мет. Метрология, стандартизация и сертификация

• Название: Метрология, стандартизация и сертификация
• Дата: 18.10.2019
• Размер: 263 Kb.
• Имя файла: мет.docx
• Тип: Методические указания; #90774
• страница: 1 из 11

л

У аУ/. //

УУС / У _е

й С^СУги?УбССс

2 iyyU'£-?*vcs/y

УУ£У ^Pj-az^ д.,

т. -f УУУ£s%-^3 -/■■£

Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Методические указания к лабораторным работам

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 2008

УДК 621.317

Метрология, стандартизация и сертификация: Методические указания к лабораторным работам/Под ред. Б. Я. Авдеева. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2008. 64 с.

Даны описания лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стан­дартизация и сертификация», представлены методики исследования метроло­гических характеристик средств измерений, рассмотрены способы измерения ряда физических величин, а также методики оценки погрешностей результа­тов измерений.

Предназначены для студентов СПбГЭТУ всех специальностей.

Составители: 1 - Е. М. Антонюк, А. Л. Степанов; 2 - Б. Я. Авдеев, Е. Г. Бишард; 3 - Е. М. Антонюк, В. В. Поливанов; 4 - Б. Я. Авдеев, Е. Г. Бишард, Е. И. Семенов; 5 - Б. Я. Авдеев, И. А. Карабанов; 6 - Б. Я. Авдеев, Е. Г. Бишард; 7 - Б. Г. Комаров, А. Л. Степанов; 8 - Б. Я. Авдеев, Р. В. Долид- зе; 9 - В. В. Поливанов, А. Л. Степанов; 10 - С. В. Виноградов, В. В. Поли­ванов; 11 - С. В. Виноградов, В. В. Поливанов.

Утверждено

редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний

© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2008

Введение

Рекомендации по сборке и включению схем. Прежде чем приступить к сборке схемы, необходимо расставить всю аппаратуру на столе так, чтобы было удобно собирать схему, снимать показания приборов и пользоваться регулирующими устройствами. После этого необходимо мысленно выделить части схемы по функциональному назначению (например, параллельные и последовательные цепи) и собирать их отдельно. Провода, соединяющие схему с источником питания, следует подключать к источнику в последнюю очередь. Перед включением схемы необходимо все ручки регулировочных устройств (реостатов, автотрансформаторов и т. п.) установить в такое поло­жение, при котором на элементах схемы выделялась бы минимальная мощ­ность (минимальные напряжения и токи). Верхние пределы измерений ис­пользуемых приборов должны быть установлены максимальными, кроме особо оговоренных в работах случаев. В дальнейшем, при выполнении лабо­раторных работ, значения физических величин устанавливаются и контроли­руются средствами измерений на уровне, необходимом для выполнения со­ответствующих пунктов исследований.

По окончании работы схемы должны бьггь разобраны, провода собраны и аккуратно уложены, а используемые средства расставлены на столе.

Запись результатов измерений и оценка инструментальных погреш­ностей. Результаты измерений, как правило, должны быть представлены в виде

х„ = х±Ах, (В.1)

где х_и - истинное значение измеряемой величины; х - оценка измеряемой величины по результатам эксперимента: показание измерительного прибора, результат расчета измеряемой величины по показаниям приборов при кос­венных измерениях и т. п.; Дх - абсолютная погрешность измерений.

Важной составляющей погрешности результата измерений является инструментальная погрешность средства измерений, которая определяется его классом точности [1]. Класс точности - это обобщенная метрологическая характеристика средства измерений, определяющая пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другие свойства этого средства, влияющие на точность результатов измерений. Пределы допускаемых погрешностей могут быть представлены в форме приведенных, относительных или абсолютных погрешностей.

