-_7-07~1

ЛАБОРАТОРНАЯ ЧАСТЬ

Пример —Для медицинского термометра начальным значением шкалы является 34,3 °С.

Конечное значение шкалы: Наибольшее значение величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений.

Пример — Для медицинского термометра конечным значением шкалы является 42 °С.

Свойства и метрологические характеристики измерительных приборов

Точность (средства измерений): Качество средства измерений, отражающее близость к нулю его погрешности.

Погрешность средства измерений: Разность между показанием средства измерений и известным опорным (действительным) значением величины.

Предел допускаемой погрешности (средства измерений): Наибольшее значение погрешности средства измерений (без учета знака), устанавливаемое нормативным документом для данного типа средств измерений, при котором оно еще признается метрологически исправным.

Обычно устанавливают пределы допускаемой погрешности, т. е нижнюю и верхнюю границы интервала, за которые не должна выходить погрешность. ±∆.

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

Относительная погрешность средства измерений: Погрешность сред-

ства измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к опорному значению измеряемой величины.

Приведенная погрешность (средства измерений): Погрешность средства измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к нормирующему значению величины.

Часто за нормирующее значение принимают максимальное значение диапазона измерений или разность между максимальным и минимальным значениями диапазона измерений.

Класс точности: Обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая их уровень точности и выражаемая точностными характеристиками средств измерений.

Под классом точности средств измерений понимают их обобщенные характеристики, определяемые пределами допускаемых основной и дополнительной погрешности, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на их точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности хотя и характеризует совокупность метрологических свойств данного средства измерений, однако не определяет однозначно точность измерений, так как последняя зависит также от метода измерений и условий их выполнения. Например, класс точности характеризует: для вольтметра переменного тока – его наибольшую допускаемую основную погрешность, допускаемые изменения показаний, вызываемые отклонением от нормальных значений температуры, частоты переменного тока, внешних магнитных полей и других влияющих величин; для нормальных элементов – пределы, в которых должно лежать действительное значение их ЭДС, стабильность во времени и т.п.;

341

ЛАБОРАТОРНАЯ ЧАСТЬ

для концевых мер – степень приближения их размера к номинальному, и, в меньшей степени, через приведенную погрешность, допускаемое отклонение от плоскопараллельности, а также притираемость и нестабильность; для электро- и радиоизмерительных приборов – пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей, устанавливаемых в виде абсолютных, относительных и приведенных погрешностей или в виде определенного числа делений шкалы. Более характерным для радиоизмерительных приборов является выражение точности измерения через абсолютную и относительную погрешность; для электроизмерительных приборов – через приведенную погрешность.

Средствам измерений с двумя или более диапазонами измерений одной и той же физической величины допускается присваивать два или более класса точности. Например, электроизмерительному прибору, предназначенному для измерения силы постоянного тока в диапазонах 0-10; 0-20; 0-50 А, могут быть для отдельных диапазонов присвоены различные классы точности.

Средствам измерений, предназначенным для измерений двух или более физических величин, допускается присваивать различные классы точности для каждой измеряемой величины. Например, электроизмерительному прибору, предназначенному для измерений электрического напряжения и сопротивлений, могут быть присвоены два класса точности: один как вольтметру, другой – как омметру.

С целью ограничения номенклатуры средств измерений по точности для средств измерений конкретного вида устанавливают ограниченное число классов точности, определяемое технико-экономическими обоснованиями.

Средства измерений должны удовлетворять требованиям к метрологическим характеристикам, установленным для присвоенного класса точности как при выпуске их из производства, так и в ходе эксплуатации. Классы точности цифровых измерительных приборов со встроенными вычислительными устройствами для дополнительной обработки результатов измерений устанавливают без учета режима обработки.

Средствам измерений при их разработке присваивают классы точности с учетом государственным приемочных испытаний. Если в стандарте или технических условиях, регламентирующих технические требования к средствам измерений конкретного типа установлено несколько классов точности, то допускается присваивать класс точности при выпуске из производства, а также понижать класс точности по результатам поверки в порядке, предусмотренном документацией, регламентирующей ее.

Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей выражают в форме абсолютной, относительной или приведенной погрешностей. Способ выражения погрешности зависит от характера изменения погрешности по диапазону измерения, а также от условий применения и назначения средств измерений конкретного вида.

Пределы допускаемых погрешностей выражают в зависимости от характера изменения (в пределах диапазона изменений входного (выходного) сигнала) границ абсолютных погрешностей средств измерений конкретного вида, которые

342

ЛАБОРАТОРНАЯ ЧАСТЬ

оценивают на основании принципа действия, свойств средств измерений, а также их назначения:

-в форме приведенных погрешностей – если указанные границы можно полагать практически неизменными. Например, пределы допускаемых погрешностей показывающих амперметров выражают в форме приведенных погрешностей, так как границы погрешностей средств измерений данного вида практически неизменны в пределах диапазона измерений;

-в форме относительных погрешностей – если указанные границы нельзя полагать постоянными;

-в форме абсолютных погрешностей – если погрешность результатов измерений в данной области измерений принято выражать в единицах измеряемой величины или в делениях шкалы. Например, пределы допускаемых погрешностей мер массы или длины выражают в форме абсолютных погрешностей, так как погрешности результатов измерений массы или длины принято выражать в единицах массы или длины.

