Изучение электроизмерительных приборов и их поверка методом сличения показаний

Лабораторная работа №1

Цели работы: 1. Изучение устройства и принципа действия электроизмерительных приборов.

2. Изучение методики поверки электроизмерительных приборов методом сличения показаний.

3. Приобретение практических навыков по составлению и реализации поверочных схем, состава и параметров электроизмерительных приборов, получению экспериментальной информации о поверке, ее обработке и формулированию выводов.

Оборудование: 1. Образцовый вольтметр (300 В, класс точности 0,5).

2. Образцовый амперметр (5 А, класс точности 0,5).

3. Поверяемый вольтметр(250 В, класс точности 1,5).

4. Поверяемый амперметр (5 А, класс точности 1,5).

5. Ограничивающие ток резистор и реостат.

6. Регулируемый источник питания.

7. Соединительные провода.

Рекомендательный библиографический список: [1], Гл.3: §§3.1 – 3.6; [2], Гл.9: §§9.1 – 9.11; [4], Гл.12: §§12.1 – 12.15; [5], Гл.11: §§11.1 – 11.17.

В технике для измерения различных электрических величин применяются электроизмерительные приборы. В зависимости от принципа их действия приборы классифицируются по системам. Наиболее распространены системы: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, индукционная.

В практике электрических измерений наиболее часто применяют такие электроизмерительные приборы, как: амперметры, предназначенные для измерения величины тока в цепи; вольтметры – для измерения напряжения или разности потенциалов между двумя любыми точками электрической цепи; ваттметры – для измерения мощности электрического тока; электрические счетчики для учета энергии, получаемой потребителем от электроснабжающего предприятия; омметры и измерительные мосты для измерения сопротивления.

В зависимости от условий эксплуатации приборы по исполнению разделяются на группы:

А – для работы в закрытых сухих помещениях;

В – для работы в полевых или морских условиях;

Т – для работы в условиях сухого и влажного тропического климата.

По устойчивости к механическим воздействиям при эксплуатации измерительные приборы разделяются на:

· обыкновенные;

· обыкновенные с повышенной прочностью (ОП);

· устойчивые к механическим воздействиям – тряскопрочные (ТП);

· вибропрочные (ВП), нечувствительные к тряске (ТН);

· не чувствительные к вибрации (ВН);

· ударопрочные (УП).

По степени защищенности от внешних магнитных и электрических полей приборы разделяются на первую и вторую категории, определяющих величину погрешностей приборов.

Кроме того, приборы разделяются по:

· способу преобразования электрической энергии в механическую;

· конструкции измерительного механизма;

· принципу действия преобразователей измерительных цепей;

· способу создания противодействующего момента;

· конструкции чувствительного элемента, отсчетного устройства;

· положению нулевой отметки, положению указателя, характеру шкалы, ее размерам и форме корпуса.

Основные технические характеристики электроизмерительных приборов каждой системы приводятся на их шкале:

· единицы измеряемой величины;

· класс точности;

· род тока и число фаз;

· номер стандарта;

· система прибора;

· группа исполнения по условиям эксплуатации;

· категория защищенности от влияния внешних магнитных и электрических полей;

· рабочее положение прибора;

· величина испытательного напряжения;

· номинальная частота или область частот;

· товарный знак завода изготовителя, заводское обозначение прибора;

· год выпуска и заводской номер прибора.

В отдельных случаях приводятся и ряд других величин, например, номинальное напряжение или ток, номинальная температура и т.п.

В некоторых случаях часть обозначений находится на корпусе и у зажимов прибора.

Важнейшей характеристикой любого измерительного прибора, в том числе, электроизмерительного, является его класс точности, который представляет собой нормированное значение приведенной погрешности (наибольшей допустимой основной погрешности, выраженной в процентах), указываемое заводом-изготовителем измерительного прибора.

По степени точности электроизмерительные приборы с непосредственным отсчетом измеряемой величины по шкале подразделяются на классы: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Классы: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 – образцовые приборы, применяемые в основном для поверки и градуировки рабочих приборов. Классы: 0,5; 1,0 – лабораторные приборы массового применения. Классы: 1,5; 2,5; 4,0 – технические приборы.

Приборы более низкой точности служат для оценочных измерений и называются обычно указателями или индикаторами. Приборы же специального назначения, например, радиоизмерительные, могут иметь класс точности, отличающийся от перечисленных значений.

