Метрология, методы и приборы технических измерений

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ВИТЕБСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МЕТРОЛОГИЯ, МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

и контрольные задания для студентов

специальности 1-530101-05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность)»

заочной формы обучения

ВИТЕБСК - 2011

УДК 389.681.2

Метрология, методы и приборы технических измерений: методические указания и контрольные задания для студентов специальности 1-530101-05 «Автоматизация технологических процессов и производств (легкая промышленность)» заочной формы обучения

Витебск: Министерство образования Республики Беларусь, УО «ВГТУ», 2011.

Составитель: доц., к.т.н. Смелков Д.В.

В методических указаниях приводится информация для выполнения двух контрольных работ. Первая работа посвящена расчетам характеристик электроизмерительных приборов, методам измерения электрических величин. Вторая - техническим измерениям.

Методические указания составлены в соответствии с программой курса «Метрология, методы и приборы технических измерений», изучаемого студентами специальности 1-530101-05.

Одобрено кафедрой «Автоматизация технологических процессов и производств» УО «ВГТУ» 14.10.2010 г., протокол №4

Рецензент: доц. Новиков Ю.В.

Редактор: доц. Попов Ю.В.

Рекомендовано к опубликованию редакционно-издательским советом УО «ВГТУ» 4.11.2010 г., протокол №7

Ответственный за выпуск: Букин Ю.А.

Учреждение образования «Витебский государственный технологический университет»

Подписано в печать_________. Формат_________. Уч.-изд. лист._____.

Печать ризографическая. Тираж____экз. Заказ №____. Цена______руб.

Отпечатано на ризографе учреждения образования «Витебский государственный технологический университет».

Лицензия №02330/0494384 от 16 марта 2009 г.

210035, г. Витебск, Московский пр-т, 72.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Контрольная работа №1

1.1 Классы точности приборов и вычисление погрешностей

1.2 Измерительные трансформаторы

1.3 Токовые шунты и добавочные резисторы

1.4 Погрешность подключения прибора

1.5 Измерение активных сопротивлений с помощью мостовой схемы

1.6 Измерение емкостей с помощью резонансной схемы

1.7 Измерительные устройства

2 Контрольная работа №2

2.1 Методы и средства технических измерений

2.2 Схемы технических измерений

2.3 Схемы преобразования измерительного сигнала

Литература

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с образовательным стандартом специальности ОСРБ 1-53 01 01-2007 выпускник по дисциплине «Метрология, методы и приборы технических измерений» должен знать:

- основы метрологии и организации метрологической службы отрасли;

- методы измерений технологических параметров в отрасли; основные типы первичных преобразователей, вторичных приборов и комплексов для автоматизированных измерений;

- основы выбора измерительных средств в ГСП;

- основы методов обработки сигналов измерительной информации в современных измерительных комплексах, включающих микропроцессоры и миниЭВМ;

уметь:

- рассчитывать метрологические характеристики средств измерений;

- проводить поверку стандартных приборов ГСП;

- читать и составлять функциональные схемы автоматизированного контроля параметров технологических процессов;

- определять источники погрешностей при проведении измерений и устранять причину их возникновения.

Для студентов заочной формы обучения предусмотрены две контрольные работы:

1-я - по разделам «Характеристики измерительных приборов», «Электромеханические преобразователи», «Устройства и конструкции аналоговых измерительных приборов», «Измерение параметров электрических сигналов», «Первичные преобразователи»;

2-я - по разделам «Схемы включения первичных преобразователей», «Измерение параметров технологических процессов», «Преобразование измерительного сигнала».

Работы выполняются по вариантам в соответствии с таблицами к каждому заданию в тетрадях в клеточку от руки или распечатываются на листах писчей бумаги формата А4. На титульном листе должна содержаться следующая информация: названия вуза, кафедры, дисциплины, №контрольной работы, фамилия и инициалы студента, №группы, №варианта, фамилия и инициалы преподавателя, год выполнения.

За каждое задание студент получает баллы, которые потом используются в расчете рейтинговой оценки студента по дисциплине в целом. Преподаватель определяет сроки сдачи каждой из контрольных работ (возможно их разделение на части). При соблюдении сроков выполнения - максимальный балл 10, если работа сдана позже - максимальный балл может быть снижен.

прибор погрешность измерение устройство

1 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

1.1 Классы точности приборов и вычисление погрешностей

Теоретическая часть. Согласно ГОСТ 8.401-80, для указания нормированных значений погрешности чувствительности г_s, приведенной аддитивной погрешности г_o, приведенных погрешностей в начале г_Н и в конце г_К диапазона измерений не могут использоваться произвольные числа.

Выраженные в процентах, они могут иметь значения 6-4-2,5-1,5-1,0-0,5-0,2-0,1-0,05-0,02-0,01-0,005-0,002-0,001 и т. д. Значение класса точности прибора маркируется на его шкале. Для того чтобы различить, какая из погрешностей обозначена в качестве класса точности, используются следующие условные обозначения.

Если класс точности прибора установлен по значению погрешности чувствительности г_s, т. е. форма полосы погрешности условно принята чисто мультипликативной, обозначаемое на шкале значение класса точности обводится кружком. Например, обозначает, что г_s = 1% .

Если же полоса погрешностей принята аддитивной и прибор нормируется приведенной погрешностью нуля г_o (таких приборов большинство), то класс точности указывается без каких-либо подчеркиваний (например, просто 1,5).

Наконец, на приборах с резко неравномерной шкалой, например омметрах, класс точности прибора указывается в долях от длины шкалы и обозначается 1,5 .

Обозначение класса точности в виде, например, 0,02/0,01, указывает, что погрешность прибора нормирована по двучленной формуле с г_Н = 0,01% и г_К = 0,02%.

