ІКТА / КБ-24 / Метрологія Гамула / Лаби умови / Лабораторна робота №5

Лабораторна робота № 5

ПЕРЕВІРКА АНАЛОГОВИХ АМПЕРМЕТРІВ І ВОЛЬТМЕТРІВ МЕТОДОМ БЕЗПОСЕРЕДНЬОГО ПОРІВНЯННЯ ЗІ ЗРАЗКОВИМ

Мета роботи: набути практичних навиків перевірки аналогових приладів методом безпосереднього порівняння їх показів із показами зразкових приладів.

1.ПЛАН РОБОТИ

1.1.Підготовка до вимірювального експерименту.

Опрацювати теоретичний матеріал:

метрологічна перевірка засобів вимірювальної техніки, особливості та методику метрологічної перевірки приладів порівнянням із зразковими [2; с.

611—634; 3, с.369—372];

поняття: основна та додаткова похибки засобів вимірювальної техніки, нормальні умови, робочі умови, похибка результату вимірювання

[1, с.187 — 195; 3, с. 216 — 227];

системи приладів, позначення системи, принцип функціонування приладу певної системи, на що реагує прилад кожної з систем, особливість кожної з систем приладу [2, с. 148 — 151].

Розвязати задачу:

1) Виходячи із заданого перевірюваного приладу, вибрати зразкові та допоміжні засоби для його метрологічної перевірки методом безпосереднього порівняння із зразковим.

1.2. Проведення вимірювального експерименту.

Скласти електричне коло за вибраною схемою і експериментально визначити дійсні значення величини, що відповідає показам перевірюваного приладу, у вибраних точках при підходах зліва та справа по шкалі. Результати експерименту записати в табл. 5.2.

Записати метрологічні характеристики використаних засобів вимірювальної техніки (ЗВТ) в табл. 5.3 звіту із лабораторної роботи.

1.3. Опрацювання результатів експерименту.

За результатами отриманих експериментальних даних визначити: 1) похибки перевірюваного приладу;

2) написати висновок про відповідність чи невідповідність перевірюваного приладу своєму класу точності;

3) оцінити граничну похибку показів зразкових засобів вимірювання.

1.4. Оформити і захистити звіт.

103

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

2. ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

2.1. Принцип метрологічної перевірки ЗВТ методом безпосереднього порівняння зі зразковим

Метрологічна перевірка засобу вимірювання полягає у з’ясуванні його придатності для вимірювань та підтвердженні його метрологічних характеристик (встановлюється чи прилад відповідає своєму класу точності). На підставі порівняння одержаних при перевірці фактичних характеристик з нормованими для даного засобу вимірювання приймають рішення про його придатність або непридатність для подальшого використання та оформляють свідоцтвом або тавром.

В нормативній документації замість терміну “метрологічна перевірка” використовується термін “повірка”. В цей термін вкладається значення метрологічної перевірки засобів вимірювальної техніки, а сам термін є калькою з російського терміну-жаргону “поверка”. Вподальшому в роботі буде використовуватися тільки термін “метрологічна перевірка”.

Метрологічні перевірки засобів вимірювальної техніки є частиною Державної системи забезпечення єдності вимірювань — комплексу загальнодержавних нормативно-технічних і нормативних документів, які регламентують загальні правила, норми та вимоги, спрямовані на забезпечення єдності та необхідної точності вимірювань. Методики проведення перевірок регламентують стандарти Державної системи забезпечення єдності вимірювань [4].

Основними операціями, що виконуються при меторологічній перевірці, є:

зовнішній огляд;

опробування;

перевірка електричної міцності та опору ізоляції;

визначення основної похибки, варіації показів та залишкового

відхилення вказівника приладів від нульової позначки. Подальший виклад стосуватиметься останніх операцій.

При метрологічній перевірці приладів прямого перетворення перевіряється чи не перевершує допустимих меж (визначених класом точності приладу) різниця між показом приладу і дійсним (умовно істинним) значенням вимірюваної величини, яке подається на вхід перевірюваного приладу. Зрозуміло, що точність метрологічної перевірки визначається похибкою результату вимірювання чи встановлення дійсного (умовно істинного) значення вимірюваної величини.

