Teoriya (1)
.pdf2 Вимірювальні сигнали, їх інформативні та неінформативні параметри.
Сигнал - це фізичний процес, властивості якого визначаються взаємодією між матеріальним об‘єктом та засобом його дослідження.
Сигнали характеризуються параметрами.
Параметр сигналу - одна з властивостей, яка є фізичною величиною. Параметри сигналів розділяють на інформативні та неінформативні.
Інформативний параметр сигналу - параметр сигналу, який функціонально зв‘язаний з досліджуваною (вимірюваною) величиною або ж має задане значення.
У протилежному випадку параметр сигналу є неінформативним.
Окремий вид сигналів складають вимірювальні сигнали, що виконують функцію взаємозв‘язку між об‘єктом вимірювання та засобом (засобами) вимірювальної техніки.
Вимірювальним сигналом називають сигнал, один чи декілька параметрів якого є інформативними.
Розрізняють вхідні вимірювальні сигнали та сигнали вимірювальної інформа-ції.
Вхідний вимірювальний сигнал - це вимірювальний сигнал, який подається на вхід засобу вимірювальної техніки з виходу об‘єкта вимірювання чи джерела вимірювального сигналу або з виходу останнього на вхід об‘єкта вимірювання.
Вимірювальний сигнал, що утворюється на виході джерела вимірювального сигналу, називають зразковим сигналом. Під зразковим сигналом розуміють вимірювальний сигнал, один чи декілька параметрів якого мають задані значення.
Сигнал вимірювальної інформації - це вимірювальний сигнал, який представляє вимірювальну інформацію на виході засобу вимірювальної техніки.
Сигнали вимірювальної інформації розділяють на візуальні та кодові. Візуальним називають сигнал вимірювальної інформації, який сприймається оператором візуально. Кодовим називають сигнал вимірювальної інформації, який представляється заданим кодом і призначається для сприйняття технічними засобами.
3 Градуювальні характеристики та характеристики перетворення засобів вимірювання.
Градуювальна характеристика засобу вимірювання — експериментально встановлена залежність між значеннями величин на виході і вході засобу вимірювання, складена у вигляді таблиці, графіка або формули. У більшості випадків прилади градуюють так, щоб ціна ділення шкали перевищувала максимальну похибку градуювання. Виражену у вигляді формули або графіка, номінальну характеристику називають функцією перетворення засобу вимірювань. У деяких джерелах метрологічних номінальну і експериментальну функції перетворення називають статичними характеристиками вимірювальних перетворювачів і приладів, протиставляючи їх повним динамічним характеристикам.
Градуювальну характеристику знімають для уточнення результатів вимірювання. До градуювальних характеристик відносяться:
номінальна статична характеристика перетворення вимірювального перетворювача - залежність між інформативними параметрами вхідного і вихідного сигналів
номінальне значення однозначної міри - це значення величини, що вказане на мірі або приписане їй
межі і ціна поділки шкали;
види та параметри цифрового коду засобів вимірювань, призначених для видачі результатів у цифровому вигляді.
4 Умови застосування засобів вимірювання. Впливаючі величини, їх регламентація в НТД.
Засоби вимірювальної техніки можуть застосовуватися, якщо вони відповідають вимогам щодо точності, встановленим для цих засобів, у певних умовах їх експлуатації.
Засоби вимірювальної техніки, на які поширюється державний метрологічний нагляд, дозволяється застосовувати, випускати з виробництва та ремонту та пускати у продаж і видавати напрокат лише за умови, якщо вони пройшли повірку або державну метрологічну атестацію.
Засоби вимірювальної техніки, на які не поширюється державний метрологічний нагляд, дозволяється випускати з виробництва та ремонту лише за умови, якщо вони пройшли калібрування або метрологічну атестацію.
З метою систематизації і раціонального підходу до розробки і використання засобів вимірювальної техніки при автоматизації виробництва побудована Державна система промислових приладів і засобів автоматизації (ДСП)[2], в основу якої покладені визначені системотехнічні принципи.
Впливаючі величини(текст з НТС) Температура
Для приладів повинні виконуватися відповідні метрологічні і технічні ви-моги в діапазоні температури від мінус 10 ºС до плюс 40 ºС.
Однак, для спеціальних застосувань границі робочої температури можуть бути іншими за умови, що цей діапазон буде не меншим 30 ºС, і це повинно вказуватися на маркірувальній табличці.
Прилад повинен пройти випробування на стійкість до впливу граничних робочих температур відповідно до вимог А.3.1.
