|
|
Лабораторная работа №1. Практикум по курсу " метрология, стандартизация и сертификация" Москва 2007 г. Удк 621. 317(07)
Московский Государственный Институт Электронной Техники
(Технический Университет)
Е.И.Бажанов, Д.А.Головлев
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ
”МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ”
Москва
2007 г.
УДК 621.317(07)
Лабораторный практикум предназначен для студентов дневного и вечернего отделений, обучающихся по специальностям: «Комплексная защита объектов информатизации» и «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», и изучающих курс «Метрология, стандартизация и сертификация».
Лабораторные работы по данному курсу способствуют закреплению изученного теоретического материала, позволяют на практике ознакомиться с параметрами электронных измерительных приборов и преобразователей, изучить методы и способы измерений, виды погрешностей и способы их вычисления. Также, на занятиях студентам предлагается ознакомиться с программным пакетом статистической обработки данных «STATISTICA» и его применением для обработки результатов измерений с многократными наблюдениями.
Лабораторный практикум рекомендуется для изучения студентам технических колледжей и высших учебных заведений, желающим расширить свои знания и умения в области измерений электрофизических величин.
Введение
«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры» - такими словами выразил значение измерений основоположник отечественной метрологии и основатель первого научного метрологического учреждения России – Главной палаты мер и весов, Дмитрий Иванович Менделеев.
Измерения являются одним из важнейших путей познания человеком окружающего мира. Измерения дают количественную характеристику его различным материальным проявлениям, раскрывают, действующие в природе, закономерности. Никакая практическая деятельность человека в научной технической или какой-либо другой сфере, невозможна без измерений.
Необходимость проводить измерения сопровождает человека с древнейших времен. Развиваясь от примитивных измерений до создания сложных автоматизированных измерительных комплексов, этот вид деятельности человека прошел долгий путь по становлению метрологии как науки об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Бурное развитие науки, техники и технологий, начиная с середины прошлого столетия, привели к необходимости резкого увеличения количества ежедневно проводимых самых различных измерений – от простых до сложных измерений в космосе. Несомненно, что такое увеличение проводимых измерений потребовало соответствующих мероприятий по их регламентации и контролю со стороны государственных органов. Появился самостоятельный раздел метрологии – «Законодательная метрология» и две ее основные составляющие – «Стандартизация» и «Сертификация».
Необходимо отметить тесную диалектическую взаимосвязь метрологии и такими областями знаний, как электроника, вычислительная техника, сетевые технологии, защита информации и другие. Эта взаимосвязь обусловлена, с одной стороны, тем, что в указанных областях знаний на измерения затрачивается большое количество (более 25%) различного рода ресурсов: финансовых, временных и других. С другой стороны, в настоящее время все чаще требуется проводить комплексные измерения (одновременное измерение нескольких параметров) в реальном времени. Организовать такие измерения без использования электронных устройств и средств вычислительной техники невозможно.
Курс «Метрология, стандартизация и сертификация» направлен на формирование у будущих инженеров метрологической культуры на базе изучения теоретических положений, отдельных средств измерений, их метрологических характеристик и методик их поверки. Наряду с лекциями и самостоятельной работой важнейшей методической составляющей процесса обучения является выполнение лабораторных работ. Лабораторный практикум позволяет не только закрепить изученный теоретический материал, но и помогает студентам формировать навыки инженерного труда.
Данный лабораторный практикум содержит краткие теоретические сведения, задания, методики выполнения лабораторных работ и требования к отчетам.
Авторы выражают искреннюю благодарность Автушенко К.И., Корячко А.С.и Ларионовой А.Ю. за помощь в подготовке материала практикума.
Лабораторная работа №1
Поверка вольтметра на постоянном и переменном токе методом непосредственного сличения с образцовым прибором
Цель работы: ознакомление с инструментальными погрешностями электроизмерительных приборов и методикой определения некоторых метрологических характеристик приборов.
Продолжительность работы - 4 часа.
Аппаратура: поверяемый вольтметр класса точности γ 0,4 (типа В7-36); образцовый вольтметр класса точности γ 0,1 (типа В7-16А); источник напряжения постоянного тока; источник напряжения переменного тока (генератор синусоидальных сигналов типа Г3-112).
Теоретические сведения
Вольтметр - измерительный прибор, предназначенный для прямых измерений напряжения постоянного и (или) переменного тока по методу непосредственной оценки.
Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.
Прямое измерение - измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных.
Метод непосредственной оценки - метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.