104

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

Класифікація методів метрологічної перевірки наведена в [2, с.613]. Одним з найпоширеніших методів метрологічної перевірки різних засобів вимірювальної техніки є метод безпосереднього порівняння зі зразковим. Його найчастіше застосовують в галузях електричних і магнітних вимірювань для приладів прямого перетворення (амперметри, вольтметри, ватметри, частотоміри, омметри тощо), механічних величин (прилади вимірювання тиску та витрат) тощо. Основою методу є одночасне вимірювання цього самого (встановленого) значення фізичної величини перевірюваним (показ xп ) і

Рис. 5.1. Принцип проведення метрологічної перевірки методом безпосереднього порівняння зі зразковим.

Регульованим джерелом вимірюваної величини встановлюється відповідна (чергова) оцифрована відмітка шкали і для неї за показами обидвох приладів згідно (5.1) визначається похибка приладу x .

Перевагами методу безпосереднього порівняння зі зразковим є простота реалізації та відсутність складного обладнання, недоліком — практична неможливість автоматизації перевірки аналогових приладів.

Наприклад, на рис. 5.2 показано залежності від вимірюваної напруги похибок, отриманих при перевірці двох вольтметрів М903 класу точності 1,5 з границею вимірювання напруги 50 В.

Як видно з рис. 5.2 вольтметр 2 не відповідає свому класу точності, оскільки похибка, що отримана на поділці з цифрою 40 перевищує допустиме граничне відхилення показу, що встановлено для класу точності цих приладів.

Згідно з ЗАКОНОМ УКРАЇНИ “Про внесення змін до Закону України «Про метрологію та метрологічну діяльність»” термін “зразковий прилад” не передбачений. Замість нього вводиться термін “робочий еталон” (Робочий еталон — еталон, призначений для повірки чи калібрування засобів вимірювальної техніки). Однак, оскільки на практиці традиційно користувалися терміном “зразковий прилад”, аніж терміном “робочий еталон”, то в роботі надалі використовуватиметься термін “зразковий прилад”.

105

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

Рис. 5.2. Залежності від вимірюваної напруги похибок, отриманих при перевірці двох вольтметрів М903 класу точності 1,5 з границею вимірювання напруги 50 В.

2.2. Клас точності, гранична похибка показу приладу, граничні відхилення показу приладу від дійсного значення вимірюваної величини

Основні характеристики точності засобів вимірювальної техніки, а також інші властивості, що впливають на його точність, регламентує узагальнена характеристика — клас точності. Відповідно до класів точності чинні стандарти встановлюють межі основних похибок для конкретних типів засобів вимірювань [5].

За класом точності засобу вимірювальної технік можна обчислити його граничну похибку. Приклади подачі класів точності та формули для обчислень граничних значень похибок засобів вимірювальної техніки подані в табл. 5.1.

Слід зазначити, що вирази, подані у табл. 5.1 годяться лише при проведенні вимірювань в нормальних умовах.

При проведенні метрологічної перевірки методом безпосереднього порівняння зі зразковим необхідно забезпечити нормальні умови вимірювання як для перевірюваного приладу, так і для зразкового.

Нормальні значення впливних величин вказують на приладі або в його технічній документації. Якщо ж нормальні умови не зазначені, тоді нормальними вважаються: температура (20 ± 5) °С, відносна вологість повітря (65 ± 15) %, атмосферний тиск (100 ± 4) кПа або (750 ± 30) мм рт.ст., для електронних приладів напруга живлення 220 В частоти 50 Гц. Якщо робоче положення (кут нахилу приладу) не вказано, тоді переносні прилади перевіряють в горизонтальному, а щитові — у вертикальному положенні.

106

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

Таблиця 5.1

Позначення класів точності засобів вимірювальної техніки та формули для обчислення граничних значень похибок результатів вимірювання цими засобами та граничні відхилення показу приладу від дійсного значення

Як було зазначено в п. 2.1 при проведенні метрологічної перевірки визначається також варіація. Варіацією показів приладу називають різницю між окремими повторними показами приладу, які відповідають одному і тому ж дійсному значенню вимірюваної величини. Варіація показів вимірювального приладу за модулем не повинна перевищувати границь відхилень показу приладу від дійсного значення, які обчислюються для кожного класу точності за відповідною формулою з табл. 5.1.