Для средств измерений, у которых погрешность нормируют в виде предела приведенной погрешности, класс точности численно равен этому пределу. В этом случае максимальные абсолютная и относительная (в процентах) по­грешности средства измерений оцениваются по формулам соответственно:

. КЛ.Т.-Хы „ КЛ.Т.-Хдг

Лх = 3 = (В.2)

100 х ^К ’

где кл.т. - показатель класса точности прибора; хдг- нормирующее значение (условно принятое значение измеряемой величины для средства измерений). Часто в качестве нормирующего значения принимают:

- верхний предел измерений, если нижний предел равен нулю либо нуль на­ходится вне диапазона измерений;

- сумму модулей верхнего и нижнего пределов измерений, если нуль находит­ся внутри диапазона измерений.

Для некоторых приборов пределы показаний, но не измерений, могут на­ходиться в диапазонах (оо, 0) или (0, со) - например, у магнитоэлектрических омметров. Определять нормирующие значения приборов в соответствии с ука­занным выше правилом в этих случаях не имеет смысла. В таких приборах за нормирующее значение принимается длина шкалы Дуг, выраженная, в частно­сти, в делениях любой равномерной шкалы, обычно присутствующей в этих приборах, например для измерения токов или напряжений. Класс точности при

этом имеет особое обозначение, ^KJ^'^T, например . Такой подход определяет

и особую процедуру оценки максимальной абсолютной погрешности измере­ний по указанному классу точности: сначала определяют максимальную абсо­лютную погрешность, выраженную в делениях шкалы:

.. кл.т-Дуг

AL = —■—(В.З) 100 ^К ’

а затем - максимальную погрешность Ах в единицах измеряемой величины; для этого визуально или механически (изменением положения указателя прибора на AL) переносят AL на шкалу измерений прибора и считывают по­грешности Ах. Погрешности с разными знаками могут отличаться для нели­нейных шкал (подробнее см. лаб. раб. 8).

Для ряда СИ класс точности записывается в виде двух чисел через косую черту: c/d, например 0,05/0,02. При такой форме записи класса точности оценивается предельная относительная погрешность в процентах по формуле

-4-



где хц нормирующее значение; х - показание прибора.

В некоторых цифровых СИ указываются пределы максимальных абсолютных погрешностей в виде формулы

Ах = схх + 1ед. мл. разр., (В-5)

где а - постоянный коэффициент, например 0,01, 0,05 и т. п.; 1 ед. мл. разр. (единица младшего разряда) определяется пределом х_тах, на котором прово­дились измерения, и максимальным числом Л^ах уровней квантования (мак­симальным индицируемым числом); 1ед. мл. разр. = х_тах /Атах- Так, для уни­версального цифрового вольтметра GMD-8135 максимальное индицируемое число равно 2000 (указывается в описании). Тогда для предела измерений, равного 2 В, единица младшего разряда равна 2/2000 В, а для предела измере­ний 200 В - 200/2000 В, и т. д.

Для различных СИ заводы-изготовители используют и другие формулы оценки предельных погрешностей, что указывается в нормативно-техниче­ской документации.

При работе с многопредельными приборами необходимо обращать внимание на их пределы измерений, выбирая эти пределы так, чтобы отсчет производился по возможности ближе к конечному значению шкалы.

л/'Число значащих цифр численных показателей точности (абсолютных, относительных и приведенных погрешностей) должно быть не более двух. При этом полученные значения показателей точности округляются так, чтобы погрешность округления не превышала 10 %. Например, при Д = 0,823 В следу­ет при записи результата оставить Д = 0,8 В (погрешность округления 2,5 %), а при 5 = 0,12 % округлять до 5-0,1 % не следует, так как погрешность ок­ругления в этом случае будет 20 %.

При окончательной записи результата измерения в соответствии с (В.1) необходимо иметь в виду, что числовое значение результата измерений должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности.

В то же время, промежуточные результаты вычислений округлять не сле­дует, так как это может привести к накоплению погрешностей.