Пределы допускаемых погрешностей, выраженные в форме абсолютных (относительных) погрешностей, устанавливают одним из способов в зависимости от характера изменения (в пределах диапазона измерений входного или выходного сигнала) границ погрешностей средств измерений конкретного вида:

если границы абсолютных погрешностей можно полагать практически неизменными, по формуле:

если границы относительных погрешностей можно полагать практически неизменными, по формуле:

если границы абсолютных погрешностей можно полагать изменяющимися практически линейно, по формуле:

если границы погрешностей необходимо принять изменяющимися нелинейно, в виде функции, графика или таблицы.

При этом п – пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины на входе (выходе) или условно в делениях шкалы; xп – значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или число делений, отсчитываемых по шкале; a, b–положительные числа, не зависящие от xп; δп - пределы допускаемой относительной основной

343

ЛАБОРАТОРНАЯ ЧАСТЬ

погрешности, %; q–отвлеченное число,выбираемое из ряда, приведенного ниже; Xк–больший (по модулю) из пределов измерений; cи d - положительные числа, выбираемые из ряда:

1·10n; 1,5·10n; (1,6·10n); 2·10n; 2,5·10n; (3·10n); 4·10n; 5·10n; 6·10n, (5.5)

Единые правила установления пределов допускаемых погрешностей показаний по классам точности средств измерений регламентирует ГОСТ 8.401.

Однако класс точности не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых данным средством. Например, для измерительного прибора класса точности 1,5 предел допускаемой основной погрешности составляет ± 1,5 % диапазона измерений прибора, а действительное значение основной погрешности конкретного прибора может иметь значение, равное или меньшее

1,5 %.

Способ выражения погрешностей выбирают в зависимости от характера изменения погрешности по диапазону измерений. В случае, когда средство измерений имеет только аддитивную погрешность или аддитивная погрешность настолько велика, что мультипликативной погрешностью можно пренебречь, предел допускаемой абсолютной погрешности п будет постоянен по диапазону, в то время как предел допускаемой относительной погрешности будет изменяться по гиперболе. Поэтому удобнее нормировать абсолютную погрешность.

Интервал показаний - множество значений величины между предельно возможными показаниями.

Интервал показаний обычно устанавливается в виде наименьшего и наибольшего значений величины, например “от 99 В до 201 В”.

В некоторых областях используется термин “диапазон показаний”.

Номинальный интервал показаний множество значений величины, ограниченное округленными или приближенными предельными показаниями, достижимыми при частичной регулировке элементов управления средства измерений или измерительной системы, и используемое для обозначения этой регулировки.

Номинальный интервал показаний обычно определяется наименьшим и наибольшим значениями величины, например “от 100 В до 200 В”.

В некоторых областях используется термин “номинальный диапазон”.

Номинальный диапазон показаний - абсолютное значение разности между предельными значениями величины номинального интервала показаний.

ПРИМЕР Для номинального интервала показаний от –10 В до +10 В номинальный диапазон показаний составит 20 В.

Для номинального диапазона показаний иногда используется термин “размах номинального интервала”

Интервал измерений (рабочий интервал) - множество значений величин одного рода, которые могут быть измерены данным средством измерений или

344

ЛАБОРАТОРНАЯ ЧАСТЬ

измерительной системой с установленной инструментальной неопределенностью при определенных условиях.

В некоторых областях используют термин “измерительный диапазон” или “диапазон измерений”.

Нижнюю границу интервала измерений не следует путать с пределом обнаружения.

Погрешность в контрольной точке: Погрешность средства измерений или измерительной системы для заданного значения измеряемой величины.

Выполнение работы

1 Ознакомиться с классификацией средств измерительной техники и привести их классификационную схему, включая классификацию средств измерений.

2 Выучить определения понятий «класс точности» и обозначения классов точности, воспользовавшись рекомендациями ГОСТ 8.009, привести перечень нормируемых метрологических характеристик

3. Для выбранной величины предложить перечни измерительных принадлежностей и средств измерений (с их метрологическими характеристиками), применяемых для измерений этой величины.

4 Заполнить таблицу 1 сведениями о современных средствах измерений конкретной величины (приведены в перечне), подготовить реферативное сообщение о состоянии вопроса в области измерений конкретной величины. Краткий план реферата: 1) величина, единицы измерения, историческая справка о ее измерениях; 2) сведения о средствах измерений данной величины, находящихся в учебной лаборатории; 3) сведения о современных средствах измерений данной величины, их основных производителях, характеристиках, функциональных возможностях, стоимости.

