Сборник ЛР по «Метрология», «Электрические измерения», «Информационно-измерительная техника»

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ивановский государственный энергетический университет

им. В .И .Л енина

Кафедра теоретических основ электротехники и электротехнологии

№1 7 6 1

СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

по курсам «Метрология», «Электрические измерения», «Информационно-измерительная техника»

Иваново 2006

Сборник шоораторных работ по метрологии

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

Все студенты перед выполнением лабораторных работ должны изу­ чить инструкцию по технике безопасности и противопожарной технике. Лабораторные работы по электрическим измерениям проводятся в соот­ ветствии с графиком, утвержденным кафедрой. Каждый студент предвари­ тельно должен ознакомиться с содержанием и теоретическими вопросами, связанными с предстоящей работой.

Каждая работа выполняется бригадой в составе двух-четырех сту­ дентов. Перед началом работы нужно ознакомиться с используемой аппа­ ратурой и измерительными приборами. Компоновка элементов схемы на рабочем столе должна быть такой, чтобы схема соединений получалась простой и наглядной. При сборке схемы не следует забывать, что сначала собираются токовые цепи, а уже потом подключаются обмотки напряже­ ния измерительных приборов.

Включение собранной электрической цепи без проверки ее пре­ подавателем запрещается.

После выполнения каждого пункта работы необходимо оценить результаты произведенных измерений. Разборку схемы целесообразно производить после того, как результаты опытов будут проверены препода­ вателем.

Перед каждым включением схемы регулировочные устройства (рео­ статы, автотрансформаторы и т. п.) должны находиться в таком положе­ нии, чтобы в цепи были минимальные значения токов.

Любые изменения в схеме производятся при отключенном источ­ нике питания. Измененная схема перед включением должна быть прове­ рена преподавателем.

Воспрещается оставлять без надзора включенную схему.

По окончании работы черновые записи наблюдений с основными подсчетами предъявляются преподавателю, после чего схема разбирается и рабочее место приводится в порядок. На следующем занятии студент дол­ жен представить отчет и сдать зачет по проделанной работе.

Защита лабораторной работы проводится в виде собеседования. При этом студент должен показать знание теоретических вопросов, непосред­ ственно связанных с данной работой, и понимание материала, представ­ ленного в отчете.

Студент, не представивший отчета по проделанной работе и не сдавший по ней зачета, к следующей работе не допускается.

3

Сборник Лабораторных работ по метрологии

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

1.Отчет должен выполняться на листах формата А4 (210x297 мм).

2.Отчет по лабораторной работе должен включать:

2.1. Титульный лист с указанием наименования работы и списка студентов, представляющих отчет (рис. 1).

2.2.Перечень приборов и аппаратов, используемых в работе, их тех­ нические характеристики (типы, заводские номера, системы, классы точ­ ности, пределы измерений).

2.3.Схемы опытов и таблицы результатов измерений.

2.4.Необходимые для расчета формулы с подстановкой чисел для одного случая.

2.5.Графики и векторные диаграммы, предусмотренные заданием.

2.6.Краткие выводы по работе.

3.В отчете отдельные этапы работы должны быть разделены. Не до­ пускается беспорядочное представление данных.

4.При решении вопроса: «Какую схему приводить в отчете?» пред­ почтение следует отдавать принципиальной, так как в итоге надо запоми­ нать не схему внешних соединений, а принцип работы установки.

5.В таблицах необходимо указывать значения измеряемых величин

всистеме СИ, а не в делениях шкалы прибора. Цену деления прибора сле­ дует рассчитать заранее и пользоваться ею при занесении данных в табли­

цу-

6. При выполнении графиков по осям должен быть нанесен равно­ мерный масштаб. Масштаб следует выбирать кратным (1,2,4,5)* 10", где п - целое число.

При построении закономерных зависимостей одной величины от другой следует проводить плавную кривую, проходящую как можно ближе к экспериментальным точкам (рис. 2). Исключение представляет график поправок прибора, на котором точки должны соединяться ломаными ли­ ниями. Плавной кривой их соединять не следует, так как закономерности здесь не наблюдается (рис. 3).

7.По работе должны быть сделаны краткие обоснованные выводы. Например, в работе N1 «Поверка электромеханических приборов методом сравнения» заключение может быть сформулировано так: «Испытуемый прибор М325 N056093 соответствует своему классу точности и к работе годен».

8.Количество значащих цифр численных показателей точности (аб­ солютных, относительных и приведенных погрешностей) должно быть не более двух. При этом полученные значения показателей точности округ­ ляются так, чтобы погрешность округления не превышала 10%. Например,

4

Рис 1. Пример оформления титульного листа

Рис. 2. Графическое представление

закономерно изменяющихся данных

например, кривая поправок

5

Сборник лабораторных работ по метрологии

Л А Б О РА ТО РН А Я РАБ О ТА № 1

ПОВЕРКА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

МЕТОДОМ СРАВНЕНИЯ

1.1. Цель работы

Ознакомиться с основными операциями, методикой поверки элек­ тромеханических измерительных приборов, с расчетом погрешностей, присущих этим средствам измерений (СИ) и с критериями, позволяющими судить о пригодности данного СИ.