Варіацію показів визначають для кожної перевіреної оцифрованої позначки шкали приладу як абсолютну різницю між дійсними значеннями вимірюваної величини, що відповідають цій позначці, отриманими при підходах до неї справа та зліва

107

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

де xд.п , xд.л — значення вимірюваної величини, що відповідають показам зразкового приладу, при підведенні вказівника перевірюваного приладу, відповідно, справа та зліва до оцифрованої позначки шкали.

2.3.Вибір схеми для метрологічної перевірки

2.3.1.Схеми для метрологічної перевірки амперметрів

Метрологічну перевірку амперметрів постійного та змінного струму методом безпосереднього порівняння виконують за електричниим колом, зображеним на рис. 5.3.

а) б)

Рис. 5.3. Схема метрологічної перевірки амперметрів з IК 10 А постійного (а) та змінного (б) струму методом безпосереднього порівняння зі зразковим

Дійсне значення струму Iд , що протікає електричним колом, визначається

Ці схеми використовуються у випадках, коли межа вимірювання перевірюваного амперметра не перевищує межі вимірювання зразкового амперметра (зазвичай 10 А).

У випадку, якщо межі вимірювання перевірюваного амперметра змінного струму перевищує межу вимірювання зразкового амперметра, то зразковий амперметр підключають через вимірювальний трансформатор струму ВТС. Схема представлена на рис. 5.4. Для одержання необхідного значення струму можна застосовувати навантажувальний трансформатор струму НТ.

108

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

Рис. 5.4. Схема метрологічної перевірки амперметрів з IК 10 А змінного струму методом безпосереднього порівняння зі зразковим з використанням ВТС та НТ

Дійсне значення струму Iд , що протікає електричним колом, визначається за показом зразкового амперметра I зр з врахуванням коефіцієнта трансформації ВТС:

вимірювального трансформатора струму, яке визначають через номінальні значення його первинного та вторинного струмів ( I1,ном , I2,ном ), що вказані на

трансформаторі.

Слід зауважити, що промисловість випускає амперметри, що призначені для застосування в комплекті з вимірювальними трансформаторами струму і мають шкали, проградуйовані з врахуванням їх коефіцієнтів трансформації. Такі прилади перевіряють без трансформаторів струму за схемою з рис. 5.3, б, але значення коефіцієнтів трансформації повинні враховуватись при обчисленні дійсних значень струмів.

Приклад 5.1. Кілоамперметр з межею вимірювання 1,0 кА, призначений

для використання в комплекті з трансформатором струму 1000 A кл. т. 2,5, 5A

електромагнітної системи під час експлуатації вмикається у вторинне коло вимірювального трансформатора струму, отже при первинному струмі 1000 А через обмотку приладу проходить струм 5 А. Шкала ж приладу проградуйована в значеннях первинного струму. Такий кілоамперметр можна перевірити за схемою рис. 5.3, б, бо вимірювальний механізм приладу розрахований на струм 5 А.

2.3.1. Схеми для метрологічної перевірки вольтметрів

Метрологічна перевіра вольтметрів постійного та змінного струму методом безпосереднього порівняння зі зразковим проводиться за схемами, поданими на рис. 5.5.

109

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

а) б)

Рис. 5.5. Схема метрологічної перевірки вольтметрів постійного (а) та змінного (б) струму методом безпосереднього порівняння зі зразковим

Дійсне значення напруги Uд , що подається на вольтметри, визначається за

Ці схеми застосовуються якщо межа вимірювання перевірюваного вольтметра не перевищує межі вимірювання зразкового вольтметра, яке зазвичай не буває більшим за 1000 В.

