1.3. Програма роботи

Ознайомитися із типами шкал приладів. Навчитись визначати харак­теристики шкал.

1.4. Устаткування та прилади

В лабораторній роботі використовують зразки різних типів шкал, а також такі прилади: амперметр, вольтметр, манометр, штангенциркуль.

1.5. Порядок виконання роботи

1. Вивчити шкалу, описати її, зробити малюнок.

2. Визначити діапазон вимірювання шкали в межах: нижня межа – діапазону вимірювання, верхня межа – діапазону показів, де номер варіанту.

3. Визначити відносну похибку вимірювання за даною шкалою, ви­користовуючи формулу

/1.5/

де номінальне /граничне, верхня межа вимірювання/ значен­ня виміряної величини за шкалою; покази приладу за шкалою, що відповідає діапазону вимірювання; приведена гра­нична похибка ЗВТ /клас точності в % за шкалою/.

4. Визначити приведену похибку відліку , використовуючи формулу

/1.6/

де абсолютна похибка відліку показів, що вклю­чає в себе абсолютну похибку із-за обмеженої розрізняючої здатності зору; абсолютну похибку від паралаксу /зміни видимого положення покажчика при спостережен­ні його з двох різних точок/; абсолютну похибку ін­терполяції /наближеного знаходження значення шкали за двома сусідніми її значеннями/.

1.6. Контрольні запитання

1. Вивчаючи дані за шкалою, вияснити, які вимірювання проводяться даним ЗВТ /прямі, непрямі, статичні, динамічні, контрольно-повірочні, технічні, одноразові, багаторазові, абсолютні, відносні/.

2.Яке числове значення відносної похибки ЗВТ в різних точках даної шкали?

3. Що таке відліковий пристрій?

4. Що таке шкала?

5. Які бувають шкали?

6. Що таке діапазон вимірювання?

7. Що таке чутливість?

8. Що таке ціна поділки шкали?

9. Що таке діапазон показів?

10. Що таке клас точності?

Робота 2. Вивчення методичної похибки

2.1. Мета роботи

Вивчити умови, в яких виникає методична похибка, навчитися розпізнавати цю похибку, та визначати її.

2.2. Загальні теоретичні положення

Одним із видів систематичних похибок є похибки методу вимірювання або теоретичні похибки.

Якщо підходити строго, то в багатьох методах вимірювання можна виявити теоретичні похибки, що є наслідком тих чи інших припущень чи спрощень, застосування емпіричних формул і функціональних залежностей. В деяких випадках вплив таких припущень є незначним, тобто набагато меншим, ніж допустимі похибки вимірювання, в інших він перевищує ці похибки.

Методичні похибки можуть бути обумовлені різними причинами. Наприклад, методичні похибки термоелектричних і інших контрольно-вимірювальних приладів в багатьох випадках можуть бути обумовлені наявністю електричних перешкод, які в окремих випадках приводять до виходу з ладу вимірювальної апаратури. Особливо піддаються впливу електромагнітних полів потужних нагрівальних пристроїв термоелектричні кола з термопарою, що розвиває невелику термо-е.р.с. Це пояснюється тим, що в пристрої, де знаходиться термоелектричне коло, є елетромагнітне поле, обумовлене електричним струмом, що протікає в нагрівальних елементах. Можуть бути і інші джерела перешкод.

На конфігурацію електромагнітного поля великий вплив чинять оточуючі предмети, особливо маса металічних конструкцій, їх магнітні і електричні властивості. Розрахунок напруженості електромагнітного поля перешкод з ціллю їх компенсації для зменшення похибки, утруднений. Тому на практиці вдаються до експериментального визначення напруженості електромагнітного поля при допомозі вимірювання радіоперешкод.

Вимірювання, проведені за допомогою рамочної антени, з’єднаної з вимірювальним приладом коаксіальним кабелем довжиною 10 м, показали, що при безпосередньому наближенні до нагрівального пристрою споживаючого від джерела змінного струму частотою 50 Гц потужність біля 60 кВт, максимальне значення напруженості магнітного поля досягає 520 А/м, а на відстані 2 м вона зменшується до 40...70 А/м. Напруженість електричного поля при цьому складає 500 В/м.

Висока напруженість магнітного і електричного полів може привести до того, що в дротах довжиною 5 м, які з’єднують термопару з вимірювальним приладом при відстані між дротами 2мм, наводиться напруга перешкоди не менше В.

Оскільки чутливість більшості широко поширених термопар не перевищує В/К, то значення електромагнітної перешкоди виявляється співмірним зі значенням вимірювальної термо-е.р.с. термопари.

При використанні малочутливої термопари значення перешкоди, обумовлене електромагнітним полем випромінювання пристроїв великої потужності, може перевищити рівень корисного сигналу.

Для зменшення похибок, зумовлених електромагнітними перешкодами, при вимірюванні температури потужних електронагрівальних пристроїв необхідно застосувати спеціальні перешкодозахисні засоби. Найпростішим із них є екранування термопари. При правильному виборі матеріалу екрану і способу його виготовлення похибка вимірювання в зоні великих перешкод може бути зменшена приблизно на 10 дБ. Встановлення фільтрів між мережею живлення і блоками випрямлячів також знижує похибку. Не допустимо застосовувати скрутку дротів взамін пайки, так як при цьому не вдається повністю вилучити вплив перешкод на роботу вимірювального приладу через незбалансованість параметрів вимірювального кола (ємнісних і омічних опорів).

Можна значно підвищити перешкодозахищеність термовимірювальних кіл, якщо застосувати мостові і компенсаційно-мостові схеми, схеми з запам’ятовуючими конденсаторами і синхронним детектуванням.

Окрім вищезгаданих перешкод, в термометричних колах можуть діяти перешкоди, що виникають через різниці потенціалів точок заземлення терпопари і вимірювального приладу. Різниця потенціалів точок заземлення залежить, в основному, від напруги живлення нагрівальних пристроїв і якості електричної ізоляції. Із збільшенням температури електричний опір футеровки печі і керамічного чохла термопари зменшується. Похибки, обумовлені різницею потенціалів точок заземлення і струмами витоку, з підвищенням температури збільшуються, але мають малий розмір , тому на практиці не враховуються.

Прикладом похибок іншого виду є похибки методу вимірювання електричного опору за допомогою амперметра і вольтметра (рис.2.1). Якщо опір r_х визначати за формулою закону Ома r_х = u / i_A , де u – падіння напруги, виміряне вольтметром V; i_A – сила струму, виміряна амперметром A, то в обох випадках будуть припущені методичні похибки (теоретичні похибки).

Рис.2.1.

Тут похибки виникли за рахунок, не взятих до уваги, опорів амперметра r_A і вольтметра r_V. З врахуванням даних опорів можна обчислити опір і відносну похибку за такими формулами:

для схеми вимірювання наведеної на рис.2.1, а, r_х = 1/ ( i_A / u  1/ r_V)

 ₁ = {1 1/ [ 1  u / (i_A r_V )]} 100 ,  /2.1/

для схеми вимірювання наведеної на рис. 2.1, б, r_х = u / i_A  r_A

 ₂ = r_A i_A / u 100 ,  /2.2/

Відносні похибки ₁ або ₂ є в даному випадку методичними похибками як різновид систематичної похибки.

Із формул /2.1/ і /2.2/ видно, що у першому випадку поправку необхідно вносити із знаком плюс, а у другому випадку – із знаком мінус.

Поправки можна і не вносити, якщо вони значно менші допустимої похибки вимірювання опору r_х, наприклад, якщо в першому випадку опір вольтметра значно більший r_х, а в другому – значно менший r_х.