы поверяют сразу без прогрева?

14.Как по табл. 1.3 проверяется соответствие прибора указанному на нем классу точности?

15.Следует ли поверять прибор, имеющий трещину на стекле?

16.Как связаны между собой абсолютные, относительные и приведенные погрешности прибора?

17.С какой целью на шкалах некоторых приборов размещают зеркальную полоску и как ее использовать при поверке?

18.При поверке прибора абсолютная погрешность немного превысила до­ пускаемую при подходе к отметке шкалы слева, а при подходе справа была меньше допускаемой. Во всех остальных точках шкалы погрешно­ сти меньше допускаемых Можно ли такой прибор признать годным?

19.Можно ли признать годным прибор, имеющий время успокоения под­ вижной части 10 секунд?

20.На каких частотах должны поверяться приборы переменного тока, на которых не указано номинальное значение частоты?

17

Сборник лабораторных работ по метрологии

21.Расскажите, какие климатические условия пригодны для поверки при­ бора. Найдите на лабораторном стенде термометр и дайте обосно­ ванное заключение о соответствии температуры в лаборатории усло­ виям поверки.

22.Объясните, чем отличается погрешность измерения от погрешности прибора, которым это измерение выполнено.

23.Объясните, почему можно определить абсолютные и относительные погрешности для прибора и для выполненного им измерения, а вот при­ веденную погрешность результата измерения найти нельзя.

24.Расскажите, какие вам известны формы записи классов точности из­ мерительных приборов.

25.Расскажите, каким образом определяется нормирующее значение для приборов с нулем в начале шкалы, нулем внутри шкалы и нулем за пре­ делами шкалы.

26.С какой целью в отчеты по лабораторным работам следует включать информацию об использованных приборах?

27.Какая погрешность (абсолютная, относительная или приведенная) за­ дается классом точности для цифровых приборов, выпущенных в Рос­ сии и СССР?

28.Какая погрешность нормируется для цифровых приборов иностранно­ го производства?

29.Следует ли поверять прибор, если одна из его клемм шатается? Мож­ ноли совместить поверку прибора с его ремонтом?

30.С какой целью в схемах поверки, показанных на рис. 1.2, включены мас­ штабные преобразователи?

3{.Зачем необходимо периодически проводить поверку измерительных приборов? Какие организации должны ею заниматься?

32.Раскройте содержание понятия «истинное значение измеряемой вели­ чины».

33.Раскройте содержание понятия «действительное значение измеряе­ мой величины».

Библиографический список

1.ГОСТ 8.497-83 (СТ СЭВ 1709-79). ГСИ. Амперметры, вольтметры, ваттмет­ ры, варметры. Методы и средства поверки.

2.Основы метрологии и электрические измерения /Под ред. Е. М. Душина. - Л.: Энергоатомиздат, 1987.

3.Любимова Л. И., Форсилова И. Д., Шапиро Е. 3. Проверка средств электри­ ческих измерений: Справ. - Л.: Энергоатомиздат, 1987.

4.Измерения в электронике: Справ, пособие /Под ред. В. А. Кузнецова. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

18

Лабораторная работа № 2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РЕЗИСТОРОВ

2.1. Цель работы

Ознакомиться с методами и техническими средствами, применяемы­ ми при измерении сопротивлений линейных резисторов, а также с расче­ том возникающих при этом погрешностей.

2.2.Задание

1.Ознакомиться с используемыми в работе приборами (амперметр, вольт­ метр, омметр, мост). Записать их паспортные данные.

2.Произвести измерение сопротивления нескольких заданных преподава­ телем резисторов с помощью аналогового и цифрового омметра. Данные занести в таблицу (табл.2.1).

3.Ознакомиться со схемой одинарного моста. Собрать схему (рис.2.6) и произвести измерение сопротивления тех же резисторов, что и в п.2. Ре­ зультаты измерений занести в таблицу (табл.2.1) и сравнить с получен­ ными ранее. Исходя из паспортных данных приборов, решить, какой из них дал наиболее точные показания. Приняв их за действительное зна­ чение, оценить погрешности измерений, сделанных остальными прибо­ рами.

4.Измерить сопротивления тех же резисторов, что и в п.2, с помощью ам­ перметра и вольтметра. Опыты выполняются по схемам рис.2.8,а и рис.2.8,б, либо по указанию преподавателя, по схеме рис.2.8,г. Результа­ ты измерения занести в таблицу: табл.2.2 - для схемы рис.2.8,а (вольт­ метр включен после амперметра); в табл.2.3 - для схемы рис.2.8,г (вольтметр включен до амперметра). По дополнительному указанию преподавателя студенты рисуют схему измерения малого четырехза­ жимного сопротивления и проводят опыты в соответствии с ней.

5.Ознакомиться со схемой двойного моста. Собрать схему (рис.2.9), про­ извести измерение сопротивления проволоки или резисторов, предло­ женных преподавателем, и определить, из какого они материала. Данные занести в таблицу (табл.2.4).

2.3. Методические указания

Измерение сопротивления резисторов с помощью омметров

Измерить сопротивления нескольких резисторов аналоговым и циф­ ровым омметром. Данные занести в таблицу (табл.2.1).

19

Ом

R .

R2

ит.д.

Аналоговые омметры выполняются, как правило, на основе прибо­ ров магнитоэлектрической системы.

Традиционно используются две схемы, в которых измеряемое соп­ ротивление Rx включается последовательно (рис.2.1) и параллельно (рис.2.2) с измерительным механизмом.

Для схемы рис.2.1 ток в рамке измерительного механизма

U

(2. 1)

R p+ ( R D+ R x) | l + ^

где U - напряжение источника питания; Rp - сопротивление рамки меха­ низма, R D- добавочное сопротивление, R - подстроечное сопротивление, Rx - измеряемое сопротивление.

Для схемы рис.2.2 ток в рамке

20