Спецификация средств измерений, применяемых при эксперименте. В отчете по лабораторной работе необходимо представить спецификацию

Наименование средства измерений	Диапазоны измерений, постоянные СИ	Характеристики точности СИ, классы точное™	Рабочий диапазон частот	Параметры входа (выхода)
Милливольтметр GVT-417B	300 мкВ ..100В всего 12 пределов	Приведенная погрешность 3 %	20 Гц... 200 кГц	Rm = 1 МОм Свх = 50 пФ
Вольтметр универсальный цифровой GDM-8135	Измерение на постоянном токе
	200 мВ, 2 В, 20 В, 200 В, 1200 В	Пределы максим, абсолют, погрешности		«их 2 10 МОм
		0,001 Ущм +1 еа. мл. разр.
	Измерение на переменном токе
	200 мВ, 2 В, 20 В,200 В	0,005 С/,пи +1 ад. мл. разр. 0,01 UmH +1 ед мл. разр. 0,02 [/„да +1 ад мл. разр. 0,05 Una, +1 ед. мл. разр.	40Гц... 1 кГп 1 ... 0 кГц 10...20 кГц 20...40 кГц	йвх Д 10 МОм Свх< 100 пФ
Осциллограф универсальный GOS-620	Коэф.откл. 5 мВ/дел ... 5 В/дел, всего 10 значений, Коэф. разв. 0,2 мке/дел... 0,5 с/дел, всего 20 значений	3% 3%	0...20 МГц	Двх = 1 МОм Свх = 25пФ
Магазин сопротивлений РЗЗ	0,1...99999,9 Ом	0,2/610 6	—	—

применяемых при эксперименте средств измерений; ее представляют в виде таблицы по приведенному образцу. При составлении спецификации следу­ет придерживаться следующих правил:

- спецификация составляется для всех СИ, используемых в лабораторной работе;

- если прибор комбинированный (например, вольтметр универсальный циф­ровой GDM-8135), то спецификация проводится для используемого в экспе­рименте режима работы этого прибора;

- если прибор многопредельный, то при 3...5 верхних пределах измерений записываются все пределы, при большем числе пределов - наименьший и наибольший пределы и указывается общее число пределов; при необходимости записываются нижний и верхний пределы (например, -50 °С...+50 °С);

- обязательно указываются единицы измерений числовых характеристик.

Требования к отчету. Отчет по лабораторной работе должен выпол­няться на листе бумаги формата А4 (210 х 297 мм) чернилами (пастой) черного или синего цвета или быть отпечатан на принтере.

Отчет должен иметь титульный лист и включать следующие разделы:

1. Цель работы и краткое задание.

2. Спецификацию применяемых средств измерений.

3. Схемы экспериментов.

4. Таблицы результатов измерений и расчетов.

5. Расчетные формулы и примеры расчетов.

6. Графики зависимостей в соответствии с заданием к работе.

7. Выводы по работе.

Все схемы, таблицы и графики необходимо вычерчивать аккуратно на бумаге формата А4 (можно на миллиметровой бумаге того же формата). Допускается выполнять схемы и графики на миллиметровой бумаге другого формата, но при этом они должны быть вклеены в соответствующее место отчета. При построении графиков делительные штрихи на осях следует размещать на расстоянии друг от друга, кратном (1, 2, 5)10”, где п - целое число (положительное или отрицательное). На осях графиков указываются величины и их единицы. Точки на графике, соответствующие экспериментально полученным значениям, соединяются плавной кривой, если наблюдается зако­номерная зависимость. Если же зависимость не является закономерной, то точки на графике соединяются прямыми линиями. Экспериментально полученные значения следует на графике выделять звездочкой или точкой. Все графики должны иметь наименование и пояснительный текст. '

Отдельные листы отчета должны быть скреплены по левой стороне.

Лабораторная работа 1.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Цель работы - ознакомление с методикой поверки аналоговых электромеха­нических приборов и определение их основных метрологических характеристик.