1.2. Задание

1.Провести внешний осмотр поверяемого прибора и установить при­ годность его для поверки.

2.Оценить основные допускаемые погрешности установленных на стенде приборов и дать обоснованное заключение о возможности использования более точного из них в качестве образцового.

3.Собрать схему испытаний (для поверки вольтметра взять схему по рис. 1.1а).

4.Произвести опробование прибора.

5.После прогрева прибора, если прогрев требуется, определить вре­ мя успокоения подвижной части поверяемого прибора.

6.Произвести поверку. Данные занести в таблицу (табл. 1.3).

7.Для прибора в учебных целях построить кривую поправок.

8.На основании результатов поверки сделать заключение о пригод­ ности прибора к эксплуатации.

1.3.Теоретические положения

Электроизмерительные приборы, независимо от того, находятся ли они в работе или хранятся на складе, не сохраняют во времени точность измерений. Нарастание погрешности вызывается воздействием множества факторов. Происходит медленное изменение физических свойств материа­ лов, из которых изготовлены электронные и механические узлы приборов. В рабочих и особенно в перегрузочных режимах в приборе накапливаются необратимые изменения. Например, увеличивается утечка р-п переходов электронных компонентов, в механической части притупляются керны, выкрашиваются подпятники, из-за перегрева отжигаются растяжки и пру­ жины.

Применение приборов, имеющих погрешности, превосходящие до­ пускаемые, влечет за собой получение неправильных результатов измере­ ний. А это может привести к выпуску недоброкачественной продукции, к

6

Лабораторная работа Лг I

порче технологического оборудования, перерасходу материалов, и даже к неправильным научным выводам.

Для поддержания точности электроизмерительных приборов их пе­ риодически поверяют. Поверкой называется определение метрологиче­ ским органом погрешностей средства измерений и установление его пригодности к применению В зависимости от принадлежности метроло­ гического органа различают государственную и ведомственную поверку. Например, в ИГЭУ роль ведомственной метрологической службы выпол­ няет отдел главного метролога.

Несмотря на быстрый прогресс цифровой техники, электромехани­ ческие приборы до сих пор составляют основную массу средств электри­ ческих измерений. Сюда входят амперметры, вольтметры, ваттметры, ом­ метры, фазометры, счетчики электрической энергии, а также комбиниро­ ванные приборы. Разнообразие этих приборов делает невозможным созда­ ние единой методики поверки. Однако для большинства приборов подхо­ дит методика из ГОСТ-8.497-83 [1].

Поверка, как правило, включает в себя следующие операции:

-внешний осмотр прибора;

-опробование;

-определение влияния наклона на показания прибора;

-проверку электрической прочности изоляции;

-определение основной погрешности и вариации показаний;

-определение величины невозвращения указателя к нулевой отмет­ ке шкалы;

-определение времени успокоения подвижной части.

Условия поверки и подготовка к ней

Условия поверки амперметров, вольтметров, ваттметров регламен­ тированы ГОСТ 8.497-83. Перечислим наиболее важные из них.

Климатические условия проведения поверки и значения частот, при которых она выполняется, приведены в табл. 1.1 и 1.2.

Приборы переменного тока, имеющие указатель рода тока =, клас­ сов точности 0.05; 0.1; 0.2 и 0.5, аттестованные в качестве образцовых, должны быть поверены при двух направлениях постоянного тока при уве­ личении и уменьшении показаний.

Многодиапазонные приборы допускается поверять на всех числовых отметках шкалы лишь на одном диапазоне измерений. На остальных диа­ пазонах достаточно проводить поверку на двух отметках шкалы: на число­ вой отметке, соответствующей нормирующему значению шкалы, и число­ вой отметке, по которой получена максимальная погрешность на полно­ стью поверяемом диапазоне измерений.

7

Сборник лабораторных работ по метрологии

Таблица 1.2. Частоты, на которых выполняется поверка приборов

переменного тока

Приборы с двухсторонней шкалой поверяют на всех числовых от­ метках левой и правой частей шкалы.

Щитовые приборы перед поверкой прогреваются при номинальной нагрузке в течение 15 минут. Переносные приборы прогревать не следует. Исключение составляют термоэлектрические приборы, которые прогрева­ ются при номинальной нагрузке в течение 5 минут, и электронные прибо­ ры, время прогрева которых указывается в инструкции по эксплуатации.

