Измерение параметров (напряжение, частоту, период) электронным осциллографом

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 12Следующая ⇒

Осциллограф — это эффективный современный прибор, предназначенный для измерения частотных параметров электрического тока во времени и позволяющий отображать их в графическом виде на мониторе, либо фиксировать их с помощью самопишущих устройств.

Измерение частоты и периода:

Прибор позволяет успешно измерять частоту сигнала, исходя из его периода. Частота находится в прямо пропорциональной зависимости от периода и рассчитывается по формуле f=1/T, там f — частота, Т — период.

Перед измерением линию развертки совмещают с центральной горизонтальной осью прибора. При проведении измерений осциллограф подключают в исследуемую сеть и наблюдают на экране график.

Измерение напряжения:

По своему основному назначению, осциллограф представляет собой устройство для измерения напряжения .Как только мы измерили напряжение, другие параметры можно получить с помощью расчёта . Например, закон Ома говорит, что напряжение между двумя точками цепи равно силе тока в этой цепи, умноженной на сопротивление цепи. Наиболее общий метод измерения напряжения – это подсчёт числа делений вертикальной шкалы, перекрытых разверткой сигнала . Выберите такую чувствительность вертикального отклонения (В/дел), чтобы развертка сигнала занимала большую часть площади экрана по вертикали.Чем большую площадь экрана вы займете, тем

точнее будут результаты.

Измерение мощности в общепромышленных электрических сетях: в однофазных и в трехфазных сетях.

Трехфазная сеть — это такой способ передачи электрического тока, когда переменный ток течет по трем проводам, а по одному возвращается назад. Любая электрическая цепь состоит из двух проводов. По одному ток идет к потребителю, а по другому возвращается обратно. Если разомкнуть такую цепь, то ток идти не будет описание однофазной сети (рис. 1).

Рис. 1. Схема однофазной цепи

Тот провод, по которому ток идет, называется фазовым, или просто фазой, а по которому возвращается — нулевым, или нолем. Трехфазная цепь состоит из трех фазовых проводов и одного обратного. Такое возможно потому, что фаза переменного тока в каждом из трех проводов сдвинута по отношению к соседнему на 120 °C (рис. 2).

Рис. 2. Схема трехфазной цепи

Для измерения мощности на высоких частотах применяют термоэлектрические и электронные ваттметры, представляющие собой магнитоэлектрический измерительный механизм, снабженный преобразователем активной мощности в постоянный ток. В преобразователе мощности осуществляется операция умножения ui = р и получение сигнала на выходе, зависящего от произведения ui, т. е. от мощности.

На рис. 1, а показана возможность использования электродинамического измерительного механизма для построения ваттметра и измерения мощности.

Рис. 1. Схема включения ваттметра (а) и векторная диаграмма (б)

Мощность в цепитрехфазного тока может быть измерена с помощью одного, двух и трех ваттметров. Метод одного прибора применяют в трехфазной симметричной системе. Активная мощность всей системы равна утроенной мощности потребления по одной из фаз. При соединении нагрузки звездой с доступной нулевой точкой или если при соединении нагрузки треугольником имеется возможность включить обмотку ваттметра последовательно с нагрузкой, можно использовать схемы включения, показанные на рис.

Рис. 1 Схемы измерения мощности трехфазного переменного тока при соединении нагрузок а - по схеме звезды с доступной нулевой точкой; б - по схеме треугольника с помощью одного ваттметра.

Билет 25

1.Неопределенность измерения – параметр, связанный с результатом измерения и характеризующий рассеивание значений, который обоснованно могли бы быть приписаны измеряемой величине.

Результаты измерений – случайные величины, которые рассеиваются и характеризуются параметрами теории вероятностей.

Неопределенность измерений (согласно VIM) - неотрицательный параметр, характеризующий рассеяние значений величины, которые приписываются измеряемой величине на основании используемой информации.Неопределенность измерений включает составляющие, обусловленные систематическими эффектами, такие как составляющие, связанные с поправками и приписанными значениями величины эталонов, а также дефинициальную неопределенность. Иногда не вводять поправки на оцененные систематические эффекты, а вместо этого последние рассматриваются как составляющие неопределенности измерений.

