Поверка технических приборов и основы метрологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАДАНИЕ № 1. ПОВЕРКА ТЕХНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ И ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ

амперметр погрешность поправка точность

Технический амперметр магнитоэлектрической системы с номинальным током , числом номинальных делений имеет оцифрованные деления от нуля до номинального значения, проставленные на каждой пятой части шкалы (стрелки обесточенных амперметров занимают нулевое положение).

Поверка технического амперметра осуществлялась образцовым амперметром той же системы.

Исходные данные для выполнения задачи указаны в табл.1.

Указать условия поверки технических приборов.

Определить поправки измерений.

Построить график поправок.

Определить приведенную погрешность.

Указать, к какому ближайшему стандартному классу точности относится данный прибор.

Если прибор не соответствует установленному классу точности, указать на это особо.

Написать ответы на вопросы:

1). Что называется измерением?

2). Что такое мера и измерительный прибор? Как они подразделяются по назначению?

3). Что такое погрешность? Дайте определение абсолютной, относительной и приведенной погрешности.

Таблица 1 - Исходные данные для задания № 1

Поверяемый амперметр	Единица измерения	Предпоследняя цифра шифра	Последняя цифра шифра
			8
Абсолютная погрешность ДI	А		-0,06 -0,03 +0,08 -0,02 +0,05
Номинальный ток IН	А	8	20

Решение

Для оценки параметров отдельных физических величин используются контрольно-измерительные средства. Качество измерительных средств характеризуется совокупностью показателей, определяющих его работоспособность, точность, надежность и эффективность применения. Для обеспечения гарантированной точности измерений проводится периодическая поверка измерительной аппаратуры.

Поверка измерительного средства - это определение соответствия действительных характеристик измерительного средства техническим условиям или государственным стандартам. При осуществлении поверки применяются измерительные средства поверки - специально предусмотренные средства повышенной точности по сравнению с поверяемыми измерительными средствами.

Методы поверки - совокупность поверочных измерительных средств, приспособлений и способ их применения для установления действительных метрологических показателей поверяемых измерительных средств.

В практике поверки измерительных приборов нашли применение два способа:

- сопоставление показаний поверяемого и образцового приборов;

- сравнение показаний поверяемого прибора с мерой данной величины.

При поверке первым способом в качестве образцовых приборов выбираются приборы с лучшими метрологическими качествами.

Верхний предел измерений образцового прибора должен быть таким же, как и поверяемого или не превышать предел измеряемого прибора более чем на 25%.

Допустимая погрешность образцового прибора должна быть 3...5 раз ниже погрешности поверяемого прибора.

Погрешность выражают в виде абсолютных величин и в виде относительных.

Различают:

а) абсолютную погрешность измерительного прибора:

,

где - показания образцового амперметра (действительное значение); - показания поверяемого

б) относительную погрешность средства измерения, часто выражаемую в процентах:

,

где - абсолютная погрешность.

Для оценки многих средств измерений широко применяется приведенная погрешность, выражаемая в процентах:

,

где . - нормирующее значение, т.е. некоторое значение, по отношению к которому рассчитывается погрешность.

Часто в качестве нормирующего значения для приведенной погрешности принимают верхний предел измерения прибора. Для многих средств измерений по приведенной погрешности устанавливают класс точности прибора. Например, прибор класса 0,5 может иметь основную приведенную погрешность, не превышающую 0,5%.

Измерительные приборы могут быть следующих классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Многопредельные приборы поверяют на одном, двух основных пределах, а на других в некоторых точках.

В результате поверки устанавливают приведенную погрешность и по ней класс точности прибора.

Амперметры магнитоэлектрической системы применяются для измерений токов в цепях постоянного напряжения. Магнитная цепь прибора состоит из постоянного магнита, полюсных наконечников, неподвижного цилиндра. В воздушном зазоре между поверхностями полюсных наконечников и цилиндра создается радиальное поле, которое в силу малости воздушного зазора можно считать равномерным. Рамка с обмоткой крепится на полуосях и может поворачиваться в зазоре.