Указатель поверяемого прибора устанавливают механическим кор­ ректором на нулевую отметку шкалы при отключенных цепях тока и на­ пряжения.

При поверке необходимо исключить влияние на прибор ферромаг­ нитных масс, других приборов, внешних магнитных и электрических полей.

Если на приборе есть условный знак ( ) , указывающий положение прибора в земном магнитном поле, то прибор устанавливают таким образом, чтобы стрелка была направлена по магнитному меридиану.

Внешний осмотр

Задачей внешнего осмотра является обнаружение дефектов, которые могут привести к ошибкам при измерениях и к быстрой порче приборов. К таким дефектам относятся:

-трещины и щели корпуса, через которые внутрь может проникнуть пыль или влага;

-непрочное крепление стекла или наличие в нем трещин;

Лабораторная работа Л? /

- наличие внутри прибора посторонних предметов или отсоединив­ шихся деталей (их легко обнаружить на слух при переворачивании прибо­

ра);

-отклеивание, коробление или загрязнение шкалы;

-повреждение зеркальной полоски, служащей для устранения по­ грешностей от параллакса;

-искривление стрелки прибора;

-неисправности зажимов, клемм и переключателей.

При внешнем осмотре проверяется также работа корректора, кото­ рый должен смещать указатель прибора в обе стороны от отметки механи­ ческого нуля на 5% длины шкалы и устанавливать его точно на нуль.

При обнаружении любого из перечисленных дефектов в приборе или применяемом совместно с ним измерительном преобразователе прибор признается непригодным к применению и дальнейшей поверке не подле­ жит.

Требования к точности образцового прибора Отношение пределов допускаемой абсолютной погрешности образ­

цовых средств измерений и поверяемых приборов (амперметров, вольт­ метров) для каждой поверяемой отметки шкалы должно быть не хуже 1:5 при поверке приборов всех классов точности. Если вариация показаний прибора, аттестованного в качестве образцового, не превышает половины значения его абсолютной погрешности, то допускается отношение 1:3 при поверке амперметров и вольтметров классов точности 0.05 - 0.5 и не менее

1:4 для приборов классов точности 1.0 - 5.0.

Наибольшая допускаемая основная приведенная погрешность элек­ тромеханического прибора равна его классу точности уж„ = к . Наиболь­ шая допускаемая основная абсолютная погрешность

(1л)

где X N - нормирующее значение. Для приборов, у которых 0 в начале

шкалы или за пределами шкалы, нормирующее значение равно пределу измерений. Для приборов с двухсторонней шкалой нормирующее значение равно сумме пределов шкалы.

Наибольшая допускаемая основная относительная погрешность электромеханического прибора может быть выражена через абсолютную

9

Сборник лабораторных работ по метрологии

Для цифровых приборов класс точности c/d связан с наибольшей допускаемой основной относительной погрешностью формулой

(1.3)

где с и d - числа класса точности c/d, Хн - номинальное значение,

равное пределу измерений прибора.

Для цифровых приборов зарубежного производства, как правило, нормируется наибольшая допускаемая абсолютная погрешность, причем для каждого предела измерений в паспорте приводится своя расчетная формула. Она часто сводится к сумме части показаний прибора и нескольких единиц его младшего разряда.

Разумеется, перед сравнением допускаемые погрешности образцово­ го и поверяемого приборов должны быть выражены в одноименных еди­ ницах.

Опробование прибора

Опробование прибора предназначено для того, чтобы убедиться в том, что измерительный механизм прибора реагирует на изменения изме­ ряемой величины. В процессе опробования следует убедиться в отсутствии «затирания» подвижной части. Для этого прибор подключают к источнику образцового сигнала и плавно изменяют значения измеряемой величины от минимального до максимального и обратно. Указатель прибора при этом должен плавно перемещаться вдоль шкалы, без рывков и заеданий. Нали­ чие последних указывает на неисправность прибора, делающую его не­ пригодным к использованию.

В приборах со световым указателем в процессе опробования прове­ ряется работа осветительного устройства при всех напряжениях питания. Отсчегная риска на световом пятне должна быть отчетливо видна и долж­ на перемещаться параллельно делениям шкалы прибора.

Определение влияния наклона

Центр тяжести подвижной части прибора должен совпадать с ее осью вращения. Для уравновешивания на подвижной части имеются про­ тивовесы, перемещением которых добиваются требуемого положения цен­ тра тяжести. Под влиянием разных причин центр тяжести может сместить­ ся, что приведет к зависимости показаний от угла наклона. Поэтому у всех приборов, не снабженных уровнем, проверяется влияние наклона на пока­ зание приборов.

Отклонение прибора на нормированный угол от обозначенного на нем рабочего положения в любом направлении не должно вызывать изме­ нение показаний больше, чем на значение предела допускаемой основной погрешности. У приборов с механическим противодействующим моментом

10