Стандартная неопределенность— неопределенность, выраженная в виде стандартного отклонения.

Расширенная неопределенность— величина, задающая интервал вокруг результата измерения, в пределах которого, как ожидается, находится большая часть распределения значений, которые с достаточным основанием могут быть приписаны измеряемой величине.Примечания.
1. Каждому значению расширенной неопределенности сопоставляется значение ее вероятности охвата Р.
2. Аналогом расширенной неопределенности являются доверительные границы погрешности измерений.

- неопределенность, оцениваемая по типу А (неопределенность типа А)— неопределенность, которую оценивают статистическими методами,

• неопределенность, оцениваемая по типу Б (неопределенность типа Б)— неопределенность, которую оценивают не статистическими методами.

Соответственно предлагается и два метода оценивания:

оценивание по типу А — получение статистических оценок на основе результатов ряда измерений,

оценивание по типу Б — получение оценок на основе априорной нестатистической информации.

Вероятность охвата— вероятность, которой, по мнению экспериментатора, соответствует расширенная неопределенность результата измерений.
Примечания.

Аналогом этого термина является доверительная вероятность, соответствующая доверительным границам погрешности.

Вероятность охвата выбирается с учетом информации о виде закона распределения неопределенности.

Коэффициент охвата — коэффициент, зависящий от вида распределения неопределенности результата измерений и вероятности охвата и численно равный отношению расширенной неопределенности, соответствующей заданной вероятности охвата, к стандартной неопределенности.

2.Измерительный трансформа́торто́ка — трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке. Трансформаторы тока (далее - ТТ) широко используются для измерения электрического тока и в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, в связи с чем на них накладываются высокие требования по точности. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.

К ТТ предъявляются высокие требования по точности. Как правило, ТТ выполняют с двумя и более группами вторичных обмоток: одна используется для подключения устройств защиты, другая, более точная — для подключения средств учёта и измерения (например, электрических счётчиков).

Трансформаторы тока обозначаются ТАа, ТАс, или ТА1 , ТА2, а токовые реле КА1, КА2.

Измерение

Измерение — совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой всеми участниками за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений)

Измерение – сложный процесс, включающий в себя взаимодействие целого ряда его структурных элементов:

а) Измерительная задача;

б) Объект измерения;

в) Принцип, метод и средство измерения;

г) Условия измерения;

д) Результат и погрешность измерения;

е) Субъект измерения.

а) Задача измерения – определение значения измеряемой ФВ с требуемой точностью в заданных условиях.

б) Объект измерения – это реальный физический объект, свойство которого характеризуется одной или несколькими измеряемыми ФВ.

в) Принцип измерения – совокупность физических принципов, на которых основаны измерения (закон Ома, эффект Холла, Джозефсона и пр).

Метод измерения – это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой ФВ с ее единицей (мерой).

Методы измерения делятся на 2 группы:

·Метод непосредственной оценки

·Методы сравнения

Метод непосредственной оценки заключается в том, что о знании измеряемой величины судят по показанию одного (прямые измерения) или нескольких (косвенные измерения) средств измерений, проградуированных в единицах измеряемой величины.

Это наиболее распространенный метод измерения.

Примеры:

Измерение напряжения вольтметром, тока – амперметром и т.п.

Метод сравнения – измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой, т.е. мера непосредственно участвует в процессе измерений.

Средство измерений (СИ) – техническое средство, используемое при измерении и имеющее нормированные метрологические свойства (ГОСТ 16263-70).

г) Условия измерения – совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средства измерения (температура, давление, влажность воздуха и др.).

д) Результат измерения – конечная цель любого измерения – получение значения ФВ.

Погрешность – это отклонение DХ результата измерения Х от истинного значения Х_ист измеряемой величины: DХ = Х - Х_ист(2.8)

е) Субъект измерения – человек – осуществляет:

§ Постановку измерительной задачи;

§ Сбор и анализ априорной информации об объекте измерения;

§ Анализ адекватности выбранной модели - объекту измерений;

§ Обработку результатов измерений.

Итак, если имеется некоторая величина X, принятая для нее единица измерения равна [X], то значение физической величины

X=q[X], (1)

где q — числовое значение величины X.