В качестве нормирующего значения для приведенной погрешности (и устанавливаемого класса точности прибора) берут конечное значение рабочей части односторонней шкалы, сумму конечных значений рабочей части двусторонней шкалы или разность конечного и начального значения рабочей части безнулевой шкалы. При этом класс точности определяется при нормальных рабочих условиях (температуре окружающей среды, отсутствии внешних магнитных полей, указанном рабочем положении прибора и т.п.).

Конкретные особенности конструкций измерительных механизмов, параметров измерительных цепей, влияние внешних факторов приводят к возникновению инструментальных погрешностей измерений как электри­ческих, так и неэлектрических величин. Это приводит к случайной по своей природе разности, называемой абсолютной погрешностью измерения Δ А, между измеренным прибором значением величины А и действительным значением этой величины А₀, в качестве которой принимается либо табличное значение, либо показание образцового прибора, либо усреднённое показание по ряду измерений и т.п.

Определяя абсолютную погрешность измерения как А = Δ А – А₀, а относительную погрешность γ измерения согласно выражению:

γ = А/А₀ · 100%,

поправку к показаниям приборов определяют в виде:

Δ А₀ = А₀ – А.

Каждый электроизмерительный прибор при эксплуатации должен соответствовать роду тока, пределам изменения измеряемой величины, находиться в определенном положении, и устанавливаться в месте отсутствия возмущающих факторов, искажающих результат измерения и обусловливающих появления дополнительной (наряду с основной) погрешности.

Электроизмерительный прибор должен всегда правильно включаться в схему, как в соответствии с родом измеряемой электрической величины, так и ее уровнем и собственным диапазоном чувствительного элемента, конструктивными особенностями и требованиями по эксплуатации.

С определенной периодичностью (регламентируемой нормативными документами метрологической службы) осуществляют поверку электроизмерительных приборов, ставящей своей целью экспериментальное определение погрешностей измерительного прибора и установления факта его пригодности либо непригодности к дальнейшему применению для получения измерительной информации.

Определение метрологическим органом погрешностей измерительного прибора и установление его пригодности к получению и использованию измерительной информации называется поверкой измерительных приборов (средств измерений.) Специальный метрологический термин «поверка» отличается от общетехнического «проверка», т.к. относится к прибору в целом. Перечень операций, выполняемых при поверке прибора, а также методика их выполнения с указанием типов применяемых приборов, приводятся в стандартах и инструкциях по эксплуатации прибора.

Поверка измерительного прибора часто осуществляется методом сличения его показаний с показаниями более точного образцового прибора. Этот простой метод не требует высокой квалификации поверителя и сложного оборудования и применяется для поверки приборов класса точности 0,5 и менее точных. При поверке этим методом более точных приборов возникают трудности по выбору образцового прибора.

Для правильного выбора образцового прибора целесообразно вычислить и сопоставить пределы допускаемых относительных или абсолютных погрешностей образцового и поверяемого прибора в начале, середине и конце шкалы. В результате такого сопоставления необходимо убедиться, что эти соотношений равны 1:4 или 1:5.

Как известно, предел допускаемой погрешности прибора зависит от класса точности и предела измерения прибора. Поэтому выбор класса точности К₀ образцового прибора желательно производить согласно следующему неравенству:

К₀ < К_п /5 · А_п / А₀,

где: К_п – класс точности поверяемого прибора; А_п, А₀ – конечные значения шкал поверяемого и образцового приборов, соответственно.

При одинаковых пределах измерения поверяемого и образцового приборов требование к классу точности образцового прибора снижаются. Инструкции допускают применение образцовых приборов, у которых погрешность только в 2,5 раза меньше допустимой погрешности проверяемого, но в этом случае необходимо вводить поправки к показаниям образцового прибора.

При поверке приборов магнитоэлектрической системы в качестве образцовых применяют приборы этой же системы классов точности 0,1 или 0,2; при поверке приборов других систем в качестве образцовых рекомендуется применять приборы электродинамической системы; иногда применяются приборы электромагнитной системы.

Вариация показаний приборов, применяемых в качестве образцовых, не должна превышать половины допускаемой основной погрешности. Под вариацией показаний прибора понимают разность между его отдельными повторными показаниями, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины при неизменных внешних условиях. Обычно вариацию показаний прибора выражают в процентах от номинального значения шкалы измеряемого прибора. Так как точность визуального отсчета по шкале поверяемого прибора невелика, то практически вариацию его показаний определяют как разность действительных значений измеряемой величины, соответствующих одной и той же отметке на шкале поверяемого прибора, сначала при увеличении (прямой ход), а затем при уменьшении (обратный ход) измеряемой величины.

