классификация измерительных приборов. Классификация электроизмерительных приборов.. Доклад на тему Классификация электронных измерительных приборов. Структурная схема, основные узлы, область применения электронных измерительных приборов. Классы точности приборов
 Скачать 134.7 Kb.
|
|
Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Гуманитарно-технический техникум» г. Оренбурга ДОКЛАД На тему: Классификация электронных измерительных приборов. Структурная схема, основные узлы, область применения электронных измерительных приборов. Классы точности приборов Выполнила студент группы №405 Специальность «Электроснабжение (по отрослям) Гренц Д.В. Преподаватель _________________ (ФИО) 2021 г. Оренбург СОДЕРЖАНИЕ 1.Классификация электронных измерительных приборов…………….3-5 стр. 2.Структурная схема, основные узлы……………………………………6-8 стр. 3.Область применения электронных измерительных приборов……….8 стр. 4.Классы точности электронных измерительных приборов……………8-12 стр. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………….. ………………………………..12 стр. Классификация электронных измерительных приборов. Структурная схема, основные узлы, область применения электронных измерительных приборов. Классы точности приборов 1.Классификация электронных измерительных приборов. Аналоговые приборы – это измерительные приборы показания которых являются непрерывными функциями измеряемых величин. Цифровые приборы – это измерительные приборы, в которых непрерывно измеряемая величина автоматически преобразовывается в дискретную и результат измерения выдается в цифровом коде. По роду измерительные величины ИП делятся на: вольтметры, амперметры, омметры и т. д. По характеру применения – стационарные или переносные. По степени защищенности – водозащищенные, герметичные, пылезащищенные и обычные. В настоящее время промышленностью выпускается весьма разнообразный перечень электронных ИП с аналоговым унифицированным выходным сигналом, например, например, постоянным выходным напряжением 0÷10 В или током 0÷5 мА. Их унифицированность позволяет широко использовать ИП не только в разнообразных приборах, но и в измерительных информационных системах. Электронным вольтметром называется прибор, показания которого вызываются током электронных приборов, т. е. энергией источника питания вольтметра. Измеряемое напряжение управляет током электронных приборов, благодаря чему входное сопротивление электронных вольтметров достигает весьма больших значений и они допускают значительные перегрузки. В электронных вольтметрах конструктивно объединены электронный преобразователь и измерительный механизм. Электронный преобразователь может быть ламповым или полупроводниковым. Измерительный механизм обычно магнитоэлектрический. Универсальные вольтметры Эти вольтметры предназначены для измерения напряженности постоянного и переменного токов. Обобщенная структурная схема имеет в себе преобразователь П переменного в постоянный ток. Преобразователь ПR (для измерения сопротивления). УПТ – усилитель. Вольтметр в зависимости от переключателя В может измерять пост. и переменное сопротивление. На основании зависимости шкалы прибора может быть отградуирована в единицах сопротивления. Импульсные вольтметры Импульсные вольтметры (ИВ) предназначены для измерения амплитуд периодических импульсных сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов. Основная трудность измерения амплитуды импульсных сигналов заключается в многообразии форм импульсов с широким диапазоном изменения временных характеристик (длительность и скважность импульса, влияющих на показания импульсного вольтметра). Возможно построение импульсных вольтметров с предварительным усилением исследуемого импульсного сигнала, но в этом случае полоса пропускания импульсного усилителя, предшествующая преобразованию амплитуды импульса должна соответствовать параметрам входного сигнала. Обобщенная структурная схема аналогового импульсного вольтметра: Микровольтметр селективный В6-9 Микровольтметр селективный В6-7 предназначен для измерения среднеквадратических значений малых синусоидальных напряжений. Диапазон измеряемых микровольтметром напряжений: в селективном режиме работы от 1 мкВ до 1 В, в широкополосном режиме от 30 мкВ до 10 В. Диапазон частот, измеряемых прибором напряжений в селективном режиме работы от 20 Гц до 100 кГц, разбит на 4 поддиапазона: от 20 до 100 Гц. Диапазон частот в широкополосном режиме работы от 20 Гц до 200 кГц. Ширина полосы пропускания на уровне -3 дБ равна 5 ± 3 % от частоты настройки. Микровольтметр имеет выход усилителя и обеспечивает выходное напряжение 1 В на сопротивлении нагрузки не менее 10 кОм при подаче на его вход переменного напряжения, равного конечному значению шкалы установленного диапазона измерения. Уровень собственных шумов микровольтметра в селективном режиме не превышает 0,7 мкВ. Милливольтметры используются, как вторичные приборы в термоэлектрических пирометрах. Милливольтметры бывают самопишущие и