Например, за единицу измерения напряжения электрического тока принят 1 В. Тогда значение напряжения электрической сети

U= q [U] = 220 [1 В] = 220 В.

Здесь числовое значение q= 220. Но если за единицу напряжения принять [1 кВ], то U = q [U] = 0,22 [1 кВ] = 0,22 кВ, т. е. числовое значение q= 0,22.

Уравнение (1) называется основным уравнением измерений,показывающим, что числовое значение величины зависит от размера принятой единицы измерения.

Билет 26

1. Постулаты измерений.Первым постулатом метрологии является постулат 𝛼: в рамках принятой модели объекта исследования существует определенная измеряемая физическая величина и ее истинное значение.модели, т. е. имеет смысл только до тех пор, пока модель признается адекватной объекту. Так как при различных целях исследований данному объекту могут быть сопоставлены различные модели, то из постулата 𝛼 вытекает следствие 𝛼1.: для данной физической величины объекта измерения существует множество измеряемых величин (и соответственно их истинных значений).противном случае измерения не могут быть проведены. Указанный факт описывается постулатом 𝛽: истинное значение измеряемой величины постоянно.среднеквадратические значения. Данный аспект отражается в следствии𝛽1: для измерения переменной физической величины необходимо определить ее постоянный параметр — измеряемую величину.понятия “пороговое несоответствие” устанавливается постулатом 𝛾: существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта (пороговое несоответствие измеряемой величины). Пороговое несоответствие принципиально ограничивает достижимую точность измерений при принятом определении измеряемой ФВ.важное следствие 𝛾1,: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.ситуация отражается в следствии𝑦2: достижимая точность измерения определяется априорной информацией об объекте измерения.

2. Электрические ваттметры на базе электрических вольтметров бывают параметрического и модуляционного типов. Параметрические ваттметры разделяются на ваттметры прямого и косвенного преобразования.

Механизм работы параметрических ваттметров с прямым преобразованием основан на реализации многофункциональной зависимости вида:

. (9.5)

Таким макаром, в итоге выполнения обозначенных математических операций с 2-мя сигналами можно получить их произведение, что и требуется при измерении мощности сигнала. Для этой цели ток за ранее преобразуется в напряжение, а строительство значений сигналов в квадрат осуществляется при помощи многофункциональных преобразователей.

3.Измерение методом амперметра – вольтметра сводится к измерению тока и напряжения в цепи с измеряемым двухполюсником и последующему расчету его параметров по закону Ома. Метод может быть использован для измерения активного и полного сопротивления, индуктивности и емкости.

Измерение активных сопротивлений производится на постоянном токе, при этом включение резистора R_Х в измерительную цепь возможно по схемам, представленным на рис. 13.1, а и б.

Достоинство метода заключается в простоте его реализации, недостаток - в сравнительно невысокой точности результата измерения, которая ограничена классом точности применяемых измерительных приборов и методической погрешностью. Последняя обусловлена влиянием мощности, потребляемой измерительными приборами в процессе измерения, другими словами - конечным значением собственных сопротивлений амперметра R_A и вольтметра R_V. Выразим методическую погрешность через параметры схемы.В схеме рис. 13.1,а вольтметр показывает значение напряжения на зажимах R_Х, а амперметр — сумму токов I_V+I.

Следовательно, результат измерения R, вычисленный по показаниям приборов, будет отличаться от R_Х:

Относительная погрешность измерения в процентах

Здесь приближенное равенство справедливо, так как при правильной организации эксперимента предполагается выполнение условия R_V >>R_Х.

В схеме рис.13.1,б амперметр показывает значение тока в цепи с R_Х, а вольтметр - сумму падений напряжений на R_ХU и амперметре U_A. Учитывая это, можно по показаниям приборов вычислить результат измерения:

Относительная погрешность измерения в процентах в данном случае равна:

Сравнивая полученные выражения относительных погрешностей, приходим к выводу: в схеме рис. 13.1,а на методическую погрешность результата измерения оказывает влияние только сопротивление R_V ; для снижения этой погрешности необходимо обеспечить условие ; в схеме рис. 13.1,б на методическую погрешность результата измерения оказывает влияние только R_A ; снижение этой погрешности достигается выполнением условия Таким образом, при практическом использовании данного метода можно рекомендовать правило: измерение малых сопротивлений следует производить по схеме рис. 13.1,а; при измерении больших сопротивлений предпочтение следует отдавать схеме рис. 13.1, б.