У випадку, якщо межі вимірювання перевірюваного вольтметра, призначеного для вимірювання змінної напруги, перевищує межу вимірювання зразкового вольтметра, то зразковий вольтметр підключають до перевірюваного через вимірювальний трансформатор напруги ВТН. Схема представлена на рис. 5.6. В схемі використано використано навантажувальний трансформатор напруги НТ для одержання напруги до 600 В (750 В).

Рис. 5.6. Схема метрологічної перевірки вольтметрів змінного струму з межею вимірювання, що перевищує U к,Vзр або 1000 В з використанням ВТН

Дійсне значення напруги Uд , що подається на вольтметри, визначається за показом зразкового вольтметра U зр з врахуванням коефіцієнта трансформації ВТН:

вимірювального трансформатора напруги, яке визначають через номінальні

110

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

значення його первинної та вторинної напруг (U1,ном , U2,ном ), що вказані на

трансформаторі.

З високовольтними вольтметрами часто ситуація є такою ж як і з великоамперними амперметрами: промисловість випускає вольтметри, що призначені для застосування в комплекті з вимірювальними трансформаторами напруги і мають шкали, проградуйовані з врахуванням їх коефіцієнтів трансформації. Такі прилади перевіряють без трансформаторів струму за схемою з рис. 5.5, б, але значення коефіцієнтів трансформації повинні враховуватись при обчисленні дійсних значень струмів.

2.4. Вибір зразкових засобів вимірювальної техніки

Основними задачами при виборі зразкових засобів вимірювальної техніки для перевірки приладів прямого перетворення є:

вибір системи зразкового приладу;

вибір межі вимірювання зразкового приладу.

визначення необхідного класу точності зразкового приладу;

2.4.1. Визначення необхідного класу точності зразкового приладу

При проведенні метрологічної перевірки методом безпосереднього порівняння зі зразковим необхідно забезпечити наступне співвідношення між допустимими похибками вимірювання вимірювання перевірюваним приладом та зразковими засобами:

відносні похибки результатів вимірювання величини x зразковими засобами та перевірюваним приладами відповідно (розраховуються за поданими в табл. 5.1 виразами ), коефіцієнт k згідно ДСТУ ГОСТ 8.497–2008 [4] може приймати одне зі значень 3, 4 та 5 для кожної перевірюваної позначки шкали для приладів всіх класів точності.

Зокрема, коефіцієнт k приймає значення:

3 при метрологічній перевірці амперметрів і вольтметрів класів точності 0,05 — 0,5;

111

Лабораторна робота № 5. Перевірка аналогових амперметрів і вольтметрів методом порівняння

4 при метрологічній перевірці амперметрів і вольтметрів класів точності 1,0 — 5,0 (при цьому варіація показів приладу не має перевищувати значення половини границі відхиленнь показу приладу від дійсного значення, що визначається відповідно до класу точності за поданими у табл. 5.1 виразами)

5 у всіх решта випадках.

Тобто, допустима похибка результату вимірювання струму зразковими засобами має бути щонайменше у 3…5 разів меншою за допустиму похибку результату вимірювання струму перевірюваним приладом для кожної оцифрованої поділки перевірюваного приладу.

Допустима похибка результату вимірювання величини x перевірюваним приладом uB x x визначається згідно з виразами, що подані у табл. 5.1 відповідно до класу точності перевірюваного приладу.

Приклад 5.2. Якщо треба перевірити вольтметр М903 класу точності 1,5 з межею вимірювання 50 В, то гранична (допустима) похибка його показів становить

гр,x гр,x Uк,Vx 1,5 50В 0,75В . 100% 100%

x

Для схем, що зображені на рис. 5.3 та рис. 5.5 гранична (допустима) похибка показів зразкових приладів визначається виходячи з виразів, поданих у табл. 5.1.

Приклад 5.3. Якщо у якості зразкового вольтметра вибрано прилад М2044 класу точності 0,2 та межею вимірювання 75 В, то гранична (допустима) похибка його показів (дійсного значення напруги) становить

гр,зр гр,зр Uк,Vзр 0, 2 75В 0,15В .

100% 100%

зр

Для схеми, що зображена на рис. 5.4, виходячи з виразу (5.9) гранична (допустима) відносна похибка вимірювання дійсного значення струму

112