электронные. Принцип работы милливольтметра: в основе механизма работы лежит взаимодействие между магнитным потоком, который создается постоянным магнитом, а также электрическим проводником, по которому протекает ток. Постоянный магнит обеспечивает беспрерывный магнитный поток. Милливольтметр, у которого есть милливольтовая градуировка шкалы, может быть использован с самыми разными термопарами, для которых существует градуировочная таблица, с указанием зависимостей рабочего спая, при неизменной температуре концов. К тому же, очень важно учесть, что для того, чтобы определить температуру, которая измеряется термопарой необходимо знать не только зависимость термопары от состояния измеряемой среды (температуры окружающей среды), но и общее сопротивление всей цепи. В настоящее время выпускаются милливольтметры самых разных типов: сигнализирующие, они же контактные, самопишущие и показывающие. Можно сказать, что прибор имеет серьезный дефект лишь в том случае, если ток присутствует в электрической измерительной цепи. Милливольтметр может хорошо работать при температуре окружающей среды от 5 до 50 градусов по Цельсию и влажности до восьмидесяти процентов, при температуре от 35 градусов по Цельсию. АНАЛОГОВЫЕ ПРИБОРЫ Для измерения напряжения, силы тока и сопротивления на постоянном токе применяются аналоговые магнитоэлектрические приборы с постоянным магнитом и многовитковой подвижной частью. Такие приборы стрелочного типа характеризуются погрешностью от 0,5 до 5%. Они просты и недороги (пример – автомобильные приборы, показывающие ток и температуру), но не применяются там, где требуется сколько-нибудь значительная точность. Любой электрический измерительный прибор можно рассматривать как цепочку преобразователей, в которых происходит поледовательное преобразование измеряемой величины в показание отсчетного устройства. Поэтому под приборомследует понимать всю совокупность этих преобразователей, независимо от того, объединены они конструктивно в единое целое или выполнены в виде нескольких отдельных блоков. 2.Структурная схема электрических измерительных приборов,основные узлы. Структурные схемы современных электрических измерительных приборов весьма разнообразны и иногда являются сложными. Эти структурные схемы можно подразделить по двум признакам: роду измеряемой величины (электрическая или неэлектрическая); используемому методу измерения в соответствии с классификацией, приведенной на рис. 6.1, а—д. Простейшей структурной схемой электрического прибора для измерения электрической величины является схема, изображенная на рис. 6.1, а. Этот прибор состоит только из преобразователя измеряемой электрической величины Хэ в показание отсчетного устройства измерительного механизма ИМ. Угол поворота измерительного механизма являющийся функцией Хэ, чаще всего отсчитывается по положению стрелки, укрепленной на оси подвижной части и перемещающейся над шкалой. Шкала измерительного механизма обычно проградуирована непосредственно в единицах измеряемой электрической величины. Однако в большинстве случаев возможности измерительного механизма не могут удовлетворить всем условиям измерения, например в отношении предела измерения, требуемой мощности, защиты персонала от цепи высокого напряжения и т. д. В этом случае измеряемая электрическая величина Хэ предварительно подвергается преобразованию в преобразователе Пээ (рис. 6.1, б) в электрическую величину Yэ, которая соответствует параметрам измерительного механизма. К таким преобразователям электрической величины в электрическую относятся: измерительные трансформаторы, шунты, делители напряжения и добавочные резисторы, устройства, преобразующие переменный ток в постоянный. Приборы со структурными схемами (см. рис. 6.1, а и б) работают только по методу непосредственной оценки и называются приборами непосредсвенной оценки. Структурная схема прибора, работающего по методу сравнения в неравновесном режиме, представлена на рис. 6.1, в. Измеряемая электрическая величина Хэ или эффект, ею вызываемый, компенсируется на некотором участке цепи, однородной с Хэ величиной Хэ.к постоянного значения, получаемой от вспомогательного источника питания Uвсп через преобразователь, который обычно именуют измерительной цепью ИЦ. Если величина Хэ.к компенсирует измеряемую величину Хэ не полностью, то разность Хэ Хэ Хэ.к поступает в измерительный прибор непосредственной оценки Г и отсчет по этому прибору будет функцией Хэ. Измерительный прибор непосредственной оценки в случаях использования его на выходе приборов сложной структуры будем в дальнейшем называть измерителем.  Если же прибор работает по методу сравнения в равновесном режиме, т. е. по нулевому методу, то его структурную схему можно изобразить согласно рис. 6.1, г. В этом случае величина Хэ.к изменяется до тех пор, пока она не уравновесит измеряемую величину Хэ, о чем будут свидетельствовать отсутствие тока и показание ну левого указателя НУ. Если равновесия нет, то разность Хэ Хэ Хэ.