Классы точности и нормирование погрешности средств измерений

Введение

Электронные измерения – это: 1) измерения в электронике и областях, использующих электронные устройства и системы; 2) измерения, выполняемые на основе методов электронной техники и радиотехники, а также построение измерительных приборов на основе электронных блоков, в том числе на основе микропроцессоров.

Объектами электронных измерений являются значения физической величины, параметры и характеристики электрических сигналов, электрических цепей, компонентов и режимов этих цепей.

Электрическая цепь – это совокупность технических устройств для передачи, преобразования и приема сигнала.

Сигнал– это материальный носитель информации, представляющий собой некоторый физический процесс, один из параметров которого функционально связан с изменением физической величины. Этот параметр называют информативным. Диапазон сигналов, подлежащих измерению методами электронной техники, может составлять от долей мкВ до десятков кВ по напряжению и от 0 Гц до 100 ГГц по частоте.

Измерительный сигнал – это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.

Классификация средств измерений

В зависимости от функционального назначения и конструктивного исполнения различают следующие виды средств измерений:

· меры, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера (однозначные меры) или ряда размеров (многозначные меры). В качестве примеров однозначных мер можно назвать гирю (мера массы), угольник (мера прямого угла), плоскопараллельную концевую меру длины. К многозначным мерам следует отнести измерительную линейку, транспортир, измерительный сосуд, а также ступенчатый шаблон, угловую концевую меру с несколькими рабочими углами;

· измерительные преобразователи, предназначенные для преобразования сигнала измерительной информации и выдачи его в любой форме, удобной для дальнейшего преобразования, передачи и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию оператором. Примеры измерительных преобразователей—термопара, пружина динамометра, микрометрическая пара винт-гайка;

· измерительные приборы, предназначенные для получения измерительной информации от измеряемой физической величины, преобразования ее и выдачи в форме, поддающейся непосредственному восприятию оператором. Прибор включает в себя один или несколько измерительных преобразователей и присоединенное к ним устройство отображения измерительной информации типа шкала-указатель, указатель-диаграммная бумага (показывающие или записывающие аналоговые приборы), либо типа числового табло, цифропечатающего устройства («цифровые» или дискретные приборы);

· индикаторы—особый вид средств измерений в виде технического устройства или вещества, предназначенного для установления наличия какой-либо физической величины или определения ее порогового значения (индикатор фазового провода электропроводки, индикатор контакта измерительного наконечника прибора линейных измерений с поверхностью детали, лакмусовая бумага, "индикатор пожара в помещении", индикаторы охранной сигнализации). В некоторых случаях в качестве индикаторов могут использоваться измерительные приборы (омметр при проверке обрыва в электрической цепи, часы-будильник, предельный электроконтактный измерительный преобразователь с визуальной или звуковой сигнализацией, называемый иногда «реле геометрических размеров»).

Основные и вспомогательные средства измерений и дополнительные устройства могут быть объединены в измерительные установки или измерительные системы.

Классификация измерительных приборов по обобщенным признакам. Обозначения приборов

Электронные измерительные приборы и меры электрических величин для них согласно ГОСТ 15094-69 разделены по характеру измерений и виду измеряемых физических величин на подгруппы, обозначаемые прописными буквами русского алфавита. Например, приборам для измерения напряжения присвоена буква В, приборам для измерения частоты – буква Ч и т.д.

Приборы, входящие подгруппу, делятся на виды соответственно выполняемой функции. Видам присваивается буквенно-цифровое обозначение, состоящее из буквы подгруппы и номера вида. Так например, вид «Вольтметры переменного тока» обозначается В3, вид «вольтметры импульсного тока» - В4 и т.д. Полное наименование прибора определяется наименованием вида, к которому прибор относится.

По совокупности технических характеристик и очередности разработок приборы каждого вида разделяются на типы, которым соответствует порядковый номер модели. Таким образом, внутри вида приборы различают по номеру модели.

Обозначение прибора состоит из обозначения вида номера модели, причем перед последним ставится дефис.

Прописная буква русского алфавита, стоящая после номера модели, указывает на то, что прибор модернизировался. Порядковый номер буквы в алфавите соответствует числу модернизаций. Буква Т свидетельствует о том, что прибор предназначен для эксплуатации в условиях тропического климата. При модернизации таких приборов буква Т ставится после буквы модернизации.