БИЛЕТ 27

1. Постулаты измерений.Первым постулатом метрологии является постулат 𝛼: в рамках принятой модели объекта исследования существует определенная измеряемая физическая величина и ее истинное значение. модели, т. е. имеет смысл только до тех пор, пока модель признается адекватной объекту. Так как при различных целях исследований данному объекту могут быть сопоставлены различные модели, то из постулата 𝛼 вытекает следствие 𝛼1.: для данной физической величины объекта измерения существует множество измеряемых величин (и соответственно их истинных значений).противном случае измерения не могут быть проведены. Указанный факт описывается постулатом 𝛽: истинное значение измеряемой величины постоянно.среднеквадратические значения. Данный аспект отражается в следствии𝛽1: для измерения переменной физической величины необходимо определить ее постоянный параметр — измеряемую величину. понятия “пороговое несоответствие” устанавливается постулатом 𝛾: существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта (пороговое несоответствие измеряемой величины). Пороговое несоответствие принципиально ограничивает достижимую точность измерений при принятом определении измеряемой ФВ. важное следствие 𝛾1,: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно. ситуация отражается в следствии𝑦2: достижимая точность измерения определяется априорной информацией об объекте измерения.

2. Измерения теплового излучения - видимый спектр, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение.

Теплово́еизлуче́ние — электромагнитное излучение, возникающее за счёт внутренней энергии тела. Имеет сплошной спектр, расположение и интенсивность максимума которого зависят от температуры тела. При остывании последний смещается в длинноволновую часть спектра[1]

Тепловое излучение – процесс распространения электромагнитных колебаний с различной длиной волн, обусловленный тепловым движением атомов или молекул излучающего тела. Возникновение потока лучей в результате превращения тепловой энергии в лучистую, называется излучением или лучеиспусканием, а обратный переход лучистой энергии в тепловую называют поглощением лучей.

Ви́димоеизлуче́ние — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом[1]. Чувствительность человеческого глаза к электромагнитному излучению зависит от длины волны (частоты) излучения, при этом максимум чувствительности приходится на 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра[2]. Поскольку при удалении от точки максимума чувствительность спадает до нуля постепенно, указать точные границы спектрального диапазона видимого излучения невозможно. Обычно в качестве коротковолновой границы принимают участок 380—400 нм (790—750 ТГц), а в качестве длинноволновой — 760—780 нм (395—385 ТГц) [1][3]. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом (в узком смысле этого слова).

Характеристики границ видимого излучения

Длина волны, нм 380 780

Энергия фотонов, Дж 5,23·10−19 2,55·10−19

Энергия фотонов, эВ 3,26 1,59

Частота, Гц 7,89·1014 3,84·1014

Волновое число, см−1 1,65·105 0,81·105

Инфракра́сноеизлуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны[1] λ = 0,74 мкм и частотой 430 ТГц) и микроволновым радиоизлучением (λ ~ 1—2 мм, частота 300 ГГц).

Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50 % излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые лазеры. Для его

регистрации пользуются тепловыми и фотоэлектрическими приёмниками, а также специальными фотоматериалами[2].

Весь диапазон инфракрасного излучения условно делят на три области:

* ближняя: λ = 0,74—2,5 мкм;

* средняя: λ = 2,5—50 мкм; * далёкая: λ = 50—2000 мкм.[3]

Ультрафиоле́товоеизлуче́ние (ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение) — электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями. Длины волн УФ-излучения лежат в интервале от 10 до 400 нм (7,5·1014—3·1016 Гц). Термин происходит от лат. ultra — сверх, за пределами и фиолетовый. В разговорной речи может использоваться также наименование «ультрафиолет»[1].

3.Компенсационный метод (метод противопоставления)измерениязаключается в уравновешивании, осуществляемом включением на индикатор равновесия либо двух электрически не связанных между собой, но противоположно направленных напряжений или ЭДС, либо двух раздельно регулируемых токов. Компенсационный метод используют для непосредственного сравнения напряжений или ЭДС, тока и косвенно для измерения других электрических, а также неэлектрических величин, преобразуемых в электрические.