Погрешность результата прямого однократного измерения зависит от многих факторов, но, в первую очередь, определяется, естественно, погрешностью используемых средств измерений. Поэтому в первом приближении погрешность результата измерения можно принять равной погрешности, которой в данной точке диапазона измерений характеризуется используемое средство измерений.

Вычисляться должна как абсолютная, так и относительная погрешности результата измерения, так как первая из них нужна для округления результата и его правильной записи, а вторая - для однозначной сравнительной характеристики его точности.

Для разных характеристик нормирования погрешностей СИ эти вычисления производятся по-разному, поэтому рассмотрим три характерных случая.

1. Класс точности прибора указан в виде одного числа г_s, заключенного в кружок (мультипликативная полоса погрешностей). Тогда относительная погрешность результата (в процентах) г(х) = г_s, а абсолютная его погрешность

.

2. Класс точности прибора указан одним числом г_o (без кружка - аддитивная полоса погрешностей). Тогда абсолютная погрешность результата измерения

,

где Х_K - верхний предел измерений прибора,

а относительная погрешность измерения находится по формуле

,



Рисунок 1 - Классификация погрешностей

т. е. в этом случае при измерении, кроме отсчета измеряемой величины х, обязательно должен быть зафиксирован и предел измерений Х_к, иначе впоследствии нельзя будет вычислить погрешность результата.

3. Класс точности прибора указан двумя числами в виде (одновременное присутствие мультипликативной и аддитивной полос погрешностей). В этом случае удобнее вычислить относительную погрешность результата по формуле

,

где г_Н и г_К - приведенная погрешность в начале и в конце диапазона измерений;

а уже затем найти абсолютную погрешность как

.

При использовании этих формул полезно помнить, что в формулы для определения г(х) значения г_s, г_o, с и d подставляются в процентах, поэтому и относительная погрешность результата измерения получается также в процентах.

Однако для вычисления абсолютной погрешности (x) в единицах х значение г(х) (в процентах) надо не забыть разделить на 100.

Практическая часть. А. Прибором было сделано 10 измерений величины x (см. таблицу 1). Прибор имеет класс точности г (или г_Н и г_К - приведенные погрешности в начале и в конце диапазона измерений) и верхний предел измерения Хк. Определить абсолютные погрешности (x), а также относительные погрешности г(х_i) в каждом случае. Сравните с Вашим два соседних варианта и определите, прибором какого из них измерения Ваших величин были бы проведены точнее (доказать вычислениями).

Б. Прибором было 10 раз измерено одно и то же значение величины x (см. таблицу 1). Определить среднее арифметическое полученных результатов, абсолютные и относительные погрешности каждого измерения, среднюю квадратичную, вероятную и предельную погрешности. Определить класс точности прибора (считать полосу погрешностей аддитивной).

Таблица 1 - Варианты заданий

Вариант	Номер измерения	Класс точности	Верхний предел измерения	Приведенная погрешность
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10			В начале диапазона	В конце диапазона
1	56	53	50	54	59	53	54	51	52	58	0,1	60
2	66	63	60	64	69	63	64	61	62	68	0,1	80
3	76	73	70	74	79	73	74	71	72	78	0,2	100
4	86	83	80	84	89	83	84	81	82	88	0,2	200
5	96	93	90	94	99	93	94	91	92	98	0,2	250
6	106	103	100	104	109	103	104	101	102	108	0,5	350
7	116	113	110	114	119	113	114	111	112	118	0,5	300
8	126	123	120	124	129	123	124	121	122	128	0,5	250
9	136	133	130	134	139	133	134	131	132	138	0,5	200
10	146	143	140	144	149	143	144	141	142	148	1	350
11	156	153	150	154	159	153	154	151	152	158	1	300
12	166	163	160	164	169	163	164	161	162	168	1	250
13	176	173	170	174	179	173	174	171	172	178	1	200
14	186	183	180	184	189	183	184	181	182	188	2,5	400
15	196	193	190	194	199	193	194	191	192	198	2,5	350
16	206	203	200	204	209	203	204	201	202	208	2,5	300
17	216	213	210	214	219	213	214	211	212	218	2,5	250
18	226	223	220	224	229	223	224	221	222	228	4	250
19	236	233	230	234	239	233	234	231	232	238	4	260
20	246	243	240	244	249	243	244	241	242	248	4	270
21	256	253	250	254	259	253	254	251	252	258		280	0,5	1
22	266	263	260	264	269	263	264	261	262	268		290	1	1,5
23	276	273	270	274	279	273	274	271	272	278		300	1	2,5
24	286	283	280	284	289	283	284	281	282	288		310	1,5	2,5
25	296	293	290	294	299	293	294	291	292	298		320	1,5	2,5
26	306	303	300	304	309	303	304	301	302	308		330	0,05	0,1
27	316	313	310	314	319	313	314	311	312	318		340	0,1	0,2
28	326	323	320	324	329	323	324	321	322	328		350	0,2	0,5
29	336	333	330	334	339	333	334	331	332	338		360	0,5	1
30	346	343	340	344	349	343	344	341	342	348		370	1	1,5
31	356	353	350	354	359	353	354	351	352	358		380	1	2,5
32	366	363	360	364	369	363	364	361	362	368		390	1,5	2,5
33	376	373	370	374	379	373	374	371	372	378		400	1,5	2,5
34	386	383	380	384	389	383	384	381	382	388		410	0,1	0,2
35	396	393	390	394	399	393	394	391	392	398		420	0,1	0,2
36	406	403	400	404	409	403	404	401	402	408		430	0,2	0,5
37	416	413	410	414	419	413	414	411	412	418		440	0,2	1
38	426	423	420	424	429	423	424	421	422	428		450	0,5	1
39	436	433	430	434	439	433	434	431	432	438		480	1	2,5
40	446	443	440	444	449	443	444	441	442	448		500	1	2,5
41	555	545	546	551	552	540	544	551	543	545		550	0,1	0,2
42	601	602	599	590	586	605	610	599	589	604	1	600
43	654	660	656	648	650	657	640	655	657	645	0,5	650
44	705	690	689	680	713	709	703	700	690	698	2	700
45	750	745	755	744	748	760	746	754	758	735	0,25	800
46	425	420	421	424	430	422	423	422	421	427		850	1	2,5
47	555	546	547	550	553	541	542	551	542	546		900	0,1	0,2
48	206	204	201	202	210	204	205	200	201	205		1000	0,5	1
49	705	690	689	685	713	709	703	710	692	698		800	0,2	0,5
50	750	745	755	744	748	760	746	754	758	735	0,25	900
51	174	175	171	173	178	171	174	175	172	178	0,5	220
52	446	443	440	443	449	443	444	440	442	448	1	500