Вольтметры относятся к группе электромеханических приборов. Электромеханический прибор включает в себя измерительную цепь, измерительный механизм и отсчетное устройство.
Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой электрической величины в другую электрическую величину, непосредственно воздействующую на измерительный механизм.
Курсивом выделены термины, определения которым даны по ГОСТ 16263-72.
Измерительный механизм преобразует электрическую величину в угол поворота подвижной части отсчетного устройства.
Отсчетное устройство служит для визуального отсчитывания значений измеряемой величины в зависимости от угла поворота подвижной части. Отсчетное устройство электромеханического прибора состоит из шкалы и указателя.
Шкала средства измерений – часть отсчетного устройства, представляющая собой совокупность отметок и проставленных у некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду последовательных значение величины.
Отметка шкалы - знак на шкале, соответствующий некоторому значению измеряемой величины.
Числовая отметка шкалы - отметка шкалы, у которой проставлено число отсчета.
Средства измерений, находящиеся в пользовании, должны периодически подвергаться поверке согласно ГОСТ 8002-71. Поверка средств измерений производится для установления пригодности их к применению.
Поверка измерительных приборов предполагает оценку их метрологических характеристик.
Метрологическая характеристика средства измерений - характеристика одного из свойств средства измерений, влияющих на результат измерений или его погрешность.
Классификация метрологических характеристик
Нормируемые метрологические характеристики:
1.) Характеристики для определения результатов измерений (без введения поправки):
цена деления шкалы - разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы;
чувствительность измерительного прибора – отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины.
2.) Характеристики погрешностей средств измерений:
основная погрешность средства измерений - погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях;
приведенная погрешность средства измерений - отношение погрешности измерительного прибора к нормирующему значению;
вариация показаний измерительного прибора - разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений;
изменение показаний измерительного прибора под действием влияющей величины (дополнительная погрешность) - изменение погрешности измерительного прибора, вызванное отклонением одной из влияющих величин от нормального значения или выходом ее за пределы нормальной области значений.
Ненормируемые метрологические характеристики:
1. диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы;
2. диапазон измерений - область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений;
3. класс точности средства измерений - обобщенная характеристика средства измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений;
4. предел допускаемой погрешности средства измерений - наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению.
В данной лабораторной работе исследуются следующие метрологические характеристики: основная погрешность, вариация, дополнительная погрешность.
В основе поверки методом непосредственного сличения лежит одновременное измерение одной и той же величины поверяемым и образцовым прибором.
В соответствии с требованиями ГОСТ 8711-78 при поверке амперметров и вольтметров методом непосредственного сличения основная погрешность образцового прибора не должна превышать 1/5 предела допускаемой погрешности поверяемого прибора.
Основная погрешность и вариация определяются для нескольких (не менее 6-8) точек шкалы с обязательным включением в число поверяемых точек всех числовых отметок.
Дополнительную погрешность от изменения частоты измеряемого напряжения определяют для двух точек шкалы (примерно 50% и 90% диапазона показаний) при изменении частоты измеряемого напряжения на +10% и –10% от номинального значения fн.
В соответствии с ГОСТ 8711-78 для амперметров и вольтметров значения основной приведенной погрешности не должны численно превышать значений класса точности прибора. Например, для вольтметра класса точности 2,5 основная приведенная погрешность должна быть не более 2,5%.
Вариация показаний прибора, а также дополнительная приведенная погрешность, вызванная отклонением частоты измеряемого напряжения на 10% от номинального значения, не должны превышать допускаемых значений основной погрешности прибора.
Лабораторное задание
Ознакомиться с имеющейся на рабочем месте аппаратурой.
Определить основную абсолютную погрешность для всех поверяемых точек, максимальное значение основной приведенной погрешности и вариацию показаний поверяемого вольтметра на постоянном токе.
Определить основную абсолютную погрешность для всех поверяемых точек, максимальное значение основной приведенной погрешности и вариацию показаний поверяемого вольтметра на переменном токе.
Определить дополнительную погрешность поверяемого вольтметра от изменения частоты измеряемого напряжения относительно номинального значения. Номинальное значение частоты измеряемого напряжения приведено в документации на поверяемый вольтметр.
На основе анализа полученных данных сделать вывод о соответствии основной погрешности, вариации показаний и дополнительной погрешностей поверяемого вольтметра требованиям, определяемым классом точности прибора.
Методика измерений
1. Поверка вольтметра на постоянном токе.
1.1. Установить приборы в нормальное для них положение (вертикальное или горизонтальное) и включить их.