Применяют следующие схемы компенсации:

- Компенсации напряжений или ЭДС (рисунок 2);

- Компенсации токов (рисунок 3).

Схема, показанная на рисунке 2, наиболее распространена. В ней измеряемое напряжение U_X компенсируется равным, но противоположным по знаку известным напряжением U_K. Падение напряжения U_K создается током I на изменяемом по значению компенсирующем образцовом сопротивлении R_K. Изменение R_Kпроисходит до тех пор, пока U_K не будет равно U_X. Момент компенсации тока определяют по отсутствию тока в цепи магнитоэлектрического гальванометра G; при этом мощность от объекта измерения не потребляется.
Рисунок 3.2-Компенсации напряжений или ЭДС

Компенсационный метод измерения обеспечивает высокую точность измерения.

Рисунок 3.3- Компенсации токов

Устройства, служащие для выполнения измерений компенсационным методом, называют потенциометрами или компенсаторами. В практических схемах компенсаторов для обеспечения необходимой точности измерений ток I в рабочей цепи определяют не амперметром непосредственной оценки, а компенсационным методом с помощью эталона ЭДС нормального элемента (НЭ). Нормальные элементы обеспечивают постоянную во времени ЭДС, равную 1,01865 В при температуре 20ºС, внутреннее сопротивление 500 - 1000 Ом, ток перегрузки 1 мкА. С изменением температуры окружающей среды значение ЭДС уменьшается по следующему закону:

Е_t=Е₂₀-0,00004(t-20)0,000001(t20)²

(3.1)

где E_t-ЭДС при температуре t, E₂₀-ЭДС при 20ºС.

Схема компенсатора представлена на рисунке 4. Она содержит источник вспомогательной ЭДС Е_всп для питания рабочей цепи, в которую включают регулировочное сопротивление R_p, компенсирующее R_K и образцовое R_H сопротивления. К зажимам НЭ подключают нормальный элемент, ЭДС которого Е_НЭ, к зажимам Х – искомую ЭДС Е_Х. В качестве индикатора равновесия используют высокочувствительный гальванометр G.

Рисунок 3.4- Схема компенсатора

При работе с компенсатором выполняют две операции:

1. устанавливают ток I в рабочей цепи компенсатора с помощью источника вспомогательной ЭДС Е_всп (положение 1 выключателя В).

2. измеряют искомую ЭДС Е_Х (положение 2 выключателя В).

После установления рабочего токи I для измерения Е_Х переключатель В ставят в положение 2 и регулировкой образцового компенсирующего сопротивления R_Kвновь доводят до нуля ток в цепи гальванометра G. Тогда

E=IR'_K=E_НЭR'_K/R_H

(3.2)

где I - значение тока, установленное при положении 1 переключателя В;

R'_K– значение образцового компенсирующего сопротивления, при котором имеет место состояние равновесия.

Сопротивление R_K выполняют по специальным схемам, которые обеспечивают постоянное сопротивление между точками 3,4 и переменное сопротивление между точками 3, Д, а также необходимое число знаков и точность отсчета.

Билет 28

А) Чувствительность (нормальное значение калиброванного коэффициента отклонения).Чувствительность ε определяют как отношение видимого отклонения луча в миллиметрах к значению вызвавшего его входного сигнала в вольтах или милливольтах. Коэффициент отклонения Kd - величина, обратная чувствительности.

: (8.25)

где UBX - значение амплитуды входного сигнала; l-значение изображения амплитуды этого сигнала по оси Y.

Погрешность коэффициента отклонения определяют по формуле

(8.26)

где Kd0 - номинальное значение Kd, указанное в технической документации на конкретный осциллограф.

Б) Длительность разверток. Длительность разверток — это время прямого хода развертки, за которое луч пробегает всю рабочую часть экрана в горизонтальном направлении. Длительность прямого хода развертки Тп задается в виде коэффициентов развертки

, (8.27)

где 1Т - длина отрезка горизонтальной оси, соответствующая длительности Тп. Коэффициент развертки характеризуется диапазоном изменений, основной и дополнительными погрешностями. Погрешность коэффициента развертки

, (8.28)

где Крном- номинальное значение коэффициента развертки.