Магнитоэлектрические приборы работают только на постоянном токе. Они отличаются высокой чувствительностью, высокой точностью, равномерностью шкалы, выполняются в виде амперметров и вольтметров постоянного тока.

Поправка прибора - это разность между действительным значением измеряемой величины и показанием прибора, т.е.

.

Поправка равна абсолютной погрешности, взятой с обратным знаком.

.

Проводим расчеты и заносим результаты в табл.2.

Таблица 2 - Результаты решения задачи

Оцифрованные деления шкалы, А	Абсолютная погрешность , А	Поправка измерений , А	Приведенная погрешность , %	Ближайший стандартный класс точности
4	-0,06	-0,05	0,25	0,5
8	-0,03	0,08	0,4	0,5
12	+0,08	0,04	0,2	0,5
16	-0,02	-0,02	0,1	0,2
20	+0,05	-0,03	0,15	0,2

По результатам измерений построим график поправки (рис.1).

Определяем приведенную погрешность для каждого результата измерения по формуле:

, где .

Результаты заносим в табл.2.

В табл. 2 заносим ближайшие значения стандартных классов точности.

Рисунок 1 - Поправка измерений , А

Как видно из табл.2, ближайший стандартный класс точности данного амперметра - 0,5. Т.о. данному амперметру не может быть присвоен класс точности 0,5.

Ответы на вопросы:

1). Что называется измерением?

Измерение - информационный процесс получения опытным путем численного соотношения между данной физической величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу измерения.

Результат измерения - именованное число, найденное путем измерения физической величины. (Результат измерения может быть принят за действительное значение измеряемой величины).

Погрешность измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. (Погрешность измерения характеризует точность измерения).

2). Что такое мера и измерительный прибор? Как они подразделяются по назначению?

Метрология - учение о мерах, наука о методах и средствах обеспечения единства измерений и способах достижения требуемой точности.

Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Измерительный преобразователь - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающегося непосредственному восприятию наблюдателем.

Измерительная информационная система - совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и пр.) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи и предназначенных для получения измерительной информации доступной для наблюдения, обработки и управления объектами.

3). Что такое погрешность? Дайте определение абсолютной, относительной и приведенной погрешности.

Погрешность измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Погрешность выражают в виде абсолютных величин и в виде относительных.

Различают:

а) абсолютную погрешность:

,

где - действительное (истинное) значение измеряемой величины; - измеренное значение.

б) относительную погрешность средства измерения, часто выражаемую в процентах:

,

где - абсолютная погрешность.

Для оценки многих средств измерений широко применяется приведенная погрешность, выражаемая в процентах:

,

где . - нормирующее значение, т.е. некоторое значение, по отношению к которому рассчитывается погрешность.

Часто в качестве нормирующего значения для приведенной погрешности принимают верхний предел измерения прибора. Для многих средств измерений по приведенной погрешности устанавливают класс точности прибора. Например, прибор класса 0,5 может иметь основную приведенную погрешность, не превышающую 0,5%.

ЗАДАНИЕ № 2. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Измерительный механизм (ИМ) магнитоэлектрической системы рассчитан на ток и напряжение и имеет шкалу на делении.

Составить схему включения измерительного механизма с шунтом и дать вывод формулы .

Определить постоянную измерительного механизма по току , величину сопротивления шунта и постоянную амперметра , если этим прибором нужно измерять ток .

Определить мощность, потребляемую амперметром при номинальном значении тока .

Составить схему включения измерительного механизма с добавочным сопротивлением и дать вывод формулы .

Определить постоянную измерительного механизма по напряжению , величину добавочного сопротивления и постоянную вольтметра , если этим прибором нужно измерять напряжение .

Определить мощность, потребляемую вольтметром при номинальном значении напряжения .

Таблица 3 - Исходные данные для задания № 2

Наименование величин	Единицы измерения	Предпоследняя цифра шифра	Последняя цифра шифра
			8
Напряжение ИМ,	мВ		80
Ток ИМ,	мА		40
Число делений,	дел		50
Напряжение,	В	8	100
Ток,	А	8	0,5

Решение

В амперметрах и миллиамперметрах для расширения предела измерения применяется шунт. Он представляет собой сопротивление, включаемое в цепь измеряемого тока; параллельно шунту включается измерительный механизм (рис.2).