к будет обнаружена по показанию нулевого указателя. Тогда производят изменение того или иного параметра измерительной цепи до тех пор, пока не наступит равновесие, т. е. равенство Хэ Хэ.к. Отсчетным устройством, градуированным в единицах измеряемой величины, в этих приборах является та часть измерительной цепи, параметр которой регулировался для получения равновесия. В данной схеме уравновешивание производится вручную путем изменения Uвсп. В приборе, работающем по схеме, показанной на рис. 6.1, д, уравновешивание производится автоматически. Разность сигналов Хэ Хэ Хэ.к, возникающая при отсутствии равновесия, поступает в усилитель Ус, на выходе которого включен реверсивный двигатель РД, механически связанный с движком потенциометра, являющегося частью измерительной цепи. Двигатель перемещает движок потенциометра в таком направлении и до тех пор, пока не наступит равновесие, т. е. равенство Хэ Хэ.к. При этом Хэ станет равным нулю и реверсивный двигатель остановится. Одновременно реверсивный двигатель перемещает стрелку по шкале. Таким образом, каждому значению измеряемой величины соответствует определенное положение движка потенциометра и стрелки на шкале. Основными измерительными цепями приборов сравнения являются компенсационные и мостовые цепи. 3.Область применения электронных измерительных приборов. Средства электрических измерений широко применяются в энергетике, связи, промышленности, на транспорте, в научных исследованиях, медицине, а также в быту — для учёта потребляемой электроэнергии. Используя специальные датчики для преобразования неэлектрических величин в электрические, электроизмерительные приборы можно использовать для измерения самых разных физических величин, что ещё больше расширяет диапазон их применения. 4.Классы точности измерительных приборов. Измеренная прибором величина всегда отличается от истинного значения на некоторое число, называемое погрешностью прибора. Погрешности измерительных приборов определяют поверкой, т. е. сравнением показаний поверяемого прибора с показаниями более точного, образцового прибора при измерении ими одной и той же величины. Значение измеряемой величины, определенное по образцовому прибору, принято считать действительным. Однако действительное значение отличается от истинного на погрешность, присущую данному образцовому прибору. Различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности измерения. Абсолютной погрешностью измерительного прибора называют разность между его показанием и действительным значением измеряемой величины. Относительной погрешностью называют отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, выраженное в относительных единицах или в процентах. Приведенная погрешность– это отношение наибольшей абсолютной погрешности к верхнему пределу измерений прибора. По значению приведенной погрешности измерительные приборы делят на группы по классу точности. Класс точности–обобщенная характеристика измерительного прибора, определяющая пределы допустимых погрешностей. Для электроизмерительных приборов класс точности указывается в вида числа, равного максимальной допустимой приведенной погрешности (в %). Согласно ГОСТ 1845-59, электроизмерительные приборы делят на 8 классов по точности: 0,05; 0,1; 0,2 – образцовые приборы; 0,5; 1,0 – лабораторные; 1,5; 2,5; 4,0 – технические приборы. Образцовые приборы считаются более высокого класса точности по отношению к лабораторным и техническим приборам, а лабораторные – по отношению к техническим. Определим по классу точности прибора его погрешности. Если прибор (например, вольтметр с верхним пределом измерений 150 В) имеет класс точности 1,0, то основная приведенная погрешность не превышает 1 % . Максимальная абсолютную погрешность, которую может иметь прибор в любой точке шкалы не будет превышать Относительная же погрешность при этом зависит от измеряемого напряжения. Если этим вольтметром можно измерять напряжение 10 В, то относительная погрешность может составить . Если же измерять напряжение 100 В, то относительная погрешность может составить Из этого примера видно, что для повышения точности измерения прибор надо выбирать так, чтобы, во-первых, он имел более высокий класс точности, и чтобы, во-вторых, предел измерения был близок к значению измеряемой величины. Это означает, что для получения возможно меньших относительных ошибок, надо добиваться достаточно большого отклонения стрелки (желательно, чтобы использовалась последняя треть шкалы). С другой стороны, для того чтобы добиться большой точности при измерении прибором более низкого класса, необходимо выбрать прибор с наименьшим возможным диапазоном измерений.Следует правильно формулировать предложение, в котором дана количественная оценка погрешности. Например: «Измерение тока с абсолютной погрешностью до 1 мА», «Измерение тока с относительной погрешностью до 1 %.