1.2 Измерительные трансформаторы

Теоретическая часть. Измерительные трансформаторы переменного тока основаны на явлении электромагнитной индукции и, подобно силовым трансформаторам, представляют собой сердечник из листового магнитномягкого материала с двумя обмотками. Их основное назначение состоит в преобразовании (обычно уменьшении) значений измеряемых напряжений и токов в стандартные: 100 В или В и 5 А (иногда 1 А). Помимо этого при измерениях на высоком напряжении трансформаторы обеспечивают безопасность обслуживания приборов на вторичной стороне. Высоковольтные трансформаторы кроме обмоток, предназначенных для включения измерительных приборов, обычно имеют дополнительные обмотки для питания цепей релейной защиты. Трансформаторы высоких классов точности имеют сердечники не из листовой трансформаторной стали, а из материалов с высокой магнитной проницаемостью типа пермаллоя.

Трансформаторы делятся на трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Первичная обмотка трансформатора напряжения, зажимы которой обозначаются буквами А - X (начало - конец), включается в линию параллельно, а к зажимам вторичной обмотки, обозначаемым соответственно буквами а - х, подключаются вольтметры, герцметры и параллельные цепи других приборов. Трансформатор напряжения нормально работает в режиме, близком к холостому ходу, и короткое замыкание его вторичной цепи является для трансформатора аварийным.

Первичная обмотка трансформатора тока, зажимы которой обозначаются буквами Л₁ - Л₂ (линия), а вторичной-соответственно буквами И₁ - И₂ (измерение), включается в линию последовательно. Вторичные цепи этих трансформаторов питают амперметры и последовательные цепи таких приборов, как ваттметры, счетчики и другие, имеющие малое сопротивление. Нормальным для трансформатора является режим, близкий к короткому замыканию, и разрыв вторичной цепи становится аварийным.

Изменение порядка включения зажимов на обратное для любой из обмоток трансформаторов влечет за собой поворот соответствующего вектора на 180°. Поэтому при использовании трансформаторов с фазочувствительными приборами надо следить за правильным включением зажимов.

Измерительные трансформаторы должны иметь малые погрешности преобразования измеряемых напряжений и токов как по значению, так и по фазе.

Измерительные трансформаторы характеризуются номинальными коэффициентами трансформации (величина, обратная коэффициенту преобразования) в виде отношения номинальных значений напряжений или токов соответственно указываемыми в паспортах трансформаторов.

и ,

Строятся трансформаторы тока следующих классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3 и 10. Угловая погрешность, в зависимости от класса точности и нагрузки, находится соответственно в пределах от 2 до 120 мин.

Трансформаторы напряжения выпускаются следующих классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1 и 3. Угловая погрешность составляет от 2 до 100 мин, в зависимости от класса и пределов по нагрузке.

Чтобы расширить пределы измерения ваттметра, в цепь тока включается трансформатор тока, а в цепь напряжения - трансформатор напряжения. Значение измеряемой мощности определяют по показанию ваттметра, умноженному на произведение коэффициентов трансформации трансформаторов тока и напряжения:

,

где P_x - измеряемая активная мощность;

P_w - показания ваттметра.

Практическая часть. Определить мощность, потребляемую цепью, и показания ваттметра в делениях, если амперметр, вольтметр, ваттметр включены во вторичные обмотки трансформатора тока (К_Iн) и напряжение (К_Uн). Показания приборов - I, U, сдвиг фаз - . Ваттметр имеет верхний предел измерения I_m = 10А, U_m = 300 В. Шкала имеет 200 делений. Погрешностями пренебречь. Составить принципиальную схему с параметрами всех элементов.

