Лабораторна робота № 3 застосування калібратора струму програмованого П321 для повірки вимірювальних приладів

Мета роботи. Проведення повірки вимірювального приладу за допомогою калібратора струму програмованого П321. Визначення основних метрологічних характеристик вимірювального приладу.

Завдання:

1. Вивчити будову, операції підготовки до роботи і порядок роботи калібратора програмованого П321.

2. Підключити П321 для повірки вимірювального приладу в автономному (ручному) режимі згідно схеми, зображеної на рис.1.

3. Провести повірку приладу, визначити основні метрологічні характеристики.

4. Оформити звіт по роботі.

ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ

Калібратор струму програмований П321 являє собою прецизійне джерело каліброваних струмів і напруг з ручним і програмним керуванням і призначений для застосування в автоматизованому повірочному устаткуванні, а також як самостійний прилад для повірки аналогових і цифрових приладів постійного струму.

Калібратором можна керувати вручну перемикачами, розташованими на передній панелі, або командами, які подаються на зовнішній з´єднувач управління (УП). В роботі калібратор П321 застосовується в автономному (ручному) режимі роботи і управління проводиться перемикачами, розташованими на передній панелі

Основні технічні характеристики калібратора П321:

1. Живлення калібратора – від мережі перемінного струму напругою (220±22V) і частотою (50±1) Hz. Споживана потужність – 300 (VA).

2. Калібратор забезпечує калібровані струми (режим КС) у діапазоні від 10 nА до 10 А з кінцевими значеннями 10 mА, 100 mА, 1 mА, 10 mА, 100 mА, 1 А, 10 А та калібровані напруги (режим КН) у діапазоні від 10 mV до 10 V з кінцевими значеннями 1 V і 10 V. Значення каліброваних струмів і напруг відображаються на цифровому табло.

3. Дискретність встановлення каліброваного струму:

· 1 nA – на діапазонах з кінцевими значеннями 10 mА, 100 mА, 1 mA;

· 10 nA – на діапазоні з кінцевим значенням 10 mA;

· 100 nA – на діапазоні з кінцевим значенням 100 mA;

· 1 mА – на діапазоні з кінцевим значенням 1 А;

· 10 mА – на діапазоні з кінцевим значенням 10 А.

4. Дискретність встановлення каліброваної напруги – 10 mV.

5. Межі значень основних допустимих похибок калібратора в режимах каліброваних струмів (КС) і каліброваних напруг (КН) відповідають значенням, наведеним у таблиці 1.

Таблиця 1

Кінцеве значення діапазону КС або КН	Межа допустимого значення відносної похибки КС або КН	Межа припустимого значення основної похибки калібратора в режимі КС або КН
10 mА	± (0,1Ik + 1) nA	±[10 Ik(0,01+gНЭ+gRN)+2] nA
100 mА	± (0,05Ik + 1) nA	±[10 Ik(0,005+gНЭ+gRN)+1] nA
1 mA	± (0,05Ik + 0,01) mA	±[10 Ik(0,005+gНЭ+gRN)+0,01] mA
10 mA	± (0,05Ik + 0,1) mA	±[10 Ik(0,005+gНЭ+gRN)+0,1] mA
100 mA	± (0,05Ik + 1) mA	±[10 Ik(0,005+gНЭ+gRN)+1] mA
1 A	± (0,1Ik + 0,05) mA	±[10Ik(0,005+gНЭ+gRN)+0,05] mA
10 A	± (0,1Ik + 0,5) mA	±[10 Ik(0,005+gНЭ+gRN)+0,5] mA
1 V	± (30Uk + 10) mV	±[30 Uk+gНЭ Uk 10^4+10] mV
10 V	± (20Uk + 50) mV	±[20 Uk+gНЭ Uk 10^4+50] mV

Примітки:

· U_к, I_к – безрозмірна величина, яка чисельно дорівнює встановленому значенню каліброваного струму в мікроамперах, міліамперах і амперах на відповідних діапазонах (встановленому значенню каліброваних напруг у вольтах).

· g_НЭ, g_RN – безрозмірні величини, які чисельно дорівнюють класам точності нормального елемента і міри електричного опору, котрі застосовуються при калібруванні.

6. Межі значення основної допустимої похибки зазначені для нагрузки, що не перевищує 10 % припустимого значення (див. табл.3).

7. Основна допустима похибка повинна зберігатися в зазначених межах протягом 8 годин після калібрування.

8. Межі значень допустимих похибок калібратора за 3 місяці роботи відповідають значенням, зазначеним у таблиці 2. Час встановлення каліброваного струму з похибкою, що не перевищує значень, зазначених у таблицях 1 і 2, і не перевищує 5 с.