Еще один дополнительный элемент обозначения введен, чтобы отличать конструктивное исполнение приборов с одинаковыми электрическими характеристиками. В подобных случаях после номера модели через дробь ставится цифра, отмечающая порядковый номер конструктивной модификации.

Обозначение многофункционального (комбинированного) прибора, измеряющего несколько параметров, составляется из обозначения вида, к которому прибор относится по основной выполняемой функции. К буквенному обозначению вида таких приборов добавляют букву К, если в данной подгруппе отсутствует вид «универсальные».

Блоки приборов входят в подгруппу Я. Их обозначение состоит из обозначения вида, к которому относится блок подгруппы Я, с добавлением индекса подгруппы по выполняемой функции.

Классы точности и нормирование погрешности средств измерений

Очень важной характеристикой прибора (средства измерения) является его класс точности. Классом точности средства измерения называют обобщенную характеристику средства измерений, определяемую 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.

Следует подчеркнуть, что класс точность прибора характеризует его свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, проводимых с помощью этого прибора.

Предел допускаемой основной погрешности – это наибольшая основная погрешность средства измерений, при которой средство измерений по техническим требованиям может быть допущено к применению. Способы выражения пределов допускаемых погрешностей измерительных приборов (средств измерений) регламентирует ГОСТ 8.401-80.

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности измерительного прибора может быть выражен:

1. – одним значением:

где - предел допускаемой абсолютной погрешности прибора;

- постоянная величина.

Это относится к приборам, у которых преобладает аддитивная составляющая погрешности;

2. – зависимостью предела допускаемой погрешности от показания прибора А_п, представленной двучленной формулой:

где b – постоянная величина.

Такая формула применяется для приборов, у которых аддитивная и мультипликативная составляющие погрешности соизмеримы.

Предел допускаемой основной относительной погрешности от измерительного прибора в общем виде (в процентах от показания А_п прибора):

(*)

в соответствии с этим выражением возможны два способа выражения погрешности :

1 когда а=0, то и тогда после подстановки в (*) получим . Обозначив 100b=h, получим:

2. когда а¹0, т.е. , то

Обозначим 100а=d|A_к|, где A_к – конечное значение шкалы (установленного предела измерений). Тогда:

(*1)

Если обозначить h+d=c, то получим окончательное выражение предела допускаемой основной относительной погрешности измерительного прибора:

(*2)

Предел допускаемой основной относительной погрешности согласно ГОСТ можно выразить и в логарифмических единицах – децибелах:

где H=10 при измерении мощности, энергии и других энергетических величин; Н=20 при измерении напряжения, силы тока, напряженности поля и т.д.

- предел допускаемой погрешности в относительных единицах.

Предел допускаемой основной приведенной погрешности измерительного прибора, представленный в процентах от нормирующего значения L:

Связь между классами точности и пределами допускаемых погрешностей средств измерений устанавливает ГОСТ 8.401-80.

Из изложенного видно, что при измерениях с помощью приборов, предел допускаемой относительной погрешности которых определяется (*1) и (*2), возможное значение относительной погрешности показания прибора тем меньше, чем ближе показания А_п к конечному значению шкалы (установленного предела измерений). Наименьшее значение погрешности – когда А_п=А_к. При работе на начальном участке шкалы относительная погрешность показания может получиться большой. Поэтому следует выбирать измерительный прибор с таким конечным значением шкалы (так установить предел измерений), чтобы отчет находился в последней части шкалы, ближе к отметке А_к.

У многих цифровых измерительных приборов требуемый предел измерений устанавливается автоматически.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. (Лекция)

Развитие науки и техники всегда было тесно связано с прогрессом в области измерений. Большое значение измерений для науки подчёркивали некоторые учёные.

•Г. Галилей: «Измеряй всё доступное измерению и делай доступное всё недоступное ему».

•Д.И. Менделеев: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять, точная наука немыслима без меры».

•Кельвин: «Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой её можно измерить».

Измерения являются одним из основных способов познания природы, её явлений и законов. Каждому, новому открытию в области естественных и технических наук предшествует большое число различных измерений. (Г. Ом – закон Ома; П. Лебедев – давление света).

Важную роль играют измерения в создании новых машин, сооружений, повышении качества продукции. Например, во время испытания стендового крупнейшего в мире турбогенератора 1200 МВт, созданного на Ленинградском объединении «Электросила», измерения производились в 1500 различных его точках.