Таблица 2 - Варианты заданий

Вариант	КUн	КIн	I, А	U, В	, 0
1	3000/100	150/50	4	100	-200
2	2000/100	200/50	5	50	-600
3	4000/200	200/40	3,5	200	+600
4	2000/50	100/50	4,5	45	-500
5	2500/100	300/60	5,5	100	+350
6	3000/150	400/50	6	150	+550
7	4000/250	400/80	4	180	-400
8	4000/80	180/90	4,5	140	-300
9	2100/70	240/60	6	60	+300
10	2400/80	320/80	3	70	-450
11	2000/100	150/30	3	90	-250
12	3000/100	300/50	5	80	-500
13	4000/100	200/50	3,5	100	+500
14	2000/150	150/50	4	120	-500
15	3500/100	360/60	5,5	90	+450
16	3000/150	300/50	6	120	+550
17	4000/250	400/80	4,5	220	-300
18	4000/80	270/90	4,5	80	-400
19	2100/70	240/80	6	60	+500
20	2400/80	320/40	3	75	-350
21	3000/100	150/50	7	80	-200
22	2000/100	200/50	6	40	-600
23	4000/200	200/40	5	150	+600
24	2000/50	100/50	3	40	-500
25	2500/100	300/60	8	60	+350
26	3000/150	400/50	4	120	+450
27	4000/250	400/80	6	220	-400
28	4000/80	180/90	5	70	-300
29	2100/70	240/60	4	65	+300
30	2400/80	320/80	3	75	-250
31	2000/100	150/30	6	80	-250
32	3000/100	300/50	7	90	-300
33	4000/100	200/50	4,5	90	+200
34	2000/150	150/50	5	130	-400
35	3500/100	360/60	6	85	+350
36	3000/150	300/50	5	130	+450
37	4000/250	400/80	4	210	-300
38	4000/80	270/90	4	70	-300
39	2100/70	240/80	4	65	+500
40	2400/80	320/40	7	60	-350
41	2500/90	330/45	10	75	-200
42	2600/100	340/50	12	80	+350
43	2700/120	380/60	15	90	+450
44	2800/130	380/65	12	60	-400
45	4000/100	200/20	10	120	+600
46	3000/150	150/50	8	60	-200
47	2100/100	210/70	5	30	-600
48	3500/100	360/40	6	75	+250
49	2100/70	240/60	6	50	+300
50	2400/80	320/80	3	60	-450
51	2000/100	150/30	3	80	-250
52	3000/100	300/50	5	70	-500

1.3 Токовые шунты и добавочные резисторы

Теоретическая часть. Резистор, включенный последовательно с ИМ, вращающий момент которого зависит от тока, и используемый для измерения напряжения, называется добавочным резистором. Основное его назначение - преобразование напряжения в ток.

Ток I₀ в цепи ИМ (рис. 2) определяется уравнением преобразования:

,

где U_x - измеряемое напряжение;

R₀ - cопротивление ИМ;

R_{d -} сопротивление добавочного резистора.

Рисунок 2 - Подключение добавочного резистора

Добавочные резисторы служат также для расширения пределов измерения по напряжению уже готовых вольтметров и других приборов, например, ваттметров, фазометров, имеющих параллельные цепи, включаемые под напряжение.

Шунт представляет собой четырехзажимный резистор R_ш, который вместе с ИМ, подключенным к его потенциальным зажимам П, при помощи токовых зажимов Т включается в цепь измеряемого тока I_х (рис. 3). Шунт преобразует ток в падение напряжения. Для постоянного тока уравнение преобразования имеет вид:

,

где I_ш - ток в шунте.

Практическая часть. Изобразить принципиальную схему трехпредельного ампервольтметра с использованием магнитоэлектрического измерительного механизма на значения постоянного тока и напряжения (по варианту). Рассчитать все элементы и собственную потребляемую мощность (максимальную) на всех пределах.



Рисунок 3 - Подключение шунта

Таблица 3 - Варианты заданий

Вариант	Параметры измерительного механизма	Значения тока, А	Значения напряжения, В
	I, мА	Z, Ом
1	2	3	4	5
1	0,1	500	1,3,5	5,15,60
2	0,2	550	1,3,6	5,15,75
3	0,3	600	1,5,10	5,30,60
4	0,4	650	1,5,15	5,45,90
5	0,5	700	2,6,20	10,60,120
6	0,6	750	3,9,30	10,30,90
7	0,7	800	3,15,60	10,50,100
8	0,8	850	3,20,70	15,60,120
9	0,9	900	5,25,100	30,90,230
10	1	950	10,30,50	50,150,600
11	1,1	1000	1,3,5	5,15,60
12	1,2	1050	1,3,6	5,15,75
13	1,3	1100	1,5,10	5,30,60
14	1,4	1150	1,5,15	5,45,90
15	1,5	1200	2,6,20	10,60,120
16	1,6	1250	3,9,30	10,30,90
17	1,7	1300	3,15,60	10,50,100
18	1,8	1350	3,20,70	15,60,120
19	1,9	1400	5,25,100	30,90,230
20	2	1450	10,30,50	50,150,600
21	2,1	1500	1,3,5	5,15,60
22	2,2	1550	1,3,6	5,15,75
23	2,3	1600	1,5,10	5,30,60
24	1	500	1,3,5	5,15,60
25	1,1	550	1,3,6	5,15,75
26	1,2	600	1,5,10	5,30,60
27	1,3	650	1,5,15	5,45,90
28	1,4	700	2,6,20	10,60,120
29	1,5	750	3,9,30	10,30,90
30	1,6	800	3,15,60	10,50,100
31	1,7	850	3,20,70	15,60,120
32	1,8	900	5,25,100	30,90,230
33	1,9	1000	10,30,50	50,150,600
34	2	1450	3,6,20	10,60,120
35	2,1	1500	3,9,30	10,30,90
36	2,2	1550	3,15,60	10,50,100
37	2,3	1600	3,20,70	15,60,120
38	2,4	1700	5,25,100	30,90,230
39	2,5	1800	10,30,50	50,150,600
40	2,6	1900	10,30,60	60,160,700
41	2,7	2000	12,35,60	70,170,750
42	2,8	2100	14,40,65	80,180,800
43	2,9	2200	15,50,70	90,190,850
44	5	2300	16,60,80	95,200,900
45	0,1	550	1,5,10	5,10,50
46	1	900	1,10,50	50,100,500
47	2	1400	1,10,50	50,150,600
48	3	1500	1,10,100	40,120,250
49	1,2	550	1,3,6	5,15,75
50	1,3	600	1,5,10	5,30,60
51	1,4	650	1,5,15	5,45,90
52	1,5	700	2,6,20	10,60,120

1.4 Погрешность подключения прибора

Теоретическая часть. По теореме Тевенина, активную цепь с двумя выводами А и В для подсоединения электрической нагрузки Z_L (рис. 4) можно заменить на эквивалентную цепь, содержащую единственный источник э.д.с. E_Тh с последовательно подключенным сопротивлением Z_Th, где E_Th - это разность потенциалов, замеренная между выводами А и В при отсоединенной нагрузке Z_L, a Z_Th - это сопротивление цепи между А и В, если все источники э.д.с. внутри цепи были закорочены и заменены на их внутренние сопротивления.

