МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Курская государственная сельскохозяйственная академия имени И.И.Иванова»

Кафедра «Стандартизации и оборудования

перерабатывающих производств»

Дисциплина «Проектирование метрологического оборудования»

Лабораторная работа на тему:

«Определение и расчет характеристик измерительных приборов и моделирование средств измерений»

Направление подготовки: 27.04.01 Стандартизация и метрология

Факультет: инженерный

Форма обучения: очная, заочная

КУРСК – 2017

Цель лабораторной работы: ознакомление с основными электротехническими измерениями, с приборами для этих измерений и их проектированием.

Наука об измерениях, методах достижения их единых стандартов и требуемой точности называется метрологией. К основным проблемам метрологии относятся:

1) Создание общей теории измерений;

2) Образование единиц физических величин и систем единиц;

3) Разработка методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений (так называемая «законодательная метрология»);

4) Создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений.

Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем, с помощью специальных технических средств – измерительных приборов.

Результат измерения – именованной число, найденное путем измерения физической величины. Одна из основных задач измерения – оценка степени приближения или разности между истинным и действительным значениями измеряемой физической величины – погрешности измерения.

Огромное количество измерений производиться с помощью разных по принципу действия и точности средств измерения.

Электрические измерения 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).

Электронные измерения, как и электрические, сводятся к измерению силы тока, напряжения, мощности.

Для измерения электрических величин широко применяются электронные измерительные приборы. В зависимости от способа преобразования входного сигнала электронные приборы делятся на аналоговые и цифровые.

Для электронных измерительных приборов характерны следующие преимущества: малое собственное потребление электроэнергии из измерительной цепи, высокая чувствительность, широкий частотный диапазон. Кроме того, электронные измерительные приборы характеризуются рядом особенностей – быстродействием, автоматизацией процесса измерения, простотой и удобством регистрации результата измерения, возможностью сопряжения с ПЭВМ.

Задачи лабораторной работы:

1. Определить погрешности средства измерений, реализация прибора в программной среде National Instruments, Labview

1.1 Познакомиться с основными свойствами измеряемых погрешностей

1.2 Узнать технические характеристики средства измерений

1.3 Решить задачу

1.4 Реализовать виртуальный прибор в среде National Instruments, Labview

2. Определить метрологические характеристики средства измерений

2.1 Узнать перечень основных метрологических характеристик средства измерений

2.2 Познакомиться с метрологические характеристиками средства измерений

2.3 Провести сравнительный анализ средств измерений

2.4 Определить значения параметра измеренного средствами измерений

3. Смоделировать виртуальный прибор средства измерения

3.1 Ознакомиться с техническими характеристиками средства измерений

3.2 Собрать модель прибора в программе Labview

Теоретические сведения

1. Определение погрешностей средства измерений, реализация прибора в программной среде National Instruments, Labview

1.1 Основные свойства измеряемых погрешностей

Погрешность средства измерения. Разность между показанием средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины.

Систематическая погрешность средства измерения. Составляющая погрешности средства измерения, принимаемая постоянной или закономерно изменяющейся.

Случайная погрешность средства измерений. Составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся случайным образом.

Абсолютная погрешность средства измерений. Погрешность средства измерений, выраженная в единицах измеряемой физической величины.

Относительная погрешность средства измерений. Погрешность средства измерений, выраженная отношением его абсолютной погрешности к результату измерения или к действительному значению измеренной физической величины.

Приведенная погрешность средства измерений. Относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части этого диапазона.

Основная погрешность средства измерений. Погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях.

Дополнительная погрешность средства измерений. Составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих на нее величин от нормального значения или вследствие выхода за пределы нормальной области значений.

Статическая погрешность средства измерений. Погрешность средства измерений, применяемого при измерении физической величины, принимаемой за неизменную.

Динамическая погрешность средства измерений. Погрешность средства измерений, возникающая при измерении изменяющейся (в процессе измерений) физической величины.

Класс точности средств измерений. Обобщенная характеристика средств измерений данного типа, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допустимых основной и дополнительных погрешностей, а также другими параметрами, влияющими на точность. Класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность измерений приборов одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств, что важно при выборе требуемых средств измерений.

Погрешность меры – разность между номинальным значением меры и действительным значением воспроизводимой ею величины.

Стабильность средства измерений (англ. stability) – качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических характеристик.Примечание. В качестве количественной оценки стабильности служит нестабильность средства измерений.

Нестабильность средства измерений – изменение метрологических характеристик средства измерений за установленный интервал времени.

Примечания:

• Для ряда средств измерений, особенно некоторых мер, нестабильность является одной из важнейших точностных характеристик. Для нормальных элементов обычно нестабильность устанавливается за год.

• Нестабильность определяют на основании длительных исследований средства измерений, при этом полезны периодические сличения с более стабильными средствами измерений.

Нормируемые метрологические характеристики типа средства измерений – совокупность метрологических характеристик данного типа средств измерений, устанавливаемая нормативными документами на средства измерений.

Эффективность использования измерительной информации зависит от точности измерений — свойства, отражающего близость результатов измерений к истинным значениям измеренных величин. Точность измерений может быть большей или меньшей, в зависимости от выделенных ресурсов (затрат на средства измерений, проведение измерений, стабилизацию внешних условий и т.д.). Очевидно, что она должна быть оптимальной: достаточной для выполнения поставленной задачи, но не более, ибо дальнейшее повышение точности приведет к неоправданным финансовым затратам. Поэтому наряду с точностью часто употребляют понятие достоверность результатов измерений, под которой понимают то, что результаты измерений имеют точность, достаточную для решения поставленной задачи (погрешность измерений).

Точность средства измерений– характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.Примечание. Считается, что чем меньше погрешность, тем точнее средство измерений.

Класс точности средств измерений– обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Примечания:

• Класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность средства измерений одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств. Это важно при выборе средств измерений в зависимости от заданной точности измерений.

• Класс точности средств измерений конкретного типа устанавливают в стандартах технических требований (условий) или в других нормативных документах.

Предел допускаемой погрешности средства измерений – наибольшее значение погрешности средств измерений, устанавливаемое нормативным документом для данного типа средств измерений, при котором оно еще признается годным к применению. Примечания:

• При превышении установленного предела погрешности средство измерений признается негодным для применения (в данном классе точности).

• Обычно устанавливают пределы допускаемой погрешности, то есть границы зоны, за которую не должна выходить погрешность.

Пример. Для 100-миллиметровой концевой меры длины 1-го класса точности пределы допускаемой погрешности +/- 50 мкм.

Точностные характеристики средства измерений – совокупность метрологических характеристик средства измерений, влияющих на погрешность измерения.

Примечание. К точностным характеристикам относят погрешность средства измерений, нестабильность, порог чувствительности, дрейф нуля и др.