Особо важную роль играют электрические измерения как электрических так и не электрических величин.

Электрическое измерение - это нахождение (экспериментальными методами) значения физической величины, выраженного в соответствующих единицах (например, 3 А, 4 В). Значения единиц электрических величин определяются международным соглашением в соответствии с законами физики и единицами механических величин. Поскольку "поддержание" единиц электрических величин, определяемых международными соглашениями, сопряжено с трудностями, их представляют "практическими" эталонами единиц электрических величин.

Измерение электрических величин, таких, как напряжение, сопротивление, сила тока, мощность.

Измерения производятся с помощью различных средств - измерительных приборов, схем и специальных устройств. Тип измерительного прибора зависит от вида и размера (диапазона значений) измеряемой величины, а также от требуемой точности измерения. В электрических измерениях используются основные единицы системы СИ: вольт (В), ом (Ом), фарада (Ф), генри (Г), ампер (А) и секунда (с).

Электрические измерения проводятся в соответствии с государственными эталонами единиц напряжения и силы постоянного тока, сопротивления постоянному току, индуктивности и емкости. Такие эталоны представляют собой устройства, имеющие стабильные электрические характеристики, или установки, в которых на основе некоего физического явления воспроизводится электрическая величина, вычисляемая по известным значениям фундаментальных физических констант. Эталоны ватта и ватт-часа не поддерживаются, так как более целесообразно вычислять значения этих единиц по определяющим уравнениям, связывающим их с единицами других величин.

Электроизмерительные приборы чаще всего измеряют мгновенные значения либо электрических величин, либо неэлектрических, преобразованных в электрические. Все приборы делятся на аналоговые и цифровые. Первые обычно показывают значение измеряемой величины посредством стрелки, перемещающейся по шкале с делениями. Вторые снабжены цифровым дисплеем, который показывает измеренное значение величины в виде числа. Цифровые приборы в большинстве измерений более предпочтительны, так как они более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны. Цифровые универсальные измерительные приборы ("мультиметры") и цифровые вольтметры применяются для измерения со средней и высокой точностью сопротивления постоянному току, а также напряжения и силы переменного тока. Аналоговые приборы постепенно вытесняются цифровыми, хотя они еще находят применение там, где важна низкая стоимость и не нужна высокая точность. Для самых точных измерений сопротивления и полного сопротивления (импеданса) существуют измерительные мосты и другие специализированные измерители. Для регистрации хода изменения измеряемой величины во времени применяются регистрирующие приборы - ленточные самописцы и электронные осциллографы, аналоговые и цифровые.

Измерения должны выполняться в общепринятых единицах.

Средствами электрических измерений называются технические средства, использующиеся при электрических измерениях.

Различают следующие виды средств электрических измерений:

– Меры;

– Электроизмерительные приборы;

– Измерительные преобразователи;

– Электроизмерительные установки;

– Измерительные информационные системы.

Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Электроизмерительным прибором называется средство электрических измерений, предназначенное для выработки сигналов измерительной информации в форме доступной непосредственного восприятия наблюдателя.

Измерительным преобразователем называется средство электрических измерений, предназначенное для выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования, хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию. Электроизмерительная установка состоит из ряда средств измерений и вспомогательных устройств. С её помощью можно производить более точные и сложные измерения, поверку и градуировку приборов и т.д.

Измерительные информационные системы представляют собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств. Предназначены для автоматического получения измерительной информации от ряда её источников, для её передачи и обработки.

Вывод по вопросу: Измерения являются одним из основных способов познания природы, её явлений и законов.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

Приборостроительная промышленность выпускает самые разнообразные электроизмерительные приборы высокого класса точности и полностью обеспечивает все возрастающие потребности в них.

Электроизмерительные приборы служат для измерения разных электрических величин и неэлектрических – электрическими методами.

В основу работы электроизмерительных приборов положено то или иное действие электрического тока: механическое, тепловое, магнитное, индукционное.

Виды приборов по роду измеряемой величины, название прибора и их условные обозначения даны в таблице 1.

Род измеряемой величины

Название прибора Условное обозначение

Ток

Напряжение

Мощность

Электрическая энергия

Сопротивление

Сдвиг фаз

Частота

По роду тока приборы делятся на: постоянного, переменного, постоянного и переменного тока.