Таким образом, подсоединение нагрузки Z_L к выходным выводам активной цепи равнозначно подсоединению нагрузки Z_L к эквивалентной цепи с э.д.с. E_Th и внутренним сопротивлением Z_Th, как показано на рис. 5. Видно, что нагрузка, подключенная к цепи, приводит к появлению погрешности:

Рисунок 4 - Активная цепь с нагрузкой

Рисунок 5 - Эквивалентная цепь с нагрузкой

При подключении вольтметра с сопротивлением R_m к цепи с эквивалентным сопротивлением R_Тh показания V_m на его шкале будут равны:



где Е_Th - эквивалентное напряжение в цепи, т.е. значение напряжения перед подключением вольтметра в цепь. Таким образом, внесенную погрешность можно определить так:

Практическая часть. Вольтметр, имеющий равномерную шкалу с верхним пределом измерения V и ток полного отклонения I, измеряет падение напряжения на резисторах (R₁ = 3 кОм, R₂ = 5 кОм, R₃ = 7 кОм, R₄ = 10 кОм), включенных, согласно варианту, к источнику напряжения с Z = 0,5 Ом и E = 120 В. Чему равны показания прибора, относительная и абсолютная погрешности, если задан класс точности прибора (по варианту)? Схему изобразить.

Таблица 4 - Варианты заданий

Вариант	Схема включения	R для измерения	Класс точности	Верхний предел измерения V, В	Ток полного отклонения I, мА
1	Все R последовательные	R1	0.5	130	1
2	-“-	R2	1.0	140	1,5
3	-“-	R3	0.5	150	2
4	-“-	R4	1.0	160	2,5
5	R1, R2 параллельные, с R3 с R4 последовательные	R3	1.5	170	3
6	R1, R4 параллельные и с R2, R3 последовательные	R2	1.0	180	3,5
7	R1, R2, R3 параллельные и с R4 последовательно	R4	2.5	190	4
8	R1, R2 параллельные с R3, R4 последовательные	R4	2.5	200	4,5
9	R2, R3, R4 параллельные и с R1 последовательно	R1	0.1	210	5
10	-“-	R3	0.5	220	5,5
11	-“-	R2	1	130	0,5
12	-“-	R4	2.5	140	1
13	R1, R2, R3 параллельные и с R4 последовательно	R3	1.0	150	1,5
14	-“-	R2	0.5	160	2
15	-“-	R1	0.1	170	2,5
16	R1, R3, R4 параллельные и с R2 последовательно	R1	0.1	180	3
17	-“-	R3	0.5	190	3,5
18	-“-	R2	1	200	4
19	-“-	R4	2.5	210	4,5
20	R1, R2, R4 параллельные и с R3 последовательно	R1	0.1	220	5
21	-“-	R3	0.5	130	0,5
22	-“-	R2	1	140	1
23	-“-	R4	2.5	150	1,5
24	R1, R2 параллельные с R4, R3 параллельные	R1	0.1	160	2
25	R1, R2 параллельные с R4, R3 параллельные	R4	0.5	170	2,5
26	R1, R3 параллельные с R4, R2 параллельные	R3	1	180	3
27	R1, R3 параллельные с R4, R2 параллельные	R2	2.5	190	3,5
28	Все R последовательные	R1+R2	0.5	140	1
29	-“-	R2+R3	1.0	150	1,5
30	-“-	R3+R4	0.5	160	2
31	-“-	R1+R2+R3	1.0	170	2,5
32	R1, R3, R4 последовательные и с R2 параллельно	R1	0.1	190	2
33	R1, R2, R4 последовательные и с R3 параллельно	R4	0.5	200	2,5
34	R1, R2, R3 последовательные и с R4 параллельно	R1+R2	1	210	3
35	R4, R2, R3 последовательные и с R1 параллельно	R2+R3	2.5	220	3,5
36	R1, R4 параллельные и с R2, R3 последовательные	R2	1.0	180	3,5
37	R1, R3 параллельные и с R2, R4 последовательные	R4	2.5	190	4
38	R1, R2 параллельные с R3, R4 последовательные	R3	2.5	200	4,5
39	R3, R4 параллельные и с R2, R1 последовательные	R1	0.1	210	5
40	R1, R2, R4 параллельные и с R3 последовательно	R3	0.2	200	4
41	R1, R2 параллельные с R4, R3 параллельные	R1	0.4	100	3
42	R2, R3, R4 параллельные и с R1 последовательно	R1	0.6	220	7
43	R1, R2 параллельные, с R3 и R4 последовательные	R4	1.7	120	2
44	R1, R3, R4 параллельные и с R2 последовательно	R1	0.1	170	4
45	Все R последовательные	R2+R3+R4	0.1	240	5
46	R4, R2, R3 последовательные и с R1 параллельно	R4+R2	1.5	250	3,5
47	R1, R4 параллельные и с R2, R3 последовательные	R3	2.0	200	2,5
48	R1, R2 параллельные с R4, R3 параллельные	R4	0.6	130	2
49	R1, R3, R4 последовательные и с R2 параллельно	R1	0.2	170	2
50	R1, R2, R4 последовательные и с R3 параллельно	R4	0.25	180	2,5
51	R1, R2, R3 последовательные и с R4 параллельно	R1+R2	0.75	190	3
52	R4, R2, R3 последовательные и с R1 параллельно	R2+R3	2	200	3,5