Змінна напруга живлення
Прилади, які підключаються до джерела напруги змінного струму, повинні відповідати метрологічним і технічним вимогам при змінах напруги від - 15 % до + 10 % від номінального значення.
Прилади повинні пройти випробування на стійкість до впливу відхилень змінної напруги живлення відповідно до вимог А.8.3.
Постійна напруга живлення
Прилади, які підключаються до джерела напруги постійного струму жив-лення через акумуляторну батарею, повинні відповідати метрологічним і технічним вимогам 6.3.8.
Прилади повинні пройти випробування на стійкість до впливу відхилень постійної напруги живлення відповідно до вимог А.8.4.
5 Способи вираження границь допустимих похибок засобів вимірювання. Основна похибка і способи її регламетації.
6 Класи точності засобів вимірювання, визначення та позначення.
Класи точності засобів вимірювань. Узагальненою характеристикою засобу вимірювання, яка визначає границі допустимої основної і додаткових похибок та деякі інші його властивості, е клас точності. Клас точності засобів вимірювань, хоча і характеризує їх властивості щодо точності, не е безпосереднім показником точності вимірювань.
Класи точності засобів вимірювань нормує ГОСТ 13600—68, згідно з яким границі допустимих основної і додаткових похибок для кожного з класів точності встановлюються у вигляді абсолютних Δ, зведених γ чи відносних δ похибок або у вигляді певного числа поділок шкали, як показано в табл. 2. Крім цього, абсолютну похибку зображують у вигляді таблиці границь допустимих похибок для різних номінальних значень, показів або сигналів. Основну і додаткові похибки рекомендується виражати однаково. Сталі a, b, c, d в формулах границь допустимих похибок виби-
рають з ряду чисел: 1 • 10 ; 1,5 • 10 ; 2 • 10 ; 2,5 - 10 ; (3 • 10 ); 4 • 10 ; 5 • 10 ; 6 • 10 , де n = 1; 0; —1;
—2 і т. д. Значення x вхідної величини, кінцеве значення хк діапазону вимірювань, значення х0 вхідної величини, при якому границя допустимої похибки мінімальна, приймаються без урахування знака.
Нормуюче значення ΧΝ засобів вимірювання з рівномірною або степеневою шкалами дорівнює кінцевому значенню робочої частини шкали, якщо нульова позначка скраю або поза шкалою, і арифметичній сумі початкового та кінцевого значень шкали (без урахування їх знаку), коли нульова мітка всередині робочої частини шкали. У засобів вимірювань з логарифмічною або гіперболічною шкалою ΧΝ дорівнює всій довжині шкали, а у засобів, призначених для вимірювань номінальних значень величин (наприклад, вольтметр номінальної напруги 100 В з шкалою від 90 до 110 В), — номінальному значенню. В інших випадках значення хн встановлюється в стандартах на окремі види засобів вимірювання.
Для засобів вимірювання, що застосовуються в акустиці, світлотехніці, електроніці і мають шкали, проградуйовані в логарифмічних одиницях, границі допустимих похибок дозволяється виражати у відповідних логарифмічних одиницях.
Границі допустимих додаткових похибок нормуються у вигляді конкретних значень кожної окремої впливаючої величини для розширеної області або у вигляді функціональної залежності похибки від зміни цієї величини. Коли ця залежність лінійна, то вказується відношення допустимого приросту похибки до зміни впливаючої величини (наприклад, 0,1 % на 10° С). У межах того самого класу точності засобів вимірювання можуть встановлюватися свої границі допустимих додаткових похибок для різних умов експлуатації.
Багатодіапазонні чи багатошкальні і комбіновані засоби вимірювання мають різні класи точності залежно від діапазону, виду шкали чи величини.
7 Умовні графічні позначення, які наносять на шкали приладів.
8 Методика вибору засобів вимірювання при технічних вимірюваннях.
При контролі якості матеріалів, напівфабрикатів, комплектуючих виробів, технологічного процесу та готових виробів найчастіше використовуються такі засоби вимірювання:
для вимірювання лінійних величин — лінійка вимірювальна металева, мікрометр, штангенрейсмус, штангенциркуль, товщиномір індикаторний, курвіметр, мікроскоп;
для вимірювання кутових величин — кутомір з ноніусом, мікроскоп; для вимірювання маси — ваги технічні та лабораторні;
для вимірювання сили — розривні машини і динамометри різних конструкцій; для вимірювання тиску — манометри різних конструкцій;
для вимірювання температури — термометри ртутні скляні лабораторні, термометри біметалеві, потенціометри автоматичні самозаписуючі і показуючі різних конструкцій, термопари, термофарби;
для вимірювання часу — секундоміри різних конструкцій, годинники пісочні, настільні тощо;
для вимірювання вологості повітря — гігрометри, гігрографи, психрометри різних конструкцій;
для вимірювання швидкості переміщення повітря — анемометри різних конструкцій; для вимірювання електричних величин — амперметри, вольтметри тощо.