9. Калібратор забезпечує напруги на нагрузці в режимі КС і струм нагрузки в режимі КН відповідно до табл.3.

10. Межа допустимого значення додаткової похибки калібратора, викликаної зміною струму нагрузки від 10 % до припустимого значення в режимі КН, дорівнює межі значення основної припустимої похибки.

Будова і робота калібратора П321

Калібратор являє собою прецизійне джерело каліброваних струмів і напруг. Схема калібратора приведена на рис. 1.

Джерело каліброва­них струмів вико­нано за схемою ком­пенсаційного стабілізатора з неперервним регулю­ванням.

Стабілі­зований струм I_к проходить через нагрузку R_н і вимірюваль­ний резистор R_ш. Підсилю­вач постій­ного струму (ППС) порі­внює напругу на ре­зисторі R_ш і напругу U_оп і, впливаючи на регулюючий транзис­тор VT1, забезпечує регулювання вихідного струму.

Без врахування похибки некомпенсації вихідний струм I_к дорівнює:

(1)

Якщо переключити вхід ППС із точки «2» у точку «1», а навантаження R_н – у точки «1» і «3», то схема забезпечить регулювання напруги U_к = U_оп.

Таблиця 2.

Кінцеве зна­чення діапа­зону КС або КН	Межа допустимого значення основної похибки калібратора за 3 місяці роботи
При щоденному підстроюванні нулів і встановленні UОП	Без підстроювання нулів і калібрування
10 mА	±[10 Ik(0,01+gНЭ+gRN)+5] nA	±[10Ik(0,01+gНЭ+gRN)+12] nA
100 mА	±[10 Ik(0,005+gНЭ+gRN)+5] nA	±[10Ik(0,008+gНЭ+gRN)+10] nA
1 mA	±[10Ik(0,005+gНЭ+gRN)+0,05] mA	±[10Ik(0,005+gНЭ+gRN)+0,1] mA
10 mA	±[10 Ik(0,005+gНЭ+gRN)+0,5] mA	±[10 Ik(0,005+gНЭ+gRN)+1] mA
100 mA	±[10 Ik(0,005+gНЭ+gRN)+5] mA	±[10Ik(0,005+gНЭ+gRN)+20] mA
1 A	±[10 Ik(0,01+gНЭ+gRN)+0,1] mA	±[10Ik(0,01+gНЭ+gRN)+1,5] mA
10 A	±[10 Ik(0,01+gНЭ+gRN)+1] mA	±[10Ik(0,005+gНЭ+gRN)+15] mA
1 V	±[30 Uk+gНЭ Uk 10^4+50] mV	±[30 Uk+gНЭ Uk 10^4+150] mV
10 V	±[20 Uk+gНЭ Uk 10^4+100] mV	±[20 Uk+gНЭ Uk 10^4+1000] mV

Таблиця 3.

Кінцеве значення діапазону КС або КН	Напруги (струм) нагрузки, не більше
10 mА	30 V
100 mА	30 V
1 mA	30 V
10 mA	30 V
100 mA	30 V
1 A	10 V
10 A	2 V
1 V	1 A
10 V	1 A

Регулюючі транзистори VT1,VT3 і джерела живлення U1 і U2 утворять мостову схему, що забезпечує точність калібратора в області малих струмів.

Для забезпечення потужності в діапазоні струмів від 1 А до 10 А служить блок живлення БЖ.

Основною, метрологічно найбільш відповідальною частиною калібратора є кероване джерело опорної напруги (ДОН). Ним забезпечується регулювання вихідного струму і напруги в межах шести десяткових розрядів (декад).

Керований ДОН виконано на основі кремнієвого стабілітрона з гарантованою стабільністю напруги в часі і при зміні температури. За допомогою масштабного підсилювача напруга стабілізації стабілітрона приводиться до рівня Е_оп = 11 V.

Підсилювач і стабілітрон розміщені в активному термостаті.

Для здійснення масштабного перетворення (регулювання) Е_оп у калібраторі застосована широтно-імпульсна модуляція (ШІМ) опорної напруги.

Плата регулювання містить у собі дві схеми регулювання вихідного струму: схему регулювання струму в діапазоні від 10 нА до 10 мА і схему регулювання струму в діапазоні від 100 нА до 1 А. В останній схемі потужні регулюючі транзистори конструктивно винесені за межі плати.

Діапазони вихідних струмів і напруг визначаються прецизійними резисторами (шунтами) і резистивними поділювачами напруги.

Висока точність встановлення каліброваних струмів і напруг досягається високою лінійністю ШІМ - перетворювача, термостатуванням опорного стабілітрона, високою точністю і стабільністю резистивних поділювачів напруги і можливістю періодичного калібрування опорної напруги і прецизійних резисторів, що задають струм, у всіх діапазонах.