Рисунок 2 - Схема включения измерительного механизма с шунтом

Обозначив - измеряемый ток, и - ток и сопротивление шунта, и - ток и сопротивление измерительного механизма, можно записать:

, отсюда .

Тогда: .

Отсюда сопротивление шунта:

где - шунтирующий множитель, показывающий, во сколько раз измеряемый ток больше тока измерительного механизма или, что то же, во сколько раз расширяется предел измерения тока.

Известно выражение для номинального тока

,

где - постоянная измерительного механизма по току;

- угол отклонения подвижной части.

Постоянную измерительного механизма по току:

.

Постоянная амперметра после включения шунта:

.

Мощность, потребляемая амперметром при номинальном значении тока :

.

Рисунок 3 - Схема включения измерительного механизма с добавочным сопротивлением

В магнитоэлектрических вольтметрах применяется тот же измеритель, что и в амперметрах, но на меньший номинальный ток. Для измерения напряжения механизм применяется в сочетании с добавочным сопротивлением. Добавочное сопротивление из манганина включается последовательно с измерительным механизмом (рис. 3). Оно необходимо, чтобы сопротивление вольтметра при изменении температуры оставалось неизменным.

Ток в цепи прибора:

,

Отсюда: , где - где множитель показывает, во сколько раз измеряемое напряжение больше напряжения на измерительном механизме или, иначе, во сколько раз увеличивается предел измерения напряжения прибора при применении добавочного сопротивления.

Т.о., если напряжение , то добавочное сопротивление можно определить из условия:

.

Постоянная вольтметра:

.

Постоянная вольтметра после включения дополнительного сопротивления:

.

Собственное потребление мощности вольтметра:

.

Сопротивление вольтметра:

.

ЗАДАНИЕ № 3. МЕТОДЫ И ПОГРЕШНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Для измерения косвенным методом использовались два прибора: амперметр и вольтметр магнитоэлектрической системы.

Измерение сопротивления производилось при температуре приборами группы А, Б и В. данные приборов, их показания, а также группа приборов и температура окружающего воздуха, при которой производилось измерение сопротивления, приведены в таблице 3.1.

Определить:

величину сопротивления по показаниям приборов и начертить схему;

величину сопротивления с учетом схемы включения приборов;

наибольшие возможные (относительную и абсолютную ) погрешности результата измерения этого сопротивления;

в каких пределах находятся действительные значения измеряемого сопротивления.

Таблица 3.1 - Исходные данные для задания № 3

Наименование величин	Единицы измерения	Предпоследняя цифра шифра	Последняя цифра шифра
			8
Предел измерения	В		75
Ток полного отклонения стрелки прибора при	мА		1
Класс точности			0,5
Показания вольтметра	В	8	65
Предел измерения	А		0,3
Напряжение полного отклонения стрелки прибора при	мВ		27
Класс точности			0,2
Показания амперметра	А	8	0,27
Группа приборов			В
Температура измерения			40

Решение

Чтобы выбрать схему включения сначала оценим и :

;

;

.

Тогда

и .

Т.к. , то включаем приборы по схеме рис.3.1.

Рисунок 3.1. - Схема включения амперметра и вольтметра для измерения сопротивления

В формулу для определения сопротивления нужно подставить величину показаний вольтметра за вычетом падения напряжения на амперметре , т.е.:

.

Погрешность измерений

,

Основная погрешность определяется классом точности прибора. В данной задаче для вольтметра .Дополнительная погрешность , вызванная отклонением температуры окружающего воздуха от нормальной (+20 °С) для прибора группы В класса точности 0,5 при изменении температуры на 10 °С, будет равна . Таким образом:

.

Относительная погрешность при косвенном методе измерения сопротивления определяется по формуле:

.

где и - относительные погрешности измерений напряжения и тока.

Относительная погрешность при измерении напряжения будет:

.

Погрешность измерений амперметра:

.

Относительная погрешность при измерении тока будет:

.