Перечень электрических, магнитных и тепловых величин:

Сила электрического тока, мощность, поток излучения электрический заряд, энергия, работа, количество теплоты, сила, давление, механическое напряжение, напряжение электрического тока, электрическая емкость, электрическое сопротивление, электрическая проводимость, магнитный поток, плотность магнитного потока, магнитная индукция, индуктивность, температура, световой поток, освещенность, активность радионуклида, поглощенная доза, керма, импеданс сопротивлений, иммитанс, реактивная мощность.

345

ЛАБОРАТОРНАЯ ЧАСТЬ

Таблица 5.1.

Выполнение лабораторной работы

1 Выполнить исследование имеющихся в лаборатории измерительных аналоговых приборов и результаты исследования занести в таблицу. Таблица 1 – Сведения об измерительных устройствах величины «___________» и их характеристиках

Измерительные принадлежности

….

Стандартные образцы

Измерительные преобразователи

…

Измерительные приборы

Сведения о Национальных эталонах единиц величины Республики Беларусь (https://www.oei.by/section?id=90)

…

Сведения о Государственных первичных эталонах единиц величины Российской Федерации

(https://www.ktopoverit.ru/poverka/reestr_gosudarstvennyh_pervichnyh_etalonov_rf)

…

и т.д.

346

ЛАБОРАТОРНАЯ ЧАСТЬ

5.2.Лабораторная работа №2. Аналитические и экспериментальные

методы выявления и исключения погрешностей

«ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ВЫПОЛНЕНИЕ ПОВЕРКИ МЕГАОММЕТРА Е6-17»

Значительная доля электрических измерений приходится на измерение больших сопротивлений мега- и гигаомного диапазона. К их числу относится, например, сопротивление изоляции, которое можно измерять с помощью электронного аналогового омметра Е6-17.

Цель работы: получение практического навыка пользования электронным аналоговым омметром Е6-17 и проведения его поверки.

Приборы: мегаомметр Е6-17, магазин сопротивлений.

Содержание работы:

1)изучить назначение, устройство, принцип действия, характеристики

имаркировку мегаомметра;

2)произвести измерения электрического сопротивления;

3)произвести поверку прибора.

4)1. Теоретическая часть

5)1.1. Назначение прибора

Мегаомметр Е6-17 предназначен для измерения сопротивления постоянному току в лабораторных, заводских и полевых условиях.

Рабочие условия эксплуатации прибора:

‒температура окружающего воздуха от минус 30 до плюс 50 °С; ‒относительная влажность до 98 % при температуре 35 °С; ‒атмосферное давление от 61 до 104 кПа (460–780 мм рт. ст.);

‒питание прибора от сети переменного тока напряжением (220±22) В частотой (50±0,2) Гц и содержанием гармоник до 5 % или напряжением сети (115+5,7) и (220+11) В

‒ частотой (400 +28 ) Гц и содержанием гармоник до 5 %.12

‒1.2. Технические данные

Диапазон измеряемых прибором сопротивлений от 10 Ом до 30 000 МОм перекрывается поддиапазонами с конечными значениями 0,1; 0,3; 1; 3; 10; 30; 100; 300; 1000 кОм на линейной шкале и с начальными значениями 1; 3; 10; 30; 100; 300; 1000; 3000; 10 000 МОм на обратно пропорциональной шкале (рис. 1).

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности прибора, выраженные в процентах от конечного значения рабочей части шкалы:

а) +1,5 % – на поддиапазонах от 1 до 1000 кОм; б) +2,5 % – на поддиапазонах 0,1 и 0,3 кОм.

Предел допускаемой приведенной основной погрешности прибора, выраженный в процентах от длины шкалы (90 мм):

а) +2,5 % – на поддиапазонах от 1 до 300 МОм; б) +4,0 % – на поддиапазонах 1000 и 3000 МОм;

347

ЛАБОРАТОРНАЯ ЧАСТЬ

Гамма-процентный ресурс не менее 20 000 ч при = 95 %. Гамма-процентный срок службы не менее 15 лет для отапливаемых хранилищ при = 95 %.

1.3. Маркировка На передней панели прибора нанесены: товарный знак предприятия-изготови-

теля, знак Госреестра, номер прибора и год выпуска. Кроме того, на передней и задней панелях нанесены надписи в соответствии с рис. 2 и 3.

В схеме электронного аналогового омметра применяется операционный усилитель ОУ с отрицательной обратной связью ОС (рис. 4), имеющий большой коэффициент усиления k и большое входное сопротивление. Такой омметр реализует метод преобразования измеряемого сопротивления Rx в пропорциональное в напряжение

Ux:

349