Калібратор складається з двох блоків:

· блоку регулювання, що може використовуватися самостійно на всіх діапазонах вихідних величин, крім діапазону з кінцевим значенням 10 А;

· блоку живлення, що забезпечує вихідний струм у діапазоні з кінцевим значенням 10 А.

На передній панелі блоку регулювання розташовані цифрове табло й органи управління і приєднання:

· вимикач «СЕТЬ»;

· кнопкові перемикачі «СБРОС» і «ПУСК»;

· перемикач діапазонів;

· вихідні клеми;

· клема заземлення;

· елементи калібрування;

· елементи сигналізації і програмного керування;

· індикатор включення калібратора в мережу;

· декадні перемикачі;

· елементи калібрування в діапазоні з кінцевим значенням 10 А.

· На задній панелі розташовані:

· розетка живлення;

· запобіжники;

· колодка з УП;

· клеми і з´єднувачі для підключення блоку живлення.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ВИМІРЮВАНЬ

УВАГА! Усі необхідні переключення у вимірювальних схемах необхідно проводити тільки при відключеному від мережі калібраторі або при натиснутій кнопці «СБРОС».

Перед початком роботи перевірте наявність заземлення калібратора.

Підготовка до роботи

Заземліть калібратор, для чого з'єднайте клему «^» з контуром заземлення.

З'єднайте перемичками вихідні клеми «V», «Э1», «Э2» і «^».

Виконайте всі з'єднання між блоком регулювання і блоком живлення відповідно до рис.2.

Установіть декадні перемикачі в нульове положення (поверніть проти ходу годинникової стрілки до упора).

Установіть перемикач діапазонів у положення «10 mА».

Зробіть наступні операції:

- підключіть до калібратора шнур живлення;

- включіть штекер шнура живлення в мережу;

- включіть тумблер «СЕТЬ» і прогрійте калібратор протягом 0,5 години.

Натисніть кнопку «СБОС».

Встановіть перемикач діапазонів у потрібне положення.

Зробіть необхідні з'єднання виходу калібратора з нагрузкою за рис.3 або рис.4.

При використанні калібратора в режимі КС з'єднайте перемичкою клеми «V» і «Э2» і підключіть нагрузку згідно рис.3 - при каліброваних струмах £ 1 A, і згідно рис.4 - при струмі > 1 А.

У діапазонах з кінцевими значеннями 10 mА і 100 mА нагрузку варто підключати екранованими провідниками.

Примітка: При необхідності, замість з'єднання загальної точки схеми (клема «Э2») із клемою «^» можливе з'єднання з клемою «-».

При використанні калібратора в режимі КН підключіть нагрузку за схемою, що відповідає рис.5 для двозажимного виходу калібратора.

Для з'єднання однополярних клем використовуйте пари зі скручених ізольованих провідників.

З'єднаєте захисний екран (клема «Э1») із клемою «^» чи з клемою заземлення нагрузки.

Використання захисного екрана дозволяє істотно послабити вплив завад загального виду.

Порядок роботи

1. Встановіть декадними перемика­чами необхідне значення струму або напруги.

2. Натисніть кнопку «ПУСК» і подайте на вхід вимірювального приладу, який повіряється, калібрований струм (калібровану напругу) від калібратора.

3. Проведіть вимірювання в зазначених викладачем точках згідно до вимог Додатка 2.

4. Після закінчення роботи зробіть наступні операції:

· встановіть декадні перемикачі в нульове положення;

· натисніть кнопку «СБРОС»;

· виключіть тумблер «СЕТЬ».

ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ

1. Визначте приведену похибку, варіацію і відносну варіацію вимірювання напруги відповідно до алгоритму, приведеному у Додатку 2.

2. Зробіть висновок про відповідність приладу, що повіряється, зазначеному класу точності.

3. Зробіть прогноз про відповідність приладу, що повіряється, зазначеному класу точності протягом наступних років експлуатації.

4. Оформіть звіт по роботі.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. З якою метою використовують калібратор струму і напруг програмований П321?

2. Які межі основної допустимої похибки каліброваних струмів (напруг) П321 варто прийняти для нагрузки, яка перевищує 10 % припустимої?

3. Які межі додаткової похибки каліброваних струмів (напруг) П321 варто прийняти для нагрузки, яка перевищує 10 % припустимої?

4. В яких випадках відбувається і що означає загоряння індикатора «СБРОС»?

5. Який критерій використовують для висновку про відповідність приладу, що повіряється, зазначеному класу точності?

6. Чому збільшення кількості вимірів у кожній точці повірки приводить до підвищення точності результату виміру?

7. Які основні етапи повірки приладу й основні види робіт?

Дата добавления: 2014-12-23