2)Трансформа́торто́ка — трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока, а вторичная обмотка замыкается на измерительные или защитные приборы, имеющие малые внутренние сопротивления.

Измерительный трансформа́торто́ка — трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.

Трансформаторы тока (далее - ТТ) широко используются для измерения электрического тока и в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, в связи с чем на них накладываются высокие требования по точности. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.

3)А)Настоящий Закон устанавливает правовые, экономические и организационные основы обеспечения единства измерений в Республике Казахстан, регулирует отношения между государственными органами управления, физическими и юридическими лицами в сфере метрологической деятельности и направлен на защиту прав и законных интересов граждан и экономики Республики Казахстан от последствий недостоверных результатов измерений.

Он состоит из 7 глав (1. Общие положения(статьи 1-5), 2. Государственная система обеспечения единства измерений(статьи 6-12), 3. Метрологическая служба(статьи 13-16), 4. Утверждение типа, производство, ремонт, поверка и калибровка средств измерений(статьи 17-20), 5. Государственный метрологический надзор(статьи 21-28), 6. Ответственность за нарушение законодательства об обеспечении единства измерений и разрешение споров(статьи 29-30), 7. Финансирование работ по обеспечению единства измерений(статья 31) и 31-ой статьи.

Б)О техническом регулировании -Настоящий Закон устанавливает правовые основы государственной системы технического регулирования, направленного на обеспечение безопасности продукции, услуг и процессов в Республике Казахстан.

Состоит из:

Глава 1. Общие положения

(статьи 1 - 16-1)

Глава 2. Технические регламенты

(статьи 17 - 19)

Глава 3. Стандартизация. Общие положения

(статьи 20 - 25-1)

Глава 4. Подтверждение соответствия

(статьи 26 - 34)

Глава 5. Аккредитация органов по подтверждению соответствия и лабораторий

(статьи 35 - 36)

Глава 6. Государственный контроль за соблюдением требований, установленных техническими регламентами

(статьи 37 - 43)

Глава 7. Ответственность государственных органов, их должностных лиц, физических и юридических лиц за несоблюдение законодательства Республики Казахстан в области технического регулирования

(статьи 44 - 45)

Глава 8. Заключительные и переходные положения

(статьи 46 - 47)

В общем 8 глав и 47 статей.

БИЛЕТ 29

Метрологические характеристики СИ– это такие технические характеристики, которые влияют на результат и точность измерений.

В зависимости от назначения и особенностей, средства измерений могут характеризоваться разными метрологическими характеристиками. Можно выделить несколько групп характеристик:

Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений:

Функция преобразования измерительного преобразователя – зависимость выходного сигнала от входного;

Класс точности – обобщенная метрологическая характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей. C=∆/X_n

Цена деления шкалы– разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы;

Диапазон показаний- это область значений шкалы, ограниченная начальными и конечными значениями шкалы.

Диапазон измерений– область значений величины , в пределах которой нормированы допускаемые погрешности СИ;

Чувствительность– отношение изменения сигнала на входе измерительного прибора к вызвавшему

его изменению измеряемой величины. Обычно чувствительность определяют по формуле: , где Δy– изменение выходного сигнала; Δx– изменение входного сигнала.

Порог чувствительности – это изменение измеряемой величины, вызывающее наименьшее изменение выходного сигнала, которое может быть обнаружено при обычном для данного прибора способе отсчета.

Преобразователь среднеквадратического значения - это преобразователь переменного напряжения в постоянный ток (напряжение), пропорциональный U2ск. Характеристика преобразования в этом случае должна быть квадратичной, а при наличии постоянной составляющей необходим детектор с открытым входом.

Преобразователь среднеквадратического значения позволяет осуществить преобразование в постоянное напряжение среднеквадратического значения переменных напряжений несинусоидальной формы, поскольку , где U2 - среднеквадратическое значение напряжения несинусоидальной формы, Uk - среднеквадратическое значение гармонических составляющих.