1.5 Измерение активных сопротивлений с помощью мостовой схемы

Теоретическая часть. Мостом называется электрическая цепь (рис. 6), в которой при определенном соотношении сопротивлений могут быть выделены две узловые вершины C и D с равными потенциалами. Ветви моста R₁, R₂, R₃ и R₄ носят название плеч моста; ветвь АВ, в которую включен источник питания, называется диагональю питания, а ветвь CD указателя равновесия - нулевой диагональю. Простейший четырехплечий мост называют одинарным. В качестве указателей равновесия применяют магнитоэлектрические гальванометры, гальванометрические усилители и электронные усилители постоянного тока.

Наряду с мостами, работающими в уравновешенном режиме, находят применение неуравновешенные мосты. Обозначив сопротивление первого плеча моста, при котором имеет место равновесие, через R₁₀, имеем:

Для неуравновешенного моста

где R_{1 -} изменение сопротивления R₁, а R₁ =R₁/R₁₀. В этом случае ток, проходящий через указатель (измерительный механизм):

где R_{У -} сопротивление измерительного механизма, Ом.

Чувствительность моста по току равна:

S_i = I / R₁.

Рисунок 6 - Мост Уитстона

Практическая часть. Для измерений активных сопротивлений используется четырёхплечий неуравновешенный мост. Рассчитать и выбрать сопротивления R₃ и R₄ плеч моста и чувствительность схемы для 2 точек (начало и конец рабочего диапазона). При необходимости можно разделить весь диапазон на поддиапазоны. Измерительный механизм - магнитоэлектрический, ток - постоянный. Построить градуировочный график для 10 точек. Данные по варианту - из таблицы 5.

Таблица 5 - Варианты заданий

Вариант	Диапазон измеряемых Rx = R1, Ом	Сопротивление R2, Ом	Напряжение источника, U, В	Сопротивление измерительного механизма, RУ, Ом
1	10-100	500	4	100
2	100-300	600	5	101
3	300-500	700	6	102
4	400-600	800	7	103
5	200-700	900	8	104
6	1100-1500	1000	9	110
7	2000-4000	1100	10	120
8	4000-6000	1200	11	130
9	6000-8000	1300	12	200
10	10000-15000	1400	13	500
11	10-100	550	5	150
12	100-300	600	6	151
13	300-500	650	7	152
14	400-600	700	8	153
15	200-700	750	9	154
16	1100-1500	800	10	160
17	2000-4000	850	11	170
18	4000-6000	900	12	180
19	6000-8000	950	13	250
20	10000-15000	1000	14	550
21	10-150	500	24	150
22	100-400	600	22	151
23	300-600	700	20	152
24	200-600	800	18	153
25	200-800	900	16	154
26	1100-2000	1000	14	160
27	2500-4000	1100	12	170
28	4000-6000	1200	10	180
29	5000-8000	1300	8	250
30	9000-15000	1400	6	550
31	10-150	550	20	100
32	100-400	600	19	101
33	300-600	650	18	102
34	200-600	700	17	103
35	200-800	750	16	104
36	1100-2000	800	15	110
37	2500-4000	850	14	120
38	4000-6000	900	13	230
39	5000-8000	950	12	300
40	9000-15000	1000	11	500
41	10-150	200	5	120
42	100-400	250	6	121
43	300-600	300	7	122
44	200-600	400	8	123
45	200-800	500	9	150
46	1100-2000	600	10	160
47	2500-4000	700	11	270
48	4000-6000	900	12	480
49	5000-8000	950	10	350
50	9000-15000	1000	12	550
51	100-400	200	8	125
52	300-600	250	9	130

1.6 Измерение емкостей с помощью резонансной схемы

Теоретическая часть. Измерение емкости, или индуктивности, может быть осуществлено при известной частоте источника питания настройкой контура в резонанс. При резонансе напряжений для последовательно включенных емкости и индуктивности условие резонанса = дает возможность определить либо C, либо L. Недостатком метода является то, что резонанс напряжений обнаруживается по максимуму показания прибора, измеряющего ток или падение напряжения на реактивном сопротивлении, что снижает точность определения точки резонанса, в особенности, если в цепи имеется значительное активное сопротивление. Поэтому резонансный метод дает хорошие результаты при больших добротностях объекта измерения, когда резонансная кривая имеет резко выраженный максимум.

Практическая часть. Изобразить резонансную схему для измерения ёмкостей в заданных пределах (табл. 6). Рассчитать пределы изменения индуктивности и тангенс угла потерь, чувствительность схемы в начале и конце диапазона измерений.