(Выражение «Измерение тока с точностью до 1 мА» неправильно). Классы точности приборов По приведенной погрешности (по классу точности) приборы делятся на восемь классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Приборы класса точности 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 применяются для точных лабораторных измерений и называются прецизионными (от англ. precision – точность). В технике применяются приборы классов 1,0; 1,5: 2,5 и 4,0 (технические). Класс точности прибора указывается на шкале прибора. Если на шкале такого обозначения нет, то данный прибор внеклассный, то есть его приведенная погрешность превышает 4%.Производитель, выпускающий прибор, гарантирует относительную погрешность измерения данным прибором, равную классу точности (приведенной погрешности) прибора при измерении величины, дающей отброс указателя на всю шкалу. Определив по шкале прибора класс точности и предельное значение, легко рассчитать его абсолютную погрешность ΔX = ± гXпр / 100%, которую принимают одинаковой на всей шкале прибора. Знаки «+» и «–» означают, что по-грешность может быть допущена как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения от действительного значения измеряемой величины.При использовании приборов для конкретных измерений редко бывает так, чтобы измеряемая величина давала отброс стрелки прибора на всю его шкалу. Как правило, измеряемая величина меньше. Это увеличивает относительную погрешность измерения. Для оптимального использования приборов их подбирают так, чтобы значения измеряемой величины приходились на конец шкалы прибора, это уменьшит относительную погрешность измерения и приблизит ее к классу точности прибора. В тех случаях, когда на приборе класс точности не указан, абсолютная погрешность принимается равной половине цены наименьшего деления. Виды маркирования Классы точности абсолютно всех измерительных приборов подлежат маркировке на шкале этих самых приборов в виде числа. Используются арабские цифры, которые обозначают процент нормированной погрешности. Обозначение класса точности в круге, например число 1,0, говорит о том, что ошибочность показаний стрелки аппарата будет равна 1%.Если в обозначении используется кроме цифры еще и галочка, то это значит, что длина шкалы применяется в роли нормирующего значения.Латинские буквы для обозначения применяются если он определяется пределами абсолютной погрешности.Существуют аппараты, на шкалах которых нет информации о классе точности. В таких случаях абсолютную следует приравнивать к одной второй наименьшего деления. Определение класса точности прибора Класс точности измерительного прибора — это обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами, влияющими на точность, значения которых установлены в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых при помощи этих средств.Для того чтобы заранее оценить погрешность, которую внесет данное средство измерений в результат, пользуются нормированными значениями погрешности. Под ними понимают предельные для данного типа средства измерений погрешности. Погрешности отдельных измерительных приборов данного типа могут быть различными, иметь отличающиеся друг от друга систематические и случайные составляющие, но в целом погрешность данного измерительного прибора не должна превосходить нормированного значения. Границы основной погрешности и коэффициентов влияния заносят в паспорт каждого измерительного прибора. Основные способы нормирования допускаемых погрешностей и обозначения классов точности средств измерений установлены ГОСТ. На шкале измерительного прибора маркируют значение класса точности измерительного прибора в виде числа, указывающего нормированное значение погрешности. Выраженное в процентах, оно может 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. Если обозначаемое на шкале значение класса точности обведено кружком, например 1,5, это означает, что погрешность чувствительности δs = 1,5%. Так нормируют погрешности масштабных преобразователей (делителей напряжения, измерительных шунтов, измерительных трансформаторов тока и напряжения и т. п.  Формулы расчета абсолютной погрешности по ГОСТ 8.401Каждый прибор из конкретной группы приспособлений для замера размеров имеет определенное значение неточностей. Оно может незначительно отличаться от установленного нормированного показателя, но не превышать общие показатели. Каждый такой агрегат имеет паспорт, в который записываются минимальные и максимальные величины ошибок, а также коэффициенты, оказывающие влияние в определенных ситуациях. Все способы нормирования СИ и обозначения их классов точности устанавливаются в соответствующих ГОСТах. Список литературы: Атамалян Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин — издательство «ДРОФА», 2005. Панфилов В. А. Электрические измерения — издательство «Академия», 2008 Полищук Е. С. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин. Евтихиев Н. Н. Измерение электрических и неэлектрических величин — М.: Энергоатомиздат, 1990. Шкурин Г. П. Справочник по электро- и электронноизмерительным приборам — М.: 1972. |