Погрешность преобразования определяется нестабильностью ВАХ диодов, непостоянством сопротивлений резисторов и т.д. Она составляет 3 ... 5 %. Частотный диапазон определяется свойствами трансформатора - индуктивностью (снизу) и паразитными параметрами диодной цепочки (сверху) и составляет интервал от нескольких единиц герц до 1 МГц.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы.

Рис. 1. Схема включения ваттметра (а) и векторная диаграмма (б)

Неподвижная катушка 1, включаемая в цепь нагрузки последовательно, называется последовательной цепью ваттметра, подвижная катушка 2 (с добавочным резистором), включаемая параллельно нагрузке — параллельной цепью.

При измерении мощности, потребляемой нагрузкой, возможны две схемы включения ваттметра, отличающиеся включением его параллельной цепи (рис. 2).

Рис. 2. Схемы включения параллельной обмотки ваттметра

Если не учитывать фазовых сдвигов между токами и напряжениями в катушках и считать нагрузку Н чисто активной, погрешности β(а) и β(б), обусловленные потреблением мощности катушками ваттметра, для схем рис. 2, а и б:

где Рi и Рu — соответственно мощность, потребляемая последовательной и параллельной цепью ваттметра.

Из формул для β(а) и β(б) видно, что погрешности могут иметь заметные значения лишь при измерениях мощности в маломощных цепях, т. е. когда Рi и Рu соизмеримы с Рн.

Если поменять знак только одного из токов, то изменится направление отклонения подвижной части ваттметра.

У ваттметра имеются две пары зажимов (последовательной и параллельной цепей), и в зависимости от их включения в цепь направление отклонения указателя может быть различным. Для правильного включения ваттметра один из каждой пары зажимов обозначается знаком «*» (звездочка) и называется «генераторным зажимом».

Билет 30

1) Неопределенность измерения – это «сомнения в истинности полученного результата». Т.е. параметр, связанный с результатом измерения, характеризующий разброс значений, которые могли бы быть обосновано приписаны к измеряемой величине. Метод выражения неопределенности - а ± Uа, где а – измеренная величина, Uа – расширенная неопределенность, определяемая измерителем.

Стандартная неопределенность (стандартное отклонение погрешности) результата измерения – неопределенность, представленная в виде стандартного отклонения.

Неопределенности типа А могут быть оценены статистическими методами на основе многократных измерений и описываются традиционными характеристиками центрированных случайных величин - дисперсией или СКО. Взаимодействие неопределенностей типа А описывается взаимным корреляционным моментом или коэффициентом взаимной корреляции.

Неопределенность типа Бмогут быть оценены любыми другими методами, кроме статистических. Они должны описываться величинами, аналогичными дисперсии или СКО, так как именно эти характеристики можно использовать для объединения неопределенностей типа Б как между собой так и с неопределенностями типа А.

Неопределенность типа А (случайная погрешность) – составляющая неопределенности (погрешности) измерения изменяющаяся случайным образом в серии измерений и не носящая систематического характера. Ее оценивают статистическими методами (то есть имеется возможность получить и обработать множество измерений одной величины).

Неопределенность типа Б (систематическая погрешность) – составляющая неопределенности измерений, постоянная или изменяющаяся по известному закону (например, погрешность прибора, калибровки, методики измерения и пр.) Производится оценка достоверности измерений на основе нестатистической информации.

Суммарная стандартная неопределенность Uc – это неопределенность результата измерения в том случае, когда результат измерений выражается через другие величины.

Расширенная неопределенность (доверительные границы) результата измерения – интервал вокруг результата измерения, в который, как ожидается, попадает большая часть значений, приписанных к измеряемой величине.

Коэффициент охвата, коэффициент покрытия (коэффициент распределения погрешности) – коэффициент, зависящий от вида распределения неопределенности результата измерений. Равен отношению расширенной неопределенности, при заданной вероятности охвата, к стандартной неопределенности.

2) Измерение сопротивлений электрическими мостами. Мостовая схема (рис. 340,а) состоит из источника питания, чувствительного прибора (гальванометра Г) и четырех резисторов, включаемых в плечи моста: с неизвестным сопротивлением R_x (R4) и известными сопротивлениями R1, R2, R3, которые могут при измерениях изменяться. Прибор включают в одну из диагоналей моста (измерительную), а источник питания — в другую (питающую).

