Методические указания к проведению работ практическое занятие №1 Поверка амперметров и вольтметров. Расчет погрешности. Расширение пределов измерения

Цель работы: ознакомление с методикой поверки аналоговых электромеханических приборов и определением их основных метрологических характеристик. Получение навыков расчета основных видов погрешности. Приобретение навыков расчетного определения характеристик шунтов и добавочных сопротивлений, а так же практического их использования.

Оборудование: амперметры, вольтметры, подстроечные резисторы, соединительные провода, шунты, добавочные резисторы

Краткие теоретические сведения

Поверкой средств измерений называют определение погрешностей средства и установление его пригодности к применению. Погрешности определяют по результатам конечного числа экспериментов по сравнению показаний поверяемого прибора и образцового средства. Достоверность поверки обеспечивается необходимым условием: отношение пределов допускаемых абсолютных основных погрешностей образцовых средств измерений (_О) и поверяемых приборов (), для любой из поверяемых отметок шкалы, должно удовлетворять неравенству:

_О/  0.2. (1.1)

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.

Погрешность и вариация определяются для 510 точек шкалы равномерно распределенных по диапазону измерений. Перед началом поверки необходимо:

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

б) с помощью корректоров установить указатель прибора на начальную отметку шкалы;

в) для поверки вольтметра собрать поверочную схему (рис. 1.1, a), где V и V_O – поверяемый и образцовый вольтметры, R₂ и R₃ – регулировочные переменные резисторы, U – постоянное или переменное напряжение синусоидальной формы стабильной амплитуды.

г) для поверки амперметра собрать соответствующую поверочную схему (рис. 1.1, б), где А, А_О – поверяемый и образцовый амперметры, R₅ и R₆ – регулировочные переменные резисторы, U – постоянное напряжение;

д) установить максимальные пределы измерения приборов.

В качестве источника напряжения использовать регулируемый источник постоянного тока и низкочастотный генератор гармонического сигнала из состава стенда или аналогичные им.

П ри определении основной погрешности указатель поверяемого прибора последовательно устанавливают на поверяемые отметки шкалы (Х) 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 измеряемой величины Х_{Д ув} и Х_{Д ум}.

Рисунок 1.1 Схема подключения приборов для проведения поверки методом сличения: а – поверка вольтметра; б – поверка амперметра

Абсолютную погрешность при увеличении и уменьшении показания определяют по формулам: x_ув=Х–Х_{Д ув}; х_ум=Х–Х_{Д ум}, где Х – показание поверяемого прибора; Х_{Д ув} – показание образцового средства измерений при увеличении показаний; Х_{Д ум} – показание образцового средства измерений при уменьшении показаний. Относительная погрешность:

 = 100х/Х, (%).

Приведенная погрешность:

 = 100х/Х_N, (%),

где Х_N – нормирующее значение.

Относительную и приведённую погрешности определяют для всех поверяемых отметок шкалы, выбирая наибольшее по модулю значение абсолютной погрешности.

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 подводе указателя сначала со стороны меньших, а затем со стороны больших значений. Вариация может определяться также в процентах от нормирующего значения измеряемой величины:

в = 100(Х_{Д ув} – Х_{Д ум})/ Х_N, (%).

Для того чтобы использовать измерительные механизмы для различных пределов измерения токов, напряжений и других величин широко применяются масштабные измерительные преобразователи и в частности шунты (включаются параллельно измерительным механизмам) и добавочные сопротивления (включаются последовательно измерительным механизмам).

Рассмотрим пример расчетного определения шунта и добавочного сопротивления для случая измерительного прибора магнитоэлектрической системы, имеющего катушку с сопротивлением R_и=20 Ом, и рассчитанного на предельный длительный ток 10 мА, при котором подвижная часть прибора получает наибольшее отклонение.

Рисунок 1.2 Схема измерительного механизма с шунтом

Условие 1. Прибор используют в качестве амперметра с пределом измерения тока 5 А.

Определить сопротивление шунта, который нужно присоединить к зажимам прибора (рис.1.2).

Анализ и решение. Ток в неразветвленной части цепи (измеряемый) равен сумме токов измерительной катушки и шунта

I = I_ш + I_и

Коэффициент шунтирования n показывает, во сколько раз измеряемый ток больше тока в измерительной катушке, т.е.

Но ток в параллельных ветвях (шунт и измерительная катушка) обратно пропорционален сопротивлениям этих ветвей, поэтому

откуда

В условиях данной задачи

;

Условие 2. Прибор используют в качестве вольтметра, пределом измерения напряжения 100 В. Определить величину добавочного сопротивления, которое нужно последовательно соединить с прибором (рис.1.3).

Анализ и решение. Измеряемое напряжение равно сумме напряжений, приходящихся на катушку и на добавочное сопротивление:

U = Uи + Uд

Коэффициент добавочного сопротивления показывает, во сколько раз измеряемое напряжение больше, чем напряжение на зажимах измерительной катушки, т.е.

Рисунок 1.3 Схема измерительного механизма с добавочным резистором

Напряжение на последовательно соединенных участках (катушка и добавочное сопротивление) распределяется пропорционально сопротивлениям этих участков, поэтому

откуда

Rд = Rи (m - 1).

В условиях данной задачи

U = 100 В ;

Коэффициент добавочного сопротивления

Следовательно

Rд = Rи (m-1) = 20 (500-1) = 9980 Ом.