Относительная погрешность при косвенном методе измерения сопротивления:

.

Абсолютная погрешность при косвенном методе измерения сопротивления:

.

Действительные значения измеряемого сопротивления находятся в пределах:

.

ЗАДАНИЕ № 4. ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Для измерения активной мощности трех проводной цепи трехфазного тока с симметричной активно-индуктивной нагрузкой, соединенной звездой или треугольником, необходимо выбрать два одинаковых ваттметра с номинальным током , номинальным напряжением и числом делении шкалы .

Исходные данные для решения задачи приведены в табл.4.

1.По данным варианта для нормального режима работы цепи:

а) начертить схему включения ваттметров в цепь;

б) доказать, что активную мощность трех проводной цепи трехфазного тока можно представить в виде суммы двух слагаемых;

в) построить в масштабе векторную диаграмму, выделив на ней векторы напряжений и токов, под действием которых находятся параллельные и последовательные обмотки ваттметров;

г) определить мощности и , измеряемые каждым ваттметром;

д) определить число делении шкалы и , на которые отклоняются стрелки ваттметров.

2.По данным варианта при обрыве одной фазы приемника энергии:

а) начертить схему включения ваттметров в цепь;

б) построить в масштабе векторную диаграмму, выделив на ней векторы напряжений и токов, под действием которых находятся параллельные и последовательные обмотки ваттметров;

в) определить мощности и , измеряемые каждым ваттметром;

г) определить число делении шкалы и , на которые отклоняются стрелки ваттметров.

Результаты расчетов записать в табл.5.

Таблица 5 - Исходные данные для задания № 4

Наименование величин	Единицы измерения	Предпоследняя цифра шифра	Последняя цифра шифра
			8
Мощность цепи	КВ*А		2,0
Коэффициент мощности		8	0,83
Фазное напряжение	В		127
Схема соединения			Y
Последовательные обмотки ваттметров включены в провода			С и А
Обрыв фазы			В

Решение

По исходным данным для нашего варианта для цепи в условиях нормальной работы:

Схема включения ваттметров представлена на рис.4.

Рисунок 4 - Схема включения ваттметров в цепь в соответствии с вариантом

Мгновенная мощность трехфазной цепи может быть выражена как сумма мощностей отдельных фаз:

Для нулевой точки приемников энергии, соединенных звездой (рис.5), по первому закону Кирхгофа:

Т.о., каждый из линейных токов можно выразить через два других:

; ; .

Подставив одно из этих выражений, например для тока , в формулу для определения мгновенной мощности, получим:

.

Следовательно, мгновенную мощность трехфазной цепи можно представить суммой двух слагаемых, первое из которых и второе .

Переходя от мгновенной мощности к средней (активной) и допуская, что токи и напряжения синусоидальны, получаем:

.

где - угол сдвига фаз между током и линейным напряжением , -между током и линейным напряжением .

Первое слагаемое можно измерить одним ваттметром, а второе - вторым, если ваттметры соединены следующим образом: токовая цепь первого ваттметра в соответствии с индексом у тока включается в рассечку провода , и т.к. ток положителен, то генераторный зажим ее соединяется с источником питания (рис.4). Генераторный зажим параллельной цепи в соответствии с первой частью индекса у напряжения соединен с проводом , а не генераторный зажим той же цепи в соответствии со второй частью индекса присоединен к проводу . Аналогично включается второй ваттметр. Активная мощность трехфазной цепи равна алгебраической сумме показаний двух ваттметров.

В частном случае при симметричной системе напряжений и одинаковой нагрузке фаз и и показания ваттметров будут:

и .

Полная мощность трехфазной цепи . Отсюда находим линейный ток:

;

;

.

Линейное напряжение найдем, зная фазное:

.

Векторная диаграмма построена на рис. 5 с учетом модулей и углов сдвигов фаз токов и напряжений в фазах.



Рисунок 5 - Векторная диаграмма

Определим мощности, измеряемые ваттметрами:

;

.

Выбираем ваттметры с номинальным током и номинальным напряжением , числом делений шкалы .

Постоянная ваттметра:

.