Рис. 340. Мостовые схемы постоянного тока, применяемые для измерения сопротивлений

Сопротивления R1 R2 и R3 можно подобрать такими, что при замыкании контакта В показания прибора будут равны нулю (в таком случае принято говорить, что мост уравновешен). При этом неизвестное сопротивление

R_x= (R₁/R₂)R₃

В некоторых мостах отношение плеч R1/R2 установлено постоянным, а равновесие моста достигается только подбором сопротивления R3. В других, наоборот, сопротивление R3 постоянно, а равновесие достигается подбором сопротивлений R1 и R2.

Измерение сопротивления мостом постоянного тока осуществляется следующим образом. К зажимам 1 и 2 присоединяют неизвестное сопротивление R_x (например, обмотку электрической машины или аппарата), к зажимам 3 и 4 — гальванометр, а к зажимам 5 и 6 — источник питания (сухой гальванический элемент или аккумулятор). Затем, изменяя сопротивления R1, R2 и R3 (в качестве которых используют магазины сопротивлений, переключаемые соответствующими контактами), добиваются равновесия моста, которое определяется по нулевому показанию гальванометра (при замкнутом контакте В).

Существуют различные конструкции мостов постоянного тока, при использовании которых не требуется выполнять вычисления, так как неизвестное сопротивление R_x отсчитывают по шкале прибора. Смонтированные в них магазины сопротивлений позволяют измерять сопротивления от 10 до 100 000 Ом.

При измерении малых сопротивлений обычными мостами сопротивления соединительных проводов и контактных соединений вносят большие погрешности в результаты измерения. Для их устранения применяют двойные мосты постоянного тока (рис. 340,б). В этих мостах провода, соединяющие резистор с измеряемым сопротивлением R_x и некоторый образцовый резистор с сопротивлением R0 с другими резисторами моста, и их контактные соединения оказываются включенными последовательно с резисторами соответствующих плеч, сопротивление которых устанавливается не менее 10 Ом. Поэтому они практически не влияют на результаты измерений. Провода же, соединяющие резисторы с сопротивлениями R_x и R0, входят в цепь питания и не влияют на условия равновесия моста. Поэтому точность измерения малых сопротивлений довольно высокая. Мост выполняют так, чтобы при регулировках его соблюдались следующие условия: R1 = R2 и R3 = R4. В этом случае

R_x = R₀R₁/R₄ (113)

Двойные мосты позволяют измерить сопротивления от 10 до 0,000001 Ом.

Если мост не уравновешен, то стрелка в гальванометре будет отклоняться от нулевого положения, так как ток измерительной диагонали при неизменных значениях сопротивлений R1, R2, R3 и э. д. с. источника тока будет зависеть только от изменения сопротивления R_x. Это позволяет проградуировать шкалу гальванометра в единицах сопротивления R_x или каких-либо других единицах (температура, давление и пр.), от которых зависит это сопротивление. Поэтому неуравновешенный мост постоянного тока широко используют в различных устройствах для измерения неэлектрических величин электрическими методами.

Уравнение Баланса

3) Постулаты теории измерений

Первым постулатом метрологии является постулат α: в рамках принятой модели объекта исследования существует определенная измеряемая физическая величина и ее истинное значение.

Так как при различных целях исследований данному объекту могут быть сопоставлены различные модели, то из постулата вытекает следствие .: для данной физической величины объекта измерения существует множество измеряемых величин (и соответственно их истинных значений).

Постулат : истинное значение измеряемой величины постоянно. И его следствие : для измерения переменной физической величины необходимо определить ее постоянный параметр — измеряемую величину.

Идеализация, принятая при построении модели объекта измерения, обуславливает неизбежное несоответствие между параметром модели и реальным свойством объекта, которое называется пороговым. Принципиальный характер понятия “пороговое несоответствие” устанавливается постулатом : существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта (пороговое несоответствие измеряемой величины). Пороговое несоответствие принципиально ограничивает достижимую точность измерений при принятом определении измеряемой ФВ.

Следствие ,: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.

Следствие : достижимая точность измерения определяется априорной информацией об объекте измерения

Билет 31

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 1092; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 101112 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!