Таблица 6 - Варианты заданий

Вариант	Значение С, мкФ	Значение RC, Ом (потерь)	Значение U питания, В	Значение f питания, Гц
1	0,1-0,3	1,0	4	10000
2	0,3-0,6	1,5	5	7500
3	0,6-0,8	2,0	6	7000
4	0,8-1	2,5	7	6500
5	1-2	3,0	8	600
6	2-5	3,5	9	500
7	5-10	4,0	10	400
8	10-15	4,5	11	300
9	15-20	5,0	12	200
10	20-30	5,5	13	100
11	30-40	6,0	4	15000
12	25-35	5,5	5	8000
13	20-30	5,0	6	7500
14	15-25	4,5	7	6000
15	10-20	4,0	8	4000
16	5-15	3,5	9	1000
17	0,8-1,1	3,0	10	800
18	0,6-0,9	2,5	11	700
19	0,4-0,8	2,0	12	600
20	0,2-0,4	1,5	10	500
21	0,05-0,15	0,5	11	12000
22	0,15-0,3	1,0	12	11000
23	0,3-0,4	1,5	13	7000
24	0,4-0,6	2,0	14	6500
25	0,6-0,8	2,5	15	5000
26	0,5-0,9	3,0	16	3000
27	1-3	3,5	17	1000
28	5-10	4,0	18	500
29	10-15	4,5	19	400
30	20-35	5,0	20	300
31	0,15-0,3	10,0	24	20000
32	0,5-0,9	9,0	22	15000
33	0,3-0,4	8,0	20	10000
34	0,6-0,8	7,0	18	7500
35	5-10	6,0	16	5000
36	1-3	5,0	14	2000
37	10-15	4,0	12	900
38	20-35	3,0	10	500
39	0,05-0,15	2,0	8	300
40	0,4-0,6	1,0	6	200
41	0,5-0,9	1,0	22	15000
42	0,3-0,4	1,5	20	10000
43	0,6-0,8	2,0	18	7500
44	5-10	2,5	16	5000
45	1-3	3,0	14	2000
46	10-15	3,5	12	900
47	20-35	4,0	10	500
48	0,05-0,15	4,5	8	300
49	0,4-0,6	5,0	6	200
50	5-10	8,0	19	400
51	10-15	7,0	20	300
52	20-35	6,0	24	20000

1.7 Измерительные устройства

Практическая часть. Описать физические законы, принцип действия, нарисовать эскиз (схему) устройств, условное обозначение (если есть) и схему подключения, указать преимущества, недостатки, применение (см. табл. 7).

Таблица 7 - Варианты заданий

Вариант	Наименование устройства
1	Магнитоэлектрический измерительный механизм
2	Электромагнитный измерительный механизм
3	Индукционный измерительный механизм
4	Электростатический измерительный механизм
5	Логометр электромагнитный
6	Электродинамический измерительный механизм
7	Логометр электродинамический
8	Логометр магнитоэлектрический
9	Магнитоэлектрический омметр
10	Магнитоэлектрический гальванометр
11	Термоэлектрический прибор (на основе магнитоэлектрического ИМ и термопар)
12	Электродинамический вольтметр и амперметр
13	Электродинамический счетчик электрической энергии постоянного тока
14	Измерительный одинарный мост постоянного тока
15	Измерительный мост переменного тока для измерения емкости
16	Измерительный мост переменного тока для измерения индуктивности
17	Измерительный трансформаторный мост
18	Измерительный компенсатор постоянного тока
19	Выпрямительные приборы (на основе магнитоэлектр. ИМ)
20	Измерительный трансформатор тока
21	Измерительный трансформатор напряжения
22	Электронно-лучевой осциллограф
23	Цифровые вольтметры
24	Цифровые амперметры
25	Цифровые ваттметры
26	Токовые шунты и добавочные сопротивления
27	Электронный вольтметр
28	Электронный амперметр
29	Электронный ваттметр
30	Счетчики энергии постоянного тока
31	Счетчики энергии переменного тока
32	Фарадаметры
33	Генриметры
34	Автоматические мосты
35	Индуктивные измерительные преобразователи
36	Емкостные измерительные преобразователи
37	Пьезоэлектрические измерительные преобразователи
38	Электромагнитные измерительные преобразователи
39	Тензопреобразователи
40	Термоэлектрические преобразователи
41	Потенциометрические преобразователи
42	Терморезистивные преобразователи
43	Фотопреобразователи
44	Аналоговые регистраторы с прямой записью
45	Гальванометрические регистраторы
46	Регистраторы со следящей системой
47	Алфавитно-цифровой дисплей
48	Дифференциальные датчики
49	Импульсный оптический датчик
50	Кодовый оптический датчик
51	Пневматические датчики
52	Датчики упругости

2 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2

2.1 Методы и средства технических измерений

Практическая часть. Классифицировать метод (контактный, бесконтактный; прямой, косвенный и др.), описать физический принцип метода (законы, формулы, графики и др.), нарисовать схему измерения, нарисовать и описать конструкцию средства (средств) измерения, указать преимущества, недостатки, обеспечиваемую точность, применение на примере какого-либо технологического процесса (с пояснительным рисунком). Задание в таблице 8.