Тогда отклонения стрелок ваттметров будут равны:

;

По исходным данным для нашего варианта для цепи в условиях обрыва фазы :

Схема включения ваттметров при обрыве фазы показана на рис. 6:

Рисунок 6 - Схема включения ваттметров в цепь при обрыве фазы

Векторная диаграмма при обрыве фазы построена на рис. 7.

Рисунок 7 - Векторная диаграмма при обрыве фазы

При обрыве фазы ток в ней равен нулю. Две другие фазы соединены последовательно и включены на линейное напряжение . Сопротивление фазы при нормальном режиме работы:

.

Для симметричной трехфазной системы ток в последовательно соединенных фазах определяется как:

.

Мощности, которые покажут ваттметры при обрыве фазы :

;

.

Число делений первого ваттметра:

;

Число делений второго ваттметра:

Таблица 6 - Результаты расчетов

Наименование величин	Единица измерения	Результаты расчета
Определить по п.1
Мощность цепи,	Вт	2000
Линейное напряжение,	В	220
Линейный ток,	А
Номинальное напряжение ваттметра,	В	300
Номинальный ток ваттметра,	А	10
Постоянная ваттметра,	Вт/дел	20
Мощность измеряемая первым ваттметром,	Вт	1152,17
Мощность измеряемая вторым ваттметром,	Вт	483,93
Число делении шкалы,	дел	57,61
Число делении шкалы,	дел	24,20
Определить по п.2
Мощность измеряемая первым ваттметром,	Вт	850
Мощность измеряемая вторым ваттметром,	Вт	850
Число делении шкалы,	дел	42,5
Число делении шкалы,	дел	42,5

ЗАДАНИЕ № 6. ВЫБОР ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ

В высоковольтной трехпроводной цепи трехфазного тока необходимо измерить линейные токи, линейное напряжение, коэффициент мощности цепи и расход активной энергии всей цепи.

Подобрать для этой цели два измерительных трансформатора тока (ИТТ), два измерительных трансформатора напряжения (ИТН) и подключить к ним следующие измерительные приборы: два амперметра электромагнитной системы; два однофазных индукционных счетчика активной энергии; один трехфазный фазометр электромагнитной или электродинамической системы; один вольтметр электромагнитной системы.

Расстояние от трансформатора до измерительных приборов (провод медный, сечением ), номинальное напряжение сети и линейный ток приведены в табл. 7. Начертить схему включения ИТТ и ИТН в цепь, а также показать подключение к ним всех измерительных приборов.

Выполнить разметку зажимов обмоток ИТТ, ИТН, счетчика и фазометра. Показать заземление вторичных обмоток ИТТ и ИТН.

Таблица 7 - Исходные данные для задания № 6

Наименование величин	Единицы измерения	Предпоследняя цифра шифра	Последняя цифра шифра
			8
Номинальное напряжение сети	В	-	10000
Линейный ток,	Ф	8	25
Расстояние от измерительных приборов до трансформатора	м	8	12

Решение

Схема включения приборов и измерительных трансформаторов показана на рис. 8.

Найдем сопротивление подводящих проводов:

.

т.к. 2 провода, то:

.

Сопротивление обмоток амперметра Э513/4 .

Сопротивление последовательной обмотки счетчика СО-И445/4Т: .

Сопротивление последовательной обмотки фазометра Д120: .



Рисунок 8 - схема включения приборов и измерительных трансформаторов

Общее сопротивление нагрузки:

.

В качестве трансформатора тока выбираем И512, у которого номинальная нагрузка: .

Выбираем однофазный индукционный счетчик СО-И445/4Т. Номинальная мощность счетчика:

.

Номинальная мощность фазометра:

.

Номинальная мощность вольтметра:

В качестве трансформатора напряжения выбираем трансформатор И50. Номинальная активная мощность трансформатора И50

Как видно, .

Таким образом, в качестве трансформатора тока выбираем И532, а в качестве трансформатора напряжения И50. амперметры - Э 513/4, счетчики - СО-И445/4Т, фазометр - Д120, вольтметр - Э 513/3.

Размещено на Allbest.ru