Особливу групу засобів вимірювальної техніки становлять еталони.
Державні еталони зберігаються в метрологічних інститутах та інших органах державної метрологічної служби країни. З дозволу Держспоживстандарту допускається їх зберігання і використання в органах відомчої метрологічної служби.
Крім національних еталонів одиниць фізичних величин, існують міжнародні еталони, що зберігаються в Міжнародному бюро мір і ваг. Програмою діяльності Міжнародного бюро передбачено систематичні міжнародні звірення національних еталонів найбільших метрологічних лабораторій різних країн з міжнародними еталонами та між собою.
При виборі засобів вимірювальної техніки враховуються їхні метрологічні параметри, експлуатаційні фактори (організаційна форма контролю, особливості конструкції і розміри виробів, продуктивність устаткування і т. ін.), а також економічні міркування. Важливе значення має правильний вибір допустимих похибок: недостатня точність призводить до зниження якості продукції і підвищення її собівартості, висока точність підвищує трудомісткість і вартість вимірювань, веде до збільшення витрат на виробництво.
Вибір засобів вимірювальної техніки проводиться відповідно до державних стандартів, які встановлюють припустиму похибку вимірювань залежно від граничних відхилень контрольованого параметра.
Електричні вимірювання
1 Вимірювальні трансформатори напруги: призначення, включення, особливості роботи, експлуатації, похибки.
Вимірювальний трансформатор, електричний трансформатор, на первинну обмотку якого впливає вимірюваний струм або напруга, а вторинна, знижуюча, включена на вимірювальні прилади і реле захисту. І. т. застосовують головним чином врозподільних пристроях і в ланцюгах змінного струму високої напруги для безпечних вимірів сили струму, напруги потужності, енергії. На випадок пошкодження ізоляції з боку високої напруги один із затисків вторинної обмотки заземляють.
Трансформатори напруги призначені для живлення котушок напруги електровимірювальних приладів, реле, кіл сигналізації, керування та автоматики.
За конструкцією та принципом роботи вони нагадують силові трансформатори, відрізняючись від них невеликою потужністю (наприклад, потужність найпоширенішого трансформатора НОМ-10 становить всього 720ВА).
Трансформатори напруги розрізняють: за кількістю фаз (однофазні і трифазні); обмоток (дво- і триобмоточні); класом точності (1 і 3 — в мережах і підстанціях промислових підприємств; 0,5 — для обліку електроенергії); способом охолодження (з масляним і повітряним охолодженням); родом установки (внутрішні та зовнішні).
Схема включення
2 Вимірювальні трансформатори змінного струму: призначення, включення, особливості роботи, експлуатації, похибки.
Трансформатори струму призначені для вимірювання великих струмів, коли неможливе вмикання приладів безпосередньо на струми контролюючих кіл. Вони складаються з замкнутого сердечника і двох обмоток — первинної і вторинної. Вторинну обмотку ізолюють від первинної та заземлюють її з огляду на забезпечення безпеки обслуговуючому персоналу. Кількість витків у первинній і вторинній обмотках повинна бути такою, щоб струм у вторинній обмотці при номінальній в первинній становив 5А.
Виділяють п'ять класів точності трансформаторів: 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 10. Трансформатори класів 0,5; 1; 3 використовують переважно в промислових установках, а класу точності 0,2 — тільки для лабораторних вимірювань.
Всі трансформатори струму розраховано на те, що їхні вторинні обмотки будуть замкнені на амперметри, чи струмові обмотки ватметрів, лічильників та інших приладів, що мають, як і амперметр, досить малий опір.
Тобто трансформатори струму працюють у режимі, наближеному до режиму короткого замикання. Це і є нормальним режимом їхньої роботи. Величина опору, позначена на табличці вимірювального трансформатора струму,— це найбільша величина опору всіх обмоток приладів, приєднаних до вторинної обмотки трансформатора, при якому клас точності трансформатора відповідає тому класові, що вказаний на тій самій табличці. При більшому ж опорі з'явиться похибка, і клас точності трансформатора струму вже не буде гарантований.
Схема включення