В зависимости от того, идет ли речь о точности прибора или об изменении этой точности под влиянием внешних факторов, необходимо различать:

· основную погрешность прибора, т.е. погрешность, которая присуща прибору при нормальных условиях его работы. Она возникает вследствие несовершенства конструкции и изготовления прибора, трения в опорах подвижной части, неточности градуировки и вычерчивания шкалы и т.д.;

· изменение показаний прибора, вызванное отклонением условий его работы от нормальных (изменением частоты, формы кривой тока или напряжения, температуры, влиянием внешних полей).

Величина указанных изменений показаний прибора зависит от его системы, параметров, а также от совершенства его конструкции и выполнения. Согласно ГОСТ она не должна превышать значения класса точности прибора.

Сущность методики поверки измерительных приборов методом сличения показаний состоит:

· в экспериментальном получении результатов измерений с использованием образцового и поверяемого приборов на фиксированных (оцифрованных) отметках шкалы поверяемого прибора при увеличении (прямой ход), а затем при уменьшении (обратный ход) измеряемой величины в пределах диапазона поверяемого прибора;

· в обработке результатов полученной измерительной информации с целью определения действительных значений приведенной погреш­ности и вариаций прибора на проверяемых отметках шкалы прибора;

· в сравнении максимального значения экспериментальной приведенной погрешности с классом точности прибора с целью формулирования результата поверки (годности, либо непригодности измерительного прибора для эксплуатации, соответствие классу точности).

Состав необходимой измерительной информации, порядок ее получения и обработки, логика определения результата поверки приведены в Таблице 1.

Таблица 1.

№ п/п	А0	Измерено	Вычислено	Вычислено	Вариация
Показ. образц. прибора	Погрешности (абсолютные)	Макс. привед. погрешность
Пр.ход	Обр.ход	Пр.ход	Обр.ход	Пр.ход	Обр.ход
				Δ А^пр– А0	Δ А^обр– А0	max δ ^пр= (max Δ Aj^обр)/(N ^max– N ^min)·100%	max δ ^обр= (max Δ Aj^обр)/(N ^max– N ^min)·100%	max var = max(Ai^обр – Ai^пр)/(N ^ma x– N ^min)·100%

В таблице: № п/п – номер отметок шкалы поверяемого прибора;

А₀ –значения оцифрованных отметок поверяемого прибора;

Параметры поверяемого прибора: К₀ – класс точности прибора;

N ^max – верхний предел измерения;

N ^min – нижний предел измерения.

Проверка выполнения необходимого условия	Сравнение значений max var и К0
Определение результата поверки	max var < К0	Прибор соответствует классу точности
max var > К0	Прибор не соответствует классу точности

На основании полученных результатов поверки делаются выводы о возможной дальнейшей эксплуатации прибора или о необходимости проведения соответствующих профилактических или ремонтно-восстанови­тельных работ.

В данной работе для установления соответствия прибора обозначенному на нем классу точности (поверка) проверяется только его основная погрешность. При этом необходимо учесть рекомендации, изложенные ранее в отношении классов точности образцового и поверяемого приборов, их систем, диапазона измеряемых величин.

При выполнении данной работы следует руководствоваться следующим:

· схема соединений при поверке приборов‚ должна быть такой, чтобы в максимально возможной степени соблюдались условия равенства измеряемых величин, выдаваемых на измерительные механизмы образцового и поверяемого приборов;

· поверке подлежат все основные (оцифрованные) деления шкалы по­веряемого прибора;

· при поверке приборов на постоянном токе рекомендуется применять стабилизированные источники постоянного тока;

· установку показаний прибора производят плавным увеличением значения измеряемой величины от нуля до конца шкалы с установкой стрелки испытуемого (поверяемого) прибора точно на поверяемой отметке без ее перехода при увеличении (прямой ход) и умень­шении (обратный ход) значения измеряемой величины – напряжения или тока;

· поверку следует проводить не менее чем на пяти отметках шкалы с отсчетом показаний поверяемого и образцового прибора двумя наблюдателями для максимального снижения параллакса.

Дата добавления: 2015-05-06