Таблица 8 - Варианты заданий

Вариант	Наименование
1	Измерение уровня поплавковым методом с эл.-магнитным преобразователем
2	Измерение уровня поплавковым методом с индуктивным преобразователем
3	Измерение уровня поплавковым методом с потенциометрическим преобразователем
4	Измерение уровня поплавковым методом с емкостным преобразователем
5	Измерение уровня емкостным методом
6	Измерение уровня кондуктометрическим методом
7	Измерение уровня гидростатическим методом
8	Измерение уровня пневматическим методом
9	Измерение уровня ультразвуковым методом
10	Измерение уровня с помощью радиоактивных изотопов
11	Измерение уровня с помощью динамометров
12	Измерение уровня термическим методом
13	Измерение силы тензорезистивным динамометром
14	Измерение силы индуктивным динамометром
15	Измерение силы пьезоэлектрическим динамометром
16	Измерение объемного расхода барабанным счетчиком
17	Измерение объемного расхода счетчиком с кольцевым поршнем
18	Измерение объемного расхода счетчиком с овальными шестернями
19	Измерение объемного расхода турбинным счетчиком
20	Измерение расхода по перепаду давления с помощью сужающих устройств
21	Измерение расхода с помощью ротаметра
22	Измерение расхода меточным методом
23	Измерение расхода термоанемометром
24	Измерение расхода магнито-индукционным методом
25	Измерение расхода ультразвуковым методом
26	Измерение плотности жидкости весовыми методами
27	Измерение плотности жидкости гидростатическим методом
28	Измерение плотности газов весовыми методами
29	Измерение плотности газов методами истечения
30	Измерение давления манометрами с трубками Бурдона
31	Измерение давления мембранными манометрами
32	Измерение давления электрическими манометрами
33	Измерение вязкости капиллярным методом
34	Измерение вязкости ротационным методом
35	Измерение вязкости методом падающего шарика
36	Измерение вязкости вибрационным методом
37	Измерение температуры дилатометрическим термометром
38	Измерение температуры биметаллическим термометром
39	Измерение температуры термометром сопротивления
40	Измерение температуры термоэлектрическим термометром
41	Измерение температуры термопарой
42	Измерение влажности материалов электрокондуктометрическим методом
43	Измерение влажности емкостным методом
44	Измерение расстояния до объекта с помощью лазера
45	Измерение расстояния до объекта с помощью ультразвука
46	Измерение частоты вращения вала с помощью импульсного оптического датчика
47	Измерение частоты вращения вала с помощью кодового оптического датчика
48	Измерение частоты вращения вала с помощью тахогенератора
49	Измерение частоты вращения вала с помощью датчика Холла
50	Измерения площади поверхности с помощью твердотельных камер (ПЗС-матриц)
51	Измерение влажности инфрокрасным методом
52	Измерение влажности СВЧ-методом

2.2 Схемы технических измерений

Практическая часть. Построить схему измерения заданного технического параметра с использованием заданного преобразователя (табл. 9). На схеме должны быть: технологический объект, датчик, преобразователи (механические, электрические, оптические), индикатор. Все элементы схемы обозначаются цифрами с помощью выносных линий и подписываются ниже рисунка. Принцип работы схемы измерения должен быть письменно объяснен.

Таблица 9 - Варианты заданий

Вариант	Наименование
1	Схема измерения на тензорезисторах давления воздуха
2	Схема поплавкового уровнемера с применением поворотного потенциометра
3	Схема измерения на тензорезисторах расхода газа
4	Схема поплавкового уровнемера с применением линейного потенциометра
5	Схема измерения на тензорезисторах расхода жидкости
6	Схема поплавкового уровнемера с применением индуктивного преобразователя
7	Схема измерения на тензорезисторах уровня жидкости
8	Схема поплавкового уровнемера с применением емкостного преобразователя
9	Схема измерения на тензорезисторах разрывной нагрузки ткани
10	Схема расходомера газа с применением потенциометрического преобразователя
11	Схема измерения на тензорезисторах массы объекта
12	Схема расходомера газа с применением индуктивного преобразователя
13	Схема измерения на тензорезисторах температуры воздуха
14	Схема расходомера газа с применением емкостного преобразователя
15	Схема измерения на емкостном преобразователе толщины листового материала
16	Схема измерения расстояния до объекта с помощью емкостного датчика
17	Схема измерения с помощью датчика Холла толщины листовой резины
18	Схема измерения линейной деформации индуктивным датчиком
19	Схема измерения на тензорезисторах давления воздуха
20	Схема поплавкового уровнемера с применением поворотного потенциометра
21	Схема измерения уровня сыпучего материала емкостным способом
22	Схема измерения массы объекта при помощи индуктивного преобразователя
23	Схема измерения изгибающего момента, действующего на шлифовальный круг
24	Схема измерения давления сжатого воздуха в ресивере на тензорезисторах
25	Схема измерения с помощью датчика Холла давления воздуха
26	Схема измерения на тензорезисторах расхода газа
27	Схема измерения на тензорезисторах давления воздуха
28	Схема поплавкового уровнемера с применением индуктивного преобразователя
29	Схема поплавкового уровнемера с применением линейного потенциометра
30	Схема поплавкового уровнемера с применением емкостного преобразователя
31	Схема расходомера газа с применением потенциометрического преобразователя
32	Схема измерения на тензорезисторах разрывной нагрузки ткани
33	Схема измерения на тензорезисторах массы объекта
34	Схема расходомера газа с применением индуктивного преобразователя
35	Схема расходомера газа с применением емкостного преобразователя
36	Схема измерения на емкостном преобразователе толщины листового материала
37	Схема измерения расстояния до объекта с помощью датчика Холла
38	Схема измерения с помощью датчика Холла толщины листового материала
39	Схема измерения расстояния до объекта с помощью индуктивного датчика
40	Схема измерения на тензорезисторах давления воздуха
41	Схема измерения уровня сыпучего материала емкостным способом
42	Схема измерения массы объекта при помощи индуктивного преобразователя
43	Схема измерения изгибающего момента, действующего на резец при точении
44	Схема измерения с помощью датчика Холла частоты вращения вала
45	Схема измерения на емкостном преобразователе кривизны поверхности
46	Схема измерения влажности материала СВЧ-методом
47	Схема измерения концентрации красителя оптическим методом
48	Схема измерения вязкости клеевого раствора ротационным методом
49	Схема измерения массы бункера с сыпучим веществом пневматическим методом
50	Схема измерения уровня жидкости гидростатическим методом
51	Схема измерения амплитуды вибраций шпинделя станка емкостным методом
52	Схема измерения угла поворота руки робота оптическим датчиком

2.3 Схемы преобразования измерительного сигнала