Задание

1. Ознакомиться с имеющейся на рабочем месте аппаратурой и получить от преподавателя конкретное задание для выполнения лабораторной работы.

-7-

2. Определить основную погрешность комбинированного измерительного прибора (тестера) в следующих режимах работы:

- вольтметра постоянного тока,

- вольтметра переменного тока,

- миллиамперметра постоянного тока.

3. Для каждого из поверяемых режимов построить на одном графике зави­симости относительной и приведенной погрешностей прибора от показа­ний поверяемого прибора.

4. Определить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) вольтметра пере­менного тока. Построить трафик АЧХ, определить рабочую полосу частот вольтметра.

5. На основе анализа полученных данных сделать вывод о соответствии поверяемого прибора его классу точности.

Описание и порядок выполнения работы

Поверкой называют определение погрешностей средства измерений и установление его пригодности к применению. Погрешности определяют по результатам конечного числа экспериментов при сравнении показаний пове­ряемого прибора и образцового средства измерений. При этом отношение пределов допускаемых абсолютных основных погрешностей образцовых средств измерений и поверяемых приборов для каждой поверяемой отметки шкалы должно быть не более 1:5 (в ряде случаев допускается 1:3).

Поверка вольтметров и амперметров методом сличения. В основе поверки методом сличения лежит одновременное измерение одной и той же величины поверяемым прибором и образцовым средством измерений и срав­нение результатов измерений.

Перед началом поверки необходимо:

а) установить поверяемый прибор в нормальное для него положение в соответствии с условным обозначением на шкале прибора,

б) корректором установить указатель прибора на начальную отметку шкалы.

Для поверки вольтметра собрать поверочную схему (рис. 1.1), где У и У₀ - пове­ряемый н образцовый вольтметры; Ri и Лз - регулировочные переменные ре­зисторы; Л] - токоограничивающий резистор. Для поверки амперметра со­брать поверочную схему (рис. 1.2), где А, А₀ - поверяемый и образцовый ам­перметры; /?з и R(, - регулировочные переменные резисторы; &4 - токоограни­чивающий резистор.

-8-

R4 I j?_6v£

•HiiHfb-tb

A

- GM5>-

Рис. 1.1 Рис. 1.2

В качестве источников питания следует использовать регулируемый источник постоянного тока и низкочастотный генератор переменного тока.

Поверка проводится для 5... 10 точек шкалы прибора, равномерно распре­деленных по диапазону измерений. При определении основной погрешности указатель поверяемого прибора последовательно устанавливают на поверяемые отметки X шкалы сначала при плавном увеличении измеряемой величины, а затем — на те же отметки при плавном уменьшении измеряемой величины. Для всех поверяемых отметок по образцовому средству измерений определяют действительные значения х₀ у_в и х_{0 ум} измеряемой величины.

Абсолютную погрешность при увеличении и уменьшении показания определяют по формулам: Ах_ув = хх_{0 ув}; Ах_уи = х —х_{0 ум}, где х - показание поверяемого прибора; х_{0 ув} — показание образцового средства измерений при увеличении показаний; х_{0 ум} - показание образцового средства измерений при уменьшении показаний. Относительная погрешность (в процентах):

5 = 100 Ас/х,

приведенная погрешность (в процентах) '

у = 1 ООЛх/хдг,

где х/1/ - нормирующее значение поверяемого прибора на выбранном диапа­зоне измерений.

.^Относительную и приведенную погрешности определяют для всех пове­ряемых отметок шкалы, выбирая наибольшее по модулю значение абсолютной погрешности. При этом знак погрешности во всех случаях учитывается и зависит от соотношения х и х₀.

Вариацию показаний прибора на поверяемой отметке шкалы определяют как абсолютное значение разности действительных значений измеряемой величины при одном и том же показании прибора, полученном при плавном подходе указателя сначала со стороны меньших, а затем со стороны больших

-9-