По классу точности (ГОСТ 1845 – 59) приборы делятся на 8 классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4. Приборы класса точности 0,05 и 0,1 являются эталонными (образцовыми), класса 0,2 и 0,5 – лабораторными, а класса 1, 1,5 и 2,5 – техническими.

По принципу действия приборы делятся на: магнитоэлектрические, электромагнитные,

электродинамические (ферродинамические), индукционные, тепловые, термоэлектрические, вибрационные и др.

Степень защищенности от внешних магнитных полей обозначается цифрами I, II, III, IV. Меньшая цифра соответствует лучшей защите. Условия работы при соответствующих температурах и влажности обозначаются буквами:

А – приборы нормально работают при относительной влажности до 80% и температуре от + 10 до + 35 С;

Б – нормально работают при относительной влажности до 80% и температуре от – 20 до+50 С;

В – нормально работают при относительной влажности до 98% и температуре от – 40 до+60 С.

По способу получения отсчета приборы бывают: непосредственной оценки и приборы сравнения. При технических измерениях применяются приборы непосредственной оценки, как более простые, дешевые и требующие мало времени для измерения. Приборы сравнения применяются для более точных измерений электрических величин и неэлектрических – электрическими методами.

Разнообразие систем электроизмерительных приборов вызвано разными условиями и требованиями при измерении различных электрических и неэлектрических величин.

Вывод по вопросу: Электроизмерительные приборы служат для измерения разных электрических величин и неэлектрических – электрическими методами.

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.

ЦИФРОВЫЕ ПРИБОРЫ

Во всех цифровых измерительных приборах (кроме простейших) используются усилители и другие электронные блоки для преобразования входного сигнала в сигнал напряжения, который затем преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Число, выражающее измеренное значение, выводится на светодиодный (СИД), вакуумный люминесцентный или жидкокристаллический (ЖК) индикатор (дисплей). Прибор обычно работает под управлением встроенного микропроцессора, причем в простых приборах микропроцессор объединяется с АЦП на одной интегральной схеме. Цифровые приборы хорошо подходят для работы с подключением к внешнему компьютеру. В некоторых видах измерений такой компьютер переключает измерительные функции прибора и дает команды передачи данных для их обработки.

Цифровые вольтметры и мультиметры. Цифровые вольтметры и мультиметры измеряют квазистатическое значение величины и указывают его в цифровой форме. Вольтметры непосредственно измеряют только напряжение, обычно постоянного тока, а мультиметры могут измерять напряжение постоянного и переменного тока, силу тока, сопротивление постоянному току и иногда температуру. Эти самые распространенные контрольно-измерительные приборы общего назначения с погрешностью измерения от 0,2 до 0,001% могут иметь 3,5- или 4,5-значный цифровой дисплей. "Полуцелый" знак (разряд) - это условное указание на то, что дисплей может показывать числа, выходящие за пределы номинального числа знаков. Например, 3,5-значный (3,5-разрядный) дисплей в диапазоне 1-2 В может показывать напряжение до 1,999 В.

Измерители полных сопротивлений. Это специализированные приборы, измеряющие и показывающие емкость конденсатора, сопротивление резистора, индуктивность катушки индуктивности или полное сопротивление (импеданс) соединения конденсатора или катушки индуктивности с резистором. Имеются приборы такого типа для измерения емкости от 0,00001 пФ до 99,999 мкФ, сопротивления от 0,00001 Ом до 99,999 кОм и индуктивности от 0,0001 мГ до 99,999 Г. Измерения могут проводиться на частотах от 5 Гц до 100 МГц, хотя ни один прибор не перекрывает всего диапазона частот. На частотах, близких к 1 кГц, погрешность может составлять лишь 0,02%, но точность снижается вблизи границ диапазонов частоты и измеряемых значений. Большинство приборов могут показывать также производные величины, такие, как добротность катушки или коэффициент потерь конденсатора, вычисляемые по основным измеренным значениям.

Вывод по вопросу: т.о. Электроизмерительные приборы чаще всего измеряют мгновенные значения либо электрических величин, либо неэлектрических, преобразованных в электрические. Все приборы делятся на аналоговые и цифровые.

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ, ТОКОВ, СОПРОТИВЛЕНИЙ И МОЩНОСТЕЙ.

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений — меры, преобразователи, комплексные установки.

Применение

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.

Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 25; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!