1.2. Произвести корректировку нуля, калибровку приборов в соответствии с документацией на эти приборы.
1.3. Собрать схему поверки вольтметра на постоянном токе (рис.1).
1.4. Последовательно установить стрелку испытуемого прибора на всех поверяемых отметках шкалы сначала при плавном увеличении измеряемой величины, а затем на тех же отметках при плавном уменьшении измеряемой величины. Для каждой поверяемой отметки определить действительное значение измеряемой величины по образцовому прибору.
1.5. По результатам измерений для каждой отметки шкалы определить основную абсолютную погрешность вольтметра:
 ,
где Ux - показания поверяемого вольтметра, В; U - показания образцового вольтметра, В.
1.6. Вариацию показаний прибора (в процентах) определяют по формуле:
 %,
где Uув и Uум - показания образцового вольтметра при увеличении и уменьшении величины, соответствующие одному и тому же показанию поверяемого вольтметра, В; UN - нормирующее значение, равное конечному значению диапазона измерений для приборов с нулевой отметкой на краю шкалы, В.
1.7. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 1.
1.8. По результатам поверки построить график зависимости абсолютной погрешности от показаний поверяемого прибора. График погрешности имеет смысл только для поверяемого прибора, поэтому он должен иметь надпись с указанием номера прибора.
1.9. Определить максимальное значение основной приведенной погрешности (в процентах) по формуле:
 ,
где (U)max - максимальное (по модулю) значение абсолютной погрешности для поверенных отметок шкалы, В.
2. Поверка вольтметра на переменном токе.
2.1. Установить режим измерения поверяемого и образцового вольтметра, соответствующий измерению напряжения переменного тока.
2.2. Произвести корректировку нуля и калибровку приборов.
2.3. Собрать схему поверки вольтметра на переменном токе (рис.2), где в качестве источника напряжения переменного тока использован генератор гармонических сигналов Г3-112.
2.4. Установить частоту сигнала на выходе генератора, соответствующую номинальной частоте измерений (или частоте внутри нормального диапазона частот) для поверяемого вольтметра.
Поверку вольтметра на переменном токе произвести по методике п.1. При этом выполнить пункты 2.5 - 2.9 соответствующие пунктам 1.5 - 1.9.
3. Определение дополнительной погрешности от изменения частоты измеряемого напряжения с использованием схемы на рис.2.
Испытания начинают при номинальной частоте fн. Стрелку испытуемого прибора устанавливают на поверяемых отметках (0,5 Umax; 0,9 Umax) шкалы вначале при увеличении измеряемой величины от нуля, а затем при уменьшении ее от максимального значения. При этом отсчитывают показания образцового прибора Uув и Uум, соответствующие одному и тому же показанию поверяемого прибора.
Аналогичным образом проводят испытания на частотах 0,9fн и 1,1fн.
Результаты испытаний заносят в таблицу 2.
Среднее значение показаний образцового вольтметра производят по формуле:
 .
Дополнительную приведенную погрешность (в процентах) от изменения частоты рассчитывают для каждой поверяемой точки шкалы по формуле:
 ,
где Uср.н – среднее значение показаний образцового вольтметра при номинальном значении частоты fн., В; Uср.f - среднее значение показаний образцового вольтметра при отклонении частоты от номинального значения, В.
Результаты расчетов также заносятся в таблицу 2.
Требования к отчету
Отчет должен содержать:
схема поверки;
таблицы результатов измерений и расчеты;
графики зависимостей абсолютных погрешностей вольтметра от его показаний на постоянном и переменном токах;
полученные значения метрологических характеристик поверяемого вольтметра;
выводы.
Контрольные вопросы
Как можно установить соответствие прибора требованиям того или иного класса точности?
По каким точкам производят поверку прибора?
Что такое вариация показаний прибора и как ее можно определить?
Что такое чувствительность прибора?
Какие требования по точности предъявляют к образцовому прибору при поверке приборов методом непосредственного сличения?
Что такое дополнительная погрешность?
Что такое абсолютная, относительная и приведенная погрешность?
Что такое класс точности прибора?
Рекомендуемая литература
1. Основы метрологии и электрические измерения. /Под ред./ Душина Е.М. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 480 с.
2. Бажанов Е.И, Савченко Ю.В. Основные понятия метрологии. Методич. указ. для практических занятий по курсу «Основы информационной теории измерений». - М.: МИЭТ, 1990. - 46 с.
